0引言
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引用格式：徐宗龙，刘亚南，张振邦，等.基于策略的战场频率自适应筹划技术［J］.指挥信息系统与技术，2023，14（1）：35-41. 摘要 针对复杂且多变的电磁环境下战场频率筹划存在的时效性差和智能化程度低等问题，提出了一种基于策略的战场频率自适应筹划技术。首先，构建了多维度的战场频谱策略体系；然后，建立了多层次的战场用频需求模型；最后，利用战场频率自适应筹划框架，通过设置不同频谱策略组合生成不同作战场景下的用频方案，并对方案效果进行了动态评估。仿真结果表明，该技术充分考虑了历史用频经验，实现了战场频率筹划的自学习和自优化，其频谱策略驱动机制可提升战场用频方案的灵活性和扩展性，可为频谱管控等领域的装备研制和指挥信息系统建设提供参考。 0引言
新形势联合作战条件下，作战域逐渐由传统的陆、海和空向太空、电磁和网络等领域扩展，电磁空间成为联合作战关注焦点。由于战场电磁空间内的频谱进攻、频谱利用和频谱防御等涉频作战行动间的相互作用、相互影响和相互冲突等问题越来越严重，并已超出了传统频率协调管理的范畴，因此对复杂战场电磁频率管理提出了更高要求。如何在复杂、瞬时且多变的电磁环境下实现战场频率筹划的高效性与智能化，以及如何解决因战场频率自扰互扰、敌方干扰和电磁环境效应影响而导致的装备用频性能下降或功能失效问题，已成为频谱管控等相关领域装备研制和指挥信息系统建设关注的焦点。基于此，本文提出了一种基于策略的战场频率自适应筹划技术，设计了不同应用场景下的频谱策略和用频需求，并利用历史用频经验对战场频率筹划过程进行模拟仿真及评估，从而为各涉频部门提供科学合理的战场用频方案。 1战场频率自适应筹划架框
电磁频谱作为战场中预警探测、指挥通信、导航制导、电子对抗和情报侦察等信息的共同载体，是链接陆、海、空和天跨域协同作战的纽带，存在于作战的全时空，作用于战争的全要素，贯穿于作战的全过程，是信息化战争之魂。通过紧密耦合联合作战筹划与作战实施全过程，构建以装备频谱参数为基础、以用频需求模型为支撑、以频率筹划策略为驱动以及以作战用频场景为牵引的战场频率自适应筹划架构，支持战前统一筹划和战中临机调整战场用频，确保战场频率筹划的科学性和高效性。场频率自适应筹划架框如图1所示。  2战场频率自适应筹划设计
战场频率自适应筹划通过构建多维度的频谱策略体系，设计并定义频谱策略语言框架；利用本体论的方法对业务类、对象类和基础类等频谱策略进行建模，建立单装设备、平台系统、通信网络和作战行动等用频需求模型；基于频谱策略驱动的筹划框架，结合战场用频方案的案例数据，生成满足不同应用场景下的用频方案并对其效果进行仿真评估。 2.1 多维频谱策略体系构建 策略指针对定义系统中各类行为而选择的一系列规范，具备持久性和说明性。频谱策略是针对战场用频系统需遵守的一系列规则、政策、使用约束和行为约束的数字化描述，旨在提高战场频率筹划的自动化程度及时效性。本文通过设计机器可理解的频谱策略语言框架，利用领域本体知识实现对频谱策略的表征，同时建立了多维度的和可适用多种应用场景的频谱策略。 2.1.1 频谱策略语言框架 基于策略的频率筹划指系统依据策略规则自动地和动态地进行频率管理活动的过程。该过程控制是通过使用高度灵活和可追溯的方式，运用机器可理解的策略语言来实现的。 频谱策略语言框架如图2所示。策略语言框架定义了策略语言设计者、策略管理者和涉频用户3类人员/系统的职责。其中，策略语言设计者通过定义语言高层对象、定义语法和语义等建立语言模型，并将其发布给策略管理者和策略使用者使用；策略管理者制定和维护策略，并将策略提供给所有使用者，同时对策略集校验以确保无冲突；涉频用户通过策略来理解可使用的频谱在运用时受到的约束（由策略管理者指定）。  2.1.2 频谱策略表征方法 策略表征是为描述战场用频系统在作战筹划阶段和实施阶段中所需频谱策略而形成的一组符号化、形式化或模型化的约定，策略表征是策略可被计算机处理的基础和前提，策略编辑、策略存储、策略检验、策略聚类、策略匹配和策略推理等均应建立在策略表征的基础上。 策略表征方法可影响策略在使用过程中的有效性、完备性和共享性。对于同一策略，采用不同方法来表示会产生不同的表征效果，进而影响到战场用频方案的优劣。由于基于本体的知识表示法具有较好的可理解性、完备性、可推理性以及计算效率高等优点，因此本文采用领域本体知识构建的通用原则与方法进行频谱策略的表征建模。频谱策略表征步骤如下： 1） 本体捕获：列举本体涉及频谱管理领域的重要术语，确定关键概念及关系，并给出具体描述。在分析自然语言描述频谱使用策略结构、描述元和描述逻辑等要素的基础上，基于网络本体语言（OWL）构建语义和描述逻辑模型，建立描述不同频谱策略及其相关概念的本体体系。 2） 本体编码：选择合适的语言表示频谱策略，在数据综合与压缩分析的基础上，将本体体系映射为结构化数据，包括数据库、代码和管理程序。 3） 验证评估：利用相关的逻辑方法测试和检验本体的一致性和有效性，在结构化数据及代码的基础上，设计频谱策略的自动推理机制，包括自动策略获取和一致性检查等。 以某用频部门的频谱策略表征建模为例对频谱策略表征方法进行描述，具体内容如下： 1）选择器：将使用约束归纳到特定用频情景的策略集合中。例如，某作战部队在战前筹划、临战筹划和战中筹划等阶段中自适应选择用频需求变化、电磁环境变化和敌方电磁威胁等应用场景，以便快速关联频率使用约束。 2） 使用约束：依托各业务频率组织运用模式，结合不同应用场景，自适应学习并生成部队分配频率、用频优先级、禁用保护、频谱共用、频谱规避和频谱容量等使用约束。 3） 使用行为：描述在满足适用场景和约束条件下采取的相应用频动作,为涉频用户解决不同层次用频需求之间的冲突问题提供有效措施。针对用频设备而言，使用行为包括为避免用频冲突而进行的发射功率、工作频率和使用时间等参数的调整。 2.1.3 多维频谱策略体系 为有效支撑不同的应用场景和应用阶段战场频率筹划的军事应用需求，通过人工经验制定和日常仿真推演等方式，建立业务类、对象类和基础类等多维战场频谱策略体系，为日常利用机器学习不断训练、战时响应作战场景快速匹配以及即时学习快速生成最优等策略提供支撑。多维频谱策略体系包括以下内容： 1） 业务类策略：包括用于支撑作战筹划与作战实施等阶段所需的部队分配频率、用频优先级、禁用保护、频谱共用、频谱规避和频谱容量等策略。采用不同策略生成不同战场用频方案，具体方案如下： a） 分配频率：包括涉频用户、涉频对象、使用时间、使用区域、频率集和是否复用等策略要素，用于减少任务行动使用频率的冲突概率。 b） 优先等级：包括涉频用户、涉频行动、涉频对象和用频等级等要素，用于提高任务行动自动指配频率和自动消解冲突的效率。 c） 禁用保护：包括涉频对象、使用频率、业务用途、使用时间和使用区域等要素，用于约束任务行动使用的频率，提高任务行动用频需求的合理性。 d） 频率共用：包括涉频用户、涉频对象、共用频率、使用时间、使用区域、潜在风险和备用频率等要素，用于缓解任务行动需求频率资源的紧张度。 e） 频率规避：包括涉频用户、涉频对象、使用频率、规避时间、规避区域和规避等级等要素，用于保障任务行动核心用频的满足度。 f） 频谱容量：包括涉频用户、涉频对象、业务规模、频率支持度、时空建议和频域建议等要素，用于提升任务行动变化时频谱的可协调性。 2) 对象类策略：结合用频装备和平台系统在承载作战行动和作战保障等业务时的频率使用机理，基于历史用频经验数据，对装备和平台等用频特性进行分析建模，生成相关对象在不同应用场景下的频谱策略，为制定不同行动样式的用频方案提供支撑，包括使用场景、涉频用户、涉频业务、涉频对象、涉频行动、使用频率、使用地域、使用时间和接入网络等策略。 3) 基础类策略：包括政策法规策略和标准规范策略，用于描述官方制定的无线电业务频率使用规则，包括涉频业务、划分频率、使用场景、使用地域和使用时间等策略。需说明的是，在战场频率筹划过程中，用频活动和管理行为必须符合无线电频率使用规则。 2.2 多层次的用频需求建模与分析 用频需求指根据不同应用场景，各用频对象在相应的用频规则约束下产生的频谱资源使用需求。用频需求是遂行战场频率筹划业务的支撑数据，需从多个层次和多个维度进行建模与分析。首先，依据战场涉频业务的应用特点建立多层次用频需求模型；然后，对频率资源进行综合分析，得到当前作战场景中的可用频谱资源，根据频率使用需求类型，利用聚类分析方法对可用资源进行统计分析，得到不同类型的频率集合；最后，基于作战筹划和作战实施等阶段用频业务的应用，关联频谱资源分析得到的用频数据，优化生成多层次的战场用频需求。 2.2.1 多层次用频需求模型构建 利用历史作战、日常训练或历史演习中不同部队的用频信息，从战术行动、通信网络、平台系统和单装备等维度建立不同层次的用频需求模型，将频率分配、频率指配和频率冲突等规则作为用频需求建模的约束，以经验知识作为用频需求建模的前提。用频需求层次描述如下： 1） 用频装备层：将频率下限、频率上限、发射功率和信号带宽作为用频装备层的固有属性；将作战时间、作战地域、业务类型、用频模式和使用频率作为用频装备在作战过程中的可变属性。 2） 平台系统层：以用频装备层的固有属性为基础，将多种用频装备的组合、平台类型、平台编队、工作模式、常用频率、常用频段、最小频率数、最大频率数和参与的作战任务作为特有属性。 3） 通信网络层：以用频装备层的固有属性为基础，将网络类型、工作模式、组网装备、部署地域、使用时间、常用频率、常用频段、最小频率数、最大频率数和保障的作战任务作为专有属性。 4） 战术行动层：以用频装备、平台系统和通信网络等层次的属性为基础，将行动样式、行动时序、行动轨迹、参与平台、保障网络、常用频率、常用频段、最小频率数和最大频率数等作为作战行动的独有要素。 2.2.2 基于先验知识的用频需求分析 用频需求作为战场频率筹划业务的核心输入数据，能否利用先验知识合理地、高效地且智能地统筹用频需求数据成为重点。最大后验概率（MAP）模型是机器学习中的经典分类预测建模方法，其原理是在一定先验知识的基础上，给定待估参数的先验统计分布，对小样本数据进行分类预测，推算出参数的后验分布,从而最大化该后验概率。MAP模型分为以下2个阶段：1） 模型训练阶段：将历史作战、日常训练和历史演习的用频需求作为训练样本，依据用频装备、平台系统、通信网络和战术行动等多层用频需求模型，提取各层用频需求特征，计算特征条件独立假设的联合概率分布，采用朴素贝叶斯分类器法进行用频需求建模；2） 模型预测阶段：根据训练好的用频需求模型，选定用频层次和用频层次特征条件，考虑战场涉频业务的使用场景和运用模式，预测给定条件下的用频需求。用频需求分析模型如图3所示。  在依据先验知识对用频需求进行分析的过程中，首先,从战术行动层、通信网络层、平台系统层和用频装备层中选择用频层次，根据用频规则对该层用频需求进行约束，从而提取该层的用频特征；然后，根据该层用频先验知识，结合涉频业务、使用区域和时间等信息，通过MAP模型分析计算出需要的频点个数；最后，根据用频个数估计出该层用频所需的且符合规则约束的频点集合或频段范围。用频需求分析流程如图4所示。  2.3 战场用频方案生成与评估 战场用频方案是战场频率筹划的最终产品，也是联合作战筹划与作战实施阶段频管业务的核心。响应作战计划和用频需求，将频谱策略作为生成用频方案的约束条件，对历史用频方案进行匹配学习，生成当前作战场景下的用频方案，并对其效果进行动态评估，提高用频方案制定与调整的灵活性。 首先，根据用频需求和作战计划进行频率分配和频率指配；然后，依据策略对历史用频方案进行学习，提取相似的用频特征，生成满足当前作战场景下的用频方案；最后，根据作战过程中敌方电磁威胁以及电磁环境变化对用频产生的影响，转换用频策略并调整用频方案。用频方案生成与评估模型如图5所示。  用频方案作为作战方案的重要组成部分，其支持核心行动用频的程度、利用频率资源的效率以及协调战场临机用频的能力均会对合理、科学和高效执行作战任务产生影响，因此需利用层次分析法建立一套多目标和多层次评估指标体系，并基于模糊物元模型实现用频方案评估，从而提升频谱筹划方案的合理性、高效性和扩展性。用频方案评估指标体系如图6所示。  1） 作战用频支持度反映了用频方案对作战行动装备用频的支持保障程度，重点给出潜在用频风险和频率协同要点，具体指标如下： a） 作战行动用频满足率：反映用频方案对作战用频的保障程度，表明分配的频率资源与实际需求频率资源的比值。 b） 电子战频率协同比率：反映用频方案对协同要点的保障情况，表明电子战使用频率资源与重要使用频率资源的比值。 c） 作战用频潜在冲突率：反映用频方案中尚未消解的频率冲突，表明存在潜在冲突频率资源与所有使用频率资源的比值。 2） 频谱资源使用效率反映了用频方案中频谱资源分配/指配的经济性，重点给出频率资源在时域、空域和频域等维度的利用率，具体指标如下： a） 频谱资源时域利用率：反映用频方案通过时间分段对频率的复用程度，表明用频设备分时工作时间总和与关联作战时间总和的比值。 b） 频谱资源空域利用率：反映用频方案通过区域分片对频率的复用程度，表明用频设备分区工作的区域范围与整个作战区域范围的比值。 c） 频谱资源频域利用率：反映用频方案通过共用措施对频率的复用程度，表明用频设备之间复用频率数量与所有作战使用频率数量的比值。 3) 频谱资源协调性反映了用频方案对频谱资源动态协调的支持能力，重点给出战场电磁环境变化条件下的频谱资源适应能力情况，具体指标如下： a） 共用复用频率比：反映用频方案中采取一定措施可协调的频率情况，表明共用和复用等频率资源与所有频率资源的比值。 b） 预留备用频率比：反映用频方案中无需采取措施可协调的频率情况，表明尚未分配频率资源与所有频率资源的比值。 c） 禁用保护频率比：反映用频方案中不可调整的频率资源占比情况，表明禁用和保护等独占频率资源与所有频率资源的比值。 3关键技术
为实现策略驱动下的战场频率自适应筹划，满足不同作战应景的应用要求，需对频谱策略生成、用频需求建模和用频方案评估等关键技术进行研究。 1） 频谱策略生成技术 为提升复杂战场环境下用频方案自适应生成效果，以及构建类型多样、结构各异和具备自学习能力的频谱策略，需采用基于本体的知识表示方法对频谱策略进行表征建模以形成频谱策略知识库，并利用深度学习等技术生成适用于各种作战场景的频谱策略数据，以实现频谱策略的智能学习和迭代更新。 2） 用频需求建模技术 战场中的指挥通信、预警探测、技术侦察、电子对抗和导航制导等业务协同运用时，其单装设备、挂载平台、组建网络和参与行动等模式下频率使用需求要素不同。因此，需建立不同层次的用频需求模型，根据历史用频需求经验知识和可用频谱资源，学习优化不同应用场景下的多层次用频需求，生成用频需求矩阵和用频分配矩阵，实现战场用频需求的合理采集和高效统筹。 3） 用频方案评估技术 用频方案作为信息化条件下作战方案的重要组成部分，以保障作战效能充分发挥为目标，既要满足作战用频需求，又要提高频谱资源使用效率，还要具备频谱资源的高适应性，以支持多变的作战应用。因此，需建立一套涵盖作战用频支持度、频谱资源使用效率和频谱资源协调性的用频方案评估指标体系，基于模糊物元模型实现多目标用频方案评估，从而直观反映用频方案对不同目标的实现程度。 4仿真试验
为充分验证频谱策略自适应生成战场用频方案的有效性，仿真设计了不同重点方向的作战场景，结合历史战场用频方案和实际战场用频情况数据，设置一组短波和超短波频段范围（（1.6～89.975） MHz）内的用频需求数据，选取优先等级、禁用保护、分配频率和频率共用作为频谱策略组合，自适应筹划生成满足不同用频场景的战场用频方案，基于用频方案评估指标体系，对用频方案进行效果评估，并归一化处理评估结果数据。表1～表4给出了优先等级、禁用保护、分配频率和频率共用的频谱策略仿真数据，表5给出了战场用频需求仿真数据，表6给出了战场用频方案评估结果。      分析可见，在作战用频支持度方面，基于相同频谱策略组合生成的用频方案P2优于用频方案P4。因此，合理分配作战部队频率和有效设置用频优先等级，能够较好支撑作战筹划阶段的用频需求变化，最大程度减少潜在的用频冲突，保障作战行动用频，提高频谱资源使用效率；合理设定禁用保护频率和配置战场共用频率，能够有效支撑作战实施阶段临机用频情况变化，可及时降低电磁环境变化造成的用频风险，提升应对敌方电磁威胁的能力。 5结束语
战场频率筹划是复杂且多变环境下联合作战筹划和实施过程中必不可少的环节，其时效性的强弱和智能化程度的高低将对联合作战科学有序实施、武器装备充分发挥效能产生重大影响。本文通过对战场用频需求进行层次化建模，设计了体系化的频谱策略及基于策略驱动的频率筹划框架，即时响应不同作战应用场景中用频需求变化和敌方电磁威胁，自适应生成作战筹划与作战实施阶段的用频方案并进行效果评估。仿真结果表明，采用频谱策略驱动实现战场频率的自适应筹划，能够提升联合作战用频方案生成的灵活性和可扩展性。虽然在作战用频需求临时变化场景下用频方案的生成效果较好，但在敌方电磁威胁场景下用频方案的生成效果不佳，因此后续需结合战场实际电磁威胁的多变性、多样性和瞬时性，进一步研究频谱策略的优化配置以及用频方案动态调整等方法。 相关文献推荐：
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