智能無人集群電子戰(zhàn)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展與研究

宋海偉，田 達(dá)，李文魁，楊 蔚

(中國航天科工集團(tuán)8511研究所，江蘇 南京 210007)

0 引言

智能無人集群電子戰(zhàn)系統(tǒng)是基于無人平臺組網(wǎng)協(xié)同工作的自適應(yīng)電子戰(zhàn)系統(tǒng)，它將人工智能與傳統(tǒng)電子戰(zhàn)技術(shù)緊密結(jié)合，利用電磁能等技術(shù)手段，自主偵測并干擾破壞敵方電子信息系統(tǒng)和用頻設(shè)備，奪取電磁頻譜優(yōu)勢實現(xiàn)制電磁權(quán)，為把控戰(zhàn)局贏得戰(zhàn)場主動權(quán)提供支撐。美國相繼提出了地面“狼群”電子戰(zhàn)系統(tǒng)[1]、基于無人機(jī)平臺的“小精靈”[2]、“進(jìn)攻型蜂群戰(zhàn)術(shù)”、“灰山鶉”[3]等項目，用于驗證無人集群自組網(wǎng)、編隊控制、發(fā)射回收等關(guān)鍵技術(shù)。國內(nèi)在無人平臺技術(shù)及其組網(wǎng)方面也取得了較大進(jìn)展，如中國電子科學(xué)研究院和清華大學(xué)等單位實現(xiàn)67架和119架無人機(jī)集群原理驗證試驗[3]，但是戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用、微型智能化任務(wù)載荷研究方面還比較欠缺。本文從智能無人集群電子戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展需求、美國智能無人集群電子戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀和智能無人集群電子戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展建議三個方面進(jìn)行敘述。

1 智能無人集群電子戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展需求

1.1 無人系統(tǒng)智能化集群作戰(zhàn)將成為未來戰(zhàn)場重要趨勢

面對強(qiáng)對抗、高度不確定、動態(tài)變化的復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境，無人系統(tǒng)(無人機(jī)、無人艇/潛航器、無人車等)的作戰(zhàn)樣式已逐步從單平臺作戰(zhàn)向多平臺集群作戰(zhàn)方向發(fā)展。從作戰(zhàn)觀點來看，通過“動態(tài)”和“分布”式的作戰(zhàn)理念，可以更有效地提升交戰(zhàn)的有效性，提升戰(zhàn)術(shù)運用的靈活性，并提升系統(tǒng)整體的魯棒性。一方面，未來戰(zhàn)場越來越復(fù)雜，單個無人系統(tǒng)所能執(zhí)行的任務(wù)能力有限，任務(wù)成功率降低，生存能力也受到越來越大的挑戰(zhàn)。集群協(xié)同作戰(zhàn)，通過相互的能力互補和行動協(xié)調(diào)，可實現(xiàn)對個體任務(wù)能力的擴(kuò)展以及無人系統(tǒng)整體作戰(zhàn)效能提升。另一方面，無人系統(tǒng)的自主能力不斷發(fā)展，將逐步由簡單的遙控、程控方式向人機(jī)智能融合的交互控制、甚至全自主控制方式發(fā)展，無人系統(tǒng)將具備集群協(xié)同執(zhí)行態(tài)勢感知、突防攻擊、綜合防御等任務(wù)的能力。

1.2 高效費比無人系統(tǒng)作戰(zhàn)是決勝未來戰(zhàn)場的關(guān)鍵因素

改變過去單純追求高性能指標(biāo)、單平臺/少數(shù)平臺獨立作戰(zhàn)、造價高昂的傳統(tǒng)設(shè)計理念，通過多平臺組網(wǎng)協(xié)同，將復(fù)雜系統(tǒng)的功能分布在若干低成本的小型化平臺，在空中、地面/海面、空間電磁作戰(zhàn)應(yīng)用中發(fā)揮巨大潛力。無人集群具有“無中心”和“自主協(xié)同”的特性，集群中的個體可以不依賴特定節(jié)點，在作戰(zhàn)過程中，部分個體失效不會影響整個無人集群的作戰(zhàn)效能，系統(tǒng)穩(wěn)健可靠、生存率高。此外，無人集群具有安全、開放的體系架構(gòu)，具備異類資源的動態(tài)智能組織與信息聯(lián)合處理能力，能夠根據(jù)作戰(zhàn)需求動態(tài)定義、組織相應(yīng)的構(gòu)成要素，系統(tǒng)更加靈活。與傳統(tǒng)設(shè)計相比，無人集群中的個體成本相對低廉，敵方應(yīng)對大量個體需要消化數(shù)十倍甚至上百倍成本，因此系統(tǒng)具有作戰(zhàn)效費比高的顯著優(yōu)勢。發(fā)展智能化無人集群電子戰(zhàn)系統(tǒng)技術(shù)，可形成新的作戰(zhàn)理念，適應(yīng)未來戰(zhàn)場環(huán)境和作戰(zhàn)形態(tài)。

1.3 分布式電子戰(zhàn)是未來發(fā)展重要方向

具備協(xié)同作戰(zhàn)能力的分布式無人電子戰(zhàn)系統(tǒng)成為電子戰(zhàn)技術(shù)研究的熱點，也是未來發(fā)展重要方向。隨著大數(shù)據(jù)、云計算、無線自組織網(wǎng)絡(luò)、多源信息融合等技術(shù)開發(fā)取得突破進(jìn)展，網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同技術(shù)在電子戰(zhàn)領(lǐng)域的應(yīng)用也取得了新的突破，網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同可大幅提升多源情報共享與融合的效率，通過多機(jī)協(xié)同定位大幅縮短定位時間、提升定位精度，實現(xiàn)精確電子攻擊、電子欺騙、無線賽博攻擊等。另一方面，為了實現(xiàn)更加高效的電子攻擊,避免資源浪費和對己方用頻的不利影響，就必須發(fā)展以無人集群為平臺的精確電子戰(zhàn)技術(shù)，通過利用精準(zhǔn)的時間控制將大型分布式陣列的相干能量投送到一個目標(biāo)區(qū)域或者一個點目標(biāo)。

2 美國智能無人集群電子戰(zhàn)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

美國在本世紀(jì)初即開始著手對無人艇及無人機(jī)技術(shù)發(fā)展進(jìn)行頂層規(guī)劃，發(fā)展思路非常明確。美國海軍《21世紀(jì)海上力量——海軍設(shè)想》中提出，在2015年前將新型無人平臺引入未來網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)體系中。2007年7月，美海軍首次發(fā)布《海軍無人水面艇主計劃》，認(rèn)為電子戰(zhàn)是無人艇諸多重要使命任務(wù)中的重要組成，指明了未來無人艇的發(fā)展重點及技術(shù)攻關(guān)方向。此后，美軍方開始統(tǒng)籌各軍種無人系統(tǒng)發(fā)展，并統(tǒng)一發(fā)布《無人系統(tǒng)路線圖》，對無人艇的作戰(zhàn)需求、關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域以及與其他無人系統(tǒng)之間的組網(wǎng)協(xié)同應(yīng)用進(jìn)行了總體規(guī)劃。在2013年12月發(fā)布的新版《無人系統(tǒng)路線圖》[4]中，對無人艇“近期(未來5年)、中期(未來10年)、遠(yuǎn)期(未來25年)”的技術(shù)發(fā)展重點和能力需求做出了更細(xì)致的說明：近期重點發(fā)展通信系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)和增強(qiáng)型動力系統(tǒng)等方面；中遠(yuǎn)期則將重點開發(fā)高效自主系統(tǒng)、障礙規(guī)避算法以及安全體系架構(gòu)等；能力需求近期是提高在本地受控區(qū)域執(zhí)行特定任務(wù)的自主性并提高聯(lián)網(wǎng)能力，中期將擴(kuò)展行動區(qū)域范圍并增加任務(wù)類型，遠(yuǎn)期則可在全球自主執(zhí)行任務(wù)?！稛o人系統(tǒng)路線圖》指出，海上無人系統(tǒng)面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)包括持久能力、惡劣環(huán)境中的生存能力等，為了將無人系統(tǒng)潛能最大化，未來各類無人系統(tǒng)必須實現(xiàn)無縫互操作能力。

美國海軍認(rèn)為，無人系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展將為先進(jìn)電子戰(zhàn)技術(shù)能力付諸海上攻防作戰(zhàn)提供光明前景。無人艇與無人機(jī)不但能夠執(zhí)行多種海上作戰(zhàn)任務(wù)，還能有效規(guī)避人員消耗和損失高價值平臺的風(fēng)險，也為快速形成高新技術(shù)電子戰(zhàn)能力提供了一條相對經(jīng)濟(jì)廉價的實現(xiàn)途徑，只需研發(fā)能與平臺上的控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無縫銜接的有效載荷系統(tǒng)即可。隨著一系列開放式控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的不斷出現(xiàn)，如“無人系統(tǒng)通用架構(gòu)”等，對即插即用載荷的研發(fā)能力正在成為現(xiàn)實。

根據(jù)2007年公布的資料，美國海軍研究實驗室(NRL)戰(zhàn)術(shù)電子戰(zhàn)分部研發(fā)了一款用于水面艦艇防御的先進(jìn)電子攻擊技術(shù)載荷。該載荷適于無人艇搭載，可配合淺海戰(zhàn)艦聯(lián)合作戰(zhàn)。該項目旨在發(fā)展對抗新型海巡機(jī)和多功能戰(zhàn)斗機(jī)載海面監(jiān)視雷達(dá)、目標(biāo)瞄準(zhǔn)雷達(dá)的作戰(zhàn)能力，以及對反艦導(dǎo)彈初始目標(biāo)搜索掃描階段進(jìn)行電子攻擊的能力。無人艇單艇工作時，可作為長持續(xù)期自衛(wèi)對抗系統(tǒng)，而當(dāng)多艇組網(wǎng)協(xié)同工作時，可作為大范圍區(qū)域電子防御系統(tǒng)。隨著研究的深入，NRL的科學(xué)家們將該項目的無人艇電子戰(zhàn)概念做了改進(jìn)，突出強(qiáng)調(diào)“以能力為中心、與平臺無關(guān)”的載荷設(shè)計理念，避免傳統(tǒng)研發(fā)“以平臺為中心”的載荷設(shè)計帶來的平臺集成問題，節(jié)省時間和經(jīng)費。新載荷具有緊湊、低成本特點，可用于無人平臺也可用于有人平臺，便于多平臺組網(wǎng)協(xié)同工作，這就是后來的“便攜式電子戰(zhàn)模塊”項目，為未來發(fā)展網(wǎng)絡(luò)使能條件下的先進(jìn)電子戰(zhàn)技術(shù)能力奠定了必要基礎(chǔ)。

美國軍方對無人集群作戰(zhàn)理念的研究不遺余力。2015年9月16日，美國國防高級研究計劃局發(fā)布的“小精靈”項目能夠通過載機(jī)在防區(qū)外發(fā)射帶有多種偵察載荷與電子戰(zhàn)載荷的無人機(jī)集群來執(zhí)行任務(wù)，該項目設(shè)計的無線網(wǎng)絡(luò)具有適應(yīng)性強(qiáng)、能自我修復(fù)等特點，當(dāng)一架無人機(jī)任務(wù)失敗或者被擊中后，其余無人機(jī)能夠擔(dān)負(fù)其職責(zé)，繼續(xù)執(zhí)行監(jiān)視、電子干擾、通訊竊聽、網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)等任務(wù)。2017年1月，美國國防部戰(zhàn)略能力辦公室向全球觀眾展示了美軍新一代、新概念無人機(jī)的“蜂群作戰(zhàn)”戰(zhàn)術(shù)，引起了極大轟動。演示中利用“超級大黃蜂”戰(zhàn)斗機(jī)總計拋撒了103架微型無人機(jī)[3]，實現(xiàn)了無人機(jī)集群集體決策、自修正和自適應(yīng)編隊飛行等功能。作戰(zhàn)使用時，可以大量發(fā)射這種載有電子發(fā)射機(jī)的無人機(jī)，形成干擾云，致盲敵方雷達(dá)、通信等設(shè)備。

美國海軍也是無人集群體系作戰(zhàn)理念的積極倡導(dǎo)者，海軍研究生院長期主導(dǎo)海軍無人機(jī)集群作戰(zhàn)理論發(fā)展，他們提出利用無人機(jī)集群攻擊敵方艦載防空系統(tǒng)。由于無人機(jī)集群的分布式屬性，使其具有難消滅、部署靈活、可協(xié)同作戰(zhàn)的特點，敵方防空系統(tǒng)往往顧此失彼，難以應(yīng)對，因此無人機(jī)集群是在未來戰(zhàn)爭中出奇制勝的武器，而與之相應(yīng)的新戰(zhàn)術(shù)必將在未來戰(zhàn)爭中得到應(yīng)用。此外，美國海軍對無人艇電子戰(zhàn)技術(shù)在海戰(zhàn)場體系對抗中的作戰(zhàn)應(yīng)用研究也較為深入。

3 智能無人集群電子戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展建議

3.1 基于人工智能的無人集群電子戰(zhàn)新概念新技術(shù)研究

無人集群電子戰(zhàn)系統(tǒng)是一個典型的網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)系統(tǒng)，集群網(wǎng)絡(luò)承載了節(jié)點間大量交互的數(shù)據(jù)流和信息流，這些龐大的數(shù)據(jù)流和信息流完全超出人類執(zhí)行和決策的處理能力范圍，因此，必須利用人工智能自主的實現(xiàn)分析和解讀采集數(shù)據(jù)或處理信息。針對上述需求，開展基于人工智能的群體信息高效交互、協(xié)同任務(wù)分配和在線規(guī)劃、編隊飛行控制等關(guān)鍵技術(shù)研究，為智能無人集群電磁作戰(zhàn)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

3.2 無人平臺通用射頻/光電/水聲綜合對抗系列載荷技術(shù)研究

未來戰(zhàn)場瞬息萬變，專用載荷越來越難以適應(yīng)復(fù)雜電磁環(huán)境下攻防作戰(zhàn)需求，開展無人平臺射頻/光電/水聲對抗載荷通用化、微型化和可重構(gòu)技術(shù)研究，形成系列化產(chǎn)品，滿足無人集群電子戰(zhàn)系統(tǒng)快速集成、測試和快速應(yīng)用的需要。

3.3 無人集群電子戰(zhàn)系統(tǒng)可視化指揮控制技術(shù)研究

開展基于虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實的高效實時可視化指控控制技術(shù)研究，充分發(fā)揮人在整個系統(tǒng)作戰(zhàn)決策過程中關(guān)鍵作用，重點解決態(tài)勢綜合顯示、智能人機(jī)接口和實時可視化等關(guān)鍵技術(shù)問題，實現(xiàn)“人在回路”高效群體化電磁作戰(zhàn)。

3.4 無人集群電子戰(zhàn)系統(tǒng)仿真與試驗評估技術(shù)研究

在未來聯(lián)合作戰(zhàn)背景需求下，開展無人集群電子戰(zhàn)系統(tǒng)仿真和試驗評估技術(shù)研究，構(gòu)筑逼真電磁戰(zhàn)場環(huán)境，實現(xiàn)集群電磁對抗的戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法應(yīng)用立體仿真平臺，模擬集群電磁作戰(zhàn)模式，使無人集群電子戰(zhàn)系統(tǒng)仿真和試驗評估更加便捷化、直觀化和科學(xué)化。

4 結(jié)束語

未來信息化戰(zhàn)場上，智能無人集群電子戰(zhàn)系統(tǒng)是對抗預(yù)警機(jī)、通信網(wǎng)、分布式雷達(dá)網(wǎng)和導(dǎo)航網(wǎng)的有力手段，將在復(fù)雜電磁環(huán)境下突防作戰(zhàn)中發(fā)揮越來越重要的作用，是未來電子戰(zhàn)領(lǐng)域的必然發(fā)展趨勢。為適應(yīng)新的形勢，發(fā)展多軍種聯(lián)合作戰(zhàn)體系對抗能力，智能無人集群電子戰(zhàn)系統(tǒng)作為信息時代電磁空間博弈的重要手段和形式，其技術(shù)發(fā)展任重而道遠(yuǎn)，應(yīng)當(dāng)引起重視。■

參考文獻(xiàn)：

[1] 四明. “狼群”智能傳感器網(wǎng)絡(luò)[J]. 國際航空,2005(7): 26-27.

[2] 王璐菲. DARPA研發(fā)“小精靈”無人機(jī)用于分布式空中作戰(zhàn)[J]. 防務(wù)觀點,2015(11).

[3] 羅德林, 徐揚, 張金鵬. 無人機(jī)集群對抗技術(shù)新進(jìn)展[J].科技導(dǎo)報,2017,35(7): 27-30.

[4] DOD. Unmanned systems integrated roadmap(FY2013-2038)[R].2013.