智能化電子對抗裝備內涵與發展途徑探究

吳雪峰

(海軍裝備部信息系統局，北京100841)

0 引 言

隨著人工智能技術的迅猛發展，人工智能在圖像識別、自動駕駛、互聯網、物聯網等眾多領域獲得了廣泛的運用[1]。同樣，人工智能技術正在改變傳統作戰的理念，改寫現代戰爭進化軌跡：戰爭博弈的重點由機械化作戰逐步向信息化、智能化的體系對抗轉變。美國國防部高級研究計劃局提出的“馬賽克戰”戰略便是未來智能化作戰的主要作戰形式。“這是一種并行、大區域、機器速度(AI速度)的組合式作戰方式，可以從認知層面碾壓線性對手。”“馬賽克戰”是一種聯合、跨域、快速響應型作戰理論，而人工智能技術無疑是“馬賽克戰”戰略的最主要驅動因素。正如有專家解讀的那樣，“‘馬賽克戰’理念已經預見到復雜度本身就是一種武器”、“未來的戰爭是算法的戰爭”[2]。

1 智能化電子對抗裝備的內涵

1.1 智能化電子對抗裝備的內涵

智能化裝備定義是具有感知、分析、推理、決策、控制功能的裝備，它是先進的制造技術、信息技術和智能技術的集成和深度融合[34]。我們結合仿生學，從智能化的效用視角來看，智能化電子對抗裝備內涵上應該是一種廣泛采取人工智能技術，通過態勢感知、數據挖掘、邏輯推理、知識積累、機器學習、資源管控與調度模擬人腦實現對復雜電磁環境的自主感知、分析推理、自主進化、靈活決策、自主協同的電子對抗裝備。

智能化電子對抗裝備本身分成廣義和狹義2種。狹義智能化電子對抗裝備，是指將人工智能技術大量運用于電磁信息獲取、態勢感知、決策和干擾過程中的具備類似人類智能能力的電子對抗系統裝備。相比于傳統的裝備，智能化電子對抗系統具備以下特征：一是信息學習能力，利用獲取的大量的電磁環境信息以及多傳感器信息，通過機器學習，智能提取信息；二是目標認知能力，通過目標信號的特征、電磁活動規律等多維度信息的智能化處理，實現對目標平臺及類型的識別和目標智能管理；三是智能決策能力，通過對目標的認知，實現對目標行動目的和目標電子活動行為的預測，并結合作戰任務和動態數據智能化生成對抗決策；四是自適應控制能力，可根據任務、目標威脅自適應調度傳感、對抗等相應的頻譜、功率、時間、孔徑等資源，并能夠產生相應控制行為；五是作戰評估能力，通過對電子對抗裝備性能評估、對抗作戰效能實時評估，提升了裝備對動態復雜電磁環境、多任務、多目標的響應能力，為作戰指揮提供更多的支持。

智能化電子對抗設備架構如圖1所示。

圖1 智能化電子對抗設備架構示意圖

從哲學的觀點來看，事物的發展不是一蹴而就的。智能化電子對抗裝備也是一樣，需要人工智能技術在該領域由淺入深逐步的發展。因而廣義的智能化電子對抗設備功能構建維度可以包含：自適應天線單元，智能化解決天線極化方式的選擇；智能化接收機單元，包含自適應數字波束合成、自適應信道化、自適應測向方式選擇、自適應雷達信號與通信信號偵收等等，目標是解決不同信號偵收測量的問題，提高設備的環境態勢適應性；智能化信號分選設備，利用機器學習的知識，智能化地將各種信號分類，提高分類準確率，并具備一定的自主學習能力等。這些不同層級的小閉環均是智能化電子對抗裝備技術發展的一部分。在此之上，智能化電子對抗設備還包括分系統級別的智能化，比如智能化偵察設備、智能化干擾設備。智能化偵察的含義是利用態勢感知生成的“知識”，指導偵察設備，提高偵察資源的利用率和態勢感知精度。智能化干擾設備的含義是利用態勢感知生成的“知識”、實時自適應的干擾策略和自適應的干擾資源分配等，從而提高干擾的水平。

總的來說智能化電子對抗裝備應該是具備自主學習能力、模式自由化能力、能力提升能力、狀態自適應能力、組網自組織能力的先進裝備，是人工智能技術在軍事領域應用的產物。它可大大減少裝備運行人員的要求和負擔，提高傳統電子對抗裝備在復雜的戰場環境中的作戰效能，也將引領軍事智能化變革，形成支撐電磁頻譜作戰新的軍事理論、技術、作戰樣式和方法。

1.2 智能化電子對抗與認知電子對抗關系

認知電子對抗是近年來興起的一種新概念，它與智能化電子對抗內涵相近又不完全等同。顧名思義，“認知”是通過感覺、直覺、理解、推理等行為獲得經驗知識的過程，其核心在于構建閉環流程。認知電子戰系統通過構建閉環工作流程對戰場復雜電磁環境進行充分的態勢感知，并對感知的態勢加以理解和預測，最終形成決策方案，從而智能化地引導干擾以及協同其他設備工作。

認知電子對抗設備工作流程如圖2所示。

圖2 認知電子對抗設備工作流程

認知電子對抗裝備屬于智能化電子對抗裝備發展的一種方式，它強調的是在應用環境中建立反饋回路，使得電子對抗裝備具有感知、理解的能力。認知所強調的是一種行為、過程與實現途徑，而智能代表的是一種效用、表現和能力。由此可見，認知電子對抗是實現智能化電子對抗的一種手段，智能化電子對抗是認知電子對抗的最終目標。廣義上的智能化電子對抗技術比認知電子對抗技術范圍要更加廣泛，狹義上的智能化電子對抗技術比認知電子對抗技術理解更加深刻。另外，認知電子對抗裝備一般是從單個設備角度出發，利用人工智能的算法實現工作流程的自動化；而智能電子對抗裝備包含了深度學習、能力提升、自主協作的編隊級別的電子對抗系統，是具備成長能力的認知電子對抗裝備。

1.3 智能化電子對抗和電子對抗功能軟件化的關系

電子對抗的智能化和軟件化是電子對抗裝備發展的2個重要的方向，兩者是相互關聯的。電子對抗裝備的軟件化是一種面向應用的開發模式：通過系統功能的軟件定義和開放式的體系架構實現電子對抗技術的可動態重構。其設計要點是硬件到軟件的轉移，它是以通用性硬件架構為基礎，以數字化微波技術替代原來微波放大、濾波、變頻的相關功能，增強了設備的靈活性，從而實現了任務和功能的靈活配置的思想。智能化對抗設備和軟件化對抗設備的視角維度不同，軟件化是技術特征，而智能化是使用特征。軟件化是實現智能化的基礎和載體，促進智能化水平向更高、更深、更廣的領域去發展；而智能化是軟件化裝備的“大腦”，可反過來牽引其技術的發展和應用：因此，未來的電子對抗裝備實現形式將是具有智能感知和決策能力的軟件化智能裝備。圖3為軟件化電子對抗設備示意圖。

2 智能化電子對抗裝備發展途徑探究

2.1 智能化電子對抗裝備發展制約因素分析

現有的智能化電子對抗研究主要集中在電磁輻射源特征融合、目標檢測、輻射源識別等態勢感知方面，這些研究的針對性非常強，從不同角度研究了智能化電子對抗的一些基本要素，這也為研究智能化電子對抗裝備的發展提供了很好的基礎。但要形成能夠適應未來作戰的智能化電子對抗體系裝備，僅靠這些基礎技術的研究是遠遠不夠的。從智能化電子裝備的內涵出發，可以總結出當前智能化發展主要的制約因素：

(1)缺乏智能化電子對抗裝備高層級的設計構思

智能化電子對抗設備是由多層次的、具備自協同、自成長能力的認知設備構成，建設智能化電子裝備的主要手段便是構建符合作戰需求的閉環工作流程。并且流程的設計應該是至頂層而下的：需要在充分分析戰場致勝機理的條件下設計智能化的電子對抗體系設備(編隊級)對抗流程和致勝條件，由此分解到單平臺級別對抗裝備、智能化電子偵察設備、干擾設備等二級設備的工作流程，再分解至智能化天線設計、智能化微波、智能化接收與處理等。當前的智能化裝備發展是自底而上的設計，因此當前的設計雖然采用了一些人工智能的手段卻很難滿足實際戰場的作戰需求。總的來說，智能化的設計應該是至上而下的設計，上層為下層提供技術指導；智能化的研制應該是至下而上的研制，下層為上層提供基礎支持。而當前人工智能技術在低層級的應用領域百花齊放，高層級的設計上卻沒有合理構思。

圖3 軟件化電子對抗設備示意圖

(2)態勢元素獲取準確性的缺失與融合困難

由智能化的內涵可知：態勢獲取是設備智能化的前提，態勢元素的多樣性和準確性決定了智能化的深度和精度。當前的傳統設備存在兩大問題：第一，設備對信息獲取的準確度有較大誤差，因此這類信息決定了當前設備即便采用了智能化設計準確性也不高。第二，目前的各傳感器一般是相互獨立的，沒有建立相應的信息共享機制。因此當前軟硬件架構的局限性決定了電磁態勢獲取元素相對單一，不利于智能化設備的發展。

(3)適用于軍事化領域的人工智能算法的缺失

當前的應用在軍事領域的人工智能算法多數是民用人工智能算法的簡單套用，多半以深度學習、統計學習、強化學習為主，而這些算法都有自身的局限性。比如目前證實深度學習算法在聲音、圖像處理領域準確性較高，但是在其他領域準確性不能得到保障。再比如統計學習需要大量的數據才能有一定的準確性，而軍事領域的數據非常可貴，導致這類人工智能算法不適用于軍事領域。

2.2 智能化電子對抗裝備發展途徑

智能化體系裝備的發展不可能是一蹴而就的，是一個循序漸進的過程。核心問題在于如何解決以上3個制約因素的問題。

針對如何構建智能化電子對抗裝備高層級的設計構思的問題。首先在頂層必須清晰地認識到未來智能化的戰場形態，研究人工智能時代下作戰致勝機理的決定因素。面對美軍以智能化為核心的馬賽克戰略要形成有效的應對措施：作戰模式應從殺傷鏈到殺傷網轉型，能力生成從單平臺到系統之系統(SoS)轉型，作戰理論從電子戰向頻譜戰、網絡中心戰轉型等，對這些新式作戰概念和作戰理論要研究透徹，才能為智能化體系對抗提供強有力的頂層指導工作。在此基礎上進行單平臺智能化電子對抗流程的閉環形式(架構)研究，包括：認知電子戰流程和編隊智能化電子對抗流程的閉環形式(架構)研究，包括：智能化協同偵察流程、智能化協同干擾流程、智能化協同定位流程。

針對如何解決當前態勢元素獲取準確性的缺失與融合困難的問題，應當在提高當前電子對抗偵察設備的偵察維度和參數估計精度的同時，更要關注平臺內多傳感器信號融合的設計和綜合處理技術的研究、多平臺之間信號融合的設計和綜合處理的發展。因此，通過大力建設綜合射頻系統，把電磁頻譜作為作戰域進行統一考慮，使得雷達、通信、電子對抗等裝備融合形成合力，從而提升裝備的集成度；通過建設編隊協同作戰體系，利用多平臺信息融合綜合識別、協同偵察、協同定位、協同干擾，提高編隊作戰能力都是為智能化技術未來的發展提供基礎支持。從技術層次來講，應該關注下一代電子系統的軟硬件架構設計，通過硬件的模塊化、通用性設計形成一種開放式的的體系架構，通過功能的軟件化定義、面向應用，實現任務和功能的靈活配置，牽引人工智能的發展。

針對如何解決適用于軍事化領域的人工智能算法缺失的問題。在共用技術層面應該加大在模型與小樣本數據混合驅動的推理架構研究、智能化算法模型壓縮優化。在關鍵技術層面應該加強基于知識圖譜的目標行為意圖推理、基于分層強化學習的認知干擾決策技術、基于參數及行為聯合建模目標識別等新技術的探討與研究，以增強對復雜態勢的分析與推理能力。

另外要增加智能化電子對抗系統的決策控制范圍，改變當前電子戰/頻譜戰的作戰地位尤其重要。正如美軍闡述的“凡是作戰目標屬于電磁域，那么不論使用的是火力還是電磁、網絡，都屬于頻譜戰的范疇。”智能化的大腦必須給予其控制權和決定權是最終建設智能化的目的。編隊級的電磁兼容管控、戰場態勢分析與評估、編隊級態勢一張圖的呈現、編隊級偵察、干擾資源的調度權限乃至火力打擊均需要在智能化電子對抗系統的控制范圍之內。

3 結束語

現代化信息作戰中，對抗雙方在一種高動態狀態下競爭博弈，對抗響應和變化的速度不斷提升，對敏捷的要求到了一個新的高度。信息時代戰爭使敏捷的重要性愈加凸顯，工業時代的“以強勝弱”的基本理論將被“以快勝慢”所取代。智能化電子對抗裝備的建設使得戰場態勢生成流程與武器打擊流程行云流水，一定程度上擺脫了人為控制帶來的延遲，大大加速了戰場OODA 環路的速度，使得戰場敏捷性得到大幅度提升，可以預見未來的電子對抗裝備將不斷朝著智能化方向發展。本文從術語上對比了當前流程的智能化、認知化和軟件化電子對抗裝備的關系和聯系，力求探究智能化電子對抗及其發展中的本質和核心問題，對明確研究重點、制定發展規劃有著先導意義。