王 磊
(北京特種機電研究所,北京 100012)
經(jīng)過長期努力,我軍已經(jīng)基本實現(xiàn)機械化,信息化建設(shè)也已取得重大進展,當前正以機械化為基礎(chǔ),以信息化為主導(dǎo),以智能化為方向,加快推進機械化、信息化和智能化融合發(fā)展。從信息化戰(zhàn)爭演進至智能化戰(zhàn)爭,人機混合的群體智能技術(shù)可能成為捅破信息化戰(zhàn)爭“天花板”的顛覆性技術(shù),而以智能無人作戰(zhàn)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的智能無人威懾戰(zhàn)將成為未來可能的戰(zhàn)爭形態(tài)。當前,國內(nèi)外軍事大國均在智能無人作戰(zhàn)系統(tǒng)領(lǐng)域投入了大量的人力、物力和財力,在理論、技術(shù)和裝備等方面取得了一定進步。相比國外,國內(nèi)雖然在無人作戰(zhàn)平臺領(lǐng)域取得了較大進步,但在無人作戰(zhàn)理論、無人指揮控制系統(tǒng)等方面差距較大。文中主要針對陸軍無人指揮控制系統(tǒng)的概念、特點和研究方法等進行了初步研究。
關(guān)于指揮控制的概念,我軍2011版軍語對指揮控制的解釋是:指揮員及其指揮機關(guān)對部隊作戰(zhàn)或其他行動進行掌握和制約的活動。美軍對指揮控制的定義是:正式任命的指揮官為完成任務(wù)而對隸屬和配屬部隊行使權(quán)力、實施指導(dǎo)的過程。
一般情況下,指揮指的是發(fā)令調(diào)度。目前,指揮概念已廣泛應(yīng)用于社會各領(lǐng)域管理層。在軍事指揮方面,我軍2011版軍語中“指揮”的釋義主要包括對行動的計劃、組織、控制、協(xié)調(diào)等。美國陸軍對指揮的定義是:指揮官根據(jù)其級別或職務(wù)對其下屬合法行使權(quán)力,包括為完成受領(lǐng)的任務(wù)而有效地使用現(xiàn)有資源,以及制定部隊運用、組織、指導(dǎo)、協(xié)調(diào)和控制方面的權(quán)力和職責,還包括負責下屬人員的健康、福利、士氣等。
由此可見,在軍事指揮領(lǐng)域,對于“指揮”的釋義,我軍和美軍之間存在差異,我軍側(cè)重于指揮是一種“活動”,而美軍更強調(diào)指揮是“權(quán)力”。“活動”的范圍廣,包含的內(nèi)容豐富;“權(quán)力”的概念強調(diào)的是指揮員的職責,責任和指揮內(nèi)容明確。如果將指揮的過程看作某一確定系統(tǒng)的運行過程,由此按照系統(tǒng)論方法進行劃分,其要素(即指揮要素)應(yīng)包括指揮者、指揮對象(被指揮者)、指揮手段、指揮信息和指揮環(huán)境等,此時指揮的概念可定義為:為達到某一作戰(zhàn)目的,指揮者根據(jù)實際指揮環(huán)境,運用指揮手段,下達指揮信息,指導(dǎo)所屬分隊完成作戰(zhàn)任務(wù)的過程。
根據(jù)對“指揮”概念的闡述,可以看出,我軍對“控制”概念未做詳細說明,僅將其看作“指揮”概念中的內(nèi)容之一。并且,我軍2011版軍語中未對“控制”概念進行單獨闡述,僅對“指揮控制”和“控制關(guān)系”進行了描述,其中,“控制關(guān)系”指的是根據(jù)上級授權(quán),指揮員及其指揮機關(guān)與在本作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)行動的非所屬部隊之間構(gòu)成的控制與被控制的關(guān)系。通常只對支援部隊的作戰(zhàn)和其他行動進行掌握和制約。美軍對于“控制”概念的闡述是:根據(jù)指揮官意圖為完成任務(wù)而對部隊和作戰(zhàn)職能進行的管控??刂剖侵笓]作戰(zhàn)行動所必需的活動,涉及整個部隊,控制能夠使部隊在態(tài)勢變化時,調(diào)整作戰(zhàn)行動以符合指揮官意圖。在對部隊和作戰(zhàn)只能實施管控的過程中,指揮官在參謀人員的協(xié)助下,對其作戰(zhàn)地域內(nèi)的所有部隊實施控制。參謀人員負責協(xié)調(diào)行動,向指揮官提供信息,代指揮官實施控制。
針對“控制”概念的闡述,我軍和美軍存在很大差異,我軍強調(diào)是對“非所屬部隊”存在控制與被控制的關(guān)系,而美軍強調(diào)是“所有部隊”。對比兩者定義,美軍的定義中強調(diào)了“依據(jù)態(tài)勢變化,調(diào)整作戰(zhàn)意圖,符合指揮官意圖”,此處的“控制”與工程控制論中的“控制”概念更貼近,也更準確。比如在《控制論》書中,對于一個控制系統(tǒng)的描述是:“一個自動控制系統(tǒng),也不像是一部只是不斷重復(fù)某種單調(diào)的動作的普通機械,它需要根據(jù)周圍環(huán)境的變化,自動調(diào)整自己的運動,也可以說它必須具有一定的靈活性和適應(yīng)性”。
按照工程控制論要求,對于控制的要求很廣泛,但其3大根本性指標是穩(wěn)定性、準確性和快速性。1)穩(wěn)定性:指的是系統(tǒng)要素在外界影響下表現(xiàn)出的某種穩(wěn)定狀態(tài),即不論是外部環(huán)境變化,還是內(nèi)部變化,都不會導(dǎo)致系統(tǒng)的輸出偏離正常范圍,系統(tǒng)穩(wěn)定性表征的是系統(tǒng)偏離平衡狀態(tài)的擾動作用消失后,系統(tǒng)返回原來平衡狀態(tài)或自動趨向于一個新的穩(wěn)定平衡狀態(tài)的能力。對于控制系統(tǒng)而言,穩(wěn)定性反映的是其抗挫折、抗打擊能力。即不論是外部環(huán)境,還是內(nèi)部環(huán)境的變化,都不會使控制系統(tǒng)的行為產(chǎn)生根本性的影響,不會導(dǎo)致失穩(wěn),穩(wěn)定性好表征控制系統(tǒng)適應(yīng)戰(zhàn)場的能力強。2)快速性:對一個系統(tǒng)而言,總是存在著慣性,導(dǎo)致系統(tǒng)在給定輸入指令發(fā)生變化時,輸出量不能突變,存在一個過渡過程。這個過渡過程時間的長短反映了系統(tǒng)的快速性。對控制系統(tǒng)而言,同樣或多或少的存在惰性,由此導(dǎo)致在執(zhí)行一項指令時,不能立刻完成任務(wù),但控制系統(tǒng)惰性的大與小,決定了其快速性,也就是通常所說的執(zhí)行力。一個惰性小的控制系統(tǒng),快速性就好,執(zhí)行力強;相反,執(zhí)行任務(wù)拖拉,執(zhí)行力弱。3)準確性:準確性表征的是一個穩(wěn)定系統(tǒng)的性能,通常通過穩(wěn)態(tài)誤差來表示。所謂準確性好,指的就是系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)時,系統(tǒng)輸出量與輸入量之間的誤差小,誤差越小,系統(tǒng)控制精度越高。對控制系統(tǒng)而言,準確性首先是針對具有穩(wěn)定性的控制系統(tǒng)具備的特性,具體而言,指的是執(zhí)行指令或任務(wù)與預(yù)期結(jié)果的誤差,準確性好反映的就是準確無誤的完成任務(wù),與預(yù)期的結(jié)果差距小。軍事上準確性反應(yīng)的是控制系統(tǒng)能夠準確的響應(yīng)上級意圖,并能很好的完成上級下達的任務(wù)。
指揮與控制構(gòu)成了一個完整的指揮控制系統(tǒng),此時的指揮應(yīng)是狹義上的指揮,指揮不包含控制,如圖1所示。指揮應(yīng)是指揮員根據(jù)戰(zhàn)場態(tài)勢情況,對所屬部隊下達指揮命令的過程,所屬部隊根據(jù)指揮命令,開展作戰(zhàn)行動。這一過程中指揮命令的傳輸是單向的,由上級傳導(dǎo)至下級。與一個交響樂隊指揮通過指揮動作來組織和訓(xùn)練樂隊演奏音樂作用的過程是一致的,不包括所屬部隊向指揮員上傳戰(zhàn)場態(tài)勢等控制信息。
圖1 指揮關(guān)系
控制應(yīng)是所屬部隊在開展作戰(zhàn)行動的過程中,根據(jù)戰(zhàn)場態(tài)勢變化或指揮信息,及時上傳控制信息至指揮員,接受指揮員控制,從而調(diào)整作戰(zhàn)行動的過程。指揮與控制的關(guān)系如圖2所示。
圖2 指揮與控制關(guān)系
4G、5G等高帶寬和低延時通信技術(shù)、大數(shù)據(jù)和云計算理論、量子計算機等為未來智能無人指揮控制系統(tǒng)快速發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。智能無人指揮控制系統(tǒng)是智能無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的核心,是多智能體無人平臺實現(xiàn)有組織行為的有機紐帶,也是多智能體戰(zhàn)斗力“倍增器”。智能無人指揮控制系統(tǒng)安裝于各無人武器平臺,由寬帶網(wǎng)絡(luò)通訊組件、超快運算服務(wù)器、指揮控制軟件等組成,用于采集處理各無人武器平臺的預(yù)警、偵察、決策、評估和打擊等載荷信息,并進行綜合處理、評估、決策和實施等,用于滿足上級指揮員或指揮機構(gòu)作戰(zhàn)指揮命令要求。
傳統(tǒng)指揮控制系統(tǒng)的主體是上級指揮員或指揮機構(gòu),其客體是有人操作的武器平臺和載荷,由此決定了傳統(tǒng)指揮控制系統(tǒng)的本質(zhì)是有人系統(tǒng)。人作為系統(tǒng)環(huán)節(jié)之一,參與系統(tǒng)工作,實現(xiàn)系統(tǒng)功能,因此,人是影響武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的關(guān)鍵因素。智能無人指揮控制系統(tǒng)的主體依然是上級指揮員或指揮機構(gòu),但其客體轉(zhuǎn)變成為無人操作的武器平臺和載荷,其本質(zhì)是無人協(xié)同,人不再作為系統(tǒng)環(huán)節(jié)之一,不再參與系統(tǒng)決策、執(zhí)行等工作,僅對無人武器平臺和載荷實施監(jiān)控。
智能無人指揮控制系統(tǒng)的特點是:
1)系統(tǒng)響應(yīng)更快。當系統(tǒng)有人參與之后,人操作設(shè)備的熟練程度決定了系統(tǒng)響應(yīng)時間快慢,越熟練,操作速度越快,響應(yīng)時間越少,相反,響應(yīng)時間越長。當系統(tǒng)無人參與后,設(shè)備之間相互作用不存在熟練程度區(qū)分,響應(yīng)時間依據(jù)設(shè)計指標確定,滿足系統(tǒng)整體工作需求。
2)系統(tǒng)響應(yīng)更準。與系統(tǒng)響應(yīng)速度相同,人操作設(shè)備的精準度受到熟練度、人的工作狀態(tài)和工作環(huán)境等因素制約,系統(tǒng)響應(yīng)精度相對受限。當系統(tǒng)無人參與后,設(shè)備之間相互傳動不受熟練程度、工作狀態(tài)和環(huán)境等影響,響應(yīng)精度依據(jù)設(shè)計指標確定,滿足系統(tǒng)整體工作需求。
3)系統(tǒng)響應(yīng)更穩(wěn)。與系統(tǒng)響應(yīng)速度相同,當系統(tǒng)無人參與后,設(shè)備之間相互傳動不受熟練程度、工作狀態(tài)和環(huán)境等影響,響應(yīng)穩(wěn)定度依據(jù)設(shè)計指標確定,滿足系統(tǒng)整體工作需求。
認清智能無人指揮控制系統(tǒng)概念和特點,不僅有助于使用方更準確開展智能無人指揮控制系統(tǒng)論證、試驗和使用,而且有助于研制生產(chǎn)方開展智能無人指揮控制系統(tǒng)設(shè)計和試驗。比如:使用方在論證其戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標體系方面,可按照系統(tǒng)工程學(xué)方法,從快速性、穩(wěn)定性和準確性等角度論證指標體系和作戰(zhàn)使用;研制生產(chǎn)方在研制過程中,也可從系統(tǒng)輸入、輸出、外部和內(nèi)部結(jié)構(gòu)、環(huán)境、能力等方面統(tǒng)籌開展系統(tǒng)設(shè)計與試制。
當前,國內(nèi)外在智能無人指揮控制系統(tǒng)方面的研究方法主要有兩種:1)基于傳統(tǒng)指揮控制系統(tǒng)的漸進式演變法;2)基于多智能體的突變式涌現(xiàn)法。
當前,大多數(shù)國家和企業(yè)采用的是基于傳統(tǒng)指揮控制系統(tǒng)的演變方法,該方法繼承于傳統(tǒng)指揮控制系統(tǒng),在設(shè)計理念、設(shè)計原則、設(shè)計方法等方面均與傳統(tǒng)指揮控制系統(tǒng)保持一致。該方法本質(zhì)是將智能無人指揮控制系統(tǒng)作為簡單系統(tǒng)的升級,將人這一系統(tǒng)環(huán)節(jié)簡化成為無滯后、無誤差的穩(wěn)定環(huán)節(jié),將由人承擔的分析、評估、決策和操作功能改為由設(shè)備替代,實現(xiàn)指揮控制系統(tǒng)的無人化。該方法是將各無人武器平臺按照其所裝載載荷類型,綜合殺傷鏈路的所有環(huán)節(jié)和要素,依據(jù)指揮關(guān)系,按照樹形或扁平式指揮關(guān)系架構(gòu),如圖3所示,構(gòu)建智能無人指揮控制系統(tǒng)架構(gòu)、組成和相互關(guān)系,其本質(zhì)是將機械化戰(zhàn)爭時代的指揮要素和關(guān)系通過無線通信、計算機設(shè)備和軟件等方式實現(xiàn)數(shù)字化,其目的是提高指揮控制系統(tǒng)整體工作效率,縮短指揮控制時間,提高指揮控制準確度,最大程度提高指揮控制系統(tǒng)作戰(zhàn)效能。
圖3 傳統(tǒng)指揮控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
基于傳統(tǒng)指揮控制系統(tǒng)的演變方法在研究智能無人指揮控制系統(tǒng)時,主要研究方式是:
1)將指揮控制系統(tǒng)組成劃分為各無人武器平臺,按照安裝任務(wù)載荷的不同分別賦予不同的角色。如無人指揮平臺、無人火力平臺、無人偵察平臺和無人保障平臺等。上述角色按照傳統(tǒng)作戰(zhàn)力量的隸屬關(guān)系構(gòu)建成一定層次的指導(dǎo)與被指導(dǎo)關(guān)系、協(xié)同與被協(xié)同關(guān)系、支援與被支援關(guān)系和保障與被保障關(guān)系等。
2)將指揮控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對固化。指揮控制系統(tǒng)構(gòu)建完畢,其上級指揮系統(tǒng)→本級指揮員→作戰(zhàn)單元→武器平臺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)即固化,若戰(zhàn)斗實施過程中,高級的系統(tǒng)節(jié)點遭受打擊,將對整體系統(tǒng)功能造成致命性毀傷。
3)將指揮控制系統(tǒng)各無人武器平臺之間關(guān)系基本固化。如無人指揮平臺與無人偵察平臺限于指揮載荷的不同,兩者很難發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變,僅具備一定程度的功能降級性轉(zhuǎn)變,不會出現(xiàn)升級性轉(zhuǎn)變;無人偵察平臺盡管具備一定的自學(xué)習(xí)功能,但很難轉(zhuǎn)變成無人火力平臺。
基于多智能體協(xié)同的突變式涌現(xiàn)法不再將智能無人指揮系統(tǒng)看作簡單系統(tǒng),而是將其視為復(fù)雜系統(tǒng),由此決定了傳統(tǒng)指揮控制系統(tǒng)研究方法不再適用。未來預(yù)警、偵察、火力、評估、決策等專業(yè)技術(shù)快速進步后,其性能、功耗、體積和重量等均將有質(zhì)的飛躍,單一無人武器平臺將具備高度集成預(yù)警、偵察、火力、評估和決策等功能,實現(xiàn)多功能無人武器平臺高度統(tǒng)一,在此條件下,未來智能無人指揮控制系統(tǒng)將把各無人武器平臺在系統(tǒng)工作初始時刻視為相互平等的基本單元,智能無人指揮控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。
圖4 智能無人指揮控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
隨著戰(zhàn)斗的逐漸展開,各無人武器平臺依據(jù)各自實際狀態(tài)和作戰(zhàn)環(huán)境要求實時演進,逐步形成一定的相互協(xié)同關(guān)系,但對于指揮員或指揮機構(gòu)而言,依然被視為相互平等關(guān)系。基于多智能體的突變式涌現(xiàn)法突出了多智能體組織能力,在出現(xiàn)不穩(wěn)定條件下,確保指揮控制系統(tǒng)不失控和崩潰,在面對威脅或執(zhí)行任務(wù)過程中,各智能體之間能夠根據(jù)指揮控制信息和自主演進能力,采取靈活的配合方式、決策機制等有組織行為,消除威脅或完成任務(wù)。
基于多智能體協(xié)同的突變式涌現(xiàn)法在研究智能無人指揮控制系統(tǒng)時,主要研究方式為:
1)不再將指揮控制系統(tǒng)組成劃分為各專業(yè)無人武器平臺,各無人武器平臺均承擔相同的角色。如不再劃分無人指揮平臺、無人火力平臺、無人偵察平臺和無人保障平臺等。在系統(tǒng)初始工作時刻,上述角色也不再建成一定層次的指導(dǎo)與被指導(dǎo)關(guān)系、協(xié)同與被協(xié)同關(guān)系、支援與被支援關(guān)系、保障與被保障關(guān)系等。
2)指揮控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不再固化。指揮控制系統(tǒng)構(gòu)建完畢,其指揮控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化為上級指揮系統(tǒng)→無人武器平臺,并且其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也不再固化,在戰(zhàn)斗實施過程中,各無人武器平臺遭受打擊,其系統(tǒng)內(nèi)部能夠依據(jù)自身狀態(tài)和條件自主演進為不同角色,對整體系統(tǒng)功能不再造成致命性毀傷。
3)指揮控制系統(tǒng)各無人武器平臺之間關(guān)系不再固化??紤]到無人武器平臺高度集成了各任務(wù)載荷,其各平臺之間相互關(guān)系也不再固化,僅在遂行不同任務(wù)時,承擔不同的角色,且相互之間可自由切換。比如不再區(qū)分無人指揮平臺與無人偵察平臺等,而是無人武器平臺承擔偵察任務(wù)或指揮任務(wù)等。
4)各無人武器平臺安裝相同的指揮控制系統(tǒng)的硬件和軟件,并同步接收指揮員/指揮機構(gòu)下達的指揮命令,并依據(jù)自身環(huán)境和狀態(tài)條件,相互協(xié)同,自主完成任務(wù)角色轉(zhuǎn)換。
兩種方法產(chǎn)生差異的根本原因是支撐兩種系統(tǒng)的屬性和研究條件不同,具體分析見表1。
表1 系統(tǒng)屬性及研究條件
當前我軍已基本實現(xiàn)機械化,信息化建設(shè)也取得了重大進展,智能化仍處于萌芽階段。基于傳統(tǒng)指揮控制系統(tǒng)的漸進式演變法適用于當前研究條件,與我軍當前現(xiàn)代化進程相契合,基本滿足當前軍隊現(xiàn)代化建設(shè)需求。符合武器裝備發(fā)展規(guī)律要求,能夠最大程度發(fā)揮現(xiàn)有武器裝備作戰(zhàn)效能,提高裝備經(jīng)費建設(shè)效益。
基于多智能體協(xié)同的突變式涌現(xiàn)法符合智能無人指揮控制未來發(fā)展規(guī)律和方向,但受限于當前研究條件,只能開展理論研究,無法開展大規(guī)模實踐應(yīng)用研究。接下來應(yīng)加強研究條件建設(shè)和投入力度,積極開展理論研究和實踐應(yīng)用工作,為未來智能無人武器裝備發(fā)展提供支撐。
與基于傳統(tǒng)指揮控制系統(tǒng)的漸進式演變法相比,基于多智能體協(xié)同的突變式涌現(xiàn)法消除了人為因素對系統(tǒng)的消極影響,在系統(tǒng)的穩(wěn)定性、精確性和快速性方面均具有突出的優(yōu)勢。
針對智能無人指揮控制系統(tǒng)概念、特點和研究方法進行了初步的思考,研究了指揮控制的基本概念,歸納總結(jié)了智能無人指揮控制系統(tǒng)的概念及特點。綜合考慮屬性和研究條件的差異,對基于傳統(tǒng)指揮控制系統(tǒng)的漸進式演變法和基于智能協(xié)同的突變式涌現(xiàn)法兩種系統(tǒng)研究方法,進行了多維度的分析、對比、總結(jié)。上述研究成果對深入研究智能無人指揮控制系統(tǒng)具有一定的借鑒意義。