多武器跨域智能協(xié)同對(duì)空作戰(zhàn)應(yīng)用及關(guān)鍵技術(shù)*

湯潤(rùn)澤，張承龍，李林林，王世凱

(北京電子工程總體研究所，北京 100854)

0 引言

空中打擊力量因其能夠?qū)ψ鲬?zhàn)的進(jìn)程產(chǎn)生重大乃至決定性影響，現(xiàn)已成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中至關(guān)重要的核心力量。隨著人工智能技術(shù)與空戰(zhàn)武器裝備的融合越來越緊密，“智能、跨域、自主、分布、協(xié)同”等空戰(zhàn)新特征日益顯著，人工智能技術(shù)正不斷推動(dòng)未來空戰(zhàn)走向新的形態(tài)。因此，如何在新時(shí)代對(duì)空作戰(zhàn)中盡快獲取戰(zhàn)場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，成為了軍方迫切需要解決的問題。

空戰(zhàn)以其對(duì)抗最激烈、進(jìn)程最緊迫、靈活性最大、技術(shù)帶動(dòng)性最高等特點(diǎn)，一直以來是各國(guó)軍方關(guān)注和研究的重點(diǎn)。各種新型作戰(zhàn)理念多圍繞空戰(zhàn)提出，如分布式空戰(zhàn)、馬賽克戰(zhàn)、多域戰(zhàn)、穿透式制空、集群式作戰(zhàn)等。隨著信息技術(shù)在空中戰(zhàn)場(chǎng)中的大量應(yīng)用，戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)逐漸趨向透明；同時(shí)，由于智能空戰(zhàn)武器裝備的不斷升級(jí)，對(duì)敵目標(biāo)實(shí)施外科手術(shù)式的精確打擊能力顯著提高，達(dá)到了“發(fā)現(xiàn)即摧毀”的效果。因此，針對(duì)當(dāng)前空戰(zhàn)面臨的諸多挑戰(zhàn)，現(xiàn)代空戰(zhàn)體系對(duì)抗的特點(diǎn)逐漸明晰，空中作戰(zhàn)行動(dòng)要求高度協(xié)調(diào)一致，一體化聯(lián)合作戰(zhàn)成為基本作戰(zhàn)形式。

在未來的空中作戰(zhàn)中，往往需要利用不同武器平臺(tái)協(xié)同作戰(zhàn)來打擊敵方目標(biāo)——即在短時(shí)間內(nèi)，從多維度、多方向、多武器平臺(tái)，通過智能協(xié)同的方式對(duì)目標(biāo)發(fā)動(dòng)攻擊，提高對(duì)打擊目標(biāo)的總體毀傷概率，更好地完成作戰(zhàn)使命，確保獲得空中優(yōu)勢(shì)。因此，構(gòu)建新時(shí)代空中作戰(zhàn)體系是提高戰(zhàn)斗力的重要途徑，而多武器跨域智能協(xié)同作戰(zhàn)則是未來空中作戰(zhàn)體系的主要場(chǎng)景[1-3]。

本文首先深入分析了對(duì)空作戰(zhàn)的發(fā)展現(xiàn)狀，并對(duì)未來空戰(zhàn)技術(shù)發(fā)展進(jìn)行了分析和研判，提出了多武器跨域智能協(xié)同對(duì)空作戰(zhàn)的作戰(zhàn)場(chǎng)景，接著對(duì)其中的應(yīng)用及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，最后對(duì)智能空戰(zhàn)的發(fā)展進(jìn)行了總結(jié)和展望，促進(jìn)了人工智能技術(shù)在空戰(zhàn)武器系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1 國(guó)外對(duì)空作戰(zhàn)的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，對(duì)空作戰(zhàn)正在逐步朝著體系化、分布化、跨域化、協(xié)同化、融合化、智能化等方向發(fā)展。以美國(guó)為代表的各國(guó)軍隊(duì)在這些方面做了很多嘗試，也有實(shí)質(zhì)性進(jìn)展和能力驗(yàn)證。下面分別介紹國(guó)外對(duì)空作戰(zhàn)的發(fā)展現(xiàn)狀。

1.1 分布式空戰(zhàn)

2015年初，美國(guó)海軍首次在公開場(chǎng)合正式提出“分布式殺傷”的概念，其內(nèi)涵即讓更多的水面艦船具備更強(qiáng)的中遠(yuǎn)程火力打擊能力，并讓它們以分散部署的形式，獨(dú)立地在廣闊洋面上作戰(zhàn)。借鑒海軍提出的“分布式殺傷概念”，并結(jié)合“作戰(zhàn)云”思想，美軍空中分布式作戰(zhàn)的概念順勢(shì)而成，目前正處于實(shí)際應(yīng)用前的研發(fā)階段。

分布式作戰(zhàn)的核心思想在于依托開放式系統(tǒng)架構(gòu)，分解造價(jià)高昂、研發(fā)周期長(zhǎng)的高性能武器的作戰(zhàn)能力，將包含飛機(jī)、武器、傳感器和任務(wù)系統(tǒng)的空中作戰(zhàn)能力拆解到大量功能單一、廉價(jià)、可數(shù)據(jù)共享、多機(jī)組網(wǎng)、協(xié)同配合的各類小型空戰(zhàn)平臺(tái)上，形成新的空中作戰(zhàn)體系，最終通過自主、協(xié)同等技術(shù)達(dá)到相同或更高的作戰(zhàn)能力，具有成本低、靈活性強(qiáng)、對(duì)抗性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。為實(shí)現(xiàn)分布式作戰(zhàn)，美國(guó)國(guó)防預(yù)先研究計(jì)劃局(defense advanced research projects agency,DARPA)已啟動(dòng)多個(gè)研究項(xiàng)目作為支撐，其中包括“體系集成技術(shù)和試驗(yàn)(system of systems intergration technology and experimentation,SoSITE)”、“分布式作戰(zhàn)管理(distributed battle ma-nagement,DBM)”、“對(duì)抗環(huán)境中的通信(communication in confrontation environment,C2E)”等，由這些項(xiàng)目構(gòu)成的美軍分布式空戰(zhàn)體系的基礎(chǔ)能力構(gòu)成如表1所示[4]。

1.2 馬賽克戰(zhàn)

2017年，DARPA下屬的戰(zhàn)略技術(shù)辦公室(strategic technology office,STO)在舉行的“與STO同步日”活動(dòng)期間，公布了獲取非對(duì)稱戰(zhàn)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的全新作戰(zhàn)概念——馬賽克戰(zhàn)。相比于傳統(tǒng)戰(zhàn)爭(zhēng)，在馬賽克戰(zhàn)方法下，美軍整體的空中、網(wǎng)絡(luò)、陸地、海洋和太空領(lǐng)域?qū)⒕劢乖诟泳C合的框架內(nèi)運(yùn)行。馬賽克戰(zhàn)的目標(biāo)是按照具體沖突需求，促成各種系統(tǒng)的快速、智能、戰(zhàn)略性組合和分解，生成成本較低的具有多樣性和適應(yīng)性的多域殺傷鏈的彈性組合，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)并生成一系列的效果鏈。這些效果鏈?zhǔn)欠蔷€性的，可以在戰(zhàn)術(shù)、作戰(zhàn)及戰(zhàn)役層面組合生成“效果網(wǎng)”。其目標(biāo)是構(gòu)建高動(dòng)態(tài)性、高適應(yīng)性、高復(fù)雜度的聯(lián)合多域作戰(zhàn)體系，引領(lǐng)裝備和技術(shù)發(fā)展，以期占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，更高層次地降維打擊對(duì)手。馬賽克戰(zhàn)的概念圖如圖1所示。

根據(jù)馬賽克戰(zhàn)的作戰(zhàn)概念，在復(fù)雜環(huán)境中，人類將與自主武器系統(tǒng)密切協(xié)同，并采用人工智能提供的戰(zhàn)術(shù)進(jìn)行作戰(zhàn)。如果作戰(zhàn)人員不信任自主作戰(zhàn)系統(tǒng)，則有人平臺(tái)在所有作戰(zhàn)域指揮大量無人系統(tǒng)的作戰(zhàn)愿景就不會(huì)實(shí)現(xiàn)。為攻克上述問題，DARPA于2019年5月6日，啟動(dòng)空戰(zhàn)演變(air combat evalution，ACE)項(xiàng)目，力求攻克人機(jī)協(xié)同以及提高對(duì)自主信任的難題?？諔?zhàn)演變項(xiàng)目ACE是DARPA發(fā)展馬賽克作戰(zhàn)概念的一個(gè)具體切入點(diǎn)，研究在復(fù)雜環(huán)境(例如由耦合、非線性、異構(gòu)和適應(yīng)智能體描述的環(huán)境)中，人類與自主武器系統(tǒng)的密切協(xié)作能力，并推動(dòng)人類采用人工智能提供的戰(zhàn)術(shù)進(jìn)行作戰(zhàn)?？諔?zhàn)演變項(xiàng)目ACE的定位如圖2所示[5]。

表1 美軍分布式空戰(zhàn)體系的基礎(chǔ)能力構(gòu)成

圖1 馬賽克戰(zhàn)的概念圖

圖2 空戰(zhàn)演變項(xiàng)目ACE的定位

1.3 多域戰(zhàn)

2017年2月24日，美國(guó)陸軍和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)聯(lián)合發(fā)布《多域戰(zhàn)：21世紀(jì)的合成兵種》白皮書，詳細(xì)闡述了“多域戰(zhàn)”概念的具體落實(shí)方案，明確提出要在聯(lián)合部隊(duì)內(nèi)建立靈活、更具適應(yīng)性的編隊(duì)，通過改變部隊(duì)部署態(tài)勢(shì)加強(qiáng)對(duì)敵威懾。未來世界上的任何戰(zhàn)爭(zhēng)和維和行動(dòng)都將呈現(xiàn)日益復(fù)雜的趨勢(shì)，涉及到多個(gè)軍兵種協(xié)同行動(dòng)，跨越陸、海、空、天和網(wǎng)電等多個(gè)領(lǐng)域。目前“多域戰(zhàn)”這一作戰(zhàn)思路已進(jìn)入美軍聯(lián)合作戰(zhàn)的頂層概念，并在不斷試驗(yàn)和完善過程中，已對(duì)美軍的資源分配、作戰(zhàn)裝備的建設(shè)和指揮自動(dòng)化系統(tǒng)的研制產(chǎn)生了重大影響。多域戰(zhàn)尋求創(chuàng)新性的思路，在多個(gè)作戰(zhàn)域和整個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)的深度上建立臨時(shí)的優(yōu)勢(shì)窗口。機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)是多域戰(zhàn)的核心，它設(shè)想美軍“能夠通過增強(qiáng)在所有作戰(zhàn)域的聯(lián)合作戰(zhàn)，在物理上和認(rèn)知上戰(zhàn)勝對(duì)手”。多域戰(zhàn)的概念圖如圖3所示[6]。

圖3 多域戰(zhàn)概念示意圖

2 未來對(duì)空作戰(zhàn)技術(shù)發(fā)展研判

針對(duì)以上總結(jié)的國(guó)外對(duì)空作戰(zhàn)的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)未來技術(shù)發(fā)展進(jìn)行研判，總結(jié)出多武器協(xié)同作戰(zhàn)技術(shù)、智能跨域協(xié)同技術(shù)、高可靠性通訊技術(shù)等亟待發(fā)展并應(yīng)用在對(duì)空作戰(zhàn)中的先進(jìn)技術(shù)。

2.1 多武器協(xié)同作戰(zhàn)技術(shù)

多武器協(xié)同作戰(zhàn)是現(xiàn)代軍事決策的重要組成部分。放眼空中作戰(zhàn)場(chǎng)景，由彈道導(dǎo)彈、巡航導(dǎo)彈、戰(zhàn)斗機(jī)、無人機(jī)、火箭彈等構(gòu)成了多武器系統(tǒng)，如何使其有效地并聯(lián)協(xié)同運(yùn)行是值得研究的問題。隨著智能技術(shù)與武器裝備的結(jié)合，單個(gè)武器裝備可以被視為獨(dú)立的作戰(zhàn)智能體(Agent)，而多Agent技術(shù)的出現(xiàn)為武器協(xié)同作戰(zhàn)決策提供了新的途徑。多Agent系統(tǒng)(multiple agent system，MAS)不僅具有一般分布式系統(tǒng)能資源共享、易于擴(kuò)展、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且各個(gè)Agent之間通過相互協(xié)作，具有很強(qiáng)的自組織能力、學(xué)習(xí)能力和推理能力，可以解決大規(guī)模的復(fù)雜性問題?；贛AS的分布式環(huán)境，將多Agent技術(shù)應(yīng)用于多武器協(xié)同空中作戰(zhàn)決策中，在集中指揮方式下，空中作戰(zhàn)指揮所對(duì)其所屬的武器平臺(tái)進(jìn)行合理有效的統(tǒng)一部署，武器平臺(tái)之間通過協(xié)同機(jī)制快速實(shí)現(xiàn)火力分配，從而提升空中作戰(zhàn)的決策效率[7]。

2.2 智能跨域協(xié)同技術(shù)

多域作戰(zhàn)概念的提出，不僅極大地改變了作戰(zhàn)體系的對(duì)抗環(huán)境和對(duì)抗方式，對(duì)作戰(zhàn)體系的組成、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用也產(chǎn)生了直接的影響。作為一個(gè)全新的作戰(zhàn)概念，其行動(dòng)覆蓋、跨越了多個(gè)領(lǐng)域，如圖4所示。這種跨域效應(yīng)使作戰(zhàn)體系各組分之間的關(guān)聯(lián)越來越密切，組分系統(tǒng)的任何行為都可能被體系中的耦合關(guān)聯(lián)所傳遞和擴(kuò)大，進(jìn)而產(chǎn)生較大范圍的影響。如何解決這種跨域?qū)е碌捏w系脆弱性、跨域依賴性、級(jí)聯(lián)效應(yīng)等整體性效果，都是跨域作戰(zhàn)所面臨的新的難題。智能跨域作戰(zhàn)要求以完成任務(wù)為目的，針對(duì)敵方弱點(diǎn)和短板，借助智能手段，以互補(bǔ)的方式合理運(yùn)用各域能力。主導(dǎo)思想是以“能力集成”取代“能力疊加”，其顯著特點(diǎn)是“將太空和網(wǎng)絡(luò)空間與傳統(tǒng)陸?？諔?zhàn)場(chǎng)進(jìn)行深度融合”，標(biāo)志著美軍聯(lián)合作戰(zhàn)理論的發(fā)展從“聯(lián)合協(xié)同”步入“跨域協(xié)同”的高級(jí)階段[8]。

圖4 智能跨域協(xié)同示意圖

2.3 高可靠性通訊技術(shù)

信息交互是多武器跨域智能協(xié)同作戰(zhàn)中獲取作戰(zhàn)信息的重要途徑，也是實(shí)現(xiàn)協(xié)同作戰(zhàn)的基礎(chǔ)。作戰(zhàn)場(chǎng)景中的通信技術(shù)應(yīng)具備高可靠性、足夠的帶寬、可靈活接入的動(dòng)態(tài)特性等特點(diǎn)。目前，5G通信技術(shù)已成為未來新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。

從軍事角度講，5G通信技術(shù)在傳輸速率和穩(wěn)定性方面有了質(zhì)的飛躍，可以完美匹配未來空中作戰(zhàn)的通信需求。首先，5G通信技術(shù)將可能使軍隊(duì)擁有專用頻率。由于5G通信技術(shù)不但充分利用了現(xiàn)有的通信資源，還在向毫米波通信資源擴(kuò)展，從而使軍隊(duì)擁有專門頻率成為可能。這將有效解決當(dāng)前存在的軍用移動(dòng)通信系統(tǒng)與民用移動(dòng)通信系統(tǒng)頻段重疊共用、互相干擾的問題；其次，5G通信技術(shù)將推動(dòng)戰(zhàn)場(chǎng)全域武器平臺(tái)互聯(lián)。5G通信技術(shù)能夠使更多的用戶利用同一頻率進(jìn)行通信，從而在不增加基站密度的情況下大幅提高頻率應(yīng)用效率；最后，5G通信技術(shù)將實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)信息網(wǎng)絡(luò)深度融合。5G通信技術(shù)能夠?qū)?yīng)用于戰(zhàn)場(chǎng)的各種異構(gòu)信息通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行深度融合，形成一張互相兼容的高速信息網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)更高效的作戰(zhàn)行動(dòng)[9]。

因此，在未來對(duì)空作戰(zhàn)中，結(jié)合當(dāng)前先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，集中力量發(fā)展相關(guān)技術(shù)的落地應(yīng)用，成為未來空戰(zhàn)獲取主動(dòng)權(quán)的必要手段。下面提出一種多武器跨域智能協(xié)同對(duì)空作戰(zhàn)場(chǎng)景，并對(duì)空中作戰(zhàn)過程中的應(yīng)用進(jìn)行了探索和研究。

3 多武器跨域智能協(xié)同對(duì)空作戰(zhàn)中的應(yīng)用

3.1 多武器跨域智能協(xié)同的能力要求

多武器跨域智能協(xié)同對(duì)空作戰(zhàn)應(yīng)具備的基本能力包括：全域態(tài)勢(shì)感知、全局戰(zhàn)術(shù)決策、整體任務(wù)規(guī)劃、全面協(xié)同引導(dǎo)等，如圖5所示[9-14]。

圖5 多武器跨域智能協(xié)同的能力要求

(1) 全域態(tài)勢(shì)感知能力

多武器跨域智能協(xié)同環(huán)境下的空中戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知，需要一個(gè)能夠囊括全域作戰(zhàn)資源與作戰(zhàn)目標(biāo)的管理系統(tǒng)，并將來自各個(gè)維度的情報(bào)、偵察信息進(jìn)行綜合，并通過威脅計(jì)算、態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)等技術(shù)構(gòu)成完整的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)庫。

(2) 全局戰(zhàn)術(shù)決策能力

多武器跨域智能協(xié)同環(huán)境包含更多的作戰(zhàn)資源，作戰(zhàn)資源間的協(xié)同方式更加復(fù)雜，面對(duì)作戰(zhàn)任務(wù)，如何制定合理的作戰(zhàn)流程關(guān)乎作戰(zhàn)成敗，因此多域作戰(zhàn)對(duì)指揮員的戰(zhàn)術(shù)決策能力提出更高的要求。

(3) 整體任務(wù)規(guī)劃能力

任務(wù)規(guī)劃包括預(yù)規(guī)劃和重規(guī)劃。多武器跨域智能協(xié)同環(huán)境下，作戰(zhàn)方案中必然包含來自不同域的作戰(zhàn)實(shí)體，這些作戰(zhàn)實(shí)體管理模式、數(shù)據(jù)格式等均不相同。為了完成戰(zhàn)術(shù)決策，需要為指揮人員屏蔽作戰(zhàn)資源間的異構(gòu)性，以統(tǒng)一的方式對(duì)作戰(zhàn)資源進(jìn)行調(diào)度。

(4) 全面協(xié)同引導(dǎo)能力

能夠引導(dǎo)各域的作戰(zhàn)單元在指定時(shí)間到達(dá)指定的區(qū)域，實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)單元間的時(shí)間協(xié)同與空間協(xié)同。通過先進(jìn)的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，在多武器跨域智能協(xié)同作戰(zhàn)單元按照作戰(zhàn)方案動(dòng)態(tài)建立戰(zhàn)術(shù)信息流，以實(shí)現(xiàn)跨域協(xié)同能力。

3.2 多武器跨域智能協(xié)同的主要環(huán)節(jié)

多武器跨域智能協(xié)同對(duì)空作戰(zhàn)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的作戰(zhàn)過程。從復(fù)雜場(chǎng)景的特點(diǎn)入手，構(gòu)建合理的作戰(zhàn)流程是順利實(shí)現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用的必要條件。本節(jié)提出多武器跨域智能協(xié)同的主要環(huán)節(jié)如圖6所示。

圖6 多武器跨域智能協(xié)同的主要環(huán)節(jié)

首先，依靠跨域多武器的不同傳感器對(duì)環(huán)境的感知能力進(jìn)行多域資源云化，構(gòu)建多域態(tài)勢(shì)云數(shù)據(jù)庫；其次，依賴高可靠性通訊技術(shù)，收集匯總多武器跨域獲取的空情態(tài)勢(shì)信息，并傳遞給指揮員，真正意義上實(shí)現(xiàn)信息互聯(lián)共享；然后，根據(jù)空情信息進(jìn)行預(yù)判和分析，指揮員進(jìn)行多武器資源匹配，以期達(dá)到最佳的作戰(zhàn)效果；最后，指揮員做出作戰(zhàn)決策，進(jìn)行協(xié)同規(guī)劃和打擊任務(wù)。

在復(fù)雜、強(qiáng)對(duì)抗的空中作戰(zhàn)環(huán)境下，多武器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高可靠、強(qiáng)實(shí)時(shí)環(huán)境感知往往面臨很大的困難和挑戰(zhàn)?？諔?zhàn)中感知到的數(shù)據(jù)是高維、海量、動(dòng)態(tài)的非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，非結(jié)構(gòu)化的環(huán)境感知能力是依據(jù)物理傳感器收集到的真實(shí)物體信息以及作戰(zhàn)系統(tǒng)的虛擬物體信息，從而重建真實(shí)物理場(chǎng)景。目前，環(huán)境感知在理論和應(yīng)用方面取得了巨大進(jìn)步，但是還不能處理復(fù)雜的環(huán)境感知問題，尤其是未來空戰(zhàn)過程智能化中的環(huán)境感知問題。隨著人工智能的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外學(xué)者將遺傳算法、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)、深度學(xué)習(xí)等人工智能方法應(yīng)用于非結(jié)構(gòu)化環(huán)境感知問題中[15]。

多武器資源匹配的過程是將指揮員的意圖轉(zhuǎn)化為聯(lián)合空中作戰(zhàn)計(jì)劃，聯(lián)合指揮中心的計(jì)劃人員必須通過準(zhǔn)確分析戰(zhàn)場(chǎng)空間信息來提高態(tài)勢(shì)感知能力。制定作戰(zhàn)計(jì)劃時(shí)，決策人員根據(jù)所需要執(zhí)行的任務(wù)清單來制定合理的聯(lián)合空中作戰(zhàn)計(jì)劃，飛行員負(fù)責(zé)聽從指令完成任務(wù)。

智能協(xié)同主要解決多武器之間分布式協(xié)同和人機(jī)之間的交互協(xié)作行為，實(shí)現(xiàn)有人/無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)、多武器協(xié)同作戰(zhàn)，增強(qiáng)作戰(zhàn)集群的任務(wù)能力。協(xié)同智能技術(shù)包括多武器任務(wù)分配與協(xié)調(diào)技術(shù)、多武器編隊(duì)協(xié)同航路規(guī)劃技術(shù)、分布式態(tài)勢(shì)共享技術(shù)、人機(jī)功能動(dòng)態(tài)分配與人機(jī)接口技術(shù)等[16]。

在多武器任務(wù)分配與協(xié)調(diào)中，以最小代價(jià)合理地將最佳任務(wù)狀態(tài)分配給最合適的武器。針對(duì)任務(wù)分配與協(xié)調(diào)問題，常采用的方法有基于協(xié)商機(jī)制的分布式方法、基于多層樹的協(xié)同方法以及基于智能優(yōu)化算法的任務(wù)分配。由于未來空戰(zhàn)的復(fù)雜多樣性，任務(wù)分配與協(xié)調(diào)模型的評(píng)價(jià)函數(shù)必定是多項(xiàng)指標(biāo)融合在一起的，而智能優(yōu)化算法不能保證每個(gè)指標(biāo)都是最優(yōu)的，但可以肯定的是求得的解一定是較優(yōu)解。在實(shí)際的協(xié)同任務(wù)執(zhí)行過程中，可能會(huì)出現(xiàn)任務(wù)環(huán)境不確定性，因此，基于快速求解的智能優(yōu)化算法更能穩(wěn)定地適應(yīng)實(shí)時(shí)環(huán)境。

3.3 多武器跨域智能協(xié)同的關(guān)鍵技術(shù)

多武器跨域智能協(xié)同的關(guān)鍵技術(shù)如圖7所示。

圖7 多武器跨域智能協(xié)同的關(guān)鍵技術(shù)

(1) 考慮魯棒可行的前瞻資源管控調(diào)度算法

在多武器跨域智能協(xié)同的作戰(zhàn)場(chǎng)景下，各種復(fù)雜資源的合理調(diào)度面臨著巨大的挑戰(zhàn)。面向任務(wù)的資源優(yōu)化調(diào)度問題中，任務(wù)完成的硬約束要求必須配合足夠的資源裕度用以應(yīng)對(duì)任務(wù)的動(dòng)態(tài)多變和環(huán)境因素的不確定性，考慮到系統(tǒng)中各種資源的總量以及各種資源之間的制約因素等，任務(wù)必然存在一個(gè)具有魯棒可行性的安全上限。將資源總量與環(huán)境因素的前瞻性預(yù)測(cè)誤差相結(jié)合，并將最優(yōu)資源分配和任務(wù)分解方式糅合在動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度模型中，可以在保證資源組合方式魯棒可行性的前提下，實(shí)現(xiàn)資源組合和任務(wù)分解的最優(yōu)化[17]。具體關(guān)鍵技術(shù)如下：

1) 考慮非預(yù)期條件的魯棒可行性判定。研究環(huán)境條件不確定集的在線更新方法；以預(yù)測(cè)不確定集為基礎(chǔ)，提出非預(yù)期條件下全情景可行的場(chǎng)景生成方法；建立給定資源組合方式下的資源分配決策2階段魯棒優(yōu)化模型；研究前瞻性資源組合的魯棒可行性判定條件，提出非預(yù)期條件下的資源組合與任務(wù)決策分解算法。

2) 考慮預(yù)測(cè)場(chǎng)景更新的前瞻資源管控調(diào)度算法。研究支持大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)預(yù)測(cè)參數(shù)更新的全情景可行條件的構(gòu)造方法；提出考慮魯棒可行性的2階段前瞻動(dòng)態(tài)調(diào)度模型；分析全情景可行條件下的系統(tǒng)安全裕度上限，研究前瞻動(dòng)態(tài)調(diào)度問題的高效求解算法。

(2) 多場(chǎng)景分布式動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)方法

面對(duì)各場(chǎng)景體系獨(dú)立運(yùn)行、自主調(diào)度的多場(chǎng)景互聯(lián)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)其全局優(yōu)化運(yùn)行的關(guān)鍵是尋找合理的信息動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)機(jī)制及相應(yīng)的分布式優(yōu)化算法。不同于一般研究中的多智能體系統(tǒng)，互聯(lián)系統(tǒng)物理約束復(fù)雜，區(qū)域間通信能力強(qiáng)，大規(guī)模的靜態(tài)迭代難以實(shí)現(xiàn)，并具有一定的全局協(xié)調(diào)能力。信息協(xié)調(diào)機(jī)制和分布式調(diào)度算法需考慮大量分布式個(gè)體之間的動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接關(guān)系，利用分布式優(yōu)化原理設(shè)計(jì)區(qū)域間合理的關(guān)鍵鄰域信息及全局信息交換機(jī)制，實(shí)現(xiàn)個(gè)體的分布式自主優(yōu)化[18]。具體關(guān)鍵技術(shù)如下：

1) 鄰域信息動(dòng)態(tài)更新機(jī)制設(shè)計(jì)。分析對(duì)偶乘子、分區(qū)邊界參數(shù)、臨界區(qū)域集等分布式算法的信息協(xié)調(diào)與更新機(jī)制；比較鄰域信息和全局信息交互對(duì)通信強(qiáng)度和算法收斂速度的影響；以動(dòng)態(tài)迭代為前提，提出適合多場(chǎng)景體系間動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)特點(diǎn)的交互數(shù)據(jù)集；設(shè)計(jì)考慮參數(shù)動(dòng)態(tài)更新的鄰域信息互動(dòng)機(jī)制。

2) 基于鄰域動(dòng)態(tài)可行約束集的分布式調(diào)度算法。以鄰域信息動(dòng)態(tài)更新機(jī)制為基礎(chǔ)，研究鄰域動(dòng)態(tài)可行約束集的構(gòu)造方法；研究鄰域動(dòng)態(tài)可行約束集的快速精簡(jiǎn)算法；以直接分區(qū)方法為基礎(chǔ)，提出基于鄰域動(dòng)態(tài)可行約束集的分布式調(diào)度模型及其求解算法，研究在動(dòng)態(tài)迭代環(huán)境下的信息更新效率和算法收斂速度。

(3) 分布式在線智能決策算法

分布式在線智能決策以在線強(qiáng)化學(xué)習(xí)try-and-error策略更新機(jī)制為基礎(chǔ)，整合了多場(chǎng)景分布協(xié)調(diào)與隨機(jī)前瞻管控，可以為多場(chǎng)景資源的跨系統(tǒng)調(diào)配、準(zhǔn)實(shí)時(shí)運(yùn)行管控提供一體化解決方案。分布式在線協(xié)調(diào)調(diào)度面臨著多場(chǎng)景間調(diào)度決策的動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)機(jī)制更加復(fù)雜、非預(yù)期對(duì)抗任務(wù)對(duì)調(diào)度機(jī)制的影響更加廣泛、管控決策的多時(shí)間尺度耦合關(guān)系更加緊密等難題[19]。具體關(guān)鍵技術(shù)如下：

1) 動(dòng)態(tài)調(diào)配資源的魯棒可行性分析。研究考慮給定資源調(diào)配可行策略集的高集中度對(duì)抗任務(wù)的可行性判定條件；研究資源調(diào)配可行策略集的聚合與約簡(jiǎn)模型；在2階段魯棒優(yōu)化模型的基礎(chǔ)上，分析跨系統(tǒng)資源調(diào)配能力，及其魯棒可行性。

2) 資源動(dòng)態(tài)調(diào)配的在線Rollout方法。根據(jù)鄰域信息動(dòng)態(tài)更新機(jī)制，結(jié)合多場(chǎng)景可行條件，提出未來時(shí)間鄰域動(dòng)態(tài)可行約束集的構(gòu)造方法；研究未來時(shí)間鄰域動(dòng)態(tài)可行約束集的快速精簡(jiǎn)算法；研究用于快速構(gòu)造cost-to-go估計(jì)值函數(shù)的Rollout方法。

3) 分布式智能決策方法。根據(jù)多場(chǎng)景、多任務(wù)資源調(diào)配的目標(biāo)要求，建立大規(guī)模強(qiáng)化學(xué)習(xí)決策模型；結(jié)合魯棒可行性分析，建立try-and-error鄰域搜索策略的快速約簡(jiǎn)算法；利用Rollout算法，建立try-and-error深度搜索策略算法。

4 未來對(duì)空作戰(zhàn)的展望

展望未來對(duì)空作戰(zhàn)，應(yīng)從如下幾方面進(jìn)行發(fā)展和完善。

(1) 云作戰(zhàn)單元的統(tǒng)一化描述及優(yōu)選

多武器跨域智能協(xié)同作戰(zhàn)的理念不是將作戰(zhàn)資源間功能及性能的差異最小化，而是充分重視這些差異，以便面對(duì)各種不同的任務(wù)需求，都能從資源池中選擇出相應(yīng)能完成任務(wù)的作戰(zhàn)資源。將作戰(zhàn)資源虛擬為云服務(wù)是一種對(duì)作戰(zhàn)單元統(tǒng)一描述的一種方式，但是如何定義云協(xié)同中統(tǒng)一的語義，確保同一個(gè)術(shù)語在不同域之間表示相同的含義，以及如何保證這些術(shù)語能夠完成描述作戰(zhàn)資源的功能等問題，仍需要深入研究。

(2) 復(fù)雜場(chǎng)景體系架構(gòu)的搭建

多武器跨域智能協(xié)同對(duì)空作戰(zhàn)屬于一種極為復(fù)雜的作戰(zhàn)場(chǎng)景。架構(gòu)方法搭建是解決大型復(fù)雜信息系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)問題的一種行之有效的手段。體系架構(gòu)的核心思想是利用多視圖方法，從不同利益相關(guān)者的角度認(rèn)識(shí)和分析研究對(duì)象，將復(fù)雜問題分解為一系列簡(jiǎn)單問題，通過簡(jiǎn)單問題解的加和得到復(fù)雜問題的解。

(3) 跨域信息融合能力

在多武器跨域智能協(xié)同作戰(zhàn)環(huán)境中，來自各域的傳感器所探測(cè)信息的類型、精度、范圍、刷新頻率等都是不同的，甚至差別很大，這便對(duì)跨域信息融合能力提出了挑戰(zhàn)。為此，應(yīng)構(gòu)建合理的跨域信息融合體系，以使帶寬通過有限的網(wǎng)絡(luò)通信能力，達(dá)到滿足戰(zhàn)場(chǎng)需求的態(tài)勢(shì)感知能力。

(4) 先進(jìn)的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)

數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)是多武器跨域智能協(xié)同作戰(zhàn)的神經(jīng)系統(tǒng)，當(dāng)前各軍種的數(shù)據(jù)鏈雖可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的互聯(lián)互通，但難以實(shí)現(xiàn)靈活的協(xié)同作戰(zhàn)。為了實(shí)現(xiàn)基于云協(xié)同的多域指揮控制，應(yīng)對(duì)各軍種各自建立的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)型，制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)鏈構(gòu)建和使用標(biāo)準(zhǔn)，以便在滿足面對(duì)不同需求而利用不同的數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行通信的同時(shí)，又能夠在各域之間進(jìn)行通暢、安全、抗干擾的戰(zhàn)術(shù)通信。

(5) 未來新型戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法研究

基于準(zhǔn)多武器跨域智能協(xié)同的跨域作戰(zhàn)是一種新型的作戰(zhàn)方式，與傳統(tǒng)的單兵種作戰(zhàn)、多兵種間有限度的聯(lián)合作戰(zhàn)有較大差別，因此需要對(duì)新的戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法進(jìn)行研究，構(gòu)建戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法數(shù)據(jù)庫，并積累跨域作戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。

5 結(jié)束語

隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展和未來戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的日益復(fù)雜，多武器跨域智能協(xié)同作戰(zhàn)是空戰(zhàn)領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢(shì)。人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)正在推動(dòng)作戰(zhàn)體系智能化升級(jí)。智能技術(shù)可在極短的時(shí)間內(nèi)完成數(shù)據(jù)融合、處理和分析，并智能地完成目標(biāo)選擇，實(shí)現(xiàn)打擊任務(wù)。加快軍事智能化發(fā)展，是搶占軍事戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)、打贏未來戰(zhàn)爭(zhēng)的時(shí)代選擇。智能兵器大量運(yùn)用，成為戰(zhàn)爭(zhēng)舞臺(tái)的新主角，必然催生新的作戰(zhàn)樣式，深刻改變傳統(tǒng)戰(zhàn)斗力生成模式，顛覆傳統(tǒng)作戰(zhàn)制勝機(jī)理。