海上信息感知與融合研究進(jìn)展及展望*

何 友，熊 偉，劉 俊，劉 瑜

（海軍航空大學(xué)，山東 煙臺(tái) 264001）

0 引言

信息化戰(zhàn)爭(zhēng)是在陸、海、空、天、水下、電磁、網(wǎng)絡(luò)等全維空間中展開(kāi)的一體化戰(zhàn)爭(zhēng)，雷達(dá)、紅外、聲納、電子偵察等是獲取戰(zhàn)場(chǎng)信息的主要傳感器。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)下，信息系統(tǒng)是體系作戰(zhàn)能力的最重要支撐，而信息融合是信息系統(tǒng)建設(shè)的核心關(guān)鍵技術(shù)之一［1-5］。例如，它是海上目標(biāo)聯(lián)合情報(bào)體系、艦艇編隊(duì)作戰(zhàn)指揮控制等系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)和核心內(nèi)容。

通過(guò)對(duì)來(lái)自時(shí)域、頻域、空域、極化域等不同類(lèi)型的信息、數(shù)據(jù)和知識(shí)進(jìn)行檢測(cè)、關(guān)聯(lián)、估計(jì)、識(shí)別等多級(jí)別多層次處理，可以減少多源信息間可能存在的冗余和矛盾信息，降低其不確定性，得到準(zhǔn)確的狀態(tài)和身份估計(jì)，以及完整、及時(shí)、一致的態(tài)勢(shì)評(píng)估和威脅估計(jì)，形成精確和統(tǒng)一的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)［6-17］。提高智能系統(tǒng)規(guī)劃、反應(yīng)的快速性和正確性，有利于指揮決策、協(xié)同作戰(zhàn)和精確打擊。在信息化戰(zhàn)爭(zhēng)中，信息融合對(duì)獲取信息優(yōu)勢(shì)，并進(jìn)而轉(zhuǎn)化為決策優(yōu)勢(shì)和行動(dòng)優(yōu)勢(shì)，具有重要作用。

基于在信息感知與融合領(lǐng)域多年的研究和實(shí)踐，本文首先介紹了信息感知與融合的軍事概念與內(nèi)涵，然后深入討論了海上信息感知與融合技術(shù)研究進(jìn)展，指出了目前系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)，并針對(duì)這些挑戰(zhàn)梳理了10項(xiàng)需重點(diǎn)研究的關(guān)鍵技術(shù)，最后根據(jù)信息控制領(lǐng)域發(fā)展提出的新需求，總結(jié)了海上信息感知與融合的發(fā)展趨勢(shì)。

1 信息感知與融合的軍事概念與內(nèi)涵

1.1 基本定義

美國(guó)國(guó)防部在《軍語(yǔ)》修訂版中明確指出，“信息”包括兩種含義：一是以任何介質(zhì)或形式表示的事實(shí)、數(shù)據(jù)或指令；二是按照慣用表達(dá)方式，人為地為數(shù)據(jù)確定的含義。進(jìn)一步而言，“戰(zhàn)場(chǎng)信息”則是聚焦在戰(zhàn)場(chǎng)上所出現(xiàn)的各類(lèi)信息，主要有3大類(lèi)：第1類(lèi)是戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息，包括敵友我三方參戰(zhàn)作戰(zhàn)部隊(duì)當(dāng)前的位置信息及其狀態(tài)信息、目標(biāo)屬性信息等；第2類(lèi)是戰(zhàn)場(chǎng)偵察監(jiān)視預(yù)警信息，包括圖像情報(bào)信息、信號(hào)情報(bào)信息、測(cè)量特征情報(bào)信息、網(wǎng)絡(luò)情報(bào)信息、人力情報(bào)信息和開(kāi)源情報(bào)信息等；第3類(lèi)是戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境信息，包括氣象信息、地理環(huán)境信息、電磁環(huán)境信息和核生化輻射信息等。

感知?jiǎng)t包括了“感”與“知”兩部分。其中“感”，是指戰(zhàn)場(chǎng)信息的獲取手段，即利用聲、電、光、磁等各類(lèi)傳感器來(lái)“獲取”多維作戰(zhàn)空間（包括陸、海、空、天、網(wǎng)）中各類(lèi)戰(zhàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信息；“知”是“認(rèn)知”，是戰(zhàn)場(chǎng)信息感知的目的，即形成可信度高、適用性強(qiáng)、共享性好的戰(zhàn)場(chǎng)情報(bào)產(chǎn)品?！案小笔鞘侄?，“知”是目的，兩者互為依存，不可分割。

在不同時(shí)期，由于人們關(guān)注的焦點(diǎn)不同，信息融合尚未有統(tǒng)一和公認(rèn)的定義。大多數(shù)研究者認(rèn)可的是美國(guó)國(guó)防部實(shí)驗(yàn)室聯(lián)席理事會(huì)（JDL）給出的定義。JDL早期定義是：對(duì)單源和多源的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)、相關(guān)和組合，以得到更為精細(xì)的位置和身份估計(jì)、完整和及時(shí)的態(tài)勢(shì)評(píng)估的過(guò)程［1，8-9］。該定義強(qiáng)調(diào)了目標(biāo)定位、識(shí)別與跟蹤以及戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)評(píng)估與威脅估計(jì)。

20世紀(jì)90年代，戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境日趨復(fù)雜，戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)易掩埋在強(qiáng)電磁壓制干擾或欺騙干擾環(huán)境中，難以被發(fā)現(xiàn)和跟蹤。為解決此問(wèn)題，信息融合的定義向下延伸到探測(cè)級(jí)。JDL將早期定義修正為：在多級(jí)別、多方面對(duì)單源多源的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、關(guān)聯(lián)、相關(guān)、估計(jì)和組合的過(guò)程［1，18］。

隨著體系對(duì)抗作戰(zhàn)能力需求的提出，信息感知與融合在不同階段的功能界限日趨模糊。因此，JDL又給出最新的定義［18］：組合數(shù)據(jù)或信息以估計(jì)和預(yù)測(cè)實(shí)體狀態(tài)的過(guò)程。

綜合JDL的上述研究，本文給出信息感知與融合的軍事定義：模擬人類(lèi)對(duì)信息獲取和分析的過(guò)程，其科學(xué)問(wèn)題是，對(duì)來(lái)自多個(gè)不同信息源，屬于不同層次、具有不同特征的信息進(jìn)行多層次、多方面、多級(jí)別的信息處理過(guò)程，它包括信息檢測(cè)、跟蹤、關(guān)聯(lián)、估計(jì)、識(shí)別、解譯、決策等，以得到高級(jí)別、更易于理解、更加全面、更為精確有效的信息，實(shí)現(xiàn)去粗取精、去偽存真、由低到高、由部分到全面認(rèn)知的升華過(guò)程。

1.2 功能模型

功能模型是從信息感知與融合工作過(guò)程的角度，表述系統(tǒng)及子系統(tǒng)的主要功能、數(shù)據(jù)庫(kù)的作用，以及系統(tǒng)工作時(shí)各組成部分之間的相互作用關(guān)系［7-8，19］，具體描述如下頁(yè)圖 1 所示。

首先，分布在本地、異地的各類(lèi)信息源通過(guò)協(xié)同工作，形成感知信息流，共同完成戰(zhàn)場(chǎng)的信息感知。所有的感知信息首先進(jìn)行0級(jí)處理（信息預(yù)處理），自動(dòng)控制進(jìn)入融合中心的數(shù)據(jù)流量，并實(shí)現(xiàn)信息格式的統(tǒng)一、時(shí)空坐標(biāo)系統(tǒng)一以及時(shí)空配準(zhǔn)等功能。然后進(jìn)行1級(jí)～3級(jí)的融合處理（低層融合），主要是對(duì)信息源報(bào)知的信息進(jìn)行聚集、關(guān)聯(lián)和組合計(jì)算，以獲得目標(biāo)位置、速度、屬性和身份的可靠、精確估計(jì)。

圖1 信息感知與融合功能模型

與1級(jí)～3級(jí)融合有所區(qū)別，4級(jí)～5級(jí)融合被稱(chēng)為高層融合，主要是估計(jì)并預(yù)測(cè)敵方作戰(zhàn)企圖、識(shí)別其作戰(zhàn)計(jì)劃、可能的行動(dòng)方案和可能采取的作戰(zhàn)行動(dòng)，確定敵方對(duì)我方可能產(chǎn)生的威脅，為作戰(zhàn)決策、火力打擊提供依據(jù)。第6級(jí)精細(xì)處理，主要包括資源管理與控制、系統(tǒng)性能評(píng)估等功能。其中系統(tǒng)性能評(píng)估功能劃入信息融合范圍，資源管理與控制放在融合外。通過(guò)前6級(jí)處理，可以得到不斷優(yōu)化的估計(jì)和評(píng)估結(jié)果，實(shí)現(xiàn)資源、任務(wù)的動(dòng)態(tài)分配，甚至改變信息感知與融合過(guò)程本身。

目前，低層融合大部分都已實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，高層融合只是部分實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，還常常依賴(lài)于情報(bào)人員和指揮人員的思維判斷，所以在整個(gè)結(jié)構(gòu)體系中設(shè)置了人機(jī)交互功能。在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，功能模型與作戰(zhàn)應(yīng)用緊密相關(guān)，1級(jí)～3級(jí)融合中既包含同類(lèi)信源融合，也包括異類(lèi)信源融合，威脅估計(jì)可基于態(tài)勢(shì)評(píng)估進(jìn)行，也可獨(dú)立進(jìn)行，取決于作戰(zhàn)需求。與此同時(shí)，每級(jí)融合功能均需要專(zhuān)用數(shù)據(jù)庫(kù)支持。此外，通過(guò)節(jié)點(diǎn)互聯(lián)實(shí)現(xiàn)更大范圍的信息融合和共享。

2 海上信息感知與融合技術(shù)研究進(jìn)展

信息融合技術(shù)最早應(yīng)用于海上。1973年美國(guó)軍方利用多個(gè)獨(dú)立連續(xù)的聲納信號(hào)對(duì)敵方潛艇進(jìn)行探測(cè)，發(fā)現(xiàn)其性能遠(yuǎn)優(yōu)于利用單個(gè)聲納對(duì)潛艇的探測(cè)。這一嘗試被認(rèn)為對(duì)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)具有非常重要的意義［20］。20世紀(jì)70年代末，在公開(kāi)出版的技術(shù)文獻(xiàn)中開(kāi)始出現(xiàn)基于多源信息綜合意義的融合一詞。隨后，信息融合的研究熱潮開(kāi)始興起。20世紀(jì)80年代初期，國(guó)內(nèi)開(kāi)始開(kāi)展信息融合研究。1987年，美國(guó)三軍每年召開(kāi)一次信息融合學(xué)術(shù)會(huì)議，并通過(guò)SPIE傳感器融合專(zhuān)集、IEEE Trans.On AES、AC等發(fā)表相關(guān)論著。1988年，美國(guó)國(guó)防部把信息融合列為90年代重點(diǎn)研究開(kāi)發(fā)的20項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一，且列為最優(yōu)先發(fā)展的A類(lèi)。美國(guó)國(guó)防部實(shí)驗(yàn)室聯(lián)席理事會(huì)（JDL）下設(shè)的C3技術(shù)委員會(huì)（TPC3）專(zhuān)門(mén)成立了信息融合專(zhuān)家組指導(dǎo)相關(guān)工作。1998年成立了國(guó)際信息融合學(xué)會(huì)，總部設(shè)在美國(guó)，每年舉行一次國(guó)際信息融合學(xué)術(shù)大會(huì)，隨后又創(chuàng)立了國(guó)際信息融合學(xué)會(huì)的會(huì)刊《Information Fusion》［10-12］。

進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著新軍事變革，以及傳感器能力的增強(qiáng)，信息感知與融合的結(jié)合日趨緊密，信息融合也逐漸貫穿于作戰(zhàn)全過(guò)程。2009年中國(guó)航空學(xué)會(huì)信息融合分會(huì)成立，是目前國(guó)內(nèi)唯一以信息融合命名的學(xué)術(shù)團(tuán)體，2014年，國(guó)內(nèi)《信息融合學(xué)報(bào)》創(chuàng)刊。目前新一代艦載、機(jī)載、彈載和各種信息系統(tǒng)正在向多源信息感知、融合和作戰(zhàn)應(yīng)用一體化方向發(fā)展。信息感知與融合研究的具體發(fā)展歷程如下頁(yè)圖2所示，下面從處理結(jié)構(gòu)發(fā)展、能力發(fā)展和系統(tǒng)建設(shè)情況3方面進(jìn)行詳細(xì)論述。

2.1 處理結(jié)構(gòu)發(fā)展

不同于功能結(jié)構(gòu)，處理結(jié)構(gòu)更多反應(yīng)了系統(tǒng)中信息的流通形式。國(guó)外早期的海上信息系統(tǒng)多采用集中式處理結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)在于充分利用信源的信息，系統(tǒng)信息損失小，性能比較好。缺點(diǎn)是對(duì)融合中心處理能力、通信帶寬要求高，系統(tǒng)可靠性差，軟件十分復(fù)雜，研制周期長(zhǎng)，成本高［11，14-15］。典型系統(tǒng)有：美國(guó)早期的海軍戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)、英國(guó)的戰(zhàn)斗數(shù)據(jù)自動(dòng)化武器系統(tǒng)、法國(guó)的海軍戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等。

由于數(shù)據(jù)總線和先進(jìn)的數(shù)字通信技術(shù)的應(yīng)用，給綜合信息處理系統(tǒng)帶來(lái)了新活力，出現(xiàn)了分布式體系結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以把分散在各平臺(tái)/戰(zhàn)位所用計(jì)算機(jī)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)資源共享，分散處理。此結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是可靠性高、通信帶寬要求低，缺點(diǎn)是信息有損失［10-11］。典型系統(tǒng)有：美國(guó)海軍ACDS系統(tǒng)（NTDS為核心的改進(jìn)系統(tǒng)）、法國(guó)海軍SENIT 8系統(tǒng)等。

目前，綜合信息處理系統(tǒng)正向著適應(yīng)信息戰(zhàn)需要的綜合一體化、智能化的全分布式體系結(jié)構(gòu)發(fā)展，如圖3所示。在這種蜘蛛網(wǎng)狀系統(tǒng)中，即使單個(gè)節(jié)點(diǎn)損壞也不會(huì)破壞整個(gè)系統(tǒng)的完整性。此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：可靠性高，可將分布于各個(gè)節(jié)點(diǎn)上的本地資源變?yōu)橄到y(tǒng)的全局資源，實(shí)現(xiàn)按需處理。缺點(diǎn)是：通信帶寬要求高，信源處理能力要求高。典型系統(tǒng)：美國(guó)海軍的旗艦數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)、英國(guó)皇家海軍的潛艇指揮系統(tǒng)、水面艦艇指揮系統(tǒng)、瑞典海軍的9LVMK3系統(tǒng)等。

圖3 全分布式體系結(jié)構(gòu)圖

2.2 能力發(fā)展

信息融合最早是利用多個(gè)獨(dú)立聲納信號(hào)的組合，來(lái)改善對(duì)潛艇目標(biāo)的探測(cè)數(shù)據(jù)率，提高目標(biāo)檢測(cè)概率和定位精度。這僅僅是信息融合的雛形，利用多個(gè)同類(lèi)型數(shù)據(jù)源進(jìn)行組合改善信息感知性能。隨后，出現(xiàn)同源航跡融合，注重增強(qiáng)傳感器的自主信息感知能力，并同時(shí)對(duì)上報(bào)的局部航跡進(jìn)行融合，提高目標(biāo)航跡的穩(wěn)定性和連續(xù)性［10-12］。20世紀(jì)90年代是海上信息感知與融合技術(shù)的發(fā)展高潮。主要的功能發(fā)展表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：1）復(fù)合跟蹤與識(shí)別：對(duì)各艦載雷達(dá)探測(cè)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、加權(quán)和集中，并據(jù)此實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤和識(shí)別；2）異類(lèi)信息融合：通過(guò)不同類(lèi)型信息的差異性提高目標(biāo)綜合識(shí)別能力；3）目標(biāo)聯(lián)合檢測(cè)：通過(guò)多傳感器聯(lián)合檢測(cè)，改善復(fù)雜海況和電子干擾環(huán)境下弱信號(hào)目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)能力。

進(jìn)入21世紀(jì)后，高層信息融合研究開(kāi)始掀起熱潮。除依靠傳感器探測(cè)信息外，還要融合技偵、人工等非實(shí)時(shí)情報(bào)，解決戰(zhàn)場(chǎng)要素關(guān)系估計(jì)、作戰(zhàn)意圖估計(jì)、作戰(zhàn)行為估計(jì)以及目標(biāo)威脅能力估計(jì)等。威脅估計(jì)現(xiàn)已在艦載預(yù)警和指揮決策中有局部應(yīng)用，但方法和技術(shù)還不完善。

當(dāng)前的研究更加強(qiáng)調(diào)信息融合與信息感知資源管理一體化，也就是在基于網(wǎng)絡(luò)的信息化支撐下，通過(guò)信息融合與資源管理在各級(jí)別上的一體化動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制，以實(shí)現(xiàn)基于作戰(zhàn)活動(dòng)需求的最優(yōu)海上感知。

2.3 系統(tǒng)建設(shè)情況

20世紀(jì)80年代以來(lái)，美國(guó)海軍對(duì)應(yīng)用信息融合的戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略監(jiān)視系統(tǒng)一直給予高度的重視。其中較為典型的有80年代的海上相關(guān)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)航跡相關(guān)處理、多源多假設(shè)相關(guān)跟蹤、威脅評(píng)估等功能。90年代的CEC系統(tǒng)，進(jìn)一步發(fā)展了復(fù)合跟蹤與識(shí)別、捕獲提示和威脅告警，以及自動(dòng)協(xié)調(diào)作戰(zhàn)等功能［11］。

進(jìn)入21世紀(jì)，美軍在21世紀(jì)海上力量設(shè)想中，更加注重動(dòng)態(tài)處理體系結(jié)構(gòu)、傳感器、信息、火力的融合，以及時(shí)敏目標(biāo)探測(cè)與識(shí)別等功能。美國(guó)海軍在空海一體戰(zhàn)的構(gòu)想下，后續(xù)系統(tǒng)建設(shè)基本按照“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”的思想，發(fā)展基于全球信息柵格的信息感知與融合系統(tǒng)，主要表現(xiàn)在：1）通過(guò)全球柵格網(wǎng)集成各種情報(bào)監(jiān)視偵察單元，使國(guó)家決策高層、戰(zhàn)場(chǎng)指揮官以及士兵都能及時(shí)了解戰(zhàn)場(chǎng)情況；2）實(shí)施全球信息柵格帶寬擴(kuò)展計(jì)劃，建設(shè)大容量、高速度的通信網(wǎng)絡(luò)；3）啟動(dòng)數(shù)據(jù)信息管理計(jì)劃，滿足網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)對(duì)大數(shù)據(jù)的需求，確保指揮決策者和各類(lèi)人員能在最短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確獲取所需要信息；4）建設(shè)一體化的水下監(jiān)視系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)態(tài)勢(shì)感知數(shù)據(jù)鏈，提高水下戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知能力。

與美國(guó)海軍相比，俄羅斯海軍也高度重視海上信息感知與融合體系的建設(shè)。已經(jīng)建起了比較完善的導(dǎo)彈襲擊預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)，在周邊主要港口外海布設(shè)海底反潛監(jiān)聽(tīng)基陣，空中依靠預(yù)警機(jī)實(shí)施監(jiān)控。俄軍全球性水上、水下、空中目標(biāo)的衛(wèi)星監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)也正在建設(shè)之中，即將形成比較完善的預(yù)警偵察監(jiān)視體系。俄軍的系統(tǒng)比較有特色，雖然技術(shù)含量不一定高，但一體化水平強(qiáng)、整體性能好、實(shí)用性強(qiáng)，值得我軍借鑒和學(xué)習(xí)。

日本目前已建立由衛(wèi)星、預(yù)警機(jī)、偵察機(jī)、雷達(dá)、監(jiān)聽(tīng)站等多種手段構(gòu)成的偵察預(yù)警網(wǎng)絡(luò)，具備對(duì)超高空、空中、海面和水下目標(biāo)進(jìn)行不間斷監(jiān)視的實(shí)力。日本在系統(tǒng)建設(shè)方面一直致力于打造天基預(yù)警系統(tǒng)，強(qiáng)化戰(zhàn)略監(jiān)控能力，更新陸基預(yù)警雷達(dá)，強(qiáng)化遠(yuǎn)程監(jiān)控能力，完善?；A(yù)警系統(tǒng)，強(qiáng)化機(jī)動(dòng)監(jiān)控能力，改進(jìn)空基預(yù)警平臺(tái)，強(qiáng)化中低空監(jiān)控能力。

臺(tái)軍以“三軍共享、臺(tái)美互通”為指導(dǎo)，對(duì)海軍“大成”系統(tǒng)進(jìn)行“垂直串連、水平整合”，可與陸軍、空軍系統(tǒng)無(wú)縫鏈接，并在戰(zhàn)時(shí)可直接接收美軍情報(bào)信息。例如已投入使用的“聯(lián)合戰(zhàn)區(qū)模擬系統(tǒng)”和“衛(wèi)星早期預(yù)警系統(tǒng)”可與美軍指揮網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通。

3 海上信息感知與融合系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)

3.1 海上物理環(huán)境復(fù)雜

在一體化聯(lián)合作戰(zhàn)中，海上將包括水面、水下、海洋上空、瀕海陸地（島嶼）和網(wǎng)絡(luò)電磁空間，并與外層空間緊密相連，戰(zhàn)場(chǎng)信息覆蓋全維空間。同時(shí)，海洋環(huán)境受臺(tái)風(fēng)等因素影響，海況復(fù)雜，氣象多變，對(duì)電磁波、水聲波具有不確定傳播及衰減作用。在近海地區(qū)，氣象狀況尤其不定，海況、陸地和海雜波獨(dú)特，異常大氣效應(yīng)普遍［21-22］。

3.2 海上目標(biāo)多樣

3.2.1 航母、驅(qū)逐艦等水面目標(biāo)

世界各軍事大國(guó)都在大力發(fā)展以航母為核心的遠(yuǎn)洋作戰(zhàn)力量，不斷增強(qiáng)海上控制能力。美國(guó)海軍現(xiàn)有10個(gè)航母打擊群，俄羅斯有6支遠(yuǎn)洋作戰(zhàn)編隊(duì)。從各國(guó)新型艦船研制發(fā)展趨勢(shì)看，水面艦艇隱身從雷達(dá)隱身為主，發(fā)展到要求控制艦船聲、電、磁等眾多物理場(chǎng)特性，形成全譜艦船目標(biāo)特性控制，同時(shí)積極推進(jìn)電磁炮、激光炮、微波炮等新概念艦載武器的實(shí)戰(zhàn)化應(yīng)用。

3.2.2 潛艇、水下無(wú)人作戰(zhàn)編隊(duì)等水下目標(biāo)

水下目標(biāo)攻擊神秘莫測(cè)，隱蔽性好，可在惡劣氣象條件下實(shí)施攻擊，并且可從各個(gè)不同方向占領(lǐng)有利地位，多次實(shí)施攻擊。同時(shí)，無(wú)人潛航器作用不斷擴(kuò)展，在遂行偵察、反水雷等傳統(tǒng)任務(wù)基礎(chǔ)上，逐步向執(zhí)行反潛作戰(zhàn)任務(wù)發(fā)展。此外，常規(guī)潛艇普遍采用“AIP”（不依賴(lài)空氣推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)）技術(shù)和降噪技術(shù)，極大地提高了隱蔽性。目前，安靜型潛艇靜音慢速時(shí)噪聲已達(dá)海洋環(huán)境噪聲級(jí)，這給水下信息感知與融合帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。

3.2.3 導(dǎo)彈

當(dāng)前導(dǎo)彈發(fā)射平臺(tái)類(lèi)型包括艦載、機(jī)載、岸基、潛載、彈道導(dǎo)彈等，采取的對(duì)抗技術(shù)有隱身、低仰角、高速、大機(jī)動(dòng)等，使其難以被發(fā)現(xiàn)、跟蹤和識(shí)別，并縮短系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間，還可以從多方向、多種平臺(tái)上發(fā)射，進(jìn)行超視距和飽和攻擊。

3.2.4 作戰(zhàn)飛機(jī)

作戰(zhàn)飛機(jī)可以發(fā)射精確制導(dǎo)武器，具備超視距打擊能力，進(jìn)一步提高電子對(duì)抗能力，實(shí)現(xiàn)隱形化、超音速巡航是其發(fā)展方向。此外，無(wú)人機(jī)已加入美國(guó)航母艦載機(jī)序列，各海軍強(qiáng)國(guó)將普遍裝備艦載無(wú)人機(jī)。無(wú)人機(jī)與有人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。

3.2.5 瀕海攻擊目標(biāo)

此類(lèi)目標(biāo)可以依托近海的復(fù)雜地形環(huán)境，以及存在的大量非作戰(zhàn)船只，實(shí)施戰(zhàn)術(shù)突襲，隱蔽性強(qiáng)。例如近海攻擊快艇艦隊(duì)、摩托艇、自殺性艦船，新舊魚(yú)、水雷混用，以及近岸火炮、火箭等。

3.3 感知任務(wù)日益復(fù)雜

未來(lái)海上基本作戰(zhàn)形式必將是一體化聯(lián)合作戰(zhàn)。在以信息為主導(dǎo)的作戰(zhàn)形式中，感知任務(wù)存在于精確打擊、協(xié)同防空、聯(lián)合反潛等各種作戰(zhàn)行動(dòng)中，并貫穿于發(fā)現(xiàn)、定位、跟蹤、瞄準(zhǔn)、攻擊、評(píng)估等交戰(zhàn)全過(guò)程。相應(yīng)地，對(duì)信息感知與融合能力也提出了更高要求：1）緊密結(jié)合精確打擊、防空反導(dǎo)、聯(lián)合反潛等海軍作戰(zhàn)任務(wù)需求；2）可完成復(fù)雜動(dòng)態(tài)信息交互，支持信息、指揮控制、火力、網(wǎng)電對(duì)抗、綜合保障的高度融合；3）支持“發(fā)現(xiàn)即打擊”的跨級(jí)融合處理。

4 海上信息感知與融合關(guān)鍵技術(shù)

海上信息感知與融合研究對(duì)我軍來(lái)說(shuō)將是一個(gè)長(zhǎng)期存在的課題，存在諸多需要解決的技術(shù)難題。為應(yīng)對(duì)當(dāng)前和未來(lái)可能面臨的挑戰(zhàn)，需深入研究以下關(guān)鍵技術(shù)。

4.1 對(duì)海雷達(dá)海雜波抑制及目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)

受氣象、地理等諸多環(huán)境因素的影響，海面非線性隨機(jī)變化，機(jī)理非常復(fù)雜。雷達(dá)平臺(tái)、波段、極化、擦地角、高度、分辨率等參數(shù)的變化，使得海雜波特性認(rèn)知更加困難［22］。例如機(jī)載對(duì)海雷達(dá)，在小擦地角、高海情以及高分辨率等情況下，海雜波幅度分布表現(xiàn)出長(zhǎng)“拖尾”現(xiàn)象，拖尾部分對(duì)應(yīng)的樣本點(diǎn)數(shù)少，樣本點(diǎn)散布范圍大，如何利用數(shù)學(xué)方法表述這些小樣本的統(tǒng)計(jì)特性，是小擦地角海雜波幅度建模方法所必需解決的技術(shù)難題之一。同時(shí)，海面目標(biāo)回波信雜比低，檢測(cè)難度大。目標(biāo)回波能量在時(shí)域和頻域均發(fā)散，用常規(guī)方法難以聚集。高海況下形成的類(lèi)似于目標(biāo)的尖峰海雜波，難以被抑制。

因此，在目標(biāo)檢測(cè)方面需重點(diǎn)研究［24-33］：1）基于環(huán)境認(rèn)知的海雜波抑制及目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)，綜合利用多維度（距離、方位、時(shí)間、波形等）信息，自適應(yīng)認(rèn)知海雜波特征，形成海雜波背景的有效估計(jì)，同時(shí)自適應(yīng)選擇CFAR算法，完成海雜波抑制及目標(biāo)檢測(cè)；2）基于多域特征聯(lián)合的海雜波抑制及目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)，利用海雜波特征在不同域中表現(xiàn)出來(lái)的與目標(biāo)特征的差異，完成海雜波抑制及目標(biāo)檢測(cè)；3）基于STAP的海雜波抑制及目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)，研究降維STAP方法，降低計(jì)算量和設(shè)備量問(wèn)題，同時(shí)研究雜波相關(guān)矩陣估計(jì)問(wèn)題，特別是各種非均勻環(huán)境下的估計(jì)問(wèn)題，以訓(xùn)練STAP自適應(yīng)權(quán)值；4）多維度融合目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)，基于環(huán)境認(rèn)知融合檢測(cè)和多普勒譜子帶自適應(yīng)融合檢測(cè)技術(shù)可提升對(duì)海雜波背景下弱目標(biāo)的探測(cè)能力。

4.2 多目標(biāo)多傳感器系統(tǒng)誤差探測(cè)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)技術(shù)

傳感器探測(cè)系統(tǒng)自身會(huì)在使用過(guò)程中不可避免地產(chǎn)生各種系統(tǒng)偏差，易造成目標(biāo)航跡關(guān)聯(lián)混亂，主要影響有：1）各傳感器的系統(tǒng)誤差將可能導(dǎo)致融合系統(tǒng)對(duì)同一個(gè)目標(biāo)生成多條航跡，即目標(biāo)冗余；2）各傳感器的系統(tǒng)誤差可能導(dǎo)致融合系統(tǒng)對(duì)不同目標(biāo)生成一條航跡，即目標(biāo)丟失［5，8］。

多傳感器系統(tǒng)誤差的準(zhǔn)確估計(jì)與補(bǔ)償建立在可靠關(guān)聯(lián)的目標(biāo)探測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，而在系統(tǒng)誤差存在的情況下，傳感器系統(tǒng)誤差估計(jì)與補(bǔ)償又是目標(biāo)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確關(guān)聯(lián)的前提。準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與系統(tǒng)誤差的精確估計(jì)與補(bǔ)償互為條件，要準(zhǔn)確地進(jìn)行航跡關(guān)聯(lián)需要準(zhǔn)確估計(jì)系統(tǒng)誤差，而要準(zhǔn)確估計(jì)系統(tǒng)誤差又必須準(zhǔn)確地關(guān)聯(lián)航跡。

因此，在考慮傳感器系統(tǒng)誤差情況下，有必要研究新的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)機(jī)理，即不依賴(lài)準(zhǔn)確系統(tǒng)誤差配準(zhǔn)的航跡數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)理論解決此矛盾問(wèn)題，需要重點(diǎn)研究以下關(guān)鍵技術(shù)［34-39］：1）常規(guī)系統(tǒng)誤差情況下的多傳感器多目標(biāo)探測(cè)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)；2）觀測(cè)信息缺維情況下的多傳感器多目標(biāo)探測(cè)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)；3）導(dǎo)航信息失效情況下的多傳感器多目標(biāo)探測(cè)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。

4.3 態(tài)勢(shì)評(píng)估和威脅估計(jì)中的高層融合技術(shù)

高層融合技術(shù)目前在概念、方法和實(shí)現(xiàn)技術(shù)的研究上處于百花齊放時(shí)期，要解決的主要問(wèn)題有基于作戰(zhàn)意圖的戰(zhàn)場(chǎng)要素關(guān)系估計(jì)、作戰(zhàn)意圖估計(jì)、作戰(zhàn)計(jì)劃識(shí)別、作戰(zhàn)行為估計(jì)與路徑/關(guān)鍵點(diǎn)預(yù)測(cè)等。目前，高層信息融合主要有以下幾個(gè)研究熱點(diǎn)［40-44］。

4.3.1 高層融合中的不確定性評(píng)估技術(shù)

與高層融合相對(duì)應(yīng)，檢測(cè)融合、位置融合和識(shí)別融合也稱(chēng)為低層融合，關(guān)注的焦點(diǎn)在目標(biāo)的空間位置、特征屬性等信息。而高層融合關(guān)注抽象的象徵信息，諸如：威脅、意圖和目的等。在作戰(zhàn)過(guò)程中，需重點(diǎn)解決建模、表示、推理、感知、管理等過(guò)程中的不確定性分析。因此，進(jìn)行高層融合建模前，首先要確定建模的精確性問(wèn)題。

4.3.2 基于概率本體論的目標(biāo)實(shí)體語(yǔ)義表示

將各種不確定性引入本體論體系，使其能正確地表示信息系統(tǒng)中各種細(xì)微差別，有效減少?gòu)?fù)雜海上環(huán)境所產(chǎn)生的信息歧義。

4.3.3 基于計(jì)算認(rèn)知系統(tǒng)的高層融合

基于自動(dòng)計(jì)算機(jī)智能推理，完成信息系統(tǒng)作戰(zhàn)的態(tài)勢(shì)評(píng)估和威脅估計(jì)，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)作戰(zhàn)決策。需重點(diǎn)研究海上認(rèn)知架構(gòu)、動(dòng)態(tài)推理、聯(lián)合推理、網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)感知、多源傳感器數(shù)據(jù)增值，以及期望推理等關(guān)鍵技術(shù)。

4.3.4 人機(jī)信息交換與集成

人機(jī)交互是“智能化”信息系統(tǒng)的重要特征，是當(dāng)前高層信息融合必須要解決的難題，也是未來(lái)信息融合體系作戰(zhàn)能力生成的一個(gè)重要環(huán)節(jié)?；诒倔w的異構(gòu)人機(jī)信息交換與集成包含戰(zhàn)場(chǎng)信息本體建模、映射以及本體化戰(zhàn)場(chǎng)信息存儲(chǔ)等。人在融合過(guò)程中可以成為一個(gè)主動(dòng)的合作者，為態(tài)勢(shì)評(píng)估、威脅估計(jì)等高層信息融合提供分布式分析和決策的高智能指導(dǎo)。

4.4 信息感知與融合系統(tǒng)的智能體系結(jié)構(gòu)

現(xiàn)有信息融合往往采用獨(dú)立、分階段、逐級(jí)處理的線性結(jié)構(gòu)，各級(jí)相互依存，難以勝任動(dòng)態(tài)內(nèi)聚式融合的聯(lián)合作戰(zhàn)體系。這種全新的智能化多級(jí)非線性體系結(jié)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)在于降低各級(jí)融合之間的相互依存性，支持跨級(jí)的融合和各種信息的動(dòng)態(tài)交互，并實(shí)現(xiàn)信息耗散最小而效能最高［45］。具體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)時(shí)，可通過(guò)系統(tǒng)分離技術(shù)，把數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)傳輸基礎(chǔ)設(shè)施、操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、應(yīng)用軟件分離，使各種融合功能較為獨(dú)立，實(shí)現(xiàn)功能模塊間的松耦合與獨(dú)立升級(jí)。

同時(shí)，可采用基于模型驅(qū)動(dòng)的開(kāi)發(fā)方法，用于提供對(duì)等計(jì)算服務(wù)，使每個(gè)信息用戶使用相同的處理技術(shù)，包括相同計(jì)算方法和模型算法，從而保證不同用戶之間態(tài)勢(shì)一致性。在對(duì)等計(jì)算服務(wù)下，只要為每個(gè)用戶提供相同的數(shù)據(jù)輸入，相同的模型算法，最終每個(gè)用戶都將生成相同的圖像、估計(jì)以及決策結(jié)論。

4.5 信息感知與融合中情報(bào)數(shù)據(jù)庫(kù)和知識(shí)庫(kù)技術(shù)

將人工智能技術(shù)應(yīng)用于信息融合，建立多種類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)，利用積累的知識(shí)和數(shù)據(jù)指導(dǎo)信息融合，將“信息”轉(zhuǎn)化為“知識(shí)”，并最終上升為指揮員的“認(rèn)知”，可提升信息系統(tǒng)“看得清”、“辨得明”的戰(zhàn)場(chǎng)感知能力［46-47］。

當(dāng)前，各類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)，與信息融合能力需求的差距較大，主要體現(xiàn)在：各類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)的格式互不兼容，數(shù)據(jù)庫(kù)的共享難以實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)量小、不完整、不連續(xù)，存在矛盾和沖突，各類(lèi)信息積累、補(bǔ)充機(jī)制不健全，信息利用率低。因此，需要加大數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)工作力度，主要有：融合模型算法庫(kù)及規(guī)則庫(kù)，信息源數(shù)據(jù)及能力特征庫(kù)，典型目標(biāo)特性庫(kù)，海上環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)，海上軍事知識(shí)庫(kù)等。

4.6 信息融合中的精細(xì)化處理技術(shù)

在信息融合的功能結(jié)構(gòu)模型中增加精細(xì)化處理，是對(duì)信息融合發(fā)展認(rèn)識(shí)的深化，但相對(duì)于其他級(jí)別的信息融合理論和技術(shù)而言，目前對(duì)精細(xì)化處理理論和技術(shù)的研究相對(duì)較少，許多研究成果比較空泛［7-8，48-49］，亟待深入研究以下關(guān)鍵技術(shù)：信息融合中的信息資源對(duì)目標(biāo)的分配方法；信息資源空間和時(shí)間作用范圍控制準(zhǔn)則；信息資源配置和控制策略；信息資源性能評(píng)估與度量技術(shù)；信息融合中的協(xié)同調(diào)度技術(shù)；可靠融合的傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等。

4.7 多源異質(zhì)、異類(lèi)信息融合技術(shù)

隨著海上探測(cè)和情報(bào)偵察設(shè)備數(shù)量、種類(lèi)和能力日益增加，信息表現(xiàn)形式呈現(xiàn)多樣性和復(fù)雜性，迫切需要解決異質(zhì)、異類(lèi)信息之間的融合問(wèn)題［12，50-54］。圖4給出了各類(lèi)差異融合模型與實(shí)際應(yīng)用的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖4 差異融合模型與實(shí)際應(yīng)用的對(duì)應(yīng)關(guān)系

4.8 大數(shù)據(jù)背景下的信息感知與融合技術(shù)

現(xiàn)代海上具有極其豐富的信息資源，包括微波、毫米波、電視、紅外、激光、電子支援措施（ESM）以及電子情報(bào)技術(shù)（ELINT）等覆蓋寬廣頻段在內(nèi)的各種有源和無(wú)源探測(cè)器，同時(shí)還包括技偵、氣象、政治等其他類(lèi)型信息。這些信息已經(jīng)呈現(xiàn)出大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，產(chǎn)生的信息海洋淹沒(méi)了指揮員，并且信息過(guò)多但并不充分這一事實(shí)，是當(dāng)前軍事領(lǐng)域亟需信息感知與融合技術(shù)的主要?jiǎng)恿Γ?5-57］，需重點(diǎn)解決的問(wèn)題有：1）基于心理、機(jī)會(huì)、歷史和環(huán)境信息的信息感知模型；2）信息過(guò)濾、分類(lèi)和聚類(lèi)技術(shù)；3）大數(shù)據(jù)背景下信息強(qiáng)異步性和空間多樣性的統(tǒng)一校準(zhǔn)算法。

4.9 新型空天目標(biāo)信息感知與融合技術(shù)

由新型空天武器構(gòu)成的下一代全球快速打擊體系能夠?qū)盏睾Ｄ繕?biāo)實(shí)施更快速、更精確的打擊，且突防能力強(qiáng)，對(duì)其防御困難，是需要特別關(guān)注的威脅對(duì)象，需重點(diǎn)解決：1）極低信噪比情況下的信息檢測(cè)、空間目標(biāo)識(shí)別技術(shù)；2）大傳輸延時(shí)情況下的信息檢測(cè)、空間目標(biāo)識(shí)別技術(shù)。

4.10 多源目標(biāo)識(shí)別融合技術(shù)

我國(guó)海上中的目標(biāo)識(shí)別難題一直未得到有效解決，主要原因是用于目標(biāo)識(shí)別融合的多源信息往往含有不確定性、不完整性、模糊性、多變性和虛假性。在實(shí)際系統(tǒng)中，僅靠單一的融合方法難以取得非常理想的識(shí)別效果，可采用多種融合方法的分工與互補(bǔ)［1，7-8，58-61］，需重點(diǎn)解決：1）實(shí)時(shí)報(bào)告與半實(shí)時(shí)、非實(shí)時(shí)情報(bào)的目標(biāo)識(shí)別融合方法；2）非合作目標(biāo)識(shí)別；3）決策級(jí)目標(biāo)識(shí)別等問(wèn)題。

5 海上信息感知與融合研究展望

5.1 信息控制領(lǐng)域發(fā)展提出的新需求

未來(lái)信息化戰(zhàn)爭(zhēng)中的信息控制將會(huì)由戰(zhàn)斗、C2（Command and Control）、通信、監(jiān)視等能力組成，每部分的信息和決策執(zhí)行空間都是在分布式云、信息和計(jì)算環(huán)境中實(shí)現(xiàn)其功能，用于處理未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)大數(shù)據(jù)交換需求。此類(lèi)分布式云環(huán)境具有下列優(yōu)勢(shì)：1）資源池可根據(jù)作戰(zhàn)人員的需求對(duì)不同的物理和虛擬資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配和重新分配；2）快速的適應(yīng)性可以動(dòng)態(tài)而靈活地提供數(shù)據(jù)分享能力；3）測(cè)量服務(wù)可以自動(dòng)控制和優(yōu)化資源。

因此，為應(yīng)對(duì)信息控制領(lǐng)域的變化，海上信息感知與融合必須建立一個(gè)動(dòng)態(tài)環(huán)境，并在此環(huán)境中將信息處理、理解、分析、決策和執(zhí)行全部綜合到一個(gè)統(tǒng)一的作戰(zhàn)系統(tǒng)中，主要包括：1）傳感器成為自動(dòng)控制的數(shù)據(jù)源；2）按需共享傳感器數(shù)據(jù)處理結(jié)果；3）提供傳感器分配和重新分配方式，以高效收集戰(zhàn)場(chǎng)感知數(shù)據(jù)；4）可以執(zhí)行多種任務(wù)，形成一個(gè)綜合無(wú)縫信息鏈。

5.2 發(fā)展趨勢(shì)

5.2.1 分布式信息感知與融合

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，分布式網(wǎng)絡(luò)作為一種新型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在軍事信息系統(tǒng)中變得越來(lái)越重要，圖5給出了分布式信息感知與融合示意圖。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的變化為信息感知與融合未來(lái)發(fā)展帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)［62-63］：1）節(jié)點(diǎn)輸入信息的相關(guān)性未知以及多類(lèi)差異特征；2）不確定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下信息感知單元的動(dòng)態(tài)協(xié)同組織；3）共用信息節(jié)點(diǎn)信息的多次重復(fù)使用引起的誤差增長(zhǎng)；4）信息傳輸?shù)牟淮_定性。

圖5 分布式信息感知與融合示意圖

5.2.2 信息感知與融合的一體化

以融合為核心，推動(dòng)感知系統(tǒng)由“傳統(tǒng)單元性能”向“系統(tǒng)效果”轉(zhuǎn)變，從而具有“靈活感知、全維融合”的能力［12，46，64］，圖 6 給出了信息感知與融合一體化示意圖。

5.2.3 信息融合向認(rèn)知域發(fā)展

向認(rèn)知域發(fā)展是信息融合從低級(jí)向高級(jí)的自然擴(kuò)展過(guò)程，是指融合過(guò)程中融入人對(duì)事物的觀測(cè)、判斷、推理信息和知識(shí)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)客觀事物更為全面、完整和深入認(rèn)識(shí)［45-46，65］。關(guān)于這方面的許多問(wèn)題研究還剛剛起步，例如：基于知識(shí)的信息融合理論與方法；人類(lèi)觀測(cè)和推斷的軟數(shù)據(jù)融合方法；人的意圖和行為預(yù)測(cè)模型；軟數(shù)據(jù)與硬數(shù)據(jù)融合方法等。

6 結(jié)論

圖6 信息感知與融合一體化示意圖

當(dāng)今軍事信息技術(shù)的高速發(fā)展，使得“信息”已成為奪取戰(zhàn)爭(zhēng)主動(dòng)權(quán)的關(guān)鍵要素之一，信息感知與融合技術(shù)則是奪取戰(zhàn)場(chǎng)信息優(yōu)勢(shì)的基石與先導(dǎo)。當(dāng)前戰(zhàn)場(chǎng)信息感知與融合技術(shù)的研究，進(jìn)入了一個(gè)理論與實(shí)踐不斷相結(jié)合、現(xiàn)實(shí)與未來(lái)相聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)螺旋式科學(xué)推進(jìn)的發(fā)展階段。隨著我國(guó)海上對(duì)各種信息收集和處理能力的需求急劇增加，海上信息感知與融合研究進(jìn)入了一個(gè)“需求十分旺盛，挑戰(zhàn)不斷涌現(xiàn)”的黃金時(shí)期，只有建立新的理念，在理論上有所突破，技術(shù)上有所發(fā)展，手段上有所創(chuàng)新，才能推動(dòng)海上聯(lián)合信息感知與融合系統(tǒng)的健康有序發(fā)展。