體系作戰(zhàn)下的多域指揮與控制探討

吳正午 付建川 任華 周開民

1 問題的提出

1.1 多域指揮與控制概念提出

2012年美國國防部發(fā)布的《國防戰(zhàn)略指南》提出了“亞太再平衡”戰(zhàn)略,2015年美國政府發(fā)布的《國家安全戰(zhàn)略》將該戰(zhàn)略升格為美國國家戰(zhàn)略的組成部分,標(biāo)志著美國國防部已將中國鎖定為頭號假想敵及軍事戰(zhàn)略上的競爭對手.在《國防戰(zhàn)略指南》中,明確將“反介入/區(qū)域拒止”作為美軍未來十年最大的威脅和挑戰(zhàn),提出了以“跨域協(xié)同增效”為核心的“聯(lián)合介入行動”和“全球一體化作戰(zhàn)”等體系作戰(zhàn)概念[8].

與此同時,美國空軍于2015年9月發(fā)布了《空軍未來作戰(zhàn)概念》文件,其核心是作戰(zhàn)敏捷性[1,7],即為應(yīng)對某個給定挑戰(zhàn)快速產(chǎn)生、篩選多種解決方案并快速執(zhí)行的能力.這份文件還對空軍核心使命任務(wù)的排序進(jìn)行了演進(jìn),將“指揮與控制”由第5項前移至第1項,并改稱“多域指揮與控制”,將“航空航天優(yōu)勢”改稱“自適應(yīng)多域控制”,體現(xiàn)出加強(qiáng)多域作戰(zhàn)能力及使其高度一體化的強(qiáng)烈意圖,以適應(yīng)雙方的對抗由“要素對抗”向“體系對抗”轉(zhuǎn)變.

1.2 多域指揮與控制難點(diǎn)

體系作戰(zhàn)是當(dāng)前和未來作戰(zhàn)的主要模式[3,9].體系作戰(zhàn)中充滿戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)欺騙,正確識別敵方意圖,并結(jié)合己方武器平臺特點(diǎn),快速構(gòu)建跨多兵種、跨多領(lǐng)域的反擊或防御體系,對指揮員的指揮水平和經(jīng)驗提出了更高要求.多域指揮與控制難度主要體現(xiàn)在:

體系作戰(zhàn)中,參戰(zhàn)角色眾多,各作戰(zhàn)要素扮演特定的體系功能,其行為僅為體系行為的一個小的環(huán)節(jié),伴隨戰(zhàn)場迷霧的存在,讓指揮員很難從局部戰(zhàn)場態(tài)勢準(zhǔn)確識別敵方作戰(zhàn)體系的作戰(zhàn)意圖,從而為己方行動決策帶來困難[13].

2)跨領(lǐng)域跨平臺聯(lián)合任務(wù)規(guī)劃困難

作戰(zhàn)體系的目標(biāo)實現(xiàn)依靠不同領(lǐng)域作戰(zhàn)要素在物理和信息空間協(xié)同完成[5,12],完全依靠指揮員的理論經(jīng)驗并在短時間完成態(tài)勢評估、行動決策、方案制定難度非常大,且隨體系的擴(kuò)展不斷增加,無法敏捷適應(yīng)快速變化的戰(zhàn)場環(huán)境.

3)多兵種多領(lǐng)域無縫指揮協(xié)調(diào)敏捷性差

層次多,規(guī)模大的體系行動在各領(lǐng)域的作戰(zhàn)要素要融合形成一個有機(jī)的整體,需共享戰(zhàn)場態(tài)勢、協(xié)同戰(zhàn)場任務(wù)、同步作戰(zhàn)行動,在各領(lǐng)域間實現(xiàn)從上到下的無縫指揮控制困難多,偶發(fā)事件也可能導(dǎo)致整個指揮流程受阻,人工協(xié)調(diào)各要素造成體系敏捷性差.

4)不同領(lǐng)域武器平臺精確運(yùn)用控制要求高

海、陸、空、天、網(wǎng)絡(luò)等多個領(lǐng)域裝備有著不同的運(yùn)用方法和作戰(zhàn)約束,體系作戰(zhàn)中,各領(lǐng)域武器平臺圍繞體系目標(biāo)共同運(yùn)作,體系的組織者和運(yùn)作者無法做到對不同領(lǐng)域的武器平臺的戰(zhàn)技指標(biāo)都深刻了解,影響了武器的火力規(guī)劃和運(yùn)用控制.

通過上述分析,可以看出多域指揮與控制難點(diǎn)在于如何在體系對抗復(fù)雜的態(tài)勢中快速提取敵方意圖,并規(guī)劃形成我方涵蓋多個軍種/兵種、多個領(lǐng)域的對抗體系,并對體系中各作戰(zhàn)要素進(jìn)行高效的火力規(guī)劃和精準(zhǔn)控制[14].

經(jīng)過上述分析，論證了改進(jìn)的GA-PSO混合算法用于配網(wǎng)重構(gòu)上的理論可行性，本文運(yùn)用MATLAB軟件分別對3個算例IEEE14、IEEE33和PG&E69節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了仿真來證明算法的有效性及優(yōu)越性。

2 現(xiàn)狀與趨勢分析

2.1 多域/跨域指揮與武器控制成為發(fā)展方向

多域指揮與控制是依托可快速部署和重組的多域作戰(zhàn)能力來實施多域指揮與控制,以取代現(xiàn)在以空中作戰(zhàn)為中心的指揮模式.通過多域通用作戰(zhàn)圖像和廣泛應(yīng)用用戶自定義的作戰(zhàn)圖像來規(guī)劃、執(zhí)行和評估作戰(zhàn)行動,以及連續(xù)更新作戰(zhàn)規(guī)劃并分配作戰(zhàn)任務(wù).自適應(yīng)多域控制是指依托動態(tài)的指揮與控制和平衡的能力,跨域運(yùn)用性能優(yōu)化的編組和各種比例的有人與無人平臺,實施一體化作戰(zhàn)行動,形成敵方不可及的主宰各域的能力.

結(jié)合我軍“軍種主建、戰(zhàn)區(qū)主戰(zhàn)”原則的提出,也是從體系化整合的視角來提升作戰(zhàn)能力,以體系對抗體系,實現(xiàn)對敵的體系破襲.戰(zhàn)區(qū)對軍種/兵種的體系化整合同樣面臨要解決多域指揮與控制的問題,需要對多領(lǐng)域、多軍種/兵種的作戰(zhàn)要素實現(xiàn)體系作戰(zhàn)規(guī)劃、跨域指揮、協(xié)同武器控制.

2.2 智能化是解決多域指揮控制的關(guān)鍵切入點(diǎn)

從指揮層面來說,美國國防部先進(jìn)研究計劃局(DARPA)2007年啟動的“深綠”計劃[6],試圖開發(fā)一種智能化指揮控制系統(tǒng)[1,13],以幫助指揮官及其參謀人員迅速作出決策并采取行動.“深綠”并不采取先計劃后執(zhí)行的程序,而是各個階段同步進(jìn)行,有“平行系統(tǒng)”的設(shè)計思想.“深綠”從當(dāng)前作戰(zhàn)行動中持續(xù)收集數(shù)據(jù),以更新對未來態(tài)勢的預(yù)測,然后同步完善或修改作戰(zhàn)方案.但該項目發(fā)展并不順利,沒有達(dá)到預(yù)期的設(shè)想,但“深綠”的設(shè)計理念卻在近期熱門的深度學(xué)習(xí)案例“AlphaGo”中得到體現(xiàn)和發(fā)揮.2016年3月推出的“AlphaGo”是一款針對圍棋的人工智能程序,其用“價值網(wǎng)絡(luò)”去計算局面,用“策略網(wǎng)絡(luò)”去選擇下子,通過兩個不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)合作完成下棋,該過程體現(xiàn)了類似作戰(zhàn)過程中“態(tài)勢理解”和“指揮決策”,只是圍棋里的“態(tài)勢”相對直白,“決策”也無需跨域,但“AlphaGo”的出現(xiàn)為智能化的跨域指揮與控制帶來曙光.

從武器控制層面來說,人工智能更是取得了讓人驚奇的成果.由Psibernetix公司開發(fā)的ALPHA人工智能系統(tǒng)戰(zhàn)斗機(jī)在2016年6月的空戰(zhàn)模擬中戰(zhàn)勝了美國空軍上校飛行員.ALPHA以模糊邏輯(Fuzzy logic)為基礎(chǔ),這種數(shù)學(xué)邏輯不是模仿人腦的神經(jīng)生理構(gòu)造,而是模仿人類的思考方法.Psibernetix公司開發(fā)了遺傳模糊邏輯分叉(Genetic fuzzy tree)的計算方法,利用這種算法ALPHA就可以應(yīng)對數(shù)百的輸入信號.這種處理方法能夠在維持輸入信號間關(guān)系的基礎(chǔ)上,把大的問題切割成小的問題,因此使用價格低廉的臺式家用電腦也能夠完成對系統(tǒng)的訓(xùn)練.

通過上述分析,人工智能已經(jīng)能夠從某些領(lǐng)域初步完成OODA環(huán),完全可以預(yù)期將來以人工智能能部分彌補(bǔ)體系設(shè)計者與運(yùn)作者理論、經(jīng)驗與專業(yè)知識的欠缺,實現(xiàn)在線的跨域決策支持,并將其貫穿于對抗體系的規(guī)劃、指揮與武器控制過程[5].

2.3 體系工程是跨域指揮與控制實現(xiàn)的基礎(chǔ)

2008年8月,美國國防部發(fā)布了《面向體系的系統(tǒng)工程指南》,指南把對系統(tǒng)工程的大力支持又邁向了一個高度,以此來適應(yīng)當(dāng)今系統(tǒng)工程日益變化的潮流,其主要體現(xiàn)為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化和體系化.在當(dāng)今日益復(fù)雜的系統(tǒng)環(huán)境下,它對未來的發(fā)展方向進(jìn)行了實際指導(dǎo),并致力于解決體系所面臨的問題.

體系工程將現(xiàn)有系統(tǒng)或新系統(tǒng)進(jìn)行功能設(shè)計、分析、規(guī)劃和整合,使之組合成體系,其功能大于各部分功能的簡單相加.體系可能通過整合多個相互協(xié)同、獨(dú)立而又相互影響的系統(tǒng)來實現(xiàn)設(shè)定功能.我軍“戰(zhàn)區(qū)”的成立晚于軍種/兵種,其需要整合大量的已有系統(tǒng),并研發(fā)新的戰(zhàn)區(qū)作戰(zhàn)指揮信息系統(tǒng),其過程需要“體系工程”的指導(dǎo).

3 多域指揮與控制關(guān)鍵技術(shù)思考

3.1 靈活集成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

多域指揮與控制系統(tǒng)應(yīng)為一種軍兵種分布式建設(shè)[10]、戰(zhàn)區(qū)可網(wǎng)絡(luò)化集成與訪問的系統(tǒng),并支持各軍種/兵種間進(jìn)行流暢信息交互,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示.

面對跨軍兵種、跨平臺的戰(zhàn)場資源,戰(zhàn)區(qū)指揮與控制系統(tǒng)需要適應(yīng)靈活多變的作戰(zhàn)使命,面向主要的作戰(zhàn)背景制定預(yù)案,并支持基于實時態(tài)勢修改完善,從而提高作戰(zhàn)指揮效率.與此同時,軍兵種的指揮與控制系統(tǒng)需要能夠與其他系統(tǒng)融合,進(jìn)而通過動態(tài)集成來實現(xiàn)敏捷協(xié)作,實現(xiàn)快速任務(wù)分配和協(xié)調(diào)[2,11].

圖1 多域指揮與控制結(jié)構(gòu)

圖2 多域態(tài)勢理解和決策

3.2 多域態(tài)勢理解和決策

從目前來看,現(xiàn)有取得的人工智能成果均針對某個特定的領(lǐng)域,如上文所說的“圍棋”、“空戰(zhàn)”等,人工智能程序已在特定領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)初步的“態(tài)勢”理解和對自己“行為”預(yù)期的理解.

目前在人工智能方面尚未出現(xiàn)跨多個領(lǐng)域的理解能力,更沒有相關(guān)成功案例.多域指揮與控制系統(tǒng)需能在海、陸、空、天、網(wǎng)絡(luò)多個領(lǐng)域,基于不同的人工智能算法實現(xiàn)不同領(lǐng)域的“態(tài)勢理解”和“行為決策”,并關(guān)聯(lián)這幾個域的相互影響.

3.3 跨域輔助行動指揮

在當(dāng)前的作戰(zhàn)模式中幾乎所有情況下都是大量的武器裝備和許多的指揮人員形成行動閉環(huán).這種情況所面臨的問題是即使指揮與控制系統(tǒng)、武器系統(tǒng)能夠適應(yīng)愈來愈復(fù)雜的戰(zhàn)場環(huán)境和作戰(zhàn)節(jié)奏,作戰(zhàn)人員也無法無限制提高素質(zhì)和操作速度[15].因此,人工智能輔助指揮是解決上述問題的唯一途徑.圖3給出跨域輔助行動指揮在不同協(xié)同流程下人與人工智能的區(qū)別.

圖3 跨域輔助行動指揮

同時,智能化指揮系統(tǒng)需要與之相適宜的指揮方式才能實現(xiàn)高效的自動化和安全性,即允許機(jī)器完成某些有確定處理方式和處理方法的作戰(zhàn)指揮過程,將模糊的、關(guān)鍵的問題交由人員決策和處理,從而實現(xiàn)人機(jī)協(xié)同.

3.4 多武器協(xié)同運(yùn)用控制

多域指揮控制體系下,對武器平臺精確運(yùn)用的一個核心概念是“敏捷”,即為應(yīng)對某個給定目標(biāo)快速產(chǎn)生、篩選火力方案并高效執(zhí)行的能力.多武器協(xié)同涉及目標(biāo)識別、方案尋優(yōu)、協(xié)同打擊等多個過程.與此同時,無人系統(tǒng)、分布式集群將會成為未來戰(zhàn)場的重要成員,其參戰(zhàn)規(guī)模、協(xié)同實時性將大大超出人力控制范圍,必須實現(xiàn)智能化.如圖4所示.

目前,多種深度學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法將越來越多地應(yīng)用于武器平臺.從體系作戰(zhàn)角度來說,單純的武器平臺智能化必須向全面的能力整合發(fā)展.體系化防御和進(jìn)攻都將是在未來戰(zhàn)爭中取勝的關(guān)鍵,任何一個軍/兵種都不是絕對的主導(dǎo),任何領(lǐng)域都必須有效協(xié)同.

圖4 多武器協(xié)同運(yùn)用控制

跨域指揮和控制是一個復(fù)雜科學(xué)與工程問題,在當(dāng)前階段,可歸納為如何將復(fù)雜系統(tǒng)所面臨的不確定性、多樣性和復(fù)雜性,通過有效的智能化和自動化,轉(zhuǎn)化為針對特定任務(wù)和使命的敏捷性和有效性.