基于人工智能的區(qū)域反導作戰(zhàn)指控中心系統(tǒng)研究

曲成華　張程　吳金?！∈沸禄?/p>

【摘 要】隨著彈道導彈技術的擴散，我國面臨了來自多個方向的彈道導彈威脅，迫切需要構建區(qū)域性的反導作戰(zhàn)指控中心；此篇論文梳理了構建反導作戰(zhàn)指控中心需要解決的關鍵技術，提出了反導指控中心的功能劃分，設計了反導作戰(zhàn)流程和信息流程，并探討了人工智能技術應用于反導作戰(zhàn)的作用和方向。

【關鍵詞】反導作戰(zhàn)；指控中心；人工智能

中圖分類號： U674.703 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）14-0001-004

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.14.001

0 引言

TBM是戰(zhàn)術彈道導彈的英文短語 Tactical Ballistic Missile字頭縮寫。當今戰(zhàn)略導彈的應用受到了限制，但TBM卻在世界范圍內(nèi)迅速擴散。在2018年的也門胡塞武裝和沙特的沖突中，胡塞民兵頻頻發(fā)射戰(zhàn)術導彈襲擊了沙特首都利雅得、吉贊和奈季蘭等城市，造成了極大的軍事和政治影響。朝鮮在2017年頻頻試射中程導彈和戰(zhàn)術導彈，給朝鮮半島局勢增添了許多不確定因素。這些事實表明，在當前和未來的局部常規(guī)戰(zhàn)爭中，由于TBM射程遠、速度快、突防能力強和破壞力大，使用常規(guī)彈頭的TBM實施首次攻擊和摧毀預定的高價值軍事目標，達到突然襲擊的目的，已是不可逆轉的潮流，被列為威脅性最強的攻擊性武器之一。因此研制具備反導作戰(zhàn)的武器和指控系統(tǒng)迫在眉睫，但是反導作戰(zhàn)涉及要素多，作戰(zhàn)單元關系復雜，如何規(guī)范地進行需求描述，展開分析并進行反導系統(tǒng)設計，已經(jīng)成為亟需解決的問題。

近年來，人工智能技術取得了突破性進展，深度學習的進化已經(jīng)使人類賦予機器通過學習已有的知識和分析的積累數(shù)據(jù)，通過反復進行特征提取、自主學習應用效果和不斷的反饋訓練，推導或預測出未知的事物。這些理論和思想都是可以應用于反導作戰(zhàn)的指揮控制中，特別是用于解決作戰(zhàn)規(guī)劃、目標自動分配等疑難問題，本文將探討應用人工智能的相關成果和理論來解決反導作戰(zhàn)中的難題。

1 區(qū)域反導作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)關鍵技術

區(qū)域反導作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)是區(qū)域性反導預警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和指揮控制中心，通過通信系統(tǒng)與各傳感器、武器系統(tǒng)進行信息交互，對各傳感器送來的預警、跟蹤和目標分類識別等信息進行融合處理，形成統(tǒng)一的預警態(tài)勢；對來襲的彈道導彈目標進行分類識別和威脅評估，在進行攔截決策后，向攔截武器系統(tǒng)提供高質(zhì)量的目標引導信息并下達攔截控制指令，在攔截打擊后進行攔截效果評估并決定是否啟動二次攔截。

1.1 聯(lián)合一體化的指揮控制體系

戰(zhàn)術彈道導彈由使得現(xiàn)代戰(zhàn)場環(huán)境異常復雜，攔截TBM戰(zhàn)機稍縱即逝，靠傳統(tǒng)指揮方式幾乎是不可能的，只有依靠計算機實施自動化指揮才能有效縮短戰(zhàn)斗周期，抓住戰(zhàn)機。

反導作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)指揮對象多種多樣，組織協(xié)同指揮關系結構復雜，因此反導作戰(zhàn)的指揮理念、方式以及手段和輔助決策支持等方面都發(fā)生了深刻的變化，聯(lián)合一體化指控是反導系統(tǒng)應對TBM的必然選擇。反導作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)從對TBM的探測、識別、威脅判斷、目標分配、火力攔截和攔截效能評估等諸多控制環(huán)節(jié)進行一體化設計，以信息網(wǎng)絡技術為支撐，通過高速數(shù)據(jù)鏈將整個戰(zhàn)場不同武器平臺的傳感器聯(lián)網(wǎng)并進行融合與識別，可為處于網(wǎng)絡環(huán)境下的各個作戰(zhàn)平臺提供統(tǒng)一的戰(zhàn)場態(tài)勢。

1.2 反導預警雷達優(yōu)化部署技術

反導預警雷達部署要考慮的因素較多，而且部分因素存在沖突，例如雷達配置點離TBM發(fā)射點較近，可得到較大的發(fā)現(xiàn)目標概率，但對敵方的監(jiān)視面積變小。因此，選擇適當?shù)脑u價指標體系對傳感器部署方案進行評價，是反導預警雷達部署過程中的一個重要問題。

早期預警雷達、跟蹤識別雷達都屬于反導預警體系的重要組成部分，二者相互配合一起承擔反導預警的探測跟蹤任務。因此，反導預警雷達部署方案評價應從體系角度對二者進行綜合評估?？紤]的因素包括目標概率、預警時間、落點預報精度、最大發(fā)現(xiàn)距離、目標指示精度等。

1.3 多源多要素的信息融合技術

要實現(xiàn)一體化指揮控制的首要前提就是需要多情報源多要素統(tǒng)一印證的情報信息，這就需要能夠在網(wǎng)絡支撐下實時實現(xiàn)一致性理解的多情報源多要素的信息融合技術。信息融合技術需要情報源的時間時延、空間不統(tǒng)一的技術難點，同時更需要多種信息源在要素、屬性等方面的深度融合技術。

在敵情分析方面，需要網(wǎng)絡支撐下的雷達情報源融合技術、成像偵察情報源融合技術、電抗情報源融合技術、氣象情報源融合技術以及多類情報源深度融合技術等，以便實時分析、聚類、處理、印證，全方位多視角地獲取戰(zhàn)場態(tài)勢。在我方情報分析方面，需要不同空間同型武器平臺情報源融合技術、不同類型武器平臺情報源融合技術等，實現(xiàn)我航空兵、地面防空導彈、高炮等武器裝備、戰(zhàn)斗狀態(tài)、作戰(zhàn)進程、作戰(zhàn)態(tài)勢的即時掌握。

1.4 反TBM目標群目標分配技術

依據(jù)彈道導彈的飛行階段和武器系統(tǒng)的部署，區(qū)域反導作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)作戰(zhàn)對象為陸基的中段、末段高層、末段低層的攔截平臺攔截打擊遠程、中程、近程的TBM，采用蟻群算法等對TBM目標群進行分配。

目標攔截排序是目標分配的基礎，本系統(tǒng)將目標攔截排序引入目標分配過程中，以更加符合實際作戰(zhàn)需求。采用改進的TOPSIS 法確定目標攔截的順序，需具體考慮目標的屬性有TBM類型、TBM 威力等級、再入速度、攔截剩余時間和航路捷徑等。

1.5 基于層次分析法的威脅估計技術

威脅評估模型是區(qū)域反導作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)必不可少的重要模型之一。本系統(tǒng)采用層次分析法搭建威脅評估模型。層次分析法（ AHP） 能夠有效地結合專家經(jīng)驗，把定性分析和定量分析結合，把復雜的決策系統(tǒng)層次化，通過逐層比較各種相關因素的重要性進行決策分析。它適用戰(zhàn)場上復雜多變的多準則決策問題，是解決目標威脅評估排序的一種行之有效的算法。也是當前已經(jīng)獲得普遍認可的可信度較高的算法之一，同時簡潔性、有效性和易實現(xiàn)性的特點也決定了該算法在反導作戰(zhàn)威脅評估模型中具有很好的應用前景。

本系統(tǒng)主要分為是否具有攻擊意圖、威脅要地的重要度和攔截難度三層，同時考慮目標RCS、再入速度與導彈射程、航路捷徑與攔截交會角、攔截剩余時間、目標突防能力、TBM 技術水平、彈頭的種類以及是否被上級指定等因素。

1.6 多特征綜合目標識別技術

隨著彈道導彈突防技術的發(fā)展，中段目標群總體上趨于復雜，這給識別帶來了極大的挑戰(zhàn)。中段目標群主要包括：發(fā)射碎片、無源誘餌、有源干擾和多彈頭。在彈道導彈飛行中段，雷達識別目標一般采用窄、寬帶交替的工作方式，觀測數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，傳送給識別系統(tǒng)。識別系統(tǒng)收到的數(shù)據(jù)包括窄帶數(shù)據(jù)和寬帶數(shù)據(jù)，窄帶數(shù)據(jù)即目標的RCS，寬帶數(shù)據(jù)為目標的一維像。識別系統(tǒng)利用兩部分數(shù)據(jù)進行綜合識別。選取的窄帶特征包括：RCS均值、RCS方差和RCS調(diào)制頻率等。選取的寬帶特征包括：目標長度、長度變化周期和長度變化幅度。

1.7 統(tǒng)一的數(shù)據(jù)鏈格式

彈道導彈的預警信息包括：實時探測信息、估計的發(fā)射點和發(fā)射時間、目標的預測彈道、目標的識別參數(shù)、估計的落點和落地時間、目標的威脅估計和分配、攔截決策和其他信息。

為了保證各軍兵種的互連、互通、互操作，必須制定統(tǒng)一的消息標準和通信協(xié)議，但又要兼顧各軍兵種內(nèi)部數(shù)據(jù)鏈使用的獨立性。反導數(shù)據(jù)鏈分發(fā)的用戶和信息流量不盡相同，因此信息分發(fā)系統(tǒng)應該能隨著報文類型、數(shù)據(jù)量要求和抗干擾能力要求的改變而自主選擇不同的反導數(shù)據(jù)鏈格式。

2 區(qū)域反導作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)設計

一個區(qū)域反導作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)需要從多個傳感器接收信息并進行融合處理，控制范圍內(nèi)的所有雷達、光電等傳感器資源，并向武器系統(tǒng)下發(fā)引導信息和控制指令，同時具備作戰(zhàn)訓練一體化模式。

2.1 功能設計

區(qū)域反導作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)主要包括信息處理功能、作戰(zhàn)決策功能、作戰(zhàn)控制功能和通信聯(lián)網(wǎng)功能，具體的功能劃分如圖1所示。

2.1.1 信息處理功能

區(qū)域反導作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)接收各傳感器的預警信息、跟蹤識別信息等，完成信息預處理、信息融合、軌道解算、落/發(fā)點推算、目標識別等功能。

信息預處理功能，對點跡、航跡進行時空統(tǒng)一、誤差修正等預處理；

信息融合功能，將多傳感器的信息進行融合，形成統(tǒng)一的系統(tǒng)航跡信息；

軌道解算功能，根據(jù)航跡信息解算目標的軌道；

落/發(fā)點推算功能，根據(jù)軌道信息推算TBM的落點和發(fā)點；

目標識別功能，從彈頭群、彈體群、誘餌中識別出真彈頭。

2.1.2 作戰(zhàn)決策功能

區(qū)域反導作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)航跡形成統(tǒng)一的預警態(tài)勢，完成態(tài)勢評估、威脅估計、攔截決策、目標分配和攔截評估等功能。

態(tài)勢評估功能，根據(jù)系統(tǒng)航跡形成統(tǒng)一的預警態(tài)勢，并進行評估；

威脅估計功能，對來襲的TBM目標進行威脅估計并排序；

攔截決策功能，根據(jù)目標的威脅等級、攔截武器狀態(tài)、保護要地的重要性制定攔截策略；

目標分配功能，把來襲的TBM分配給不同的攔截武器系統(tǒng)進行攔截打擊；

攔截評估功能，對攔截效果進行評估，已決定是否啟動二次攔截。

2.1.3 作戰(zhàn)控制功能

在戰(zhàn)前籌劃階段，進行傳感器、攔截武器的優(yōu)化部署，并對部署的效果進行評估；根據(jù)不同的任務選擇不同的部署方案；在反導作戰(zhàn)過程中，利用系統(tǒng)的融合航跡對攔截武器提供引導，幫助攔截武器捕獲TBM目標和在干擾條件下引導攔截彈打擊敵方TBM目標；根據(jù)戰(zhàn)場的態(tài)勢，實時對各傳感器和攔截武器進行調(diào)度和控制，最大發(fā)揮作用。

傳感器部署與控制功能，對指揮控制中心所轄的傳感器進行優(yōu)化部署評估和管理控制；

武器部署與控制功能，對指揮控制中心所轄的攔截武器進行優(yōu)化部署評估和管理控制；

攔截彈引導功能，利用指揮控制中心的融合航跡對攔截武器提供位置、速度等引導信息；

作戰(zhàn)調(diào)度功能，根據(jù)戰(zhàn)場態(tài)勢，動態(tài)地調(diào)度各傳感器協(xié)同工作，共同完成預警、探測和跟蹤識別功能。

2.1.4 通信管理功能

完成網(wǎng)絡數(shù)據(jù)加密/解密處理、路由轉發(fā)和網(wǎng)絡防火墻以及監(jiān)視和控制鏈路狀態(tài)、內(nèi)外網(wǎng)的協(xié)議轉換和數(shù)據(jù)轉發(fā)等功能。

信息接收功能，通過網(wǎng)絡、串口等設備接收各傳感器和攔截武器發(fā)送的情報信息；

信息分發(fā)功能，按照要求把引導信息、指揮控制信息、攔截控制命令等分發(fā)到指定節(jié)點；

鏈路維護功能，監(jiān)視整個反導預警體系中所有節(jié)點與指揮控制中心的連接狀態(tài)，執(zhí)行建立鏈接、流量與速度控制、斷開連接等功能；

系統(tǒng)防護功能，安裝殺毒軟件和系統(tǒng)防護軟件，防止網(wǎng)絡攻擊和泄密事件。

語音通信功能，為指揮控制系統(tǒng)內(nèi)部和整個反導預警體系建立可視電話通信服務。

2.2 反導作戰(zhàn)流程設計

（1）在作戰(zhàn)開始前搜集關于潛在威脅目標屬性的情報數(shù)據(jù)；

（2）對大量的想定進行作戰(zhàn)仿真評估，以便獲得敵方各種攻擊方案的可能效果；

（3）按照最優(yōu)原則部署各種傳感器和攔截武器；

（4）敵方TBM目標升空后，紅外預警系統(tǒng)如預警衛(wèi)星探測到目標，并將粗略的導彈位置信息傳輸給區(qū)域反導作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)；

（5）區(qū)域反導作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)發(fā)出導彈發(fā)射警報，同時將接收到的目標情報進行分析、識別，處理后的引導信息被傳送至反導預警雷達和多目標跟蹤雷達，并引導其搜索、探測敵目標；

（6）反導預警雷達和多目標跟蹤雷達確認導彈預警后，進行更精確的導彈跟蹤，并將跟蹤信息傳送給區(qū)域反導作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)進行目標信息融合、目標軌道解算、目標識別、威脅估計等處理；

（7）區(qū)域反導作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)依據(jù)精確的目標信息，制定出作戰(zhàn)計劃，做出攔截決策，指定實施攔截作戰(zhàn)的反導武器平臺，并將導彈的飛行彈道數(shù)據(jù)傳送給反導武器平臺的目標攔截指揮控制系統(tǒng)，由系統(tǒng)來引導攔截彈對目標進行攔截；

（8）對攔截效果進行評估，以決定是否啟動二次攔截；

（9）總結作戰(zhàn)經(jīng)驗和教訓，用于下一次作戰(zhàn)。

2.3 反導作戰(zhàn)的信息交互設計

區(qū)域反導作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)接收的信息包括：

（1）紅外預警系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)目標警報信息，包括：發(fā)現(xiàn)目標信息，目標特征信息等；

（2）遠程預警雷達發(fā)送的目標跟蹤信息，包括：目標位置、速度、方向、RCS等數(shù)據(jù)；

（3）遠程跟蹤搜索雷達發(fā)送的目標跟蹤精確信息，包括精確的目標位置、速度、方向數(shù)據(jù)和誘餌分離信息以及成像識別信息；

（4）攔截武器系統(tǒng)發(fā)送的作戰(zhàn)單元準備狀態(tài)信息，包括：兵器參數(shù)狀態(tài)等；

（5）遠程跟蹤搜索雷達發(fā)送的攔截效果評估信息。

區(qū)域反導作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)發(fā)出的信息：

（1）發(fā)送給作戰(zhàn)單元級指控中心的警報信息；

（2）發(fā)送給遠程預警搜索雷達的大致引導搜索信息，包括：TBM目標位置，屬性和參數(shù)等；

（3）發(fā)送給遠程搜索跟蹤雷達的較精確引導搜索信息，包括：TBM目標位置，屬性和參數(shù)等；

（4）發(fā)送給攔截武器系統(tǒng)的目標精確信息，包括： TBM 來襲方向，真假彈頭及誘餌的識別情況；

（5）發(fā)送給攔截武器系統(tǒng)的攔截命令。

3 人工智能在反導作戰(zhàn)中的應用

3.1 人工智能技術的發(fā)展現(xiàn)狀

人工智能（Artificial Intelligence，簡稱AI）就是研究、模擬、擴展人的意識、思維，從而替代人類實現(xiàn)識別、認知、分析和決策等功能。首次提出“人工智能”是在1956年Dartmouth學會上。在60多年的發(fā)展歷程中，AI經(jīng)歷了幾次高潮和低谷。2006年，Hinton提出“深度學習”的神經(jīng)網(wǎng)絡，直到2013年，深度學習算法在語音和視覺識別上取得了巨大成功。隨著深度學習算法的運用，AI迎來了新的發(fā)展高潮。除了算法方面的突破，數(shù)據(jù)資源和計算能力的增長對AI的發(fā)展起著關鍵的作用。人工智能可以應用到計算機視覺處理、語音技術處理、自然語言處理、決策系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)應用等方面。

3.2 人工智能技術的在反導作戰(zhàn)中的應用

人工智能應用于作戰(zhàn)領域特別是反導作戰(zhàn)必將帶來新的軍事革命。2014年美軍提出“第三次抵消戰(zhàn)略”，以人工智能技術為核心，融合生物、信息、空間、網(wǎng)電等技術領域，形成相較于對手的絕對軍事優(yōu)勢。

反導作戰(zhàn)需要處理海量的信息，包括多雷達數(shù)據(jù)、光學數(shù)據(jù)、諜報信息、敵方的國情、兵力部署等信息，很多需要進行人工判讀， 這直接導致信息的處理速度和利用效率極低，指揮員淹沒在“海量信息”中。因此，智能態(tài)勢感知理解和智能自主決策是目前人工智能應用于反導作戰(zhàn)的最佳切入點，實現(xiàn)人與人工智能深度融合，讓機器的精準、高速和人類的可塑性有機結合，來提升反導作戰(zhàn)的認知速度和精度， 利用人工智能產(chǎn)生的輔助決策信息快速有效地形成戰(zhàn)斗決策，完成對來襲導彈的探測、發(fā)現(xiàn)、識別、攔截和評估。

4 結束語

目前，隨著彈道導彈的持續(xù)擴散，我國面臨的導彈威脅越來越嚴重，迫切需要構建面對不同作戰(zhàn)方向的區(qū)域反導作戰(zhàn)指控中心來應對不同方向的導彈來襲威脅，本文介紹了構建指控中心需要解決的關鍵技術，并設計了指控中心的功能模塊、作戰(zhàn)流程和交互信息流程；人工智能的理論和方法應用到反導作戰(zhàn)的研究尚處于起步和探索階段，在將來的研究中還要加強智能態(tài)勢感知理解和智能自主決策研究，為反導作戰(zhàn)的指揮員提供高效、可靠和快速的作戰(zhàn)支撐。

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