靶機(jī)智能化關(guān)鍵技術(shù)研究

人工智能是大國(guó)軍事競(jìng)爭(zhēng)博弈的制高點(diǎn)，也是新一輪軍事變革的起始點(diǎn)，正在改變未來戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)。美軍為提高靶機(jī)的能力，正大力推進(jìn)第五代靶機(jī)（5GAT）項(xiàng)目的研究，重點(diǎn)是根據(jù)新型戰(zhàn)斗機(jī)作戰(zhàn)特征，提高靶機(jī)隱身和機(jī)動(dòng)等能力，并隨著智能作戰(zhàn)的發(fā)展衍生了靶機(jī)智能化改造的設(shè)想。

靶機(jī)作為一種動(dòng)態(tài)實(shí)物航空模擬裝備，主要通過模仿敵方武器裝備能力特征和典型作戰(zhàn)運(yùn)用，用于檢驗(yàn)己方武器裝備系統(tǒng)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能以及飛行員作戰(zhàn)技能，在防空武器研制、部隊(duì)訓(xùn)練和演習(xí)中發(fā)揮著重要作用。隨著軍事變革的持續(xù)推進(jìn)以及人工智能技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展，武器裝備形態(tài)逐步由有人機(jī)向無人機(jī)發(fā)展、由無人機(jī)單體向無人機(jī)集群發(fā)展、由人控?zé)o人機(jī)向無人自主作戰(zhàn)發(fā)展，而決策行為也由以人為核心的策略生成向人為主智能為輔以及全智能策略生成轉(zhuǎn)變，這種策略生成的轉(zhuǎn)變使得飛行員將面臨更多意想不到的“未知”對(duì)手，戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)把控難度更高，戰(zhàn)法發(fā)揮有效性變低。在這種發(fā)展趨勢(shì)下，靶機(jī)作為檢驗(yàn)武器裝備能力和飛行員作戰(zhàn)有效性的重要裝備，其智能化水平的高低已成為制約其是否能承擔(dān)更多使命任務(wù)、發(fā)揮更高陪練效能的瓶頸，是未來靶機(jī)發(fā)展需要重點(diǎn)考慮的方向。

目前，以人工智能為代表的信息科學(xué)快速發(fā)展，智能化在有人機(jī)和無人機(jī)上的應(yīng)用越來越廣泛，已在戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)快速獲取與處理、目標(biāo)識(shí)別與分配、制勝策略快速生成與運(yùn)用等作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)發(fā)揮重要作用，這種人工智能技術(shù)在航空領(lǐng)域的應(yīng)用和經(jīng)驗(yàn)也為靶機(jī)智能化發(fā)展提供了參考和技術(shù)支撐。靶機(jī)實(shí)現(xiàn)智能化后，可有效提升靶機(jī)試驗(yàn)鑒定作戰(zhàn)的多樣性和自適應(yīng)性，在保持靶機(jī)基礎(chǔ)目標(biāo)特性模擬能力的同時(shí)，進(jìn)一步提升鑒定作戰(zhàn)系統(tǒng)對(duì)敵智能化殺傷目標(biāo)的模擬技術(shù)水平，使得靶機(jī)的發(fā)展與現(xiàn)有作戰(zhàn)對(duì)象和武器裝備發(fā)展相適應(yīng)。

靶機(jī)裝備現(xiàn)狀和發(fā)展需求

國(guó)內(nèi)外靶機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

靶機(jī)是各國(guó)武器裝備體系的組成之一，隨著主戰(zhàn)裝備體系的發(fā)展而進(jìn)步，各國(guó)根據(jù)自身的軍事科技、國(guó)防經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況不同，采用改裝、新研以及引進(jìn)等不同的發(fā)展道路建立起滿足要求的靶機(jī)裝備體系。美國(guó)在靶機(jī)裝備發(fā)展上具有發(fā)展時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用投入大、生產(chǎn)制造靶機(jī)數(shù)量最多的優(yōu)勢(shì)，大力發(fā)展了不同種類、不同性能特征的靶機(jī)，逐步構(gòu)建了涵蓋低速到超聲速、超低空到高空、非隱身到隱身的多速域、多空域、寬頻譜的靶機(jī)裝備體系，典型的有“石雞”（Chukar）系列、“火蜂”（Firebee）系列等亞聲速靶機(jī)，“火弩”（Firebolt）“掠奪”（Jayhawk）等超聲速靶機(jī)，以及QF-4、QF-16原型靶機(jī)。目前，美國(guó)正在著手開展第五代靶機(jī)研究，用于代替現(xiàn)有QF-16等靶機(jī)，該靶機(jī)具備對(duì)手第五代飛機(jī)的特征，包括性能、大小和對(duì)抗等特征，重點(diǎn)模擬隱身性能為地面雷達(dá)和防空系統(tǒng)提供對(duì)抗訓(xùn)練服務(wù)。同時(shí)第五代靶機(jī)未來可能開展“忠誠(chéng)僚機(jī)”智能化改造，用于快速更新和迭代更復(fù)雜的人工智能技術(shù)，進(jìn)一步研究智能化技術(shù)在有人-無人智能協(xié)同作戰(zhàn)、無人自主空戰(zhàn)等領(lǐng)域的應(yīng)用。

國(guó)際上靶機(jī)體系建設(shè)較為完善，現(xiàn)已形成了多譜系、門類齊全、整體先進(jìn)且完善的體系，靶機(jī)能力發(fā)展與裝備發(fā)展相匹配，達(dá)到全面模擬三代機(jī)和四代機(jī)的水平，基本能夠滿足當(dāng)前作戰(zhàn)使用，但其關(guān)注點(diǎn)更多的是在靶機(jī)本身的平臺(tái)性能上，而在靶機(jī)智能化水平上發(fā)展程度整體較低，更多的是以經(jīng)驗(yàn)和規(guī)則形成的固定式的作戰(zhàn)訓(xùn)練流程和剖面，難以全方面滿足未來新飛行員能力培養(yǎng)和武器裝備能力檢驗(yàn)要求。

國(guó)內(nèi)靶機(jī)研制的起點(diǎn)也比較早，靶機(jī)模擬能力針對(duì)性強(qiáng)，但一般是為模擬某一項(xiàng)單一目標(biāo)特性而進(jìn)行研制，如滿足導(dǎo)彈武器裝備試驗(yàn)鑒定的模擬高空高速的長(zhǎng)空系列、“靶-7”超聲速實(shí)體靶機(jī)和其他性能良好、安全可靠的小型靶標(biāo)等，現(xiàn)也形成較為齊全的各門類靶機(jī)體系，基本能夠滿足武器裝備檢驗(yàn)使用。

發(fā)展需求

國(guó)內(nèi)外在靶機(jī)領(lǐng)域都開展了大量研制工作，各自都規(guī)劃了符合國(guó)家軍事戰(zhàn)略需要的靶機(jī)體系，發(fā)展了眾多靶機(jī)裝備用于鑒定評(píng)估其他武器裝備作戰(zhàn)效能，主要模擬運(yùn)動(dòng)航路、空中機(jī)動(dòng)和隱身目標(biāo)特性，基本滿足當(dāng)前的訓(xùn)練需求。但是隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，智能空戰(zhàn)已成為未來空中作戰(zhàn)的發(fā)展趨勢(shì)，當(dāng)前“不夠聰明”的靶機(jī)已越來越不能滿足未來模擬智能空戰(zhàn)的打靶需求，主要體現(xiàn)在以下方面：

一是新型作戰(zhàn)樣式對(duì)靶機(jī)智能化規(guī)避能力提出了新的發(fā)展需求。人工智能以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，大大促進(jìn)了有無人協(xié)同作戰(zhàn)、無人集群作戰(zhàn)、彈彈協(xié)同作戰(zhàn)等新作戰(zhàn)樣式發(fā)展進(jìn)程，傳統(tǒng)靶機(jī)計(jì)劃式的規(guī)避能力已不能完全適應(yīng)這種協(xié)同作戰(zhàn)帶來的增強(qiáng)攻擊，往往難以檢驗(yàn)出真實(shí)的武器裝備系統(tǒng)能力。這要求未來靶機(jī)要規(guī)避的不僅僅是單個(gè)火力的攻擊，而是要根據(jù)不同作戰(zhàn)場(chǎng)景自主對(duì)多個(gè)火力以及多個(gè)火力協(xié)同進(jìn)行有效智能規(guī)避，以達(dá)到檢驗(yàn)武器裝備系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的能力。

二是戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法的拓展對(duì)靶機(jī)智能化協(xié)同能力提出了新的發(fā)展要求。隨著體系化作戰(zhàn)的深化推進(jìn)，對(duì)目標(biāo)的攻擊將由傳統(tǒng)“1對(duì)1”的攻擊場(chǎng)景向“多對(duì)多”轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變要求單個(gè)靶機(jī)具備較高智能化水平以及多個(gè)靶機(jī)之間具備一定的智能協(xié)同能力，才能達(dá)到探索新戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法的訓(xùn)練目的。

三是面向未知的作戰(zhàn)能力培養(yǎng)對(duì)靶機(jī)智能化變化能力提出了新的發(fā)展要求。未來戰(zhàn)斗員和武器裝備系統(tǒng)面對(duì)的對(duì)手除了傳統(tǒng)的人，還有以算法為核心形成的智能體。由于智能體在空中的行為往往具備不可預(yù)測(cè)性，多年以來形成對(duì)人的思維與行為方式的理解，并不能完全適用在以算法為核心的智能體上，為提早對(duì)戰(zhàn)斗員以及武器裝備系統(tǒng)能力進(jìn)行考核和反饋，需要基于靶機(jī)開展智能化研究。

靶機(jī)智能化關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)現(xiàn)有訓(xùn)效體系和未來作戰(zhàn)需求，對(duì)智能化靶機(jī)的應(yīng)用模式進(jìn)行分析研究，以新型智能作戰(zhàn)概念為牽引，總結(jié)歸納出以下幾項(xiàng)靶機(jī)智能化發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)。

適應(yīng)使命任務(wù)的靶機(jī)智能體設(shè)計(jì)

靶機(jī)智能化的關(guān)鍵在于如何基于其使命任務(wù)，完成底層算法函數(shù)以及算法訓(xùn)練場(chǎng)景設(shè)計(jì)，并與靶機(jī)平臺(tái)能力的有效融合。

一是底層算法函數(shù)的選擇與設(shè)計(jì)和智能體的本體屬性息息相關(guān)。智能體設(shè)計(jì)在算法選擇上一般選擇深度學(xué)習(xí)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)類算法，而兩種算法之中又有大量的基礎(chǔ)算法可以選用，不同算法在函數(shù)設(shè)計(jì)、收斂效率上均存在差異，這種差異直接影響智能體訓(xùn)練的發(fā)展方向，如何根據(jù)靶機(jī)使命任務(wù)特點(diǎn)以及技術(shù)特征進(jìn)行算法的選擇，是實(shí)現(xiàn)靶機(jī)智能化的基礎(chǔ)。尤其是在新型靶機(jī)智能化算法設(shè)計(jì)的初期，由于缺乏大量作戰(zhàn)數(shù)據(jù)支撐，在底層算法函數(shù)的選用上往往顧此失彼，難以獲得最優(yōu)算法，不得不選用多種底層算法開展設(shè)計(jì)與訓(xùn)練，并從中選取效果較優(yōu)的算法函數(shù)進(jìn)行深化訓(xùn)練，迭代周期長(zhǎng)、選擇難度大。

二是算法的訓(xùn)練場(chǎng)景設(shè)計(jì)直接決定智能體水平的高低。訓(xùn)練場(chǎng)景是智能體由幼兒向成人成長(zhǎng)的環(huán)境，模擬實(shí)戰(zhàn)化場(chǎng)景的程度越深，反映戰(zhàn)場(chǎng)上各種作戰(zhàn)行動(dòng)所帶來的效應(yīng)就越突出，訓(xùn)練出來的智能體就越具備實(shí)戰(zhàn)化能力。然而在訓(xùn)練場(chǎng)景設(shè)計(jì)的過程中，無論是靶機(jī)本身的數(shù)字模型，還是其“陪練”的裝備、周圍的威脅環(huán)境和態(tài)勢(shì)，都難以實(shí)現(xiàn)一比一模擬仿真。同時(shí)，如何通過靜態(tài)的訓(xùn)練場(chǎng)景反應(yīng)出動(dòng)態(tài)的態(tài)勢(shì)變化，也是訓(xùn)練場(chǎng)景設(shè)計(jì)需要著重考慮的問題。

三是智能體與靶機(jī)平臺(tái)融合設(shè)計(jì)是充分發(fā)揮平臺(tái)效能的關(guān)鍵要素。一方面，智能體要與靶機(jī)平臺(tái)使命任務(wù)融合一體，靶機(jī)與作戰(zhàn)型無人機(jī)不同的是，其只能充當(dāng)被打的對(duì)手，而不能進(jìn)行反抗，在智能體與平臺(tái)響應(yīng)上必須要有安全邊界設(shè)計(jì)；另一方面，智能體要與平臺(tái)能力融合一體，智能體要能適應(yīng)靶機(jī)平臺(tái)在機(jī)動(dòng)能力、邊界能力以及隱身能力等關(guān)鍵能力特征，在行為的控制上實(shí)現(xiàn)融合一體，最大化發(fā)揮平臺(tái)效能。

靶機(jī)智能化地-空遷移技術(shù)

與其他智能作戰(zhàn)飛機(jī)相似，人工智能能否順利“上天”是靶機(jī)智能化的關(guān)鍵，主要涉及智能算法簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、虛實(shí)遷移以及應(yīng)急處置等技術(shù)難點(diǎn)。

一是智能算法由地面大系統(tǒng)支撐向空中小系統(tǒng)支撐的算法簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。智能算法的開發(fā)與設(shè)計(jì)，一般需要龐大的運(yùn)行支系統(tǒng)和仿真系統(tǒng)作為支撐，運(yùn)算資源豐富。靶機(jī)由于是消耗型裝備，為實(shí)現(xiàn)低成本一般只會(huì)配備簡(jiǎn)單的任務(wù)支撐系統(tǒng)，運(yùn)算資源受到嚴(yán)重的限制。如何把需要龐大運(yùn)算資源支撐的算法通過小型化或者簡(jiǎn)化后，使其可在小運(yùn)算資源的靶機(jī)上進(jìn)行運(yùn)行，是靶機(jī)實(shí)現(xiàn)智能化重點(diǎn)考慮的方向。

二是智能算法由虛擬仿真系統(tǒng)向真實(shí)靶機(jī)遷移設(shè)計(jì)。智能算法設(shè)計(jì)與訓(xùn)練主要基于地面仿真環(huán)境和虛擬場(chǎng)景，由于仿真環(huán)境無法一比一還原空中使用環(huán)境，尤其是大氣等使用環(huán)境要素，虛擬環(huán)境生成的算法能否在真實(shí)靶機(jī)平臺(tái)上順利運(yùn)行以及在真實(shí)環(huán)境中發(fā)揮出算法效能，是靶機(jī)實(shí)現(xiàn)智能化上機(jī)的關(guān)鍵突破點(diǎn)。

三是智能算法失控或者失控后的應(yīng)急處置設(shè)計(jì)。智能算法一旦完成上機(jī)，將成為靶機(jī)平臺(tái)的指揮與控制大腦，為保證訓(xùn)練使用安全以及平臺(tái)飛行安全，需要對(duì)智能算法進(jìn)行邊界設(shè)計(jì)保護(hù)，這種邊界設(shè)計(jì)保護(hù)既要保證安全，又要確保不影響其能力的發(fā)揮。

智能靶機(jī)作戰(zhàn)效能評(píng)估

飛行員與智能化靶機(jī)進(jìn)行對(duì)抗模擬訓(xùn)練后，形成準(zhǔn)確的訓(xùn)練效能評(píng)估反饋是整個(gè)訓(xùn)練閉環(huán)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。智能效能評(píng)估模型的重點(diǎn)在于評(píng)估方法層次、數(shù)據(jù)架構(gòu)、指標(biāo)權(quán)重的智能化重新構(gòu)建。

一是效能評(píng)估模型方法層次的重新設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)方法考慮因素少、主觀性強(qiáng)，而數(shù)學(xué)模型方法應(yīng)用條件產(chǎn)品嚴(yán)格、考慮對(duì)抗情況少，因此基于經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和數(shù)學(xué)模型進(jìn)行評(píng)估的方法不再適用，如何結(jié)合集群自主智能、平臺(tái)智能、分系統(tǒng)智能等評(píng)估層次要素，對(duì)仿真或者實(shí)戰(zhàn)化的推演結(jié)果進(jìn)行新的方法設(shè)計(jì)，是模型頂層規(guī)劃重點(diǎn)。

二是效能評(píng)估模型的多維數(shù)據(jù)架構(gòu)重建。跟原始的架構(gòu)相比，智能化效能評(píng)估對(duì)全任務(wù)過程中智能化裝備在行動(dòng)參數(shù)、系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)以及訓(xùn)練記錄等多維度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，比傳統(tǒng)模型數(shù)據(jù)量大且復(fù)雜，因此應(yīng)針對(duì)多維數(shù)據(jù)應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化，保證模型架構(gòu)的時(shí)效性與可靠性。

三是效能評(píng)估模型指標(biāo)權(quán)重的重新分配。靶機(jī)智能化戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜多變，引入的影響因素增多且智能對(duì)抗場(chǎng)景隨機(jī)性強(qiáng)，所以智能化指標(biāo)權(quán)重應(yīng)根據(jù)任務(wù)目標(biāo)動(dòng)態(tài)調(diào)整權(quán)重參數(shù)，如何對(duì)智能化作戰(zhàn)任務(wù)完成度以及達(dá)成作戰(zhàn)目的能力進(jìn)行權(quán)重匹配，將直接影響智能化評(píng)估模型準(zhǔn)確率和實(shí)用性。

結(jié)論

隨著各國(guó)智能化作戰(zhàn)概念理論研究日益深入，戰(zhàn)場(chǎng)武器裝備智能化升級(jí)應(yīng)用逐步推進(jìn)，靶機(jī)智能化已是未來重要發(fā)展方向與趨勢(shì)。為推進(jìn)我智能化作戰(zhàn)體系構(gòu)建，進(jìn)一步完善靶機(jī)體系，頂層規(guī)劃上應(yīng)提前謀劃將智能化靶機(jī)納入未來靶機(jī)體系，以體系牽引裝備發(fā)展。裝備發(fā)展上應(yīng)系統(tǒng)論證裝備的智能化程度和相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，以實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練需求牽引裝備能力要求。關(guān)鍵技術(shù)突破上應(yīng)提前布局智能算法、智能應(yīng)用與智能評(píng)估等領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)研究，打破技術(shù)堡壘。