智能化技術在精確打擊體系中的應用

周蓓蓓，劉 玨

(1. 南京理工大學圖書館，江蘇 南京 210094； 2. 上海機電工程研究所，上海 201109)

0 引 言

精確打擊系統由情報監視偵察(目標探測系統)、火力指揮控制、精確打擊武器平臺及精確打擊武器等構成，其主要使命是精確打擊空中、地面、海面及水下等目標，在現代高技術戰爭中發揮了重要的作用。

精確制導武器的出現，使美軍的目標打擊方式發生了革命性的變化。經過幾十年的發展，已建立了如圖1所示的包括先進的傳感器、全球化的指揮控制通信計算與情報監視偵察(C4ISR)網絡，以及陸、海、空打擊武器平臺與精確制導彈藥的精確打擊體系，構建了成功進行精確打擊所需的“探測、鎖定、跟蹤、瞄準、交戰、打擊效果評估”殺傷鏈，使美國軍隊自冷戰結束后在精確打擊方面具有絕對優勢[1]。

然而，由于認識到精確制導武器在現代高技術戰爭中所起的重大作用，美國的對手也在持續大力發展針對美國精確打擊殺傷鏈各環節的有效反制手段，如目標隱藏偽裝欺騙、目標快速轉移機動、各類防空武器等(如圖2所示)。同時，也在全力發展它們自身的精確打擊能力。精確打擊體系殺傷鏈的各個環節要保證能看得遠、分得清、跟得上、瞄得準、突得進、打得準、打得狠，而對手為了反制精確打擊體系殺傷鏈要設法讓其看不見、分不清、跟不上、瞄不準、進不去、打不上。由于對手反制能力不斷提高，美國的精確打擊優勢逐漸減弱[1]。

圖1 精確打擊殺傷鏈Fig.1 Precision strike kill chain

圖2 針對精確打擊殺傷鏈主要環節的反制手段Fig.2 Countermeasures against precision strike kill chain

目前，具有精確制導武器并能反制對手精確打擊能力的交戰雙方，都在尋求通過提高精確打擊能力或防御能力來獲得優勢，交戰對手之間的對抗將構成均勢對抗。美國戰略與預算評估中心2015年完成的《保持美國的精確打擊優勢報告》指出：“為了繼續保持精確打擊優勢，需要發展和運用新的作戰概念和先進武器裝備與技術。”這就意味著需要采取整體性的途徑，從戰法、作戰指揮和裝備能力等方面來改進精確打擊體系，提高精確打擊殺傷鏈各環節的能力和性能，顯著提升在均勢對抗條件下的精確打擊效能[1]。

新的精確打擊作戰概念和先進武器裝備的新能力需要包括人工智能技術在內的先進技術的支撐。

1 精確打擊體系對智能化技術的需求

1.1 人工智能與精確打擊體系智能化概述

人工智能是研究、開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門技術科學。它企圖了解智能的實質，并創造出能以與人類智能相似的方式做出反應的智能機器。人工智能于1956年誕生，其理論和技術不斷發展，應用領域也不斷拓寬，在機器視覺、人臉識別、自動目標識別、輔助駕駛和自動駕駛等領域都已得到了廣泛應用，在精確打擊武器系統中也獲得了初步應用[2-3]。

精確打擊武器系統智能化的實質是運用人工智能技術，由計算機綜合利用情報監視偵察傳感器及彈載傳感器獲得的信息及目標特征數據庫，通過計算機信息處理和復雜任務規劃，實現類似人腦的目標智能選擇、識別、抗干擾等決策，從而使情報監視偵察傳感器在復雜、對抗的戰場環境中準確、精確地識別目標，引導和控制精確制導武器在復雜、對抗的戰場環境中準確、精確地打擊目標[2-4]。

智能化技術是未來新一代精確打擊武器系統的重要賦能技術，突破智能化技術瓶頸，可使精確打擊武器系統在復雜多變的戰場環境和激烈博弈的對抗條件下更有效地打擊各類目標。

1.2 精確打擊體系智能化技術的需求

1.2.1適應未來激烈對抗的復雜地、海面戰場環境

地、海面目標采用各種隱藏、偽裝、欺騙及光電對抗、電子對抗手段來反制精確打擊武器，將形成復雜的、激烈對抗的地、海面戰場環境，因此需要更高的信息感知和認知、分析能力。這就要求精確打擊體系的情報、監視和偵察系統能夠在復雜地、海面戰場環境中可靠探測、識別、鎖定感興趣目標。精確打擊武器平臺及防區外打擊武器應能夠可靠地跟蹤、瞄準目標。為此，需要發展先進探測與智能感知技術、信息融合與傳感器管理技術、智能自主目標識別與抗干擾技術[3-4]。

1.2.2全面實現防區外精確打擊

隨著先進防空武器(尤其是防空導彈)的發展，如作戰飛機采用射程較近的直接攻擊彈藥打擊目標，由于地面、海面重要目標具備先進防空武器防護能力，進攻方作戰飛機的生存能力受到嚴重威脅。針對強大對手的精確打擊，進攻方必須采用防區外精確打擊武器，對復雜戰場環境中的地、海面運動目標進行精確打擊。這就需要精確打擊武器具有復雜環境下自主截獲目標的能力，為此需要發展先進彈載探測與智能感知技術、智能自主目標識別技術[3-6]。

1.2.3提高生存能力，有效突防一體化防空體系

現代一體化防空體系除采用先進探測系統探測空中威脅、采用精確制導的防空導彈進行硬殺傷之外，還采用先進的電子戰與光電戰手段，對精確打擊武器進行軟殺傷。為有效突防并提高生存能力，進攻方需要采用自主航路規劃、智能對抗、誘餌欺騙、群彈協同等技術，規避、欺騙威脅[7-9]。

1.2.4有效打擊時敏目標

目標快速轉移機動是高價值地面目標應對精確打擊武器的一種有效反制手段。如圖3所示，為了有效打擊遠距離的時敏目標，必須壓縮整個殺傷鏈的時間線。除了要發展超高聲速精確打擊武器外，還必須快速完成成功交戰必需的所有步驟(即殺傷鏈)。為此，美國正在發展多個C4ISR項目，使發現、鎖定、跟蹤、瞄準所需時間從幾小時縮短到幾分鐘。這就需要實現智能化的情報、監視和偵察數據分析和決策[10]。

圖3 有效打擊遠距離的時敏目標需要壓縮整個殺傷鏈的時間線Fig.3 To effectively strike the time - sensitive target at long distance, the timeline of overall kill chain should be compressed

2 智能化技術在精確打擊體系的情報、監視和偵察環節中的應用

情報、監視和偵察(ISR)主要指調度傳感器資源，并由傳感器獲取目標數據，信息處理系統處理、發掘和分發數據，以支持軍事作戰的活動。它用于對各種軍事作戰提供重要支持，能為戰場指揮官提供信息，以理解戰場態勢、敵方的行動和威脅并做出決策。對戰場認知的速度將成為戰爭勝負的決定因素，誰能更快處理信息、理解戰場態勢、實施決策并執行打擊，誰就能贏得主動。因此，未來的精確打擊體系將需要構建多層次的異構、異質ISR敏感環境，并通過對這一情報監視偵察體系所獲取的戰場態勢和目標信息進行快速處理和感知，實現更好的態勢感知和決策。在實際的作戰場景中，由于戰役進程快速變化,多種傳感器獲取海量的傳感器數據，為有效地調度和控制各種平臺和傳感器，需要對大量的決策變量進行評估。因此，操作人員和分析人員對ISR裝備進行管理決策的能力以及對所獲得的信息進行解譯的能力，受到了嚴峻的挑戰，難以有效地管理、控制和發掘利用情報監視偵察設備。對編隊目標、時敏目標和偽裝目標，需要更快、更靈捷地協同運行和管理全譜ISR裝備，只有這樣才能提供有關復雜快速變化的戰場環境的精確和實時的圖像，更好地支持戰術作戰[10-12]。

在不利的對抗條件和嚴酷的作戰環境條件下，尤其在需要對信息快速作出響應的動態的激烈對抗環境中，為了向精確打擊體系提供及時、準確和可行動的信息，需要提高ISR設備的自動化管理和數據發掘利用能力，實現傳感器數據的自動處理和傳感器裝備的自動控制，滿足作戰者對精度、持久性和時間線的要求，有效減輕操作人員的工作負荷。將智能化技術應用到情報監視偵察的運行、資源調度、信息處理、發掘和分發各環節，實現從傳感器信息獲取到自動處理，再到對情報監視偵察裝備的控制智能化，通過數據融合過程對信息進行組合，形成一個精確和實時的戰術圖像，在動態變化的激烈博弈條件下快速作出正確的響應。

實現所構想的ISR能力涉及到以下幾個方面的智能化技術[11]。

1) 基于多層、多源異構信息融合處理的智能化戰場態勢分析判斷

運用人工智能技術，綜合利用情報、監視和偵察傳感器獲得的信息，通過計算機對多層、多源異構信息進行處理，完成對目標的準確檢測與分類識別以及對戰場態勢的分析判斷。

2) 智能化的協同控制

通過對傳感器行動的智能化協同控制，改進數據融合的輸出，有效發掘利用傳感器數據的整合效果。

3) 智能化的動態調度

通過智能化的傳感器動態調度，快速地響應當前的信息。通過反饋，實現面臨不確定性時的穩健性，做出指導ISR重新配置和重新調度的決策。

3 智能化技術在精確打擊體系的精確交戰環節中的應用

智能化技術在精確打擊體系的精確交戰環節中的應用主要體現在精確打擊武器平臺及武器的智能化上。智能化導彈指采用人工智能技術的導彈系統，能夠自主地對各種感知的信息進行處理，對外界環境、目標特性及其變化進行分析、判斷和推理，從而做出正確的決策和反應，在復雜多變的戰場環境下準確地攻擊目標[2-5,6]。這種智能化主要體現在以下幾個主要方面。

1) 基于多源異構信息融合處理的彈載智能化戰場態勢分析判斷

運用人工智能技術，由彈載計算機綜合利用彈載傳感器獲得的信息和導彈接收的天基、空基或地面控制站的信息，以及目標特征數據庫，通過彈上計算機對多源異構信息進行處理，完成對目標的準確檢測與分類識別，以及對戰場態勢的分析判斷[2-5,6]。

2) 智能化突防與威脅規避

運用人工智能技術，實現自主航路規劃與智能對抗，提高突防概率。利用彈載被動射頻傳感器等獲得的敵方射頻輻射源的信息，結合導彈接收到的來自其他導彈或飛機的目標信息及目標特征數據庫，由彈載計算機完成分類、定位，實現對戰場電子態勢的分析判斷，規劃導彈的最佳突防路徑[2,5-8]。

3) 復雜戰場環境下的彈載智能化目標探測識別和抗干擾

結合人工智能技術，由彈載計算機利用彈載射頻成像傳感器、紅外成像傳感器等獲得的信息以及目標特征數據庫，在復雜戰場環境下以低虛警率探測感興趣的敵方目標，并完成分類、識別[2,5-8]。

自動目標識別技術的發展最早可追溯到20世紀60年代末，經歷近五十年的發展歷程，從采用統計模式識別為主發展到基于模型和知識的系統。為提高自適應性和學習能力，又將人工神經網絡、支持向量機及深度學習等技術應用于自動目標識別領域[4,15-23]。

目前，紅外圖像自動目標識別已成功應用于空地導彈、巡航導彈，基于射頻雷達、激光雷達的自動目標識別技術也取得了很大的進展[4]。

自動目標識別在精確制導空地導彈中的典型應用包括：AGM-84H/K SLAM-ER自動目標截獲系統，它采用模板匹配算法，將導彈紅外導引頭實時獲取的圖像與任務規劃時存儲在導彈上的基準圖進行比較，從目標場景中自動確定預先規劃的瞄準點；AGM-158A JASSM導彈的紅外成像導引頭，采用基于模板匹配的自動目標識別算法，每枚導彈中存儲8種不同目標的模板(三維模型)[4]。

隨著彈載探測傳感器分辨率的不斷提高以及多波段/多光譜及多模復合彈載探測傳感器的發展，導引頭已可以提供目標的多波段/多光譜目標特征，獲取信息能力持續增強。同時，針對多模復合導引頭的基于多傳感器融合的自動目標識別技術也在開發中[4]。

自動目標識別技術用于多模復合制導精確制導導彈的典型應用是美國的LRASM反艦導彈。該導彈綜合采用彈載主動雷達、紅外成像和被動射頻傳感器的數據或來自飛機、艦艇的雷達圖像，首先利用被動射頻傳感器的數據識別并跟蹤艦船目標，在其彈載雷達得到雷達回波信號后，將回波信號與存儲的目標三維模型集進行匹配，識別敵方的艦艇，到達紅外傳感器有效距離之內后，綜合雷達和紅外圖像數據提取目標的薄弱部位作為瞄準點進行攻擊[4]。

隨著導彈武器信息化、網絡化信息交聯能力的提高，精確制導系統將在導彈本身獲取目標信息的基礎上，充分利用信息化、網絡化協同作戰系統提供的信息，通過彈上計算機信息處理(自動目標識別)算法，實現對目標的智能選擇與識別，可望具備更強的抗干擾、抗欺騙及誘餌識別能力。

4) 群彈攻擊智能化協同探測制導

對于采用體系化彈群攻擊或攔截模式的導彈集群，通過群彈中相同或不同探測體制與波段的導引頭，在不同距離、不同角度下對目標進行多條件聯合探測，實現比單枚導彈獨立探測更優的目標識別與抗干擾能力。為了實現高動態環境下智能化自適應組網、信號級/信息級探測協同、多平臺多源信息融合、群體的分布式智能化協同以及彈群集體智能化決策，需進行多彈間信息交互與協同處理[5-8]。

5) 智能化機彈協同突防

有人駕駛作戰飛機和無人機攜載的有源電子干擾系統可以釋放誘餌或干擾(如美國空軍的小型空射誘餌)，從而降低敵方防空系統雷達傳感器的探測跟蹤能力。基于無人機的電子干擾系統可以通過組網協同來實現體系突防。高度協同的電子戰需要在電子戰系統中加入網絡化、智能化的控制器，如DARPA用于電子戰的行為學習和自適應雷達干擾。

4 智能化精確打擊體系的關鍵技術

4.1 先進探測與智能感知技術

為提高快速遠距離目標探測和識別能力，增強復雜戰場適應性，需發展先進探測與智能感知技術，包括多維、多譜、多極化(多偏振向)、多模的高維度探測技術，以及智能化信息處理、發掘與決策技術。

1) 多波段/多光譜紅外成像探測技術

由于光譜信息描述的是物體內在屬性的信息，這對于區分目標和誘餌具有十分重要的作用，可采用多光譜和高光譜成像技術來分析目標和誘餌的光譜信息。為顯著提高目標識別能力、抗干擾能力、反隱身能力，需突破多波段/多光譜紅外成像探測技術[13-14]。

2) 高分辨率雷達成像探測技術

對于地面目標，尤其是復雜作戰環境中的地面高價值運動目標，合成孔徑雷達成像探測技術是實施全天候(尤其是惡劣氣象條件下)精確打擊的最有希望的技術途徑[1]。

3) 多傳感器復合及組網探測技術

為了顯著提高全天時、全天候工作能力，抗多種電子干擾、光電干擾和反隱身目標能力，以及復雜環境下識別目標能力，需重點發展體制差異大、頻段差異大、信息含量豐富的多模復合探測技術[1]。

在精確打擊武器系統的體系化、網絡化水平不斷提高的大趨勢下，可以向以下幾個方面拓展研究：分布式信息獲取、基于體系的探測模式、多頻段多極化(多偏振方向)的系統構成等。基于高速信息傳輸鏈路或網絡，構成多層次、一體化的情報監視偵察傳感器網絡，綜合利用體系中天基、臨近空間、空基、海基、陸基探測系統所獲取的多視角觀察、多波段探測的目標信息，在復雜戰場環境中實現對目標的可信探測、識別。

4.2 智能化多層異構傳感器管理與信息融合技術

智能化的精確打擊體系需要更有效地發掘利用多層、異構的ISR系統的信息，從而能提供復雜且快速變化的戰場環境的精確、實時的相關圖像，以支持戰術作戰。由于在戰術作戰中ISR系統將承擔時敏性更高的任務，這就要求系統以更快的偵察信息傳送速度來實現更高精度、更高準確度和連續監視覆蓋，并且更加快速和智能化地做出決策[10-12]。

在多層異構的ISR環境中需要靈捷地、協同地采用全譜裝備。為有效且高效地運用ISR裝備，需智能化地進行任務規劃、資源分配(如將裝備分配到不同的戰區)、平臺運動規劃(如軌道定義或動態路線規劃)、傳感器調度(如將傳感器觀測分配到目標)和低層級傳感器波形控制(如針對多模式雷達)。為此，需發展閉環協同ISR資源管理和數據發掘概念，實現傳感器協同控制、動態調度、數據融合與反饋控制。通過采用智能化數據融合方法，結合專家知識等，智能化地組合多源數據，實現對未知量更加完善、清晰、精確、準確和及時的估計，準確估計戰術態勢[10-12]。

4.3 精確制導導彈智能自主目標識別與抗干擾技術

智能化自動目標識別技術，對于導彈武器在復雜多變的戰場環境和激烈博弈的對抗條件下精確打擊各類目標具有重要意義。

未來精確制導導彈的作戰環境是復雜且不可預測的，要解決復雜作戰環境下的目標識別和抗干擾問題，需要能有效地處理樣本量較少且數據中包含噪聲的數據集，并在包含大量“雜波”的環境中運行新的人工智能和機器學習方法。這些數據通常類型眾多、難以提前獲取，且難以處理。在這樣的環境中，由于某些事件和信息流是欺騙性的和敵意的，在應對復雜的近對等對手時，激烈博弈和欺騙的環境尤其具有挑戰性，這就要求人工智能和機器學習方法不僅是穩健且有彈性的，而且還應能對各種情況的不確定性進行推測、推理[4,24-25]。

4.4 智能自主決策技術

智能自主決策技術是指：針對復雜且不確定的作戰條件，在導彈自主飛行過程中，根據由彈載傳感器所感知的信息以及數據庫中存儲的相關信息，導彈對戰術意圖和行為的威脅度進行實時分析判斷，進而做出決策，實現從導彈探測、識別、目標選擇、跟蹤、抗干擾、機動規避、尋的攔截到最后摧毀目標的整個作戰過程的智能化[4-7]。

在實際作戰中，由于戰場環境復雜多變、目標特性不確定和對抗條件博弈激烈(如在彈載目標識別和抗干擾場合下，幾乎無法得到足夠的數據)，精確制導系統所要做的決策是不完全信息條件下的決策，因此會面對以下困擾：目標特征的不可重復性；復雜多變的雜波背景環境；目標被遮掩；低對比度(對某些傳感器而言)；遠距離(低分辨率)；證據沖突；自然環境變化多端；存在偽裝、遮掩與干擾、欺騙；外界場景的多變性(不同的地理區域、戰場條件和氣象條件)[4-7]。

導彈的智能對抗決策是指：需要依據其感知到的敵方干擾狀態的變化，動態做出抗干擾決策和行動，以消除或降低敵方上一時刻所施加的干擾對導引頭當前精確制導感知與處理過程的影響。干擾的類型、樣式眾多，而且干擾釋放過程中常常會依據場景的變化選擇不同的干擾樣式、方式、配置及復雜多變的組合，再加上認知電子戰和自適應電子戰技術的發展，這就使得如何通過智能決策實現干擾對抗過程的靈活性與智能化成為了一個難題[4-7]。

4.5 無人機群、機/彈混編集群、群彈協同智能協同作戰技術

無人機群、機/彈混編集群、群彈協同智能協同作戰技術，是為了解決單一的有人作戰飛機、無人機及導彈難以實現在復雜作戰環境下的突防與精確打擊任務的需求而提出的。無人機群、機/彈混編集群、群彈協同作戰主要涉及到任務規劃、軌跡規劃、協同探測、目標分配、多彈協同自組網通信、協同攻擊與突防幾個方面。任務規劃主要根據可用資源和作戰任務時序進行無人機/導彈武器的優化配置；軌跡規劃主要基于無人機/導彈的飛行性能和任務，規劃出銜接各關鍵點及戰術動作的最優飛行軌跡；協同探測基于作戰過程中各單元的探測能力，針對某一個作戰區域或整個作戰區域進行打擊目標的識別與定位；目標分配根據導彈的毀傷能力和攻擊目標的功能任務，給出每個目標最優的導彈攻擊配置；多彈協同自組網通信通過彈間協同數據鏈使多枚導彈在空中動態組網；協同攻擊與突防則是考慮到敵對的防御系統，通過導彈的機動以及制定多導彈的協同攻擊策略，實現對目標的高效打擊能力[4-5]。

5 結束語

隨著精確防御技術與對精確制導彈藥的各種反制對抗手段的發展以及集群式協同作戰方式的應用，精確制導體系面臨著越來越大的挑戰。為了破解各種先進的精確防御與反制對抗手段，使精確打擊體系在未來更加復雜的作戰環境中更好地完成作戰使命，必須從戰法、作戰指揮和裝備能力等方面來改進精確打擊體系。人工智能是增強態勢感知能力、目標識別能力及實現更快更及時的決策的關鍵技術，將其應用在精確打擊體系殺傷鏈各環節，實現精確打擊體系的智能化，可使精確打擊體系在以復雜多變的戰場環境和激烈的攻防對抗博弈為主要特征的均勢對抗條件下高效、精確打擊各類目標，有效提升精確打擊體系的能力和效能。