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基于模板的态势估计推理模型与算法
基于模板的态势估计推理模型与算法
Vo1.35.No.6
Jun,2010
火力与指挥控制
FireControl&CommandControl
第35卷第6期
2010年6月
文章编号:
1002—0640(2010)06—0064—03
基于模板的态势估计推理模型与算法
李曼,冯新喜,张薇
(空军工程大学电讯工程学院,西安710077)
摘要:
分析了态势估计的三级模型,给出了基于模板的计划识别推理框架,研究了态势估计推理算法,并提出一个通用
的态势估计模板匹配算法,最后运用专家系统工具CLIPS实现了事件/活动,军事计划的模板表示及推理,结果表明使用模板
匹配的方法实现态势估计是有效可行的.
关键词:
数据融合,态势估计,计划识别,模板匹配
中图分类号:
TN82文献标识码:
A
Template-basedInferenceModelandAlgorithmfor
SituationAssessmentinInformationFusion
LIMan,FENGXin—Xi,ZHANGWei
(TheTelecommunicationEngineeringInstitute,AirForceEngineeringUniversity,Xi’an710077,China)
Abstract:
Thispaperfirstpresentsthree—levelsituationassessmentmodelincludingsituation
detection,situationunderstandingandsituationforecast,thenintroducestemplate—basedplanrecognition
framework,lastauniversaltemplatematchingalgorithmisputforwardafterdiscussionofalgorithmsof
situationassessment.Finally,CLIPS,atOOlofexpertsystem,isusedtoexpressevents,activitiesand
militaryplanstemplate,whichshowstheefficiencyandfeasibilityofmakinguseoftemplatematchingin
situationassessment.
Keywords:
datafusion,situationassessment,planrecognition,templatematching
引言
从军事的角度,信息融合定义为这样一种连续
的处理过程,即把来自多个传感器和信息源的数据,
信息加以联合(Association),相关(Correlation)和
合并(Combination),以获得对实体目标位置和身份
的精确估计(PositionEstimate~Identity
Estimate),以及对战场态势和威胁的完整与适时地
评估(SituationAssessment&ThreatAssessment,
STA)c.引.
本文分析了态势估计的三级功能模型,给出了
收稿日期:
2009—04—20修回日期:
2009-06—28
*基金项目:
国防预研基金(5142l01O1O3jb32O1);科研基金
资助项目
作者简介:
李曼(1977一),女,陕西泾阳人,博士研究
生,主要从事信息融合,计算机应用研究.
基于模板的计划识别推理框架,研究了态势估计推
理算法,提出了一个通用的态势估计模板匹配算法.
态势估计模型
态势估计是建立关于作战活动,事件,时间,位
置和兵力要素组织形式的一张多重视图.它将所观
测的战斗力量分布与活动和战场环境有机地联系起
来,识别已经发生的事件和计划,得到敌方兵力结
构,部署,行动方向与路线的估计,指出敌军的行为
模式,推断出敌军的意图,做出对当前战场情景的合
理解释,并对临近时刻的态势变化做出预测[5].
1.1态势估计三级功能模型
真实环境下态势估计的对象是作战区域中随时
间推移而不断变化的作战实体,态势估计实际上就
是对这样一个动态变化的对象.
(1)态势觉察感知并提取出来的态势元素,进行
觉察,认识,理解和预测的处理过程.为此,提出态势
李曼,等:
基于模板的态势估计推理模型与算法(总第35—957).65.
估计的三级功能模型,即态势觉察,态势理解和未来
态势预测,如图t所示.
当前态势觉察(或态,当前态势理,未来态势预
势元类型,位置,速度,航迹批号,时间,…}
(2)
(2)态势理解
根据生成态势特征向量,结合领域专家知识对
当前的态势进行理解,用于判断敌方战场布署(进
攻,防御,行军,欺骗,集结等)和行动企图(穿插,迂
回,逃跑等),是对敌方意图和作战计划的识别.
假设态势空间r一{a,byc},其元素为战场空间
中可能出现的全部态势分类,M---(,Y,,…)为当
前态势推理中得到的态势特征集合,表示战场空间
中所出现的事件.态势理解实际上就是求解态势特
征集合与态势空间框架Ⅲ的对应关系,其表达式如
下所示:
f:
F(3)
而存在一个映射结合,如下所示:
F={fl,f2,…,}(4)
式(4)中,(一1,2,…,”)反映了一{z,Y,
2,…)中元素在第J层所具有的类别特征和态势类
别的对应关系,通常将映射集合F称为推理框架.
由F一{厂l,厂2,…,fo}对M_--(X,,,…)进行
多级识别,最后达到由态势特征到态势类型的认识.
(3)态势预测
根据已得出的当前态势,对未来可能出现的态
势情况进行预测,即已知t时刻的态势S(f),求解:
)一(+丁),S0+2T),…}(5)
对应于不同级别的预测,可以是多实体军事单
元的未来状态的预测,也可是高层全局态势演变的
预测,如由攻击状态变为防御状态.
1.2基于模板的计划识别推理框架模型
首先将态势估计任务简化为确定有关正在(已
经,将要)发生的事件的What,When,Where属
性,从句法方面对态势估计任务进行分解,将它的语
义压缩在各子任务内部,建立军事目标/计划/事件
层次结构(在这一结构中顶层的节点是某一军事目
标,各子目标作为它的子节点;对任一子目标节点,
将用实现该子目标而必须完成的各项计划作为它的
子节点;对任一计划子节点,将用有关的事件作为它
的各个子节点,如图2所示.各层次中的每个节点采
用模板匹配器来实现,如图3所示.
证据数据输入
图2基于模板的计划识别推理框架
图3模板匹配器结构
由图2和图3可以发现:
在句法层,可将态势估
计目标/计划的输入和输出表示为关于相关事件的
消息,第i个计划第k端的消息可以表示为某一谓
词A,其表达式为
Message—A(X舯S,T),i一1,2,…,;k=0,1,
…
,z(6)
式(6)中,x表示为A类型事件的定性定量
值,S表示为类型事件的空间属性值,表示为
A类型事件的时间属性值.
2态势估计模板匹配算法
态势估计的推理框架是根据知识表示形式的不
同,在任务中对时间,空间以及因果限制的表示形式
不同,从而采取不同的推理方法.态势估计典型的任
务是寻求在给定观测特征集合和已知态势分类和态
势特征对应关系的基础上,寻求最大可能概率分布
?
66?
(总第35—958)火力与指挥控制2010年第6期
的态势假设.模板指的是某些重要态势如兵力结构,
兵力使用,事件顺序等的先验模型.下面给出一种通
用模板匹配法,作为态势估计的推理框架,如图4所
示.
图4态势估计模板匹配算法
下面以一个简单的例子来说明事件和计划在
CLIPS中的表示及CLIPS的模板匹配过程.一个平
台被对方雷达锁定,受到攻击的威胁时通常要实施
规避的作战计划.该计划有一个计划实施者,一个目
标.
计划实施者的相关事件有施放干扰和快速机动
等,目标也有一个相关事件,火控雷达开机.便于讨
论,设检测到计划实施者的事件为快速机动.
其中约束关系有:
①计划实施者属于蓝方,目
标属于红方;②红方火控雷达开机锁定蓝方;③雷
达开机事件领先于快速机动时间的典型值为3s~
4S,允许值为0s~6S.
平台事件/活动和计划的表示:
(deftemplateplateEvent
(slotid(typeINTEGER))
(slotside(typeSYMBOL))
(deftemplateplateAetivity
(slatid(typeINTEGER))
(multislottime(typeINTEGER))
(deftemplateplatePlan)
平台规避计划的模板匹配过程:
(defruleplate-plan—-of—?
evading
(declare(salienceO));//以下是与该计划相
关的事件/活动
(plateEvent(id?
idOtRedForeePlate);红方火
控雷达开机(typeFireRadarTurnOn)
(sidered)
(time?
FireRadarTurnOnTime))
(plateActivity(id?
idOfBlueForeePlate);//
蓝方平台快速拐弯
(sideblue)
(typeRound)
(time?
RoundStartTime?
RoundEndTime)
(qualitativeValuefast))
=>
(bind?
degree—of-match;//匹配度
(match?
RoundStartTime?
FireRadarTurn0nTime))
(if(>?
degree—of—match0.5)then
(assert(platePlan))
其中,assert函数表示插入自定义模板事实,
declare函数用于设定规则的优先级,bind函数用于
将一个变量的值约束为表达式的值.match是外部
函数,由用户自定义,用于计算匹配度.
3结束语
本文分析了态势估计功能模型,给出了基于模
板的计划识别推理框架,提出一个通用的态势估计
模板匹配算法,运用专家系统工具CLIPS实现了事
件/活动,军事计划的模板表示及推理.结果表明使
用模板匹配的方法实现态势估计是有效可行的.
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