人工智能在空天防御中的應(yīng)用分析

陸滋鉉 房杭三 張婷 康靜 陳志仁

[摘? ? 要]文章首先對空天防御作戰(zhàn)、人工智能態(tài)勢技術(shù)等進行介紹，其次重點結(jié)合人工智能技術(shù)特點從空天防御作戰(zhàn)的態(tài)勢認知、方案生成、智能打擊和戰(zhàn)場反演等方面分析人工智能技術(shù)的實際應(yīng)用，最后在此基礎(chǔ)上深入探討了未來人工智能在空天防御中的應(yīng)用途徑。

[關(guān)鍵詞]人工智能;空天防御;軍事

[中圖分類號]TP18;E86 [文獻標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）01–00–02

Application analysis of Artificial intelligence in Aerospace Defense

Lu Zi-xuan，F(xiàn)ang Hang-san，Zhang Ting，Kang Jing，Chen Zhi-ren

[Abstract]Mainly analyze the current application of artificial intelligence in air and space defense， first introduce air and space defense operations， artificial intelligence situation technology， etc.， understand the characteristics of air and space defense， and focus on combining the characteristics of artificial intelligence technology from the situation of air and space defense operations Cognition， plan generation， intelligent attack and battlefield inversion and other aspects analyze the practical application of artificial intelligence technology， and on this basis， it deeply explores the application of artificial intelligence in air and space defense in the future.

[Keywords]artificial intelligence; aerospace defense; military

隨著人類社會的不斷發(fā)展，軍事力量的對抗已經(jīng)逐漸從傳統(tǒng)的面對面的升級為信息化、空天化的對抗中?？仗旆烙蔀閲臆娛铝α堪l(fā)展的重要方向。而人工智能技術(shù)則是空天防御中重要的技術(shù)支持，現(xiàn)階段加強對于人工智能在空天防御中的應(yīng)用分析具有重要的現(xiàn)實意義。

1 空天防御戰(zhàn)及人工智能態(tài)勢

信息化是未來戰(zhàn)爭的主要形式，更高級的形式是空天防御作戰(zhàn)?？仗旆烙鲬?zhàn)不同于傳統(tǒng)作戰(zhàn)，戰(zhàn)場態(tài)勢瞬息萬變，戰(zhàn)場中可能出現(xiàn)的對抗手段層出不窮，而且作戰(zhàn)時機稍縱即逝，甚至可能出現(xiàn)“秒殺”。在空天防御中單純的依靠人類智慧己經(jīng)無法滿足作戰(zhàn)的需求，隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，其在局部單項測試中已經(jīng)超過人類智能。

所謂人工智能是指利用計算機設(shè)備模擬人類的意識思維及其形成過程，使用數(shù)字化語言描述這一過程，并形成合理的演算邏輯，并結(jié)合大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對邏輯處理進行計算升級以應(yīng)對各種復(fù)雜情況的技術(shù)。近年來隨著國內(nèi)大數(shù)據(jù)、云計算以及深度學(xué)習(xí)等先進技術(shù)的不斷發(fā)展，人工智能技術(shù)在民商領(lǐng)域的應(yīng)用不斷深入，相關(guān)技術(shù)也愈加成熟，尤其是在圖像識別、智力對抗以及語言翻譯等諸多領(lǐng)域都得到快速的發(fā)展。受各方面因素的影響，相比于民商領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人工智能技術(shù)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用相對落后，目前主要是在簡單對抗條件下應(yīng)用，而且主要是承擔(dān)可量化的靜態(tài)工作，內(nèi)容相對單一。對比人工智能技術(shù)在民商領(lǐng)域的典型應(yīng)用能夠發(fā)現(xiàn)，將人工智能在民商領(lǐng)域的應(yīng)用可以延伸拓展到軍事領(lǐng)域中，尤其適用于對抗性強、情況復(fù)雜而且速決性要求高的空天防御領(lǐng)域。

目前在電子商務(wù)消費中，電商平臺可以綜合利用客戶的消費習(xí)慣、點擊習(xí)慣等諸多用戶數(shù)據(jù)對消費者進行“建模畫像”，從而預(yù)測消費者可能產(chǎn)生的消費行為，并進行商品推薦，這種技術(shù)可以在空天防御作業(yè)中用于對敵方進行建模，分析敵方的作戰(zhàn)習(xí)慣，推測可能出現(xiàn)的軍事行動并針對性的制定防御方案。在交通領(lǐng)域，地圖導(dǎo)航技術(shù)可以自動分析規(guī)劃出最合理的同行線路，在出現(xiàn)交通事故等意外情況時能夠快速計算切換新的路線，在空天防御中可以利用類似的技術(shù)對作戰(zhàn)任務(wù)進行規(guī)劃并協(xié)調(diào)各種戰(zhàn)備的部署，而且能夠根據(jù)實際情況對武器裝備的部署進行機動調(diào)整來應(yīng)對復(fù)雜的情況。在一些競技比賽中，應(yīng)用人工智能技術(shù)能夠采用“偽裝”技術(shù)來進行對抗，可以在不能獲取完全信息、需要融入人工處理的領(lǐng)域應(yīng)用，如果在空天防御中應(yīng)用有利于提升軍事博弈能力。

2 空天防御OODA環(huán)的人工智能

2.1 空天防御的基本特點

空天防御主要是指在軍事行動中主動或被動的防御來自上空空間，包括太空、近空范圍內(nèi)的威脅目標(biāo)采取的動作，空天防御中可能面臨的作戰(zhàn)對象包括飛機、導(dǎo)彈等不同類型的空氣動力、彈道導(dǎo)彈、太空以及臨近空間目標(biāo)，空天防御的作戰(zhàn)體系是由預(yù)警探測、指揮控制、攔截打擊等多個不同的系統(tǒng)共同組成，空天防御作戰(zhàn)中，指揮員一般需要完成由觀察、判斷、決策到行動4個過程的OODA環(huán)。當(dāng)前空天防御作戰(zhàn)的主要目標(biāo)是飛機和巡航導(dǎo)彈，雖然這兩類目標(biāo)的飛行速度較低、射程不遠，但是由于其造價成本低，而且在使用中作戰(zhàn)相對靈活，在空天作戰(zhàn)中應(yīng)用較多。

近年來隨著飛行器等技術(shù)的不斷發(fā)展，各國關(guān)于彈道導(dǎo)彈技術(shù)的研究投資研發(fā)力度不斷增大，各類彈道導(dǎo)彈不斷升級，射程、速度不斷升級，而且能攜帶核彈頭，破壞性極大，已經(jīng)逐漸成為空天防御作戰(zhàn)的首要威脅。受各方面因素的影響，當(dāng)前各國關(guān)于臨近空間和太空作戰(zhàn)研究仍處于探索階段，不屬于軍事斗爭的主要方向，但不排除未來發(fā)展成為作戰(zhàn)區(qū)域的可能，因此也需要密切關(guān)注。其中反導(dǎo)作戰(zhàn)逐漸從普通的防空作戰(zhàn)脫離而延伸向大氣層外的空間，各國關(guān)于彈道導(dǎo)彈的防御作戰(zhàn)研究也不斷深入，也會逐漸成為未來空天防御作戰(zhàn)的基礎(chǔ)。

2.2 空天防御OODA環(huán)的人工智能應(yīng)用

2.2.1 人工智能在空天態(tài)勢認知中的應(yīng)用

目前彈道導(dǎo)彈的飛行使用主要包括發(fā)射、助推、中段和再入四個階段，彈道導(dǎo)彈的彈道一般都是相對穩(wěn)定而且可被預(yù)測的，這也為實施空天防御作戰(zhàn)提供了基本前提，通過積累大量的相關(guān)鍵彈道的特性數(shù)據(jù)能夠充分了解目標(biāo)導(dǎo)彈的彈道軌跡和落點情況，從而針對目標(biāo)進行預(yù)測，對比預(yù)測結(jié)果和實際結(jié)果對分析預(yù)測計算模型進行修正，提升預(yù)測能力，從而為空天防御提供可靠的情報支持。但是在導(dǎo)彈的實際飛行過程中，彈體、伴飛物的散動、電磁紅外輻射都可能會發(fā)生變化，從而影響到彈體的飛行軌跡，這就會影響到對彈體軌跡預(yù)測的精確程度，進而影響對戰(zhàn)場的態(tài)勢認知。因此在空天防御中首先要大量廣泛的收集敵方相關(guān)裝備的數(shù)據(jù)，不斷豐富自己的彈道模板庫，向前推進攔截點向，從而為防御作戰(zhàn)贏得更多準(zhǔn)備時間﹔與此同時，可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)挖掘彈道導(dǎo)彈飛行過程中各項特性的變化規(guī)律，分析彼此之間的關(guān)聯(lián)，結(jié)合相關(guān)分析引入傳感器置信度評價，合理設(shè)置容差，提升預(yù)測分析體系的綜合識別性能。

2.2.2 自適應(yīng)生成作戰(zhàn)方案

空天防御中，如果已經(jīng)充分深刻的認知了敵情和戰(zhàn)場環(huán)境，就可以依據(jù)當(dāng)前的情況調(diào)動相關(guān)力量實施作戰(zhàn)，而作戰(zhàn)方案的制定則是影響勝利的關(guān)鍵。作戰(zhàn)中博弈思想尤其重要，其本質(zhì)就是搜索演算，不斷的分析嘗試交替思考自己和敵方可能的作戰(zhàn)行為，確定最有利于自身的作戰(zhàn)方案。這一過程中最關(guān)鍵的就是明確作戰(zhàn)行為的價值和規(guī)則，形成數(shù)值邏輯。比如基于人工智能技術(shù)研發(fā)形成的智能輔助決策系統(tǒng)，能夠模擬仿真不同的作戰(zhàn)方案，對戰(zhàn)爭進程進行預(yù)測，提升作戰(zhàn)效益。在空天防御作戰(zhàn)中，利用人工智能技術(shù)迅速生成作戰(zhàn)方案輔助指揮員進行決策就需要設(shè)計相對成熟的制勝機理模型，使用人工智能技術(shù)建造相應(yīng)的價值體系，比如不同作戰(zhàn)要地的防護價值、打擊價值和以及設(shè)備的監(jiān)視測量價值等，而且要將作戰(zhàn)的邏輯、時序和精度賦值給人工智能系統(tǒng)，除此之外還要建立輔助人工智能系統(tǒng)運行的各種數(shù)據(jù)庫，比如地理信息、空天環(huán)境、裝備模型、部隊數(shù)據(jù)、戰(zhàn)法數(shù)據(jù)、氣象水文、測繪信息等。

2.2.3 遠程自主控制和打擊

速決性強、距離遙遠是當(dāng)前空天防御作戰(zhàn)最典型的特點，而且軌道特性和國土面積等因素也會限制空間資產(chǎn)的遠程控制，在關(guān)鍵時刻必須抓住戰(zhàn)機立即行動，因此在空天防御中使用的武器裝備必須具備智能自主打擊能力。比如天基反導(dǎo)武器，在防御狀態(tài)下一般是部署于軌道之上，需要打擊目標(biāo)時可以立即啟動，有利于增加防御的攔截弧段，屬于典型的反導(dǎo)武器裝備前置部署，這樣的部署能夠以更早的時機、更長的時段、更短的距離打擊目標(biāo)，但是受到空間位置關(guān)系以及通信延遲等問題，容易錯失戰(zhàn)機。針對這類武器設(shè)置一定的智能自主控制能力，能夠自主控制進入作戰(zhàn)狀態(tài)，及時感知情報觸發(fā)打擊準(zhǔn)備，自主實施打擊，避免延遲。

2.2.4 高效反演戰(zhàn)場環(huán)境

空天防御作戰(zhàn)的環(huán)境是不可預(yù)測的，發(fā)生的場景往往的比較復(fù)雜，一般是結(jié)合了復(fù)雜氣象電磁環(huán)境背景不同類型的導(dǎo)彈戰(zhàn)機的聯(lián)合打擊。因此空天防御需要面對大區(qū)域甚至全域防御，這也對人工智能認知戰(zhàn)場環(huán)境的能力提出更高的要求，必須具備準(zhǔn)確高效的認知能力才能更好的進行有效的應(yīng)對。現(xiàn)實環(huán)境中，不同的因素會相互影響，而且存在較為復(fù)雜的耦合關(guān)系，需要依賴大數(shù)據(jù)技術(shù)對各種要素特征喝彼此之間的耦合關(guān)系進行校正，高效反演戰(zhàn)場環(huán)境，提升對于目標(biāo)聯(lián)合跟蹤處理的能力和識別對抗能力，錘煉作戰(zhàn)人員的應(yīng)對能力，為空天防御的信息化建設(shè)和軍事斗爭提供更多的“戰(zhàn)略”儲備。

3 未來人工智能在空天防御中的應(yīng)用途徑

3.1 提升對于空天情報的理解能力

在空天防御作戰(zhàn)中，最重要的基礎(chǔ)就是對空天態(tài)勢的認知，精準(zhǔn)快速的認知能力是影響空天防御作戰(zhàn)的關(guān)鍵。但是在現(xiàn)實情況中，這種作戰(zhàn)的實訓(xùn)樣本較少，難以準(zhǔn)確的推測未知的作戰(zhàn)情況，因此充分利用實戰(zhàn)化訓(xùn)練產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是十分必要和重要的，綜合利用小樣本學(xué)習(xí)技術(shù)、樣本學(xué)習(xí)技術(shù)、多技術(shù)綜合以及模擬對抗系統(tǒng)調(diào)整對戰(zhàn)策略網(wǎng)絡(luò)能夠進一步深化作戰(zhàn)人員以及人工智能系統(tǒng)對于空天情報的理解能力。這一過程中需要充足的對抗時間和足夠的計算能力，才能精準(zhǔn)識別戰(zhàn)場態(tài)勢演變的臨界點，比如可以通過反演導(dǎo)彈飛行時序、雷達散射截面，仿真模擬助推分離場景和攔截過程等過程來強化學(xué)習(xí)能力，在此基礎(chǔ)上分解作戰(zhàn)場景，優(yōu)化作戰(zhàn)體系。因此在實戰(zhàn)中，戰(zhàn)場指導(dǎo)員需要不斷向前推移工作重心，通過輸入不同的設(shè)定數(shù)據(jù)對作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)的任務(wù)規(guī)劃能力進行訓(xùn)練，提升其應(yīng)對復(fù)雜戰(zhàn)情的能力，“培養(yǎng)”應(yīng)對戰(zhàn)情的“潛意識”。同時要不斷豐富防御作戰(zhàn)的預(yù)案數(shù)據(jù)庫，探索嘗試不同的作戰(zhàn)方案，提高對于資源武器的分配控制能力，形成更優(yōu)化的方案。

3.2 快速建設(shè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)工程

人工智能系統(tǒng)的運行離不開大數(shù)據(jù)的支持，真實對抗數(shù)據(jù)是人工智能在空天防御中發(fā)揮作用的關(guān)鍵，只有依靠充足的數(shù)據(jù)支撐才能進一步挖掘空天防御的作戰(zhàn)原則和制勝機理。空天防御中應(yīng)用的數(shù)據(jù)是多種來源的綜合性數(shù)據(jù)，而且不同的數(shù)據(jù)之間有密切真實的聯(lián)系，即數(shù)據(jù)的整體性?？仗旆烙鶖?shù)據(jù)工程的關(guān)鍵就是建設(shè)整體性的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，通過挖掘分析不同數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系提升空天防御的預(yù)測能力，為空天防御作戰(zhàn)提供支持、

3.3 人機融合，協(xié)同作戰(zhàn)

人腦存在一定的生理極限，在處理作戰(zhàn)信息時容易受到限制，而人工智能的存在能夠?qū)χ笓]員及參謀人員提供輔助，減輕指揮人員處理情報信息的負擔(dān)，能夠迅速的準(zhǔn)確的進行應(yīng)急響應(yīng)，做出更加科學(xué)的決策。尤其是在空天防御作戰(zhàn)中，可以應(yīng)用自主武器或決策系統(tǒng)進行輔助，關(guān)鍵是找到合適的自主控制程度，這點需要由人來決定。這就需要在定性、定量之間尋求最佳的平衡統(tǒng)一狀態(tài)。利用人工智能技術(shù)為人們制定相應(yīng)的決策提供參考，結(jié)合人類的經(jīng)驗實現(xiàn)更加安全的作戰(zhàn)效果。

4 結(jié)語

通過本文的分析可知，人工智能在空天防御中有重要的作用，能夠幫助指揮員分析戰(zhàn)場態(tài)勢，輔助做出決策并制定作戰(zhàn)方案，未來會發(fā)揮更加重要的作用。

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