智能化電子戰(zhàn)裝備發(fā)展研究

蘇 周,劉 飛,許曉劍,韓 俊

(空軍預(yù)警學(xué)院,湖北 武漢 430345)

0 引 言

技術(shù)是推動戰(zhàn)爭形態(tài)變革的源動力,無論是作戰(zhàn)空間陸?？仗斓闹鸩酵卣?還是力量形態(tài)從冷兵器到機械化再到信息化的轉(zhuǎn)型,每一次技術(shù)上的突破都會帶來戰(zhàn)爭形態(tài)的變革。近年來,人工智能技術(shù)蓬勃發(fā)展,成為戰(zhàn)爭形態(tài)從信息化向智能化轉(zhuǎn)變的推動力。美國在“第三次抵消戰(zhàn)略”中提出智能武器、自動化無人武器系統(tǒng)等新概念武器,以發(fā)展“改變未來戰(zhàn)局”的顛覆性技術(shù)[1],并在無人作戰(zhàn)平臺、電子戰(zhàn)、輔助決策等技術(shù)領(lǐng)域進行應(yīng)用嘗試[2],催生馬賽克戰(zhàn)[3]、算法戰(zhàn)[4]等作戰(zhàn)概念的發(fā)展,進一步促進戰(zhàn)爭形態(tài)的改變。

電子戰(zhàn)是戰(zhàn)爭中的兵力“倍增器”,是新域新質(zhì)作戰(zhàn)力量的典型代表,其“觀察—調(diào)整—決策—行動”(OODA)循環(huán)如圖1所示。電子戰(zhàn)系統(tǒng)在人類認知和電磁實體之間建立橋梁,實現(xiàn)人對電磁波的感知和控制。在復(fù)雜多變的電磁環(huán)境中,傳統(tǒng)電子戰(zhàn)裝備操作復(fù)雜,OODA循環(huán)周期長,影響了電子戰(zhàn)效能的發(fā)揮。人工智能賦能電子戰(zhàn)系統(tǒng),可提升感知決策效率,加快OODA循環(huán),降低“人在回路”的事務(wù)性負荷,有助于部隊奪取制電磁權(quán),進而取得戰(zhàn)爭優(yōu)勢。智能化的綜合電子戰(zhàn)平臺,可群體協(xié)同開展電子戰(zhàn)行動,或以電子戰(zhàn)要素支援聯(lián)合作戰(zhàn),是未來戰(zhàn)爭的關(guān)鍵力量。

圖1 電子戰(zhàn)OODA循環(huán)

本文在闡述人工智能技術(shù)在軍事領(lǐng)域應(yīng)用的基礎(chǔ)上,梳理了電子戰(zhàn)在智能化時代面臨的挑戰(zhàn)和機遇,分析了智能化電子戰(zhàn)裝備應(yīng)具備的能力,提出電子戰(zhàn)裝備智能化等級劃分方式及作戰(zhàn)參與形態(tài),為電子戰(zhàn)智能化發(fā)展提供參考。

1 智能化戰(zhàn)爭中的電子戰(zhàn)

1.1 人工智能在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用

人工智能作為一項大范圍賦能技術(shù),在軍事領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。無人機[5]、智能導(dǎo)彈[6]等具有無人化、自主化特征的智能武器陸續(xù)出現(xiàn),將使未來戰(zhàn)爭的面貌煥然一新。美國國會報告《人工智能與國家安全》[7]將人工智能在國防軍事的應(yīng)用劃分為7個領(lǐng)域:情報監(jiān)視與偵察、后勤、賽博空間作戰(zhàn)、信息戰(zhàn)、指揮控制、半自主與全自主運載工具、致命性自主武器,每個領(lǐng)域內(nèi)的典型應(yīng)用如表1所示。

表1 人工智能在軍事領(lǐng)域應(yīng)用情況

1.2 智能化為電子戰(zhàn)帶來的挑戰(zhàn)和機遇

電子戰(zhàn)從1904年日俄海戰(zhàn)使走上歷史舞臺,經(jīng)歷通信對抗、雷達對抗到全面對抗等發(fā)展階段[13],已經(jīng)成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭的必備要素。隨著計算機、信號處理、射頻功率器件等技術(shù)的進步,電子戰(zhàn)裝備完成了由偵察機、干擾機等單機設(shè)備到綜合系統(tǒng)的發(fā)展,在信號偵察分析、跳頻跟蹤干擾等功能上也初步實現(xiàn)了自動化。但傳統(tǒng)電子戰(zhàn)裝備還存在很多不足,人工智能技術(shù)在軍事領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用促進戰(zhàn)爭從信息化走向智能化的同時,也給電子戰(zhàn)帶來了新挑戰(zhàn)。

(1) 操作復(fù)雜,適應(yīng)戰(zhàn)爭節(jié)奏難

面對雷達、通信、導(dǎo)航、敵我識別等電子信息設(shè)備,傳統(tǒng)的電子戰(zhàn)裝備只能對抗其中一類目標,功能較為單一,導(dǎo)致電子戰(zhàn)裝備種類繁雜。在作戰(zhàn)使用中,需要操作員識別目標、分析信號特征,選擇最優(yōu)干擾策略,對操作人員分析判斷能力和操作熟練程度都有較高要求,也給操作人員造成極大壓力,人工操作速度越來越難以滿足快節(jié)奏戰(zhàn)爭需求。

(2) 環(huán)境復(fù)雜,及時感知威脅難

現(xiàn)代戰(zhàn)場電磁設(shè)備量急劇增長,戰(zhàn)場電磁環(huán)境具有輻射源數(shù)量多、信號密度大、信號繁雜多變等特征,加之新型未知目標的不斷涌現(xiàn),從海量信號中截獲、分選并識別威脅目標的難度加大。

(3) 目標多變,實施有效干擾難

隨著相控陣等技術(shù)發(fā)展,多功能雷達得到廣泛應(yīng)用,電子戰(zhàn)作戰(zhàn)目標具備多種可靈活切換的工作模式,傳統(tǒng)雷達對抗采用相對固定的干擾策略難以達到理想的干擾效果。智能時代自主性、協(xié)同性強,對網(wǎng)絡(luò)單節(jié)點通信壓制也難以達到作戰(zhàn)效果。

(4) 手段欠缺,評估干擾效果難

目前的電子對抗裝備普遍不具備干擾效果在線評估能力,大多基于合作方式進行事后評估,在實際作戰(zhàn)面對非合作對抗目標時,難以獲得評估指標。

(5) 聯(lián)通性差,融入聯(lián)合作戰(zhàn)難

電子戰(zhàn)通過無源偵察,依靠輻射源識別可以實現(xiàn)比雷達預(yù)警更強的目標類型判定能力,但當(dāng)前不同平臺電子戰(zhàn)情報互通性差,電子戰(zhàn)情報與空、海情融合不足。電子戰(zhàn)要素多以單系統(tǒng)單任務(wù)方式參與作戰(zhàn),綜合融入、全程使用還有欠缺。

同時,新的時代特征也給電子戰(zhàn)帶來更大機遇:一是智能化必以信息化為前提,未來戰(zhàn)爭的對抗將是在泛網(wǎng)絡(luò)支撐下的智能感知和打擊裝備普遍運用[14],對電子設(shè)備的依賴性比以往更強,對電子信息系統(tǒng)的攻擊也將直接影響武器的大腦,起到“降智”的效果;二是群體感知和協(xié)同能力提升帶來群體智能快速發(fā)展,電子戰(zhàn)手段通過破壞武器集群的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同,可降低蜂群等智能群體的作戰(zhàn)能力;三是電子戰(zhàn)手段不需要傳統(tǒng)彈藥消耗,對抗小型無人平臺效費比高。綜上,智能化時代的來臨,必將使電子戰(zhàn)內(nèi)涵更豐富,范圍更廣泛,形態(tài)更多樣。

2 電子戰(zhàn)裝備的智能化

2.1 智能化電子戰(zhàn)裝備的概念內(nèi)涵

智能化電子戰(zhàn)裝備概念目前尚無統(tǒng)一定義,現(xiàn)有研究主要從表征模型[15]和智能能力[16]角度對其內(nèi)涵進行描述。本文借助智能武器裝備[17]的概念,將智能化電子戰(zhàn)描述為利用人工智能技術(shù)研制的,用于實施和保障電子戰(zhàn)行動的武器、武器系統(tǒng)及配套軍事技術(shù)器材的統(tǒng)稱。人工智能賦能電子戰(zhàn),使電子戰(zhàn)裝備具備自主能力,成為“有意識、會思考”的裝備。

從武器平臺個體來看,電子戰(zhàn)裝備智能化主要包含任務(wù)系統(tǒng)、運載平臺、控制功能三方面的智能化。測頻、測向、干擾、評估等任務(wù)系統(tǒng)是電子戰(zhàn)裝備的核心,如圖2所示。任務(wù)系統(tǒng)智能化主要是應(yīng)用認知電子戰(zhàn)[18-19]相關(guān)技術(shù),提高系統(tǒng)對威脅信號感知、干擾決策、效果評估的能力,縮短反應(yīng)時間,提升電子戰(zhàn)敏捷性。運載平臺智能化主要通過無人機、無人艇等為代表的電子對抗裝備載具平臺實現(xiàn)自主化,具備位置感知、自主避障、路徑規(guī)劃等能力,保障任務(wù)系統(tǒng)偵察干擾效能的最佳發(fā)揮。控制功能智能化是以裝備任務(wù)自規(guī)劃、功能自定義、故障自預(yù)測等自主能力,實現(xiàn)壽命周期內(nèi)無人運行。

圖2 認知電子戰(zhàn)過程

從武器平臺體系來看,電子戰(zhàn)裝備群智能化主要包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)同智能化、統(tǒng)籌控制智能化2個方面。網(wǎng)絡(luò)協(xié)同智能化是通過多智能體共享協(xié)同,使頻譜感知更準確,推理更可靠,解決電子戰(zhàn)個體容易產(chǎn)生漏洞以及信息處理效率低等問題[20]。統(tǒng)籌控制智能化指電子戰(zhàn)群體編隊能夠根據(jù)任務(wù)改變指揮架構(gòu),根據(jù)戰(zhàn)場任務(wù)精確編隊控制轉(zhuǎn)換,統(tǒng)籌規(guī)劃電子戰(zhàn)力量資源使用,最大化偵察探測精度和跟蹤時長,探測信息融合處理,或以分布式要素參與作戰(zhàn),優(yōu)化態(tài)勢配置,統(tǒng)籌干擾資源調(diào)度,實現(xiàn)干擾效益最大化。

2.2 智能化電子戰(zhàn)裝備的架構(gòu)

一種典型的智能化電子戰(zhàn)裝備架構(gòu)如圖3所示。任務(wù)系統(tǒng)可根據(jù)宏觀指令完成偵察、干擾、評估的基本操作,并將情報輸入自主控制系統(tǒng),與接收信息融合形成綜合態(tài)勢,將自身情報融入C4ISR系統(tǒng)。自主控制系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)和綜合態(tài)勢形成思維判斷,自主決策,單獨或協(xié)同對目標實施干擾行動并評估效果。運載平臺根據(jù)任務(wù)指令信息自主規(guī)劃路徑,選取最優(yōu)位置。

圖3 智能化電子戰(zhàn)裝備架構(gòu)

3 智能化電子戰(zhàn)裝備的智能水平分級及發(fā)展階段

智能水平分級可以衡量作戰(zhàn)平臺的自主能力,對作戰(zhàn)平臺智能化發(fā)展路線設(shè)計具有指導(dǎo)意義。美國空軍曾將無人機的自主控制等級劃分為10級[21],并提出了發(fā)展路線圖,智慧火箭[22]、智能導(dǎo)彈[23]等智能武器也有分級發(fā)展的研究。如圖4所示,本文借助OODA發(fā)展理論[24],設(shè)計電子戰(zhàn)裝備OODA1.0人在環(huán)內(nèi)(In the Loop)的半自主模式、OODA2.0人在環(huán)上(On the Loop)的人監(jiān)督模式、OODA3.0人在環(huán)外(Out of the Loop)的全自主模式3階發(fā)展過程,從參與作戰(zhàn)形態(tài)的角度將電子戰(zhàn)裝備智能水平分為低、中、高3個等級,對應(yīng)初級、中級、高級3種參戰(zhàn)形態(tài)。

圖4 智能化電子戰(zhàn)裝備的智能水平分級及發(fā)展階段

3.1 初級階段:要素參與式

這一階段電子戰(zhàn)裝備具備初級智能水平,以智能技術(shù)升級改造現(xiàn)有裝備,提升作戰(zhàn)能力,偵察干擾任務(wù)系統(tǒng)實現(xiàn)認知化和自適應(yīng),勝任具體任務(wù)。采用“人在環(huán)內(nèi),人機交互”的方式,以單機單裝單站為要素,參與到作戰(zhàn)具體行動中。

(1) 態(tài)勢感知:以電子戰(zhàn)無源探測距離遠、范圍廣、信息多,情報及時、準確,實施隱蔽、保密等優(yōu)勢,對戰(zhàn)場電子目標進行偵察,配合特征庫進行分類識別,根據(jù)目標價值生成干擾或打擊清單,為后續(xù)作戰(zhàn)提供依據(jù)。

(2) 輔助決策:利用知識庫等電子戰(zhàn)作戰(zhàn)支持系統(tǒng),對戰(zhàn)場海量電磁數(shù)據(jù)實時分析,實現(xiàn)電磁態(tài)勢動態(tài)可視化,并進行頻譜推理預(yù)測,針對作戰(zhàn)不同階段,提出合理用頻建議,避免己方自擾互擾,預(yù)判敵方動態(tài)。

(3) 殺傷打擊:針對目標工作模式、威脅程度調(diào)度本機干擾資源,實施電子干擾軟殺傷,并實時評估干擾效能;根據(jù)需要使用反輻射武器或以電子戰(zhàn)情報引導(dǎo)導(dǎo)彈實施硬摧毀。

3.2 中級階段:小群模塊式

這一階段電子戰(zhàn)裝備具備中級智能水平,單平臺能自主化實現(xiàn)對多種電子目標的對抗,多平臺協(xié)同化初步具備任務(wù)自主規(guī)劃和統(tǒng)籌能力,可以實現(xiàn)無人系統(tǒng)自組織協(xié)同作戰(zhàn)或有人系統(tǒng)與無人系統(tǒng)協(xié)同作戰(zhàn)。采用“人在環(huán)上,人機協(xié)同”的方式,以獨立小規(guī)模編組,或與其他力量群組混編,執(zhí)行具體電子戰(zhàn)行動,支持綜合任務(wù)。

(1) 基于“天基”的智能編隊

以高速衛(wèi)星建立網(wǎng)絡(luò),構(gòu)建電子戰(zhàn)群組。根據(jù)不同任務(wù),以分布式干擾對敵主要探測平臺實施壓制,以欺騙式干擾消耗敵作戰(zhàn)資源,或以電子戰(zhàn)無人機蜂群[25]自主執(zhí)行綜合性任務(wù)。

(2) 基于“空基”的局域匹配

以空基通信中繼站建立智能路由“云平臺”,覆蓋作戰(zhàn)區(qū)域電子戰(zhàn)裝備。區(qū)域內(nèi)不同電子戰(zhàn)裝備借助平臺信息交互,共享偵察情報及干擾結(jié)果,融合印證、探明敵方部署,輔助決策。

(3) 基于“地域”的自動響應(yīng)

在作戰(zhàn)區(qū)域部署檢測點、調(diào)整點或任務(wù)線、區(qū)域線,實現(xiàn)通信導(dǎo)航降級下的位置精確調(diào)控和路徑選擇,電子偵察設(shè)備可將位置、環(huán)境及情報生成綜合態(tài)勢,推送至指揮平臺,消除戰(zhàn)爭迷霧,為部隊機動提供參考。

3.3 高級階段:群體自主式

這一階段電子戰(zhàn)裝備具有高級智能水平,平臺完全自主或?qū)㈦娮討?zhàn)元素集成到各平臺,以各種樣式融入聯(lián)合作戰(zhàn),具備獨立自主遂行作戰(zhàn)任務(wù)的能力。采用“人在環(huán)外,機機協(xié)同”的方式,以大規(guī)模、多要素編組,實現(xiàn)全域多維、多要素多力量的聯(lián)動協(xié)同。

(1) 集群作戰(zhàn)

多個電子戰(zhàn)個體協(xié)同涌現(xiàn),動態(tài)聚能,融合釋能形成更強作戰(zhàn)效能,自主進行信息交互、任務(wù)分配,合理高效地完成作戰(zhàn)任務(wù),具備高靈活性、高抗毀性。

(2) 自主作戰(zhàn)

具備自組織自修復(fù)能力,可根據(jù)態(tài)勢發(fā)展和作戰(zhàn)需要,自主調(diào)整指揮模式,遠近交錯統(tǒng)籌資源,分配對敵偵察干擾任務(wù),形成“態(tài)勢共享→同步協(xié)作→聚焦釋能”的電子戰(zhàn)行動鏈路。

(3) 全維作戰(zhàn)

戰(zhàn)爭不限于陸、海、空、天、電,拓展到政治、經(jīng)濟、認知等領(lǐng)域,使用網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同電子戰(zhàn)[26]手段深度參與各領(lǐng)域作戰(zhàn),與其他手段融合,綜合用力,全維對抗,迅速達成作戰(zhàn)目的。

4 結(jié)束語

人工智能技術(shù)在軍事領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,給電子戰(zhàn)提出更多挑戰(zhàn),同時也帶來更大機遇,促進電子戰(zhàn)從自動化、認知化向全面智能化發(fā)展。人工智能技術(shù)在牽引裝備作戰(zhàn)能力提升的同時,還將促進作戰(zhàn)方式及戰(zhàn)斗力生成模式的轉(zhuǎn)變,新技術(shù)變革催生新軍事變革,軍事理論、軍隊組織形態(tài)、作戰(zhàn)方法都將革新,以適應(yīng)未來的智能化戰(zhàn)爭。