智能化武器裝備標準體系框架研究

徐 晨 華

(1.中國電子科學研究院，北京 100041；2.中國電科標準化研究中心，北京 100041)

0 引言

智能化武器裝備是以人工智能技術為主導，在感知、決策、行動等方面具有一定自主、協同和學習能力，可替代、減輕和擴展人類軍事活動的武器裝備。智能化武器裝備可以替代或強化部分人類作戰(zhàn)活動，可以在一定程度上自主完成作戰(zhàn)任務，其發(fā)展目標是成為脫離人的直接操控、又能與人密切協同、實現作戰(zhàn)目的的“戰(zhàn)爭主體”。這些特征和要求都決定了智能化武器裝備顯著區(qū)別于民用人工智能產品。智能化武器裝備標準化對其發(fā)展具有基礎性、支撐性和引領性作用，既是規(guī)范智能化武器裝備研制的重要抓手，也是占領相關領域技術制高點的重要手段，構建并不斷完善智能化武器裝備標準體系框架，進而規(guī)劃相關標準研究，對智能化武器裝備相關技術的深入發(fā)展，滿足各類軍事需求和軍事場景應用具有重要的意義。

本文以智能化武器裝備標準體系框架的構建為目標，分析了基于人工智能的智能化武器裝備典型應用場景，研究了國內外智能化武器裝備標準化發(fā)展現狀，提出了智能化武器裝備標準體系框架，明確了標準研究方向和重點，并對標準后續(xù)發(fā)展進行了展望。

1 智能化武器裝備典型應用場景

1.1 戰(zhàn)場態(tài)勢感知與決策支持

未來智能化戰(zhàn)爭是跨地域、跨軍兵種、成體系對抗的聯合作戰(zhàn)[1]，現有基于人在回路中的多層級感知和決策體系將越發(fā)難以適應未來戰(zhàn)爭多要素、高烈度的特點。依托人工智能技術，將為戰(zhàn)場高價值信息快速挖掘、情報聯合分析與態(tài)勢生成以及最佳作戰(zhàn)決策生成提供新的技術手段。近年來，世界先進國家對作戰(zhàn)管理系統(tǒng)進行創(chuàng)新，引入聯合全域指揮與控制(JADC2)概念，旨在利用人工智能技術實時收集、分析和共享各軍兵種終端平臺數據，以提供有效的態(tài)勢感知和決策支持[2]。

1.2 偵察情報監(jiān)視與分析

智能化戰(zhàn)場將配備種類繁多、數量龐大的傳感器，由此帶來的海量數據信息需要投入大量人力進行監(jiān)控，為偵察情報的實時監(jiān)視與分析帶來了巨大挑戰(zhàn)。深度學習等人工智能技術的發(fā)展，為偵察情報的高效處理帶來新的契機。如 2020年6月，歐洲委員會“基于持續(xù)對地觀測的情報監(jiān)視偵察”項目引入“情報監(jiān)視偵察軟件平臺”，該平臺通過人工智能技術實現衛(wèi)星遙感數據實時自動處理，包括自動提取和識別陸地和海上目標信息，以支持國防情報行動[3]。

1.3 網絡安全與威脅響應

當前，網絡威脅數量和復雜性快速增長，網絡防御形勢日趨嚴峻。通過機器學習等人工智能技術，實現深度網絡數據檢測、安全數據挖掘與融合、重點網絡節(jié)點目標防御、網絡攻擊追蹤溯源等前沿技術，以實現對網絡安全威脅的快速響應。先進國家紛紛開展與人工智能相關的網絡安全項目，利用機器學習等技術實現自主化網絡安全操作，對入侵數據進行挖掘，實現網絡安全威脅實時響應[2]。

1.4 聯合電磁頻譜作戰(zhàn)

隨著電子戰(zhàn)技術的不斷發(fā)展，以往分立的雷達、通信、偵察、干擾裝備正逐步向綜合化、一體化方向發(fā)展，并依托人工智能技術實現對電磁頻譜威脅的自主感知、快速探測和威脅響應。先進國家正在利用人工智能技術來過濾噪聲和分類信號，以減輕人力在電磁信號檢測方面的負擔，進一步提升電磁頻譜作戰(zhàn)數據情報轉換效率[2]。

1.5 智能化無人作戰(zhàn)平臺

隨著自主協同和人工智能技術的不斷發(fā)展，智能化無人作戰(zhàn)平臺技術和產品逐漸從理論變?yōu)楝F實，依托多源分布式信息融合、目標協同檢測-識別-跟蹤、 自適應組網和自主協同等技術， 實現對預定目標的集群協同偵察和打擊。低可探測性的無人機作戰(zhàn)平臺，配合有人作戰(zhàn)單元，正在提升執(zhí)行空中支援打擊和情報監(jiān)視任務的能力[4]。與此同時，依托深度強化學習技術的人工智能算法在模擬空戰(zhàn)中已經擊敗了人類戰(zhàn)斗機飛行員[5]。無人化、智能化裝備開始在戰(zhàn)爭舞臺上嶄露頭角，相關領域研究已經成為技術熱點。

2 智能化武器裝備標準化現狀與需求

2.1 智能化武器裝備標準化現狀

2.1.1 國內標準化現狀

目前，基于人工智能的智能化武器裝備在標準化領域仍處于探索階段，國內基于人工智能的智能化裝備在標準領域主要依托和借鑒相關領域國家標準。

2018年1月，國家標準化管理委員會組織成立國家人工智能標準化總體組，旨在研究人工智能領域國家標準，引領國內人工智能標準發(fā)展，并發(fā)布了《人 工智 能 標 準 化 白 皮 書(2018 版)》[6]。2020年7月，國家標準化管理委員會等部委聯合印發(fā)了《國家新一代人工智能標準體系建設指南》，提出人工智能參考架構，并從基礎共性、支撐技術與產品、基礎軟硬件平臺、關鍵通用技術、關鍵領域技術、產品與服務、行業(yè)應用、安全/倫理方面提出人工智能標準體系架構[7]。

當前，在人工智能術語等基礎共性標準方面主要包括《信息技術 詞匯 第 28 部分：人工智能基本概念與專家系統(tǒng)》等4 項標準；在云計算領域主要包括《信息技術 云計算 參考架構》等 54 項標準；在網絡安全支撐標準領域主要包括《信息安全技術網絡安全管理支撐系統(tǒng)技術要求》等 75 項標準；在生物特征識別領域主要包括《信息技術 生物特征識別 數據交換格式 第 1 部分：框架》等 35 項標準；在智能傳感器領域主要包括《智能傳感器 第1 部分：總則》等8 項標準；在智能語音交互領域主要包括《信息技術 智能語音交互系統(tǒng) 第 4 部分：移動終端》等8 項標準；在虛擬/增強現實領域主要包括《信息技術 虛擬現實頭戴式顯示設備通用規(guī)范》等7 項標準。

2.1.2 國外標準化現狀

目前，國外智能化裝備標準化工作主要處于技術探索與標準規(guī)范同步形成階段。如在技術倫理方面， 美國于 2020年2月正式采納了人工智能軍事應用過程中應遵循的道德規(guī)則，包括負責任、公平性、可溯源、可靠性和可控性共五個方面，為人工智能技術在智能化裝備中的應用提供參考依據[8]；在試驗驗證方面，先進國家正在研究制定空中平臺自主性測試與評估方法，用來系統(tǒng)性的指導人工智能技術支持的自主飛行器試驗驗證工作， 為下一代有人/無人協同作戰(zhàn)提供嚴格的測試標準[9]；在網絡安全方面，人工智能技術在提升網絡監(jiān)控效率方面有著廣泛的應用潛力，先進國家研制適用于網絡安全工具研發(fā)的培訓數據標準，為基于人工智能技術的網絡安全工具的發(fā)展提供標準支撐[10]。

2.2 智能化武器裝備標準需求分析

2.2.1 明確智能化裝備概念范圍

智能化武器裝備實用化程度的快速提高，需要通過規(guī)范術語和定義來界定智能化武器裝備及其相關技術的內涵和外延，為智能化武器裝備的規(guī)范化發(fā)展提供依據，引導裝備使用和研制單位正確認識和深入理解武器裝備智能化技術，推動人工智能技術在智能化武器裝備領域的廣泛應用。

2.2.2 明確標準化體系框架

智能化武器裝備依托人工智能領域的多種先進技術及其相互融合，因此智能化武器裝備標準化需要系統(tǒng)分析、統(tǒng)籌規(guī)劃，既注重從共性支撐角度提煉關鍵技術標準，又要注意其在不同技術領域應用的特殊需求。明確智能化武器裝備標準體系框架，分析識別需要重點開展標準化工作的技術方向和應用領域，為不同類型智能化武器裝備的標準化工作提供支撐。

2.2.3 促進基礎共性技術標準化

智能化武器裝備普遍基于深度學習、神經網絡等人工智能技術，相關技術在指揮控制、網絡安全、態(tài)勢感知等多個智能化武器裝備領域有著共通的應用前景，急需對廣泛使用的基礎和共性技術實行標準化，在滿足相關應用場景的前提下，保持在標準領域的兼容性和一致性，提前布局并編制相應的技術標準。

2.2.4 推進智能化能力評價與分級

隨著智能化武器裝備的不斷涌現，為評估其實際使用效能，對武器裝備智能化水平進行評價與分級勢在必行，建立智能化評價與分級標準，明確智能化評價依據，給出衡量智能化程度的準則，逐步解決智能化水平能力評價尚無標準可依的局面。

3 智能化武器裝備標準體系框架

基于智能化武器裝備發(fā)展現狀和應用特征，結合當前智能化武器裝備標準化現狀，形成智能化武器裝備標準體系框架，主要由基礎共性、支撐技術、關鍵通用技術、關鍵領域技術、產品與服務、領域應用、測試評估共七個部分組成，如圖1 所示。

3.1 基礎共性標準

該類標準主要針對智能化武器裝備普遍采用的技術基礎和共性要求進行規(guī)范，主要包括術語、參考架構和安全倫理三個方面。

術語標準主要是在人工智能技術現有術語標準的基礎上，圍繞智能化武器裝備專業(yè)術語等領域開展標準制定工作。參考架構標準主要基于智能化武器裝備主要技術發(fā)展領域和方向，結合產業(yè)支撐體系結構，深入研究形成相關領域技術體系架構標準。

圖1 智能化裝備標準體系架構

安全倫理標準主要包括智能化武器裝備在使用安全、信息安全、倫理道德等方面的標準規(guī)范，除了民用人工智能標準關注的國家安全、人身安全、隱私保護[11]等標準以外，針對無人作戰(zhàn)平臺廣泛使用、電磁頻譜與網絡空間對抗、軍用敏感信息防護等特殊要求，亟待建立相應的數據鏈路防護、網絡節(jié)點信息安全、高等級信息泄露檢測等標準。此外，為了防止智能化武器裝備的非預期使用，還需要進一步研究其設計、運行、使用和部署過程中的技術倫理標準，作為輔助其合理應用的管理類標準。

3.2 支撐技術標準

支撐技術標準主要針對大數據、云計算等領域，為智能化武器裝備軟件、硬件的開發(fā)和運行提供基礎支撐，在智能化武器裝備標準體系結構中起承上啟下的作用。在大數據領域，重點開展軍用大數據情報挖掘、作戰(zhàn)信息資源共享等標準研究；在云計算領域，可在軍用云基礎設施建設，軍事云數據存儲、訪問、傳輸安全等方面開展標準化研究工作；在物聯網領域，主要開展戰(zhàn)場物聯網構建、軍用物聯網信息結構等標準研究；在邊緣計算領域，可重點開展戰(zhàn)術邊緣計算參考架構、運行環(huán)境等標準研究；在智能芯片領域，重點開展軍用智能芯片設計開發(fā)與測試驗證等標準研究；在智能傳感器領域，可在多功能軍用智能傳感器的設計、試驗和維護保障標準等領域重點開展標準化研究工作。

3.3 關鍵通用技術標準

關鍵通用技術標準主要針對深度學習、知識圖譜等領域，為智能化裝備實際應用提供支撐。在深度學習領域，可在軍用自主學習數據規(guī)范集、軍事深度學習數據標簽與標注方法等領域開展標準化研究；在知識圖譜領域，可重點開展情報獲取、情報融合及情報加工標準研究，為軍事情報搜索引擎發(fā)展提供標準化支撐；在類腦智能計算領域，可主要在類腦神經網絡設計、深度神經網絡學習算法、類腦智能芯片測試等領域開展標準化研究；在量子智能計算領域，主要在量子處理器、量子計算機、量子計算軟件等領域開展標準研究。

3.4 關鍵領域技術標準

關鍵領域技術標準主要針對自然語言處理、生物特征識別等領域，為智能化裝備實際應用提供技術支撐。在自然語言處理領域，可針對語言習得模型、聲音和圖像復合感知、自然語言訓練數據等開展標準化工作；在生物特征識別領域，可重點對多模態(tài)處理匹配、檢測與應對生物特征欺騙、生物特征識別系統(tǒng)評測等進行規(guī)范；在計算機視覺領域，可重點開展物體動作識別算法、裝備視覺系統(tǒng)評價等標準研究；在增強/虛擬現實領域，主要開展虛擬/增強現實訓練系統(tǒng)設計與測試標準研究；在人機交互領域，可在腦機交互系統(tǒng)設計開發(fā)與測試評估、人機交互接口規(guī)范等方面開展標準化研究；在群體智能算法領域，推進編隊感知與規(guī)避、分布式信息融合、任務實時動態(tài)規(guī)劃等標準化研究工作。

3.5 產品與服務標準

產品與服務標準主要針對在智能化裝備技術領域中形成的通用智能化產品及模式，包括智能終端、智能服務、智能基礎設施等領域，為相關產品和服務提供標準保障。

在智能終端領域，可重點在指揮通信領域開展通用化軍用信息終端接口、入網規(guī)范、終端維護保障等方面標準化研究；在智能服務領域，圍繞邊緣計算、深度學習等技術，開展智能化服務的策劃、實施和部署等方面標準化研究；在智能基礎設施領域，重點在研制開發(fā)、性能評定、試驗方法、管理規(guī)范、接口規(guī)范等方面開展軍用大數據、云計算等軍用智能基礎設施的標準研究；在智能無人系統(tǒng)裝備領域，重點在智能無人系統(tǒng)通用軟硬件研發(fā)、生產、測試以及自主程度分級等方面開展標準化研究；在智能態(tài)勢感知系統(tǒng)裝備領域，主要開展智能化態(tài)勢感知系統(tǒng)的一體化、通用化、組合化設計以及集成測試評估等方面標準化研究；在智能網絡信息系統(tǒng)裝備領域，主要在網絡信息系統(tǒng)的分級分類、系統(tǒng)層級接口協議、系統(tǒng)整體測試驗收等方面開展相關標準研究。

3.6 領域應用標準

領域應用標準主要針對智能化武器裝備在指揮控制、網絡安全、電磁頻譜作戰(zhàn)、態(tài)勢感知等主要應用領域進行規(guī)范。

在指揮控制領域，重點開展戰(zhàn)場聯合態(tài)勢分析顯示架構、多數據源情報融合算法、有人-無人聯合作戰(zhàn)信息交互接口、戰(zhàn)場輔助規(guī)劃決策框架等標準研制。對基于云平臺、大數據、群體智能的多平臺、多地域、多軍兵種間的偵察情報數據交換、戰(zhàn)場目標實時確認與指示、各軍兵種作戰(zhàn)單元聯合指揮控制、有人平臺與無人平臺協同作戰(zhàn)以及利用人工智能輔助戰(zhàn)場指揮決策過程進行規(guī)范。

在網絡安全領域，依據關鍵技術發(fā)展方向，建議開展網絡空間自主安全檢測規(guī)則、深度數據挖掘與檢測算法、智能化漏洞檢測與情報獲取技術、基礎設施遠程滲透算法、戰(zhàn)場網絡節(jié)點偵察、網絡追蹤溯源等標準的研制。

在態(tài)勢感知領域，依托邊緣計算、大數據融合等技術發(fā)展，重點開展雷達、通信、數據鏈、光電、敵我識別、網絡空間等戰(zhàn)場多源、多域融合的綜合情報信息系統(tǒng)的設計開發(fā)與接口測試標準的研究[12]，推動新一代戰(zhàn)場態(tài)勢感知系統(tǒng)標準化。

在電磁頻譜戰(zhàn)領域，圍繞自適應雷達對抗、多功能一體化射頻系統(tǒng)、電磁偵察數據挖掘、分布式協同威脅響應等人工智能技術應用場景，亟需開展新一代電磁空間作戰(zhàn)裝備研發(fā)與測試評估標準研究。

在無人作戰(zhàn)平臺領域，重點圍繞多域空間無人平臺作戰(zhàn)需求，開展平臺研發(fā)生產與試驗驗證、面向無人集群復雜任務的群體智能算法與技術、高自主智能決策的無人平臺集群智能單元技術、分布式作戰(zhàn)場景下的任務規(guī)劃與指揮決策技術[13]、人機融合的無人集群模擬推演評估技術等標準研究工作。

在智能彈藥領域，制定適用于新一代精確制導彈藥的多傳感器目標信息自主融合、基于深度卷積神經網絡的目標自動識別、圖像深度學習訓練、基于戰(zhàn)場態(tài)勢的實施路徑規(guī)劃等標準。

在智能單兵領域，重點在單兵數據終端系統(tǒng)、單兵增強現實技術應用、單兵戰(zhàn)場健康監(jiān)測等方面，開展裝備研制、檢驗、使用與維護保障標準化研究。

在后勤保障領域，針對目前存在的信息收集困難，各類裝備平臺數據接口不統(tǒng)一等問題，下一步將重點開展依托戰(zhàn)場物聯網的后勤保障系統(tǒng)、平臺保障信息接口等方面的標準化研究工作。

3.7 測試評估標準

測試評估標準重點針對智能化武器裝備普遍采用的測試和評估技術，開展重點技術通用性測試指南、水平分級評估標準和標準符合性檢測的設定。開展測試評估標準研制的難點在于需要結合國內外在智能化武器裝備領域人工智能技術的發(fā)展和標準化現狀，構建相應的評價體系、制定智能化水平評價和分級規(guī)范，形成智能化武器裝備能力評價準則，為智能化武器裝備的智能化水平分級評估和標準符合性檢測提供依據，以引導智能化武器裝備測試與評價的系統(tǒng)化和規(guī)范化發(fā)展。

4 結論

隨著人工智能技術應用水平的不斷提高，智能化武器裝備必將迎來新一輪的快速發(fā)展。世界主要大國均把發(fā)展智能化武器裝備作為提升軍隊作戰(zhàn)能力、維護國家利益、擴大國際影響力的重大戰(zhàn)略。我國應以標準化為重要抓手，圍繞智能化武器發(fā)展重點領域，在標準研制上進行創(chuàng)新布局和預先研究，緊密依托人工智能技術發(fā)展進程，加緊研制和出臺智能化武器裝備相關標準，構建具有競爭力和前瞻性的標準體系，力爭在全球軍事科技競爭中掌握發(fā)展先機，為打贏未來高技術智能化戰(zhàn)爭奠定堅實基礎。