飛機(jī)末端自衛(wèi)無源干擾智能決策技術(shù)

李石川，張鐵軍，馬 榜，王 博，陳元泰，倪凱捷

（1.中國航天科工集團(tuán)8511研究所，江蘇 南京 210007；2.陸軍裝備部駐上海地區(qū)航空軍事代表室，上海 200031）

0 引言

隨著隱身技術(shù)、遠(yuǎn)程探測、打擊技術(shù)的發(fā)展，作戰(zhàn)飛機(jī)在空戰(zhàn)中受到的威脅的突然性、復(fù)雜性和立體性日趨顯著。在單一、干凈的天空背景下，突前作戰(zhàn)的飛機(jī)表現(xiàn)為明顯的雷達(dá)、紅外輻射和激光散射目標(biāo)，易受到先進(jìn)隱身戰(zhàn)斗機(jī)、遠(yuǎn)程導(dǎo)彈、高性能傳感器和高精度制導(dǎo)武器的跟蹤、識別、鎖定和打擊。作戰(zhàn)飛機(jī)的自衛(wèi)防御是一個(gè)態(tài)勢迅速變化的過程，反應(yīng)和對抗時(shí)機(jī)稍縱即逝。然而隨著探測感知設(shè)備向多頻譜、高性能、高精度發(fā)展，干擾手段呈現(xiàn)出多樣化、干擾樣式也日趨復(fù)雜，飛行員難以單靠經(jīng)驗(yàn)，從海量的頻譜圖像、威脅情報(bào)和干擾資源等信息中快速提取關(guān)鍵信息和決策對抗樣式，傳統(tǒng)決策模式已經(jīng)不能滿足實(shí)戰(zhàn)的需要。

戰(zhàn)機(jī)自衛(wèi)末端無源對抗場景中，敵我雙方、逼近導(dǎo)彈及干擾源的位置關(guān)系、運(yùn)動參數(shù)、輻射狀態(tài)、光譜特性、圖像參數(shù)、環(huán)境因素等，存在大量的不確定性和突發(fā)性。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助決策，是利用計(jì)算機(jī)的高速計(jì)算，從大量的策略庫中優(yōu)選與實(shí)際情況相匹配的策略，只能處理相對確定的情況，不具備對突發(fā)情況和多目標(biāo)的復(fù)雜情況的處理能力。基于專家系統(tǒng)的智能決策技術(shù)能夠大幅提升機(jī)載末端無源干擾決策的靈活性、準(zhǔn)確性和作戰(zhàn)效能。

1 機(jī)載無源干擾決策

作戰(zhàn)飛機(jī)的無源干擾決策，是單機(jī)及飛行編隊(duì)任務(wù)活動中對時(shí)間要求最緊迫、也是最基本的自衛(wèi)戰(zhàn)斗行動。飛機(jī)面臨敵方導(dǎo)彈威脅時(shí)，自衛(wèi)對抗決策系統(tǒng)決策所涉及到問題如下：

1）告警信息深度處理：根據(jù)導(dǎo)彈逼近告警系統(tǒng)提供的來襲威脅的方位/俯仰、距離、載機(jī)飛行參數(shù)和預(yù)測的威脅類型，匹配來襲導(dǎo)彈攔截能力參數(shù)，擬合雙方飛行軌跡，計(jì)算軌跡交匯點(diǎn)和交匯時(shí)間。

2）干擾樣式匹配：根據(jù)載機(jī)機(jī)動能力，來襲導(dǎo)彈方位、距離，制導(dǎo)特征，及配置的干擾彈種類，選擇最佳干擾樣式,如質(zhì)心干擾、迷惑干擾、載機(jī)圖像特征遮蔽、假目標(biāo)誘騙、輻射強(qiáng)度壓制、組合干擾樣式等，同時(shí)提示飛行員采用相應(yīng)機(jī)動方向和機(jī)動樣式。

3）投放時(shí)機(jī)計(jì)算：根據(jù)所采用的干擾樣式、機(jī)動樣式，重新計(jì)算可能的交匯軌跡，考慮系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間、干擾彈上升時(shí)間、干擾輻射源圖像特征、輻射強(qiáng)度、干擾效能持續(xù)時(shí)間等因素，計(jì)算最佳投放時(shí)機(jī)、投放數(shù)量和投放間隔。

4）干擾效果評估與補(bǔ)充投放：預(yù)判干擾釋放后，根據(jù)來襲威脅的軌跡變化趨勢與告警系統(tǒng)對威脅目標(biāo)軌跡的實(shí)時(shí)實(shí)測數(shù)據(jù)，判斷干擾是否成功，若未成功，則再次計(jì)算投放策略參數(shù)，實(shí)施補(bǔ)充干擾。

以往無源干擾樣式單一，作戰(zhàn)飛機(jī)的自衛(wèi)對抗決策主要依賴于飛行員的戰(zhàn)斗經(jīng)驗(yàn)和無源對抗專家結(jié)合機(jī)動動作預(yù)先設(shè)計(jì)的6條或12條干擾策略，以固定的策略條目寫入載機(jī)的干擾策略庫，無法滿足未來對抗高精度成像和復(fù)雜抗干擾能力的精確制導(dǎo)武器的需求。隨著干擾彈種類、干擾機(jī)理和干擾樣式的豐富，傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)載無源干擾決策所涉及的參數(shù)類型、決策依據(jù)和計(jì)算模型也在不斷更新和完善，無源干擾技術(shù)逐漸向精確化、高效化和反饋式發(fā)展。

2 智能決策支持系統(tǒng)

2.1 總體結(jié)構(gòu)

機(jī)載無源干擾智能輔助決策系統(tǒng)由操作界面、知識庫、數(shù)據(jù)庫、解釋機(jī)、推理機(jī)和模型庫構(gòu)成，決策系統(tǒng)框架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 機(jī)載無源干擾智能輔助決策系統(tǒng)框架

操作界面：包括告警參數(shù)、干擾彈類型、彈量、交戰(zhàn)場景參數(shù)、載機(jī)參數(shù)等輸入的用戶操作界面和知識庫、數(shù)據(jù)庫維護(hù)加載界面。

知識庫：基于框架系統(tǒng)和產(chǎn)生式系統(tǒng)，表述載機(jī)自衛(wèi)態(tài)勢信息及對應(yīng)的空戰(zhàn)態(tài)勢下應(yīng)采取的干擾樣式、干擾彈種類和戰(zhàn)術(shù)機(jī)動對策。

數(shù)據(jù)庫：存放飛機(jī)、空空/空地導(dǎo)彈、干擾彈指標(biāo)、告警系統(tǒng)等戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能數(shù)據(jù)及相關(guān)環(huán)境參數(shù)；存放推理機(jī)所用到的數(shù)據(jù)，包括初始數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)和輸出結(jié)果。

模型庫：由相關(guān)的專業(yè)模型構(gòu)成，包括交戰(zhàn)態(tài)勢分析模型、干擾彈干擾效果模型、大氣環(huán)境模型。

算法庫：進(jìn)行各項(xiàng)運(yùn)算，包括：飛機(jī)、干擾源、導(dǎo)彈運(yùn)動方程運(yùn)算，導(dǎo)彈導(dǎo)引方程運(yùn)算，干擾效果評定算法等。

解釋機(jī)：細(xì)化推理結(jié)論，調(diào)用模型庫，獲得直接描述數(shù)據(jù)，對記錄的推理過程信息做出解釋與說明。在推理結(jié)束后，按順序遍歷推理過程，顯示推理機(jī)決策依據(jù)，決策用戶可據(jù)此判斷出決策內(nèi)容出現(xiàn)誤差的原因，便于設(shè)計(jì)優(yōu)化。

推理機(jī)：利用知識庫可用的框架或產(chǎn)生式規(guī)則知識，對當(dāng)前問題進(jìn)行推理求解，得出相應(yīng)的結(jié)論。

2.2 知識庫的建立與表示方法

機(jī)載無源干擾作戰(zhàn)決策的依據(jù)是載機(jī)在空戰(zhàn)中所處的具體的威脅場景。態(tài)勢判斷清楚、威脅信息明確，決策即容易進(jìn)行。制約無源干擾策略決策的因素包括：威脅數(shù)量、方位、距離、姿態(tài)、相對運(yùn)動，飛機(jī)和導(dǎo)彈的性能參數(shù)、干擾彈配置情況、氣象條件以及已經(jīng)獲取的準(zhǔn)確信息、預(yù)測信息等。將這些因素以特定的描述數(shù)據(jù)或?qū)?yīng)的映射關(guān)系表示為可用機(jī)器處理的數(shù)據(jù)，是建立無源干擾決策系統(tǒng)知識庫的基礎(chǔ)。

采用產(chǎn)生式規(guī)則形式表示領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)和知識，產(chǎn)生式表示法也叫規(guī)則表示法，規(guī)則由條件和結(jié)論2部分組成。產(chǎn)生式規(guī)則建立的基本格式為：

IF條件1 AND條件2……AND條件n

THEN結(jié)論

在規(guī)則中IF和THEN之間的部分為條件部分，THEN后面的部分是結(jié)論部分。產(chǎn)生式規(guī)則能簡潔有效描述人類專家的思維方式。

無源干擾智能輔助決策系統(tǒng)的規(guī)則庫就是將一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的無源干擾戰(zhàn)術(shù)專家結(jié)合戰(zhàn)場態(tài)勢和裝備配置參數(shù)等因素，判斷此時(shí)采用的干擾樣式和機(jī)動策略，作為規(guī)則庫的基本主體，然后經(jīng)過多位戰(zhàn)術(shù)專家分析和仿真實(shí)驗(yàn)，改進(jìn)戰(zhàn)術(shù)經(jīng)驗(yàn)，最終建立合理完善的知識庫，為智能決策系統(tǒng)提供決策依據(jù)。影響無源干擾決策的因素如表1所示。

表1 無源干擾決策典型影響因素

機(jī)載無源干擾智能決策中考慮到?jīng)Q策內(nèi)容主要包括干擾樣式、干擾彈類型選擇、干擾彈發(fā)射時(shí)機(jī)、發(fā)射數(shù)量、發(fā)射時(shí)刻表、機(jī)動樣式、機(jī)動時(shí)機(jī)等，如表2所示。

表2 無源干擾典型決策內(nèi)容

2.3 推理機(jī)模塊的建立

推理機(jī)是無源干擾智能輔助決策系統(tǒng)的核心。推理機(jī)主要功能是通過調(diào)用數(shù)據(jù)庫、算法庫和模型庫，控制整個(gè)決策系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的正常工作，達(dá)到符合知識規(guī)則庫的結(jié)果。

系統(tǒng)推理機(jī)使用的是正向推理的數(shù)據(jù)驅(qū)動控制，從已知數(shù)據(jù)信息出發(fā)，判斷和選擇適用規(guī)則，正向使用規(guī)則，調(diào)用相關(guān)數(shù)據(jù)、模型和算法計(jì)算出中間結(jié)果，反饋后進(jìn)一步判斷和選擇適用規(guī)則，規(guī)則結(jié)論加入結(jié)論鏈，若問題未完全解出，繼續(xù)推理；若既定的推理步驟結(jié)束，則退出。推理算法簡潔快速，可為機(jī)載無源干擾提供高效的決策反應(yīng)。

2.4 解釋器模塊的建立

解釋器用于記錄和解釋推理過程。本系統(tǒng)使用執(zhí)行跟蹤法，當(dāng)任何一個(gè)規(guī)則激活后，規(guī)則結(jié)構(gòu)中的解釋部分，直接加入解釋列表，在推理結(jié)束后，按順序遍歷鏈表，顯示至用戶操作界面，作為系統(tǒng)的推理依據(jù)，決策專家可根據(jù)此信息判斷出決策內(nèi)容出現(xiàn)誤差的原因，決策用戶也可以根據(jù)解釋內(nèi)容判斷決策結(jié)果的合理性。

3 結(jié)束語

本文基于機(jī)載自衛(wèi)對抗場景，利用人工智能技術(shù)和專家系統(tǒng)技術(shù)，通過對機(jī)載無源干擾技術(shù)進(jìn)行總結(jié)和歸納，采用推理控制結(jié)構(gòu)，建立了機(jī)載末端無源干擾智能決策所需的知識庫、規(guī)則庫，初步構(gòu)造了無源干擾智能輔助決策系統(tǒng)?！?/p>