無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的智能決策與對抗能力

張兆鑫　高興隆　馬建光

21世紀以來，世界無人作戰(zhàn)技術(shù)加速向前發(fā)展，帶動無人裝備應(yīng)用范圍不斷拓展、應(yīng)用層次不斷提升，部分已進入主戰(zhàn)裝備，戰(zhàn)場應(yīng)對環(huán)境也正由低烈度沖突和低威脅環(huán)境向高強度交戰(zhàn)和中高威脅環(huán)境邁進，對軍事領(lǐng)域各方面產(chǎn)生重要影響。面對日趨復(fù)雜的戰(zhàn)場環(huán)境與戰(zhàn)場態(tài)勢，無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的智能決策與對抗能力已成為世界主要軍事國家的重點發(fā)展方向。

信息化戰(zhàn)爭中，無人機、戰(zhàn)斗機器人、電子對抗裝備等武器逐漸融合智能，使戰(zhàn)場各類信息交織難辨，大大增加了感知元件收集有效情報的難度。智能態(tài)勢感知技術(shù)著眼于未來復(fù)雜、高度動態(tài)變化的戰(zhàn)場環(huán)境，建立以大量終端上的各類傳感器為核心的偵察監(jiān)視系統(tǒng)，通過高速戰(zhàn)場信息通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的情報傳輸系統(tǒng)，利用戰(zhàn)場物聯(lián)網(wǎng)、云計算、信息融合與共享、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)學(xué)建模等人工智能技術(shù)，實現(xiàn)無人機系統(tǒng)感知戰(zhàn)場態(tài)勢的瞬息變化，并進行分析和判斷。無人機具備了智能態(tài)勢感知技術(shù)就如同獲得了耳目，能夠自主收集一定范圍內(nèi)的信息，在真正意義上與傳統(tǒng)裝備形成代差?！霸谶@片森林中，他人就是地獄，就是永恒的威脅，任何暴露自己存在的生命都將很快被消滅?！薄度w》的此言不僅能夠用來描繪宇宙的環(huán)境，還很好地形容了未來戰(zhàn)爭中感知能力的關(guān)鍵性。只有掌握了先進的智能態(tài)勢感知技術(shù)，無人機才可能比敵方先一步偵測到位置，在被發(fā)現(xiàn)之前摧毀敵方武器裝備，同時保證自己的存活，以便于進行下一步的作戰(zhàn)任務(wù)。此外，無人機高度智能化的前提就是智能態(tài)勢感知技術(shù)，一旦無法掌握目標有效信息，無人機的智能決策便因缺少數(shù)據(jù)而無法展開。目前國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜彝ㄟ^戰(zhàn)場物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)挖掘、信息融合與共享、知識庫與專家決策系統(tǒng)、動態(tài)樹結(jié)構(gòu)、復(fù)雜環(huán)境認知與推理技術(shù)、非結(jié)構(gòu)化環(huán)境感知技術(shù)等手段實現(xiàn)能夠適應(yīng)智能無人機系統(tǒng)的戰(zhàn)場感知能力。

無人機智能化態(tài)勢感知

在信息對抗技術(shù)日益更新的未來戰(zhàn)場中，網(wǎng)絡(luò)對抗、電子對抗勢必會滲透戰(zhàn)爭中的方方面面。因此，無人機離開人的遙控、自主執(zhí)行任務(wù)的情況將會成為常態(tài)，這便需要無人機根據(jù)戰(zhàn)場態(tài)勢智能決策，在復(fù)雜的戰(zhàn)場環(huán)境中計算出最優(yōu)解。根據(jù)預(yù)先設(shè)置的數(shù)據(jù)庫，無人機在感知戰(zhàn)場態(tài)勢后多線運算，將當(dāng)前情況與數(shù)據(jù)庫中的預(yù)設(shè)盡可能擬合，達到如同戰(zhàn)斗人員臨場決策的效果。智能自主控制技術(shù)主要包括智能化飛行控制技術(shù)、智能化火力控制技術(shù)和智能化任務(wù)規(guī)劃技術(shù)，這些技術(shù)是實現(xiàn)未來無人機系統(tǒng)發(fā)展核心領(lǐng)域，是實現(xiàn)多機編隊、協(xié)同作戰(zhàn)的基礎(chǔ)。同時為了提高無人機智能自主控制的能力，提高對意外事件處理的應(yīng)對能力，還要開展集成自主系統(tǒng)的智能計算、智能目標檢測與跟蹤、單無人機智能自主控制、多無人機系統(tǒng)智能協(xié)同自主控制、自主故障診斷和自主控制重構(gòu)等方面的研究。

完成態(tài)勢感知與智能決策后，無人機的對抗手段成為重中之重。經(jīng)過無人機作戰(zhàn)理論的不斷成熟，諸如無人機蜂群作戰(zhàn)、人機協(xié)同作戰(zhàn)等新式戰(zhàn)法出現(xiàn)在戰(zhàn)場上，并且取得令人矚目的戰(zhàn)果。世界軍事強國已經(jīng)預(yù)見到無人作戰(zhàn)的強悍威力，認為其是未來智能化作戰(zhàn)的主力軍，將更多的資源投入到此領(lǐng)域。為了更好地完成作戰(zhàn)任務(wù)，多種無人機需要進行協(xié)同作業(yè)，此時數(shù)據(jù)共享、目標分配、任務(wù)分擔(dān)、機次分組的合理統(tǒng)一化便尤為重要。在該過程中，智能協(xié)同交互技術(shù)發(fā)揮了關(guān)鍵作用，將可配置無人機作為一項因素加入智能決策中，使無人機突破算法的孤立性，在抵近偵察、精確打擊、保障補給方面具備協(xié)調(diào)有效的集群作業(yè)模式。智能協(xié)同交互技術(shù)的主要內(nèi)容包括：協(xié)同態(tài)勢感知技術(shù)、信息交互與通信技術(shù)、作戰(zhàn)云技術(shù)、智能決策與智能攻擊技術(shù)、集群協(xié)同作戰(zhàn)技術(shù)、學(xué)習(xí)與進化智能技術(shù)等。

人機協(xié)同作戰(zhàn)

小精靈項目概念圖

蜂群作戰(zhàn)是智能決策與對抗在戰(zhàn)場運用的里程碑式戰(zhàn)法。無人機蜂群作戰(zhàn)系統(tǒng)是由大量單功能或多功能無人機組成的，在交感網(wǎng)絡(luò)的支撐下，其節(jié)點具有交互與反饋、激勵與響應(yīng)等交感行為，屬于可通過單個平臺行為自主決策和平臺間行為協(xié)同最終實現(xiàn)能力涌現(xiàn)的自主式空中作戰(zhàn)體系。依據(jù)此概念，無人機蜂群作戰(zhàn)功能全面，通過信息交互和聚集協(xié)同實現(xiàn)群體智能行為，從而在態(tài)勢感知、整體防御、火力打擊、效果評估等方面形成集群優(yōu)勢。但蜂群的組成需要幾百、幾千甚至數(shù)以萬計的微型無人機，通過人工的控制幾乎無法實現(xiàn)，只能依靠構(gòu)建算法去處理源自無人機群的龐大信息。

為了真正實現(xiàn)蜂群作戰(zhàn)，無人機群各功能分區(qū)都需實現(xiàn)智能化改造。智能感知、智能武器系統(tǒng)、智能交互系統(tǒng)等共同構(gòu)建智能化網(wǎng)絡(luò)，以達到單機為基點、蜂群為系統(tǒng)的智能對抗的目標，覆蓋三維空間，做到海陸空一體推進。美軍將蜂群作戰(zhàn)作為軍隊發(fā)展的重要方向，接連啟動了小精靈、山鶉等小微型無人機項目，在技術(shù)上加快相關(guān)算法構(gòu)建，在實踐上提前為無人機的?？颗c發(fā)射建設(shè)平臺。同樣，2016年11月，歐洲防務(wù)局啟動歐洲蜂群項目，加緊了蜂群作戰(zhàn)的智能化核心技術(shù)攻關(guān)。而在真正的戰(zhàn)場上，由智能決策支撐的蜂群作戰(zhàn)初出茅廬便銳不可當(dāng)。納卡沖突中，阿塞拜疆曾出動小型無人機蜂群對敵人進行大規(guī)模殺傷。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)，無人機蜂群在24小時內(nèi)便摧毀亞美尼亞方面坦克130輛、火箭發(fā)射系統(tǒng)50個、武裝車輛64部、防空導(dǎo)彈系統(tǒng)25個，還有S-300導(dǎo)彈、大批火箭炮、榴彈炮和裝甲車等。

蜂群覆蓋三維空間，做到海陸空一體推進

然而，無人機蜂群作戰(zhàn)對于智能決策與對抗技術(shù)的要求極高，目前的算法水平尚不能滿足蜂群作戰(zhàn)的需要，大型無人機蜂群的構(gòu)建無法實現(xiàn)。鑒于數(shù)據(jù)鏈等通信技術(shù)的突飛猛進，無人機在從單元智能化作戰(zhàn)到集群智能化作戰(zhàn)的發(fā)展中演變出一個過渡階段，即人機協(xié)同作戰(zhàn)。通過戰(zhàn)斗人員的干預(yù)，無人機對戰(zhàn)場態(tài)勢的算法判斷復(fù)雜度降低。對于無人機智能化計算出的作戰(zhàn)方案，戰(zhàn)斗人員根據(jù)總體戰(zhàn)斗目標進行修正和調(diào)整，反饋給無人機，并人為預(yù)測戰(zhàn)場走向，幫助無人機確定下一步的任務(wù)執(zhí)行。此外，有人戰(zhàn)斗力量配備，令人機協(xié)同作戰(zhàn)的武器裝備研發(fā)更平滑，可以在傳統(tǒng)裝備上進行更新與改造。美陸軍首個雨型攻擊偵察營已于2015年3月組建完畢，具備有人/無人協(xié)同作戰(zhàn)能力。同樣，俄羅斯國防部機器人技術(shù)科學(xué)研究試驗中心主任波波夫上校在“俄聯(lián)邦武裝力量機器人化”會議上稱：“在日趨復(fù)雜的戰(zhàn)場環(huán)境中，無人裝備與有人裝備的協(xié)同作戰(zhàn)能力將成為未來俄軍無人作戰(zhàn)的一個重要發(fā)展方向?！?/p>

隨著時代的發(fā)展，各種高新技術(shù)武器層出不窮，使得戰(zhàn)場數(shù)據(jù)總量與環(huán)境變化不確定性急劇增大。無論是量的提升還是環(huán)境的改變，都增大了無人機收集戰(zhàn)場數(shù)據(jù)的困難，丟失部分信息是不可避免的。這就要求無人機具備在不完全的信息下通過算法擬合出完整模型的本領(lǐng)，即非完備信息的智能挖掘技術(shù)。在非完備信息的條件下，無人機面臨著對自身對抗環(huán)境的不確定性與對敵方意圖判斷的不確定性，極大增加了付出與收益的不對等程度。一旦決策失誤，無人機存活的可能性甚微。目前針對空戰(zhàn)信息不完備情況進行有效處理的方法還較少，可以通過利用人工智能、模式識別、機器學(xué)習(xí)、統(tǒng)計學(xué)、數(shù)據(jù)庫、可視化技術(shù)進行數(shù)據(jù)處理，并揭示出大量數(shù)據(jù)中隱含的、先前未知的并有潛在價值的信息等，可為無人機有效攻防決策提供必需的信息，因而研究無人機非完備信息的智能挖掘技術(shù)具有較大的實際意義。

無人機挖掘地面信息

為了提升作戰(zhàn)效率與任務(wù)冗余性，降低資源的浪費，要求不同機種、不同功能的無人機相互協(xié)同合作完成不同類型和復(fù)雜程度的任務(wù)。如果把人的智慧與經(jīng)驗引入智能空戰(zhàn)系統(tǒng)的攻防決策計算回路中，利用人對模糊、不確定問題分析與響應(yīng)的優(yōu)勢，將高級認知機制與無人機智能決策緊密耦合，可使兩者相互適應(yīng)、協(xié)同工作，并最終成“1+1>2”的增強智能形態(tài)。要實現(xiàn)這一目標，需從人類-自主無人系統(tǒng)集群交互的基本理論、自主無人系統(tǒng)集群和人類認知模型、人機交互與協(xié)同、基于控制共享的人機合作等幾個方面入手。因此，開展基于混合增強智能的無人機群多目標協(xié)同攻防決策技術(shù)相關(guān)研究，不僅可推動混合增強智能技術(shù)的進步和發(fā)展，也為未來戰(zhàn)場全維作戰(zhàn)環(huán)境下的智能決策提供了重要的參考。

以目前的技術(shù)水平，基于人機混合的決策技術(shù)更能提高作戰(zhàn)效能

隨著信息化技術(shù)的高速發(fā)展和先進裝備的大量列裝，空戰(zhàn)智能化程度及戰(zhàn)場復(fù)雜程度和智能化程度愈來愈高，多無人機協(xié)同空戰(zhàn)智能決策與評估問題已成為了爭奪戰(zhàn)場制空權(quán)亟需解決的問題，也是無人機自主空戰(zhàn)決策的關(guān)鍵問題之一。為了適應(yīng)協(xié)同作戰(zhàn)空戰(zhàn)環(huán)境中出現(xiàn)的態(tài)勢變化快、敵情復(fù)雜、敵我信息量大及模型復(fù)雜等問題，需建立詳細的評價指標體系和評價模型，利用智能評估方法對無人機空戰(zhàn)攻防決策結(jié)果進行評估，判斷是否需要二次決策，完成整個閉環(huán)的空戰(zhàn)過程，可降低作戰(zhàn)資源的浪費，從根本上提高多無人機協(xié)同空戰(zhàn)的作戰(zhàn)效能。目前的效能評估體系考慮了任務(wù)可靠度、雷達能力、數(shù)據(jù)鏈能力、協(xié)同攻擊能力、指揮控制決策能力以及飛機可用度等指標，較全面地描述了無人機協(xié)同作戰(zhàn)的效能指標。不過，該體系局限在單一無人機的作戰(zhàn)中，協(xié)同作戰(zhàn)、蜂群作戰(zhàn)的智能評估體系仍要持續(xù)研發(fā)與推進。

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