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【深度】基於大數據技術的電子戰情報系統

今日薦文

今日薦文的作者為電子進出口總公司專家高坤,戴江山,張慕華。本篇節選自論文《基於大數據技術的電子戰情報系統》,發表於《電子科學研究院學報》第12卷第2期。

摘 要介紹了電子戰情報系統面臨的挑戰,分析了電子戰情報系統的大數據應用需求和關鍵技術,提出了基於大數據的電子戰情報系統的總體框架及情報產品信息模型。

關鍵詞: 大數據;電子戰;情報模型;情報系統;

引 言

隨著電子對抗偵察技術的不斷提升、偵察手段的增多,偵察到的數據種類越來越多,數據格式越來越複雜,數據量也呈爆髮式增長,這就給電子對抗情報處理帶來了困難。另外,在情報處理過程中,還需要綜合空情、海情、技偵以及各種資料情報數據。如何從多源、海量的偵察數據中快速、及時地獲取有價值的情報信息是電子戰情報系統亟待解決的重要課題。

大數據時代已然到來,各種大數據分析技術發展得如火如荼。大數據分析就是對大量多種類的數據進行分析處理,獲得潛在的、有價值的情報信息。本文首先分析了大數據時代電子戰情報系統面臨的挑戰;其次面向情報系統,分析了大數據技術的應用需求及主要關鍵技術;最後提出了基於大數據的電子戰情報系統的構想。

1 電子戰情報系統面臨的挑戰

電子戰情報系統主要就是利用陸、海、空、天平台的通信偵察、雷達偵察等電子對抗偵察設備,獲取輻射源目標在空域、時域、頻率域的特徵參數數據,並結合海情、空情、技偵、圖像、資料數據,進行數據關聯、多源融合處理,獲取輻射源情報、電子目標情報及電子戰鬥序列(EOB)情報等,形成戰場態勢,為信息作戰提供情報支持。

隨著電磁環境的日益複雜和電子偵察能力的日益提升,電子對抗偵察數據在數據量級、數據類型、數據格式等各個方面均有顯著增加。電子戰情報系統在情報處理過程中面臨以下挑戰:

(1)數據來源多樣化。既包括通信偵察、雷達偵察、敵我識別偵察、導航偵察等各類感測器獲得的偵察數據,也包括海情、空情、技偵、圖像等外部系統的數據,同時還包括各種資料情報、人工謊報,對多源情報融合提出了更高的要求。

(2)數據量非常龐大。各種偵察原始數據、解調的音頻數據,隨著時間的積累,數據量增長很快,通常以TB及至PB來計算,要在海量數據中快速提取高價值的情報對系統的數據挖掘效率提出了更高的要求。

(3)數據類型多樣。系統處理的數據源既有輻射源特徵參數等結構化數據,也有原始偵察數據、文本、網頁等半結構化數據,同時還包括音頻、圖像等非結構化數據,這就決定了單一的情報處理和分析方式已經不能適應情報處理的需求。

2 電子戰情報系統大數據應用需求及關鍵技術

在上一章中分析了海量數據的存儲、快速處理等問題給電子戰情報系統帶來了新的挑戰,體現出大數據處理能力的新需求。因此,本章主要分析電子戰情報系統大數據應用需求和主要關鍵技術。

2.1 大數據的定義

什麼是大數據?麥肯錫全球研究所給出的定義是:一種規模大到在獲取、存儲、管理、分析方面大大超出了傳統軟體工具能力範圍的數據集合,具有海量的數據規模(Volume)、快速的數據流轉(Velocity)、多樣的數據類型(Variety)和價值密度低(Value)四大特徵。

大數據技術指能夠處理4V特徵數據,有助於分析事物間關係的技術。從數據獲取、分發與處理的整個過程看,包括數據的採集、傳輸、存儲、整合、分析和呈現等多個環節,各環節均有相關關鍵技術。

2.2 大數據應用需求及關鍵技術

(1)海量數據存儲管理

電子戰情報系統包括通信偵察、雷達偵察等多種數據來源。

  • 一方面,非結構化異構數據大幅增長,傳統的關係型資料庫無法實現高效的存儲管理,帶來了對海量非結構化數據的存儲需求;

  • 另一方面,數據量呈現爆炸性增長,傳統的物理存儲方式擴展性差,難以有效應對大容量數據的存儲管理,帶來了存儲的彈性擴容需求。

大數據分散式存儲融合接入陸、海、空、天等多類偵察平台的數據,支持結構化和非結構化大數據的統一存儲管理,支持彈性擴容、大容量、高併發和高速一體化的數據訪問。其關鍵技術包括數據的採集和質量控制、安全有效的分散式文件系統和分散式資料庫等。

(2)海量數據的計算處理

在計算模式方面,目前系統採用傳統的集中式數據計算模式,該模式以數據遷移為代價,無法支撐大數據的高效計算。為實現高效計算處理,需要通過分散式的大數據計算技術,以計算遷移實現高效處理。多模式大數據計算支持批處理、內存計算、流計算和圖計算等,實現多種計算模式的資源分配和統一調度,為大數據的分析處理提供高效和可定製的計算框架。關鍵技術包括計算任務的智能解析、計算的智能管理調度等。

(3)智能情報分析

通過對海量歷史數據的分析處理,如快速智能的檢索目標相關信息、挖掘目標的特徵、規律和行為意圖,以提升系統的情報智能分析能力。大數據的分析挖掘技術針對海量歷史數據的目標靜態特徵和行為特徵,構建戰場目標特徵知識庫,以知識庫為基礎,結合戰場實時信息的快速檢索和處理,動態識別目標身份及行為,實現對其作戰能力及意圖的認知。關鍵技術包括基於知識圖譜的情報檢索、多源異構數據聯合挖掘、關聯分析等。

3 基於大數據的電子戰情報系統

3.1系統架構

為應對大數據時代的挑戰,藉助大數據技術在多源海量數據管理、高效計算、分析處理等方面的優勢,構建基於大數據的電子戰情報系統,系統體系架構如圖1所示。系統分為數據源層、大數據層、分析層和應用層。

圖1 基於大數據的電子戰情報系統體系架構

  • 數據源層負責接入各類數據源各種形式的情報數據,包括雷達偵察數據(ELINT)、通信偵察數據(COMINT)、雷達數據(RADINT)、圖像數據、語音數據技偵數據及其他資料數據等。

  • 大數據層用於對各種形式的數據進行存儲,並支持上層服務和應用的海量運算請求和併發訪問請求,包括OLTP(聯機事務處理)引擎、OLAP(聯機分析處理)引擎、分散式計算框架、分散式消息框架和數據倉庫等。

  • 分析層是系統的通用演算法層,為上層應用提供演算法支撐,包括情報模型、查詢、統計、可視化、文本分析、自然語言處理、圖像分析和知識圖譜等。

  • 應用層是系統的業務層,為用戶提供不同的情報分析業務功能,包括輻射源情報分析、平台目標情報分析、部隊/組織情報分析和綜合情報分析。

3.2情報模型

情報模型是分析層的核心,是大數據分析演算法的設計輸入,也是系統分析處理成果的最終表現形式。根據電子戰情報處理領域情報產品設計的經驗,經裁剪和擴充,形成了如圖2所示的電子戰情報產品信息模型,描述了情報產品實體以及實體之間的關係。

圖2 電子戰情報產品信息模型

情報產品實體包括輻射源、平台目標、部隊/組織及綜合。輻射源是配備在平台目標上的,如飛機、艦船等,每個平台目標可配備多個不同類型的輻射源,比如飛機上有通信電台和雷達等。平台目標裝備於部隊/組織,每個部隊/組織可裝備多種類型的平台目標,部隊/組織間也存在隸屬關係。綜合情報是對部隊/組織、平台目標、輻射源等的綜合分析。

(1) 輻射源

輻射源主要指通信電台、雷達等輻射電磁波的電子設備,利用基本屬性、技術參數、通聯關係、活動情況、方位/位置等進行描述。

  • 基本屬性:用於描述輻射源的基本情況,包括輻射源的型號、類型、用途等信息。

  • 技術參數:用於描述輻射源的頻率域特徵參數,對於通信輻射源,包括工作頻率、帶寬、調製樣式等,對於雷達輻射源,包括工作頻率、脈寬、重頻等。

  • 通聯情況:用於描述通信輻射源的通聯活動情況,包括通聯關係、通聯時間、通信內容等。

  • 活動情況:用於描述輻射源的工作情況,包括工作時序、工作用頻、工作模式等。

  • 方位/位置:用於描述輻射源的活動方位/位置,如偵察設備通過測向/定位獲得的輻射源方位/位置信息。

(2) 平台目標

平台目標主要是指配屬有輻射源、服務於部隊/組織的各種作戰平台或設施,包括空中目標、海上目標、地面目標等,利用基本屬性、武器配備、通信網路、活動情況、位置等進行描述,平台上可配屬多種類型的輻射源。

  • 基本屬性:用於描述平台目標的基本情況,包括平台型號、類型、平台戰技參數等。

  • 武器配備:用於描述平台目標配備的武器情況,包括武器型號、類型等。

  • 配屬的輻射源:用於描述平台目標所配屬的輻射源,包括輻射源型號、類型等。

  • 通信網路:用於描述平台目標基於通信、互聯而建立的通信系統,包括通信網路的技術特徵、網路拓撲、通信成員等。

  • 活動情況:用於描述平台目標的活動規律,包括活動頻度、活動時間、活動區域等。

  • 位置:用於描述平台目標的位置信息,可以是固定位置,也可以是一段時間的航跡。

(3) 部隊/組織

部隊/組織主要是指由人員組成的、具有特定層次結構的軍事/民間機構,利用基本屬性、組織關係、位置進行描述,部隊/組織可配屬多種類型的裝備。

  • 基本屬性:用於描述部隊/組織的基本情況,包括名稱、所屬國家、類型、任務等。

  • 組織關係:用於描述部隊/組織的組織結構,包括編製、層次關係等。

  • 位置:用於描述部隊/組織的駐地或作戰部署地。

  • 裝備的平台目標:用於描述部隊/組織所裝備的平台目標,包括平台型號、數量等。

(4) 綜合情報

綜合情報主要是指在某個條件下對部隊/組織、平台目標、輻射源的綜合分析結果,如在某段時間某個區域內部隊/組織、平台目標、輻射源的部署及活動情況。

3.3情報分析

利用大數據分析平台及各種分析演算法,電子戰情報系統對各類數據源進行分析處理,生成輻射源、平台目標、部隊/組織及綜合情報等產品。

(1)輻射源情報分析。對各類偵察感測器獲得的信號數據進行分析,獲得輻射源的特徵參數,對同類輻射源的特徵參數進行關聯和歸併處理,掌握輻射源的準確參數信息。對於通信輻射源來說,還可分析掌握其通聯情況。通過對輻射源工作時序、工作用頻等進行分析,掌握輻射源的活動規律。

(2)平台目標情報分析。對通信偵察數據、雷達偵察數據、海空情、圖像、技偵等多源情報信息進行融合處理,建立飛機、艦船等平台目標與通信電台、雷達等輻射源的關聯關係。通過通信輻射源的通聯情況分析,掌握平台目標的通信網路關係。通過對不同數據來源的目標活動情況、目標輻射源的活動情況等數據進行關聯分析,掌握目標的活動規律。

(3)部隊/組織情報分析。通過關聯和分析輻射源、平台目標、通信網路和資料情報等數據,掌握部隊/組織EOB情報,包括指揮層級、部隊編配、裝備編配、運用規律等。

(4)綜合情報分析。綜合通信偵察、雷達偵察、海空情等多源情報信息,生成空中、海上、地面目標的分佈及活動態勢,並根據平台目標活動規律對作戰意圖進行預測分析。

結 語

利用大數據分析技術,能夠高效地對海量電子偵察數據進行管理、分析和處理,提取各類不同數據源的關聯關係,挖掘出高價值的情報數據,對於提升電子戰情報系統的情報處理能力具有重要作用。

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