智能化電子對抗裝備內(nèi)涵與發(fā)展途徑探究

吳雪峰

(海軍裝備部信息系統(tǒng)局，北京100841)

0 引 言

隨著人工智能技術(shù)的迅猛發(fā)展，人工智能在圖像識(shí)別、自動(dòng)駕駛、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等眾多領(lǐng)域獲得了廣泛的運(yùn)用[1]。同樣，人工智能技術(shù)正在改變傳統(tǒng)作戰(zhàn)的理念，改寫現(xiàn)代戰(zhàn)爭進(jìn)化軌跡：戰(zhàn)爭博弈的重點(diǎn)由機(jī)械化作戰(zhàn)逐步向信息化、智能化的體系對抗轉(zhuǎn)變。美國國防部高級研究計(jì)劃局提出的“馬賽克戰(zhàn)”戰(zhàn)略便是未來智能化作戰(zhàn)的主要作戰(zhàn)形式。“這是一種并行、大區(qū)域、機(jī)器速度(AI速度)的組合式作戰(zhàn)方式，可以從認(rèn)知層面碾壓線性對手?！薄榜R賽克戰(zhàn)”是一種聯(lián)合、跨域、快速響應(yīng)型作戰(zhàn)理論，而人工智能技術(shù)無疑是“馬賽克戰(zhàn)”戰(zhàn)略的最主要驅(qū)動(dòng)因素。正如有專家解讀的那樣，“‘馬賽克戰(zhàn)’理念已經(jīng)預(yù)見到復(fù)雜度本身就是一種武器”、“未來的戰(zhàn)爭是算法的戰(zhàn)爭”[2]。

1 智能化電子對抗裝備的內(nèi)涵

1.1 智能化電子對抗裝備的內(nèi)涵

智能化裝備定義是具有感知、分析、推理、決策、控制功能的裝備，它是先進(jìn)的制造技術(shù)、信息技術(shù)和智能技術(shù)的集成和深度融合[34]。我們結(jié)合仿生學(xué)，從智能化的效用視角來看，智能化電子對抗裝備內(nèi)涵上應(yīng)該是一種廣泛采取人工智能技術(shù)，通過態(tài)勢感知、數(shù)據(jù)挖掘、邏輯推理、知識(shí)積累、機(jī)器學(xué)習(xí)、資源管控與調(diào)度模擬人腦實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜電磁環(huán)境的自主感知、分析推理、自主進(jìn)化、靈活決策、自主協(xié)同的電子對抗裝備。

智能化電子對抗裝備本身分成廣義和狹義2種。狹義智能化電子對抗裝備，是指將人工智能技術(shù)大量運(yùn)用于電磁信息獲取、態(tài)勢感知、決策和干擾過程中的具備類似人類智能能力的電子對抗系統(tǒng)裝備。相比于傳統(tǒng)的裝備，智能化電子對抗系統(tǒng)具備以下特征：一是信息學(xué)習(xí)能力，利用獲取的大量的電磁環(huán)境信息以及多傳感器信息，通過機(jī)器學(xué)習(xí)，智能提取信息；二是目標(biāo)認(rèn)知能力，通過目標(biāo)信號的特征、電磁活動(dòng)規(guī)律等多維度信息的智能化處理，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)平臺(tái)及類型的識(shí)別和目標(biāo)智能管理；三是智能決策能力，通過對目標(biāo)的認(rèn)知，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)行動(dòng)目的和目標(biāo)電子活動(dòng)行為的預(yù)測，并結(jié)合作戰(zhàn)任務(wù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)智能化生成對抗決策；四是自適應(yīng)控制能力，可根據(jù)任務(wù)、目標(biāo)威脅自適應(yīng)調(diào)度傳感、對抗等相應(yīng)的頻譜、功率、時(shí)間、孔徑等資源，并能夠產(chǎn)生相應(yīng)控制行為；五是作戰(zhàn)評估能力，通過對電子對抗裝備性能評估、對抗作戰(zhàn)效能實(shí)時(shí)評估，提升了裝備對動(dòng)態(tài)復(fù)雜電磁環(huán)境、多任務(wù)、多目標(biāo)的響應(yīng)能力，為作戰(zhàn)指揮提供更多的支持。

智能化電子對抗設(shè)備架構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能化電子對抗設(shè)備架構(gòu)示意圖

從哲學(xué)的觀點(diǎn)來看，事物的發(fā)展不是一蹴而就的。智能化電子對抗裝備也是一樣，需要人工智能技術(shù)在該領(lǐng)域由淺入深逐步的發(fā)展。因而廣義的智能化電子對抗設(shè)備功能構(gòu)建維度可以包含：自適應(yīng)天線單元，智能化解決天線極化方式的選擇；智能化接收機(jī)單元，包含自適應(yīng)數(shù)字波束合成、自適應(yīng)信道化、自適應(yīng)測向方式選擇、自適應(yīng)雷達(dá)信號與通信信號偵收等等，目標(biāo)是解決不同信號偵收測量的問題，提高設(shè)備的環(huán)境態(tài)勢適應(yīng)性；智能化信號分選設(shè)備，利用機(jī)器學(xué)習(xí)的知識(shí)，智能化地將各種信號分類，提高分類準(zhǔn)確率，并具備一定的自主學(xué)習(xí)能力等。這些不同層級的小閉環(huán)均是智能化電子對抗裝備技術(shù)發(fā)展的一部分。在此之上，智能化電子對抗設(shè)備還包括分系統(tǒng)級別的智能化，比如智能化偵察設(shè)備、智能化干擾設(shè)備。智能化偵察的含義是利用態(tài)勢感知生成的“知識(shí)”，指導(dǎo)偵察設(shè)備，提高偵察資源的利用率和態(tài)勢感知精度。智能化干擾設(shè)備的含義是利用態(tài)勢感知生成的“知識(shí)”、實(shí)時(shí)自適應(yīng)的干擾策略和自適應(yīng)的干擾資源分配等，從而提高干擾的水平。

總的來說智能化電子對抗裝備應(yīng)該是具備自主學(xué)習(xí)能力、模式自由化能力、能力提升能力、狀態(tài)自適應(yīng)能力、組網(wǎng)自組織能力的先進(jìn)裝備，是人工智能技術(shù)在軍事領(lǐng)域應(yīng)用的產(chǎn)物。它可大大減少裝備運(yùn)行人員的要求和負(fù)擔(dān)，提高傳統(tǒng)電子對抗裝備在復(fù)雜的戰(zhàn)場環(huán)境中的作戰(zhàn)效能，也將引領(lǐng)軍事智能化變革，形成支撐電磁頻譜作戰(zhàn)新的軍事理論、技術(shù)、作戰(zhàn)樣式和方法。

1.2 智能化電子對抗與認(rèn)知電子對抗關(guān)系

認(rèn)知電子對抗是近年來興起的一種新概念，它與智能化電子對抗內(nèi)涵相近又不完全等同。顧名思義，“認(rèn)知”是通過感覺、直覺、理解、推理等行為獲得經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的過程，其核心在于構(gòu)建閉環(huán)流程。認(rèn)知電子戰(zhàn)系統(tǒng)通過構(gòu)建閉環(huán)工作流程對戰(zhàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境進(jìn)行充分的態(tài)勢感知，并對感知的態(tài)勢加以理解和預(yù)測，最終形成決策方案，從而智能化地引導(dǎo)干擾以及協(xié)同其他設(shè)備工作。

認(rèn)知電子對抗設(shè)備工作流程如圖2所示。

圖2 認(rèn)知電子對抗設(shè)備工作流程

認(rèn)知電子對抗裝備屬于智能化電子對抗裝備發(fā)展的一種方式，它強(qiáng)調(diào)的是在應(yīng)用環(huán)境中建立反饋回路，使得電子對抗裝備具有感知、理解的能力。認(rèn)知所強(qiáng)調(diào)的是一種行為、過程與實(shí)現(xiàn)途徑，而智能代表的是一種效用、表現(xiàn)和能力。由此可見，認(rèn)知電子對抗是實(shí)現(xiàn)智能化電子對抗的一種手段，智能化電子對抗是認(rèn)知電子對抗的最終目標(biāo)。廣義上的智能化電子對抗技術(shù)比認(rèn)知電子對抗技術(shù)范圍要更加廣泛，狹義上的智能化電子對抗技術(shù)比認(rèn)知電子對抗技術(shù)理解更加深刻。另外，認(rèn)知電子對抗裝備一般是從單個(gè)設(shè)備角度出發(fā)，利用人工智能的算法實(shí)現(xiàn)工作流程的自動(dòng)化；而智能電子對抗裝備包含了深度學(xué)習(xí)、能力提升、自主協(xié)作的編隊(duì)級別的電子對抗系統(tǒng)，是具備成長能力的認(rèn)知電子對抗裝備。

1.3 智能化電子對抗和電子對抗功能軟件化的關(guān)系

電子對抗的智能化和軟件化是電子對抗裝備發(fā)展的2個(gè)重要的方向，兩者是相互關(guān)聯(lián)的。電子對抗裝備的軟件化是一種面向應(yīng)用的開發(fā)模式：通過系統(tǒng)功能的軟件定義和開放式的體系架構(gòu)實(shí)現(xiàn)電子對抗技術(shù)的可動(dòng)態(tài)重構(gòu)。其設(shè)計(jì)要點(diǎn)是硬件到軟件的轉(zhuǎn)移，它是以通用性硬件架構(gòu)為基礎(chǔ)，以數(shù)字化微波技術(shù)替代原來微波放大、濾波、變頻的相關(guān)功能，增強(qiáng)了設(shè)備的靈活性，從而實(shí)現(xiàn)了任務(wù)和功能的靈活配置的思想。智能化對抗設(shè)備和軟件化對抗設(shè)備的視角維度不同，軟件化是技術(shù)特征，而智能化是使用特征。軟件化是實(shí)現(xiàn)智能化的基礎(chǔ)和載體，促進(jìn)智能化水平向更高、更深、更廣的領(lǐng)域去發(fā)展；而智能化是軟件化裝備的“大腦”，可反過來牽引其技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用：因此，未來的電子對抗裝備實(shí)現(xiàn)形式將是具有智能感知和決策能力的軟件化智能裝備。圖3為軟件化電子對抗設(shè)備示意圖。

2 智能化電子對抗裝備發(fā)展途徑探究

2.1 智能化電子對抗裝備發(fā)展制約因素分析

現(xiàn)有的智能化電子對抗研究主要集中在電磁輻射源特征融合、目標(biāo)檢測、輻射源識(shí)別等態(tài)勢感知方面，這些研究的針對性非常強(qiáng)，從不同角度研究了智能化電子對抗的一些基本要素，這也為研究智能化電子對抗裝備的發(fā)展提供了很好的基礎(chǔ)。但要形成能夠適應(yīng)未來作戰(zhàn)的智能化電子對抗體系裝備，僅靠這些基礎(chǔ)技術(shù)的研究是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。從智能化電子裝備的內(nèi)涵出發(fā)，可以總結(jié)出當(dāng)前智能化發(fā)展主要的制約因素：

(1)缺乏智能化電子對抗裝備高層級的設(shè)計(jì)構(gòu)思

智能化電子對抗設(shè)備是由多層次的、具備自協(xié)同、自成長能力的認(rèn)知設(shè)備構(gòu)成，建設(shè)智能化電子裝備的主要手段便是構(gòu)建符合作戰(zhàn)需求的閉環(huán)工作流程。并且流程的設(shè)計(jì)應(yīng)該是至頂層而下的：需要在充分分析戰(zhàn)場致勝機(jī)理的條件下設(shè)計(jì)智能化的電子對抗體系設(shè)備(編隊(duì)級)對抗流程和致勝條件，由此分解到單平臺(tái)級別對抗裝備、智能化電子偵察設(shè)備、干擾設(shè)備等二級設(shè)備的工作流程，再分解至智能化天線設(shè)計(jì)、智能化微波、智能化接收與處理等。當(dāng)前的智能化裝備發(fā)展是自底而上的設(shè)計(jì)，因此當(dāng)前的設(shè)計(jì)雖然采用了一些人工智能的手段卻很難滿足實(shí)際戰(zhàn)場的作戰(zhàn)需求。總的來說，智能化的設(shè)計(jì)應(yīng)該是至上而下的設(shè)計(jì)，上層為下層提供技術(shù)指導(dǎo)；智能化的研制應(yīng)該是至下而上的研制，下層為上層提供基礎(chǔ)支持。而當(dāng)前人工智能技術(shù)在低層級的應(yīng)用領(lǐng)域百花齊放，高層級的設(shè)計(jì)上卻沒有合理構(gòu)思。

圖3 軟件化電子對抗設(shè)備示意圖

(2)態(tài)勢元素獲取準(zhǔn)確性的缺失與融合困難

由智能化的內(nèi)涵可知：態(tài)勢獲取是設(shè)備智能化的前提，態(tài)勢元素的多樣性和準(zhǔn)確性決定了智能化的深度和精度。當(dāng)前的傳統(tǒng)設(shè)備存在兩大問題：第一，設(shè)備對信息獲取的準(zhǔn)確度有較大誤差，因此這類信息決定了當(dāng)前設(shè)備即便采用了智能化設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性也不高。第二，目前的各傳感器一般是相互獨(dú)立的，沒有建立相應(yīng)的信息共享機(jī)制。因此當(dāng)前軟硬件架構(gòu)的局限性決定了電磁態(tài)勢獲取元素相對單一，不利于智能化設(shè)備的發(fā)展。

(3)適用于軍事化領(lǐng)域的人工智能算法的缺失

當(dāng)前的應(yīng)用在軍事領(lǐng)域的人工智能算法多數(shù)是民用人工智能算法的簡單套用，多半以深度學(xué)習(xí)、統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)為主，而這些算法都有自身的局限性。比如目前證實(shí)深度學(xué)習(xí)算法在聲音、圖像處理領(lǐng)域準(zhǔn)確性較高，但是在其他領(lǐng)域準(zhǔn)確性不能得到保障。再比如統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)需要大量的數(shù)據(jù)才能有一定的準(zhǔn)確性，而軍事領(lǐng)域的數(shù)據(jù)非?？少F，導(dǎo)致這類人工智能算法不適用于軍事領(lǐng)域。

2.2 智能化電子對抗裝備發(fā)展途徑

智能化體系裝備的發(fā)展不可能是一蹴而就的，是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程。核心問題在于如何解決以上3個(gè)制約因素的問題。

針對如何構(gòu)建智能化電子對抗裝備高層級的設(shè)計(jì)構(gòu)思的問題。首先在頂層必須清晰地認(rèn)識(shí)到未來智能化的戰(zhàn)場形態(tài)，研究人工智能時(shí)代下作戰(zhàn)致勝機(jī)理的決定因素。面對美軍以智能化為核心的馬賽克戰(zhàn)略要形成有效的應(yīng)對措施：作戰(zhàn)模式應(yīng)從殺傷鏈到殺傷網(wǎng)轉(zhuǎn)型，能力生成從單平臺(tái)到系統(tǒng)之系統(tǒng)(SoS)轉(zhuǎn)型，作戰(zhàn)理論從電子戰(zhàn)向頻譜戰(zhàn)、網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)轉(zhuǎn)型等，對這些新式作戰(zhàn)概念和作戰(zhàn)理論要研究透徹，才能為智能化體系對抗提供強(qiáng)有力的頂層指導(dǎo)工作。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行單平臺(tái)智能化電子對抗流程的閉環(huán)形式(架構(gòu))研究，包括：認(rèn)知電子戰(zhàn)流程和編隊(duì)智能化電子對抗流程的閉環(huán)形式(架構(gòu))研究，包括：智能化協(xié)同偵察流程、智能化協(xié)同干擾流程、智能化協(xié)同定位流程。

針對如何解決當(dāng)前態(tài)勢元素獲取準(zhǔn)確性的缺失與融合困難的問題，應(yīng)當(dāng)在提高當(dāng)前電子對抗偵察設(shè)備的偵察維度和參數(shù)估計(jì)精度的同時(shí)，更要關(guān)注平臺(tái)內(nèi)多傳感器信號融合的設(shè)計(jì)和綜合處理技術(shù)的研究、多平臺(tái)之間信號融合的設(shè)計(jì)和綜合處理的發(fā)展。因此，通過大力建設(shè)綜合射頻系統(tǒng)，把電磁頻譜作為作戰(zhàn)域進(jìn)行統(tǒng)一考慮，使得雷達(dá)、通信、電子對抗等裝備融合形成合力，從而提升裝備的集成度；通過建設(shè)編隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)體系，利用多平臺(tái)信息融合綜合識(shí)別、協(xié)同偵察、協(xié)同定位、協(xié)同干擾，提高編隊(duì)作戰(zhàn)能力都是為智能化技術(shù)未來的發(fā)展提供基礎(chǔ)支持。從技術(shù)層次來講，應(yīng)該關(guān)注下一代電子系統(tǒng)的軟硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)，通過硬件的模塊化、通用性設(shè)計(jì)形成一種開放式的的體系架構(gòu)，通過功能的軟件化定義、面向應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)任務(wù)和功能的靈活配置，牽引人工智能的發(fā)展。

針對如何解決適用于軍事化領(lǐng)域的人工智能算法缺失的問題。在共用技術(shù)層面應(yīng)該加大在模型與小樣本數(shù)據(jù)混合驅(qū)動(dòng)的推理架構(gòu)研究、智能化算法模型壓縮優(yōu)化。在關(guān)鍵技術(shù)層面應(yīng)該加強(qiáng)基于知識(shí)圖譜的目標(biāo)行為意圖推理、基于分層強(qiáng)化學(xué)習(xí)的認(rèn)知干擾決策技術(shù)、基于參數(shù)及行為聯(lián)合建模目標(biāo)識(shí)別等新技術(shù)的探討與研究，以增強(qiáng)對復(fù)雜態(tài)勢的分析與推理能力。

另外要增加智能化電子對抗系統(tǒng)的決策控制范圍，改變當(dāng)前電子戰(zhàn)/頻譜戰(zhàn)的作戰(zhàn)地位尤其重要。正如美軍闡述的“凡是作戰(zhàn)目標(biāo)屬于電磁域，那么不論使用的是火力還是電磁、網(wǎng)絡(luò)，都屬于頻譜戰(zhàn)的范疇?！敝悄芑拇竽X必須給予其控制權(quán)和決定權(quán)是最終建設(shè)智能化的目的。編隊(duì)級的電磁兼容管控、戰(zhàn)場態(tài)勢分析與評估、編隊(duì)級態(tài)勢一張圖的呈現(xiàn)、編隊(duì)級偵察、干擾資源的調(diào)度權(quán)限乃至火力打擊均需要在智能化電子對抗系統(tǒng)的控制范圍之內(nèi)。

3 結(jié)束語

現(xiàn)代化信息作戰(zhàn)中，對抗雙方在一種高動(dòng)態(tài)狀態(tài)下競爭博弈，對抗響應(yīng)和變化的速度不斷提升，對敏捷的要求到了一個(gè)新的高度。信息時(shí)代戰(zhàn)爭使敏捷的重要性愈加凸顯，工業(yè)時(shí)代的“以強(qiáng)勝弱”的基本理論將被“以快勝慢”所取代。智能化電子對抗裝備的建設(shè)使得戰(zhàn)場態(tài)勢生成流程與武器打擊流程行云流水，一定程度上擺脫了人為控制帶來的延遲，大大加速了戰(zhàn)場OODA 環(huán)路的速度，使得戰(zhàn)場敏捷性得到大幅度提升，可以預(yù)見未來的電子對抗裝備將不斷朝著智能化方向發(fā)展。本文從術(shù)語上對比了當(dāng)前流程的智能化、認(rèn)知化和軟件化電子對抗裝備的關(guān)系和聯(lián)系，力求探究智能化電子對抗及其發(fā)展中的本質(zhì)和核心問題，對明確研究重點(diǎn)、制定發(fā)展規(guī)劃有著先導(dǎo)意義。