基于动态贝叶斯网络的目标毁伤评估技术

目标毁伤等级评估属于信息融合领域的一个具体应用，它的关键是如何利用信息融合中较低层次的数据，并利用高效的算法，在较高层次上对目标毁伤等级进行评估。

1.目标毁伤等级评估过程

随着信息化武器的发展，指挥自动化过程愈发受关注。目标毁伤等级的评估是该过程的重要一环。目标毁伤等级的评估是根据战场上各种信息源获得的信息推理出敌方目标毁伤程度的大小，为合理运用我方火力资源、提高我方火力运用效能提供科学依据。现代战场环境越来越复杂，各种信息源具有极大的不确定性，加上目标自身的隐蔽性和欺骗性，目标毁伤等级评估的难度极大。在实际作战过程中，只有及时、准确地评估目标的毁伤程度，才能根据目标的毁伤程度优化战争资源，取得最佳的作战效果。

目标毁伤等级评估需要考虑以下两个问题。

（1）敌方目标相对容易毁伤的程度，即目标的易损度。

（2）我方对敌方目标的打击力度，即目标遭受打击的程度。

根据以上两个问题，目标毁伤等级评估的过程主要包括两个方面：目标易损度评估和目标遭受打击程度评估，即其受损程度的描述一般由目标本身的抗毁特性和毁伤强度的特性共同确定。本节主要是对敌方具有机动能力的武器装备的毁伤等级评估系统进行研究，对目标进行毁伤等级的评估主要是利用战场探测系统所获得的信息来完成的，同时也包括部侦情报和人工情报。部侦情报是部队侦查情报，1 级融合结果是数据层的融合，2 级融合结果是特征层的融合。通过数据预处理模块对这些较低层次的信息进行融合处理，提取目标的特征向量，最后进行决策层融合，通过毁伤要素提取模块，提取出目标毁伤等级评估中需要的要素。

目标毁伤等级确定的处理步骤如下：

（1）确定目标毁伤评估所需考虑的因素。

（2）根据所提供的各因素，确定其隶属度函数，然后根据各因素的关系和对目标毁伤的影响程度，综合评估对目标的毁伤隶属度。

（3）目标毁伤等级评估。

根据战场装备保障和维修难易程度，将敌方目标的毁伤等级分为轻损、中损、重损三个等级。

目前，常用的目标毁伤等级评估方法主要是基于目标的物理毁伤建立毁伤等级评判函数的方法。这种方法无法解决目标毁伤等级评估的本质问题：结合专家知识进行基于不确定信息的推理。从认知学角度上，目标毁伤等级评估可定义为：根据已知的各种战场信息以及信息之间的相互关联，形成对目标毁伤等级主观看法的思维过程。因此，毁伤等级评估应采用人工智能的方法，构造专家系统，根据专家的经验知识进行推理。

2.构建目标毁伤评估贝叶斯模型

动态贝叶斯网络是近几年在人工智能领域应用的一个趋势，它能从时变不确定信息中进行推理。动态贝叶斯网络模型能够感知连续不确定信息对系统的影响，也就是说，它能够从大量不同时间观测信息中进行推理。这个模型的独特优势在于，它不仅能够定量地推理出目标毁伤等级，而且能够反映出目标毁伤等级的变化趋势和实现信息的积累。

复杂贝叶斯网络建模大致分为三个阶段：问题分析阶段、模型设计阶段与模型测试阶段，各个阶段进行若干活动，完成各自的任务，最终形成完整的模型。整个流程如图5-5所示。

图5-5　贝叶斯网络建模流程

3.目标毁伤评估变量提取

动态贝叶斯网络包括了先验网络、转移网络和条件概率表。构建一个贝叶斯网络包含以下三个方面内容：①提取所研究问题的相关变量，确定它们的状态集。②建立反映变量之间因果关系的拓扑结构图。③确定模型中反映变量之间因果关系强弱的条件概率。

在目标打击过程中，评估目标毁伤的等级主要考虑两个因素：目标易损度和目标遭受打击程度。以这两种因素作为建立目标毁伤等级贝叶斯网络模型的基础。根据贝叶斯网络观测节点设计的要求，影响因素应该具有对贝叶斯网络输出影响大、能够提取、不相关或相关性很小的特点。

1）目标遭受打击程度因素

（1）打击目标的弹丸威力。弹丸种类繁多，损伤机理各异，但其效能描述一般可以通过一定的参数和指标来界定，如弹丸的长度、直径和装药量等。不同的弹丸种类对目标的威胁程度不同。

（2）弹着点位置。弹着点位置一般是指炸点与装备中心之间的直线距离，炸点到装备的距离不同，对装备的毁伤作用是不同的。炸点距离装备越近，对装备的杀伤作用越大，反之越小。(www.xing528.com)

（3）弹药消耗量。弹药消耗量是指对目标连续打击弹药的累积消耗。弹药消耗量与连续打击目标的时间有关，射击时间越长，弹药消耗量越高，反之弹药消耗量越少。

2）目标易损度因素

目标的毁伤效果还与目标的易损度有关，同样打击力度下，目标的易损度越高，目标的毁伤等级就会越高，反之目标的毁伤等级越低。

（1）目标火力因素。目标的火力是完成作战任务的能力体现，同时也是自我保护能力的体现，火力越强，摧毁对其威胁目标的能力越强，越容易保护自己，易损度就越小。

（2）目标机动性。目标的机动性是目标生存能力的重要体现。失去机动能力的目标就容易遭到打击。

（3）目标的防护因素。某战损试验得出的重要结论是，合理设置防护对于降低装备毁伤概率具有重要作用。这里主要是指目标的被动防护，如舰船的装甲厚度、吨位等。防护越好，目标的易损度就会越低。

根据以上影响目标毁伤等级的因素分析，从信息融合的角度看，影响目标毁伤等级评估的各个因素的权重是不同的，需要把各个影响因素融合处理，才能降低单个或某些因素造成的目标毁伤评估的不确定性。目标火力、目标机动性、目标防护、弹丸种类、弹着点位置、弹药消耗量、目标辐射谱差异，这几个因素作为目标毁伤等级评估系统中的特征变量，从不同方面反映了目标的毁伤程度。七项因素构成决策的属性集，可以较全面地描述目标的毁伤程度。

4.拓扑结构建立

由于在毁伤评估模型建立的过程中，很难有大量的数据来供贝叶斯网络进行学习，所以可以借鉴战争领域中的模型知识，用条件概率表示对抗中的因果关系，从而建立目标毁伤等级评估贝叶斯网络模型。

目标的火力变化情况可以通过观测目标武器系统的战斗射速及火控系统的毁伤程度来确定；目标的机动性可以由目标移动的速度或加速度来判断；目标的防护情况变化主要指目标自身的被动防护情况（如目标的装甲等），可以通过目标的形状变化来判断。由此，目标易损度评估的贝叶斯网络模型如图5-6所示。

图5-6　目标易损度评估的贝叶斯网络模型

弹丸威力可以由我方使用的弹丸种类和爆炸类型来判断，爆炸类型包括空爆和地爆两种，一般认为空爆比地爆杀伤力更大；弹着点位置情况和炸点与目标的距离、袭击目标的方向相关，一般分为杀伤范围外、杀伤范围内、直接命中等情况；弹药消耗量与弹丸种类和射击时间有关；目标辐射谱差异可以通过目标的热红外图像比较得出。由此得出目标遭受打击程度评估的贝叶斯网络模型，具体如图5-7所示。

图5-7　目标遭受打击程度评估的贝叶斯网络模型

决策层目标毁伤等级评估的贝叶斯网络先验模型如图5-8所示。

图5-8　决策层目标毁伤等级评估的贝叶斯网络先验模型

转移贝叶斯网络模型就是对先验模型进行扩展，根据相邻时刻变量之间的相互影响建立因果关系，从而能够反映变量间的概率、依赖关系及其随时间变化的情况。由此得到目标毁伤等级评估的动态贝叶斯网络模型，具体如图5-9所示。

5.目标毁伤等级评估的推理模型

贝叶斯网络中的节点可以分为两类：一类是节点状态可以从客观世界直接观测中得到，而不需要推理才能得到，称为观测节点；另一类是节点状态需要将观测节点状态输入模型后，经过推理才能得到，称为假设节点或隐节点。

贝叶斯网络推理模型的实质就是对观测节点状态的输入，利用节点之间的因果关系逐层推理，信息在节点之间传播，最后推理出我们所关心的隐节点的状态分布。贝叶斯网络的推理是事件触发式的，当网络的观测节点状态分布没有任何变化时，网络中的节点状态保持平衡，一旦有观测证据输入到观测节点，即触发网络进行推理。

图5-9　连续时间片的目标毁伤等级评估的动态贝叶斯网络模型