智能無人指揮控制系統(tǒng)特點及研究方法的思考

王 磊

(北京特種機電研究所，北京 100012)

0 引言

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(jìn)展，當(dāng)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(jìn)機械化、信息化和智能化融合發(fā)展。從信息化戰(zhàn)爭演進(jìn)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(dāng)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行了初步研究。

1 指揮控制概念

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(jìn)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。

1.1 指揮

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(zé)，還包括負(fù)責(zé)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”?！盎顒印钡姆秶鷱V，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(zé)，責(zé)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(jìn)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(dá)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(dá)指揮信息，指導(dǎo)所屬分隊完成作戰(zhàn)任務(wù)的過程。

1.2 控制

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(xì)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(jìn)行單獨闡述，僅對“指揮控制”和“控制關(guān)系”進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(fù)責(zé)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(zhǔn)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(biāo)是穩(wěn)定性、準(zhǔn)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(zhǔn)確性：準(zhǔn)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(zhǔn)確性好，指的就是系統(tǒng)達(dá)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(zhǔn)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(zhǔn)確性好反映的就是準(zhǔn)確無誤的完成任務(wù)，與預(yù)期的結(jié)果差距小。軍事上準(zhǔn)確性反應(yīng)的是控制系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確的響應(yīng)上級意圖，并能很好的完成上級下達(dá)的任務(wù)。

1.3 指揮與控制

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(dá)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

2 智能無人指揮控制系統(tǒng)概念及特點

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(jìn)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(dāng)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(dāng)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(biāo)確定，滿足系統(tǒng)整體工作需求。

2)系統(tǒng)響應(yīng)更準(zhǔn)。與系統(tǒng)響應(yīng)速度相同，人操作設(shè)備的精準(zhǔn)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(dāng)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(biāo)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(dāng)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(biāo)確定，滿足系統(tǒng)整體工作需求。

認(rèn)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(zhǔn)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(biāo)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(zhǔn)確性等角度論證指標(biāo)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。

3 智能無人指揮控制系統(tǒng)研究方法

當(dāng)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(jìn)式演變法；2)基于多智能體的突變式涌現(xiàn)法。

3.1 基于傳統(tǒng)指揮控制系統(tǒng)的漸進(jìn)式演變法

當(dāng)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(dān)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(zhǔn)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。

3.2 基于多智能體協(xié)同的突變式涌現(xiàn)法

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(jìn)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(jìn)，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?；诙嘀悄荏w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(jìn)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(dān)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(jìn)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(dān)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(dān)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(dá)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。

3.3 兩種方法比較

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(dāng)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(jìn)展，智能化仍處于萌芽階段?；趥鹘y(tǒng)指揮控制系統(tǒng)的漸進(jìn)式演變法適用于當(dāng)前研究條件，與我軍當(dāng)前現(xiàn)代化進(jìn)程相契合，基本滿足當(dāng)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(dāng)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(jìn)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。

4 結(jié)束語

針對智能無人指揮控制系統(tǒng)概念、特點和研究方法進(jìn)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(jìn)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(jìn)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。