智能無人指揮控制系統特點及研究方法的思考

王 磊

(北京特種機電研究所，北京 100012)

0 引言

經過長期努力，我軍已經基本實現機械化，信息化建設也已取得重大進展，當前正以機械化為基礎，以信息化為主導，以智能化為方向，加快推進機械化、信息化和智能化融合發展。從信息化戰爭演進至智能化戰爭，人機混合的群體智能技術可能成為捅破信息化戰爭“天花板”的顛覆性技術，而以智能無人作戰系統為基礎的智能無人威懾戰將成為未來可能的戰爭形態。當前，國內外軍事大國均在智能無人作戰系統領域投入了大量的人力、物力和財力，在理論、技術和裝備等方面取得了一定進步。相比國外，國內雖然在無人作戰平臺領域取得了較大進步，但在無人作戰理論、無人指揮控制系統等方面差距較大。文中主要針對陸軍無人指揮控制系統的概念、特點和研究方法等進行了初步研究。

1 指揮控制概念

關于指揮控制的概念，我軍2011版軍語對指揮控制的解釋是：指揮員及其指揮機關對部隊作戰或其他行動進行掌握和制約的活動。美軍對指揮控制的定義是：正式任命的指揮官為完成任務而對隸屬和配屬部隊行使權力、實施指導的過程。

1.1 指揮

一般情況下，指揮指的是發令調度。目前，指揮概念已廣泛應用于社會各領域管理層。在軍事指揮方面，我軍2011版軍語中“指揮”的釋義主要包括對行動的計劃、組織、控制、協調等。美國陸軍對指揮的定義是：指揮官根據其級別或職務對其下屬合法行使權力，包括為完成受領的任務而有效地使用現有資源，以及制定部隊運用、組織、指導、協調和控制方面的權力和職責，還包括負責下屬人員的健康、福利、士氣等。

由此可見，在軍事指揮領域，對于“指揮”的釋義，我軍和美軍之間存在差異，我軍側重于指揮是一種“活動”，而美軍更強調指揮是“權力”。“活動”的范圍廣，包含的內容豐富；“權力”的概念強調的是指揮員的職責，責任和指揮內容明確。如果將指揮的過程看作某一確定系統的運行過程，由此按照系統論方法進行劃分，其要素(即指揮要素)應包括指揮者、指揮對象(被指揮者)、指揮手段、指揮信息和指揮環境等，此時指揮的概念可定義為：為達到某一作戰目的，指揮者根據實際指揮環境，運用指揮手段，下達指揮信息，指導所屬分隊完成作戰任務的過程。

1.2 控制

根據對“指揮”概念的闡述，可以看出，我軍對“控制”概念未做詳細說明，僅將其看作“指揮”概念中的內容之一。并且，我軍2011版軍語中未對“控制”概念進行單獨闡述，僅對“指揮控制”和“控制關系”進行了描述，其中，“控制關系”指的是根據上級授權，指揮員及其指揮機關與在本作戰區域內行動的非所屬部隊之間構成的控制與被控制的關系。通常只對支援部隊的作戰和其他行動進行掌握和制約。美軍對于“控制”概念的闡述是：根據指揮官意圖為完成任務而對部隊和作戰職能進行的管控。控制是指揮作戰行動所必需的活動，涉及整個部隊，控制能夠使部隊在態勢變化時，調整作戰行動以符合指揮官意圖。在對部隊和作戰只能實施管控的過程中，指揮官在參謀人員的協助下，對其作戰地域內的所有部隊實施控制。參謀人員負責協調行動，向指揮官提供信息，代指揮官實施控制。

針對“控制”概念的闡述，我軍和美軍存在很大差異，我軍強調是對“非所屬部隊”存在控制與被控制的關系，而美軍強調是“所有部隊”。對比兩者定義，美軍的定義中強調了“依據態勢變化，調整作戰意圖，符合指揮官意圖”，此處的“控制”與工程控制論中的“控制”概念更貼近，也更準確。比如在《控制論》書中，對于一個控制系統的描述是：“一個自動控制系統，也不像是一部只是不斷重復某種單調的動作的普通機械，它需要根據周圍環境的變化，自動調整自己的運動，也可以說它必須具有一定的靈活性和適應性”。

按照工程控制論要求，對于控制的要求很廣泛，但其3大根本性指標是穩定性、準確性和快速性。1)穩定性:指的是系統要素在外界影響下表現出的某種穩定狀態，即不論是外部環境變化，還是內部變化，都不會導致系統的輸出偏離正常范圍，系統穩定性表征的是系統偏離平衡狀態的擾動作用消失后，系統返回原來平衡狀態或自動趨向于一個新的穩定平衡狀態的能力。對于控制系統而言，穩定性反映的是其抗挫折、抗打擊能力。即不論是外部環境，還是內部環境的變化，都不會使控制系統的行為產生根本性的影響，不會導致失穩，穩定性好表征控制系統適應戰場的能力強。2)快速性：對一個系統而言，總是存在著慣性，導致系統在給定輸入指令發生變化時，輸出量不能突變，存在一個過渡過程。這個過渡過程時間的長短反映了系統的快速性。對控制系統而言，同樣或多或少的存在惰性，由此導致在執行一項指令時，不能立刻完成任務，但控制系統惰性的大與小，決定了其快速性，也就是通常所說的執行力。一個惰性小的控制系統，快速性就好，執行力強；相反，執行任務拖拉，執行力弱。3)準確性：準確性表征的是一個穩定系統的性能，通常通過穩態誤差來表示。所謂準確性好，指的就是系統達到穩定狀態時，系統輸出量與輸入量之間的誤差小，誤差越小，系統控制精度越高。對控制系統而言，準確性首先是針對具有穩定性的控制系統具備的特性，具體而言，指的是執行指令或任務與預期結果的誤差，準確性好反映的就是準確無誤的完成任務，與預期的結果差距小。軍事上準確性反應的是控制系統能夠準確的響應上級意圖，并能很好的完成上級下達的任務。

1.3 指揮與控制

指揮與控制構成了一個完整的指揮控制系統，此時的指揮應是狹義上的指揮，指揮不包含控制，如圖1所示。指揮應是指揮員根據戰場態勢情況，對所屬部隊下達指揮命令的過程，所屬部隊根據指揮命令，開展作戰行動。這一過程中指揮命令的傳輸是單向的，由上級傳導至下級。與一個交響樂隊指揮通過指揮動作來組織和訓練樂隊演奏音樂作用的過程是一致的，不包括所屬部隊向指揮員上傳戰場態勢等控制信息。

圖1 指揮關系

控制應是所屬部隊在開展作戰行動的過程中，根據戰場態勢變化或指揮信息，及時上傳控制信息至指揮員，接受指揮員控制，從而調整作戰行動的過程。指揮與控制的關系如圖2所示。

圖2 指揮與控制關系

2 智能無人指揮控制系統概念及特點

4G、5G等高帶寬和低延時通信技術、大數據和云計算理論、量子計算機等為未來智能無人指揮控制系統快速發展奠定了技術基礎。智能無人指揮控制系統是智能無人作戰系統的核心，是多智能體無人平臺實現有組織行為的有機紐帶，也是多智能體戰斗力“倍增器”。智能無人指揮控制系統安裝于各無人武器平臺，由寬帶網絡通訊組件、超快運算服務器、指揮控制軟件等組成，用于采集處理各無人武器平臺的預警、偵察、決策、評估和打擊等載荷信息，并進行綜合處理、評估、決策和實施等，用于滿足上級指揮員或指揮機構作戰指揮命令要求。

傳統指揮控制系統的主體是上級指揮員或指揮機構，其客體是有人操作的武器平臺和載荷，由此決定了傳統指揮控制系統的本質是有人系統。人作為系統環節之一，參與系統工作，實現系統功能，因此，人是影響武器系統作戰效能的關鍵因素。智能無人指揮控制系統的主體依然是上級指揮員或指揮機構，但其客體轉變成為無人操作的武器平臺和載荷，其本質是無人協同，人不再作為系統環節之一，不再參與系統決策、執行等工作，僅對無人武器平臺和載荷實施監控。

智能無人指揮控制系統的特點是：

1)系統響應更快。當系統有人參與之后，人操作設備的熟練程度決定了系統響應時間快慢，越熟練，操作速度越快，響應時間越少，相反，響應時間越長。當系統無人參與后，設備之間相互作用不存在熟練程度區分，響應時間依據設計指標確定，滿足系統整體工作需求。

2)系統響應更準。與系統響應速度相同，人操作設備的精準度受到熟練度、人的工作狀態和工作環境等因素制約，系統響應精度相對受限。當系統無人參與后，設備之間相互傳動不受熟練程度、工作狀態和環境等影響，響應精度依據設計指標確定，滿足系統整體工作需求。

3)系統響應更穩。與系統響應速度相同，當系統無人參與后，設備之間相互傳動不受熟練程度、工作狀態和環境等影響，響應穩定度依據設計指標確定，滿足系統整體工作需求。

認清智能無人指揮控制系統概念和特點，不僅有助于使用方更準確開展智能無人指揮控制系統論證、試驗和使用，而且有助于研制生產方開展智能無人指揮控制系統設計和試驗。比如：使用方在論證其戰術技術指標體系方面，可按照系統工程學方法，從快速性、穩定性和準確性等角度論證指標體系和作戰使用；研制生產方在研制過程中，也可從系統輸入、輸出、外部和內部結構、環境、能力等方面統籌開展系統設計與試制。

3 智能無人指揮控制系統研究方法

當前，國內外在智能無人指揮控制系統方面的研究方法主要有兩種：1)基于傳統指揮控制系統的漸進式演變法；2)基于多智能體的突變式涌現法。

3.1 基于傳統指揮控制系統的漸進式演變法

當前，大多數國家和企業采用的是基于傳統指揮控制系統的演變方法，該方法繼承于傳統指揮控制系統，在設計理念、設計原則、設計方法等方面均與傳統指揮控制系統保持一致。該方法本質是將智能無人指揮控制系統作為簡單系統的升級，將人這一系統環節簡化成為無滯后、無誤差的穩定環節，將由人承擔的分析、評估、決策和操作功能改為由設備替代，實現指揮控制系統的無人化。該方法是將各無人武器平臺按照其所裝載載荷類型，綜合殺傷鏈路的所有環節和要素，依據指揮關系，按照樹形或扁平式指揮關系架構，如圖3所示，構建智能無人指揮控制系統架構、組成和相互關系，其本質是將機械化戰爭時代的指揮要素和關系通過無線通信、計算機設備和軟件等方式實現數字化，其目的是提高指揮控制系統整體工作效率，縮短指揮控制時間,提高指揮控制準確度，最大程度提高指揮控制系統作戰效能。

圖3 傳統指揮控制系統結構示意圖

基于傳統指揮控制系統的演變方法在研究智能無人指揮控制系統時，主要研究方式是：

1)將指揮控制系統組成劃分為各無人武器平臺，按照安裝任務載荷的不同分別賦予不同的角色。如無人指揮平臺、無人火力平臺、無人偵察平臺和無人保障平臺等。上述角色按照傳統作戰力量的隸屬關系構建成一定層次的指導與被指導關系、協同與被協同關系、支援與被支援關系和保障與被保障關系等。

2)將指揮控制系統的結構相對固化。指揮控制系統構建完畢，其上級指揮系統→本級指揮員→作戰單元→武器平臺的系統結構即固化，若戰斗實施過程中，高級的系統節點遭受打擊，將對整體系統功能造成致命性毀傷。

3)將指揮控制系統各無人武器平臺之間關系基本固化。如無人指揮平臺與無人偵察平臺限于指揮載荷的不同，兩者很難發生根本性轉變，僅具備一定程度的功能降級性轉變，不會出現升級性轉變；無人偵察平臺盡管具備一定的自學習功能，但很難轉變成無人火力平臺。

3.2 基于多智能體協同的突變式涌現法

基于多智能體協同的突變式涌現法不再將智能無人指揮系統看作簡單系統，而是將其視為復雜系統，由此決定了傳統指揮控制系統研究方法不再適用。未來預警、偵察、火力、評估、決策等專業技術快速進步后，其性能、功耗、體積和重量等均將有質的飛躍，單一無人武器平臺將具備高度集成預警、偵察、火力、評估和決策等功能，實現多功能無人武器平臺高度統一，在此條件下，未來智能無人指揮控制系統將把各無人武器平臺在系統工作初始時刻視為相互平等的基本單元，智能無人指揮控制系統結構示意圖如圖4所示。

圖4 智能無人指揮控制系統結構示意圖

隨著戰斗的逐漸展開，各無人武器平臺依據各自實際狀態和作戰環境要求實時演進，逐步形成一定的相互協同關系，但對于指揮員或指揮機構而言，依然被視為相互平等關系。基于多智能體的突變式涌現法突出了多智能體組織能力，在出現不穩定條件下，確保指揮控制系統不失控和崩潰，在面對威脅或執行任務過程中，各智能體之間能夠根據指揮控制信息和自主演進能力，采取靈活的配合方式、決策機制等有組織行為，消除威脅或完成任務。

基于多智能體協同的突變式涌現法在研究智能無人指揮控制系統時，主要研究方式為：

1)不再將指揮控制系統組成劃分為各專業無人武器平臺，各無人武器平臺均承擔相同的角色。如不再劃分無人指揮平臺、無人火力平臺、無人偵察平臺和無人保障平臺等。在系統初始工作時刻，上述角色也不再建成一定層次的指導與被指導關系、協同與被協同關系、支援與被支援關系、保障與被保障關系等。

2)指揮控制系統的結構不再固化。指揮控制系統構建完畢，其指揮控制系統結構簡化為上級指揮系統→無人武器平臺，并且其系統結構也不再固化，在戰斗實施過程中，各無人武器平臺遭受打擊，其系統內部能夠依據自身狀態和條件自主演進為不同角色，對整體系統功能不再造成致命性毀傷。

3)指揮控制系統各無人武器平臺之間關系不再固化。考慮到無人武器平臺高度集成了各任務載荷，其各平臺之間相互關系也不再固化，僅在遂行不同任務時，承擔不同的角色，且相互之間可自由切換。比如不再區分無人指揮平臺與無人偵察平臺等，而是無人武器平臺承擔偵察任務或指揮任務等。

4)各無人武器平臺安裝相同的指揮控制系統的硬件和軟件，并同步接收指揮員/指揮機構下達的指揮命令，并依據自身環境和狀態條件，相互協同，自主完成任務角色轉換。

3.3 兩種方法比較

兩種方法產生差異的根本原因是支撐兩種系統的屬性和研究條件不同，具體分析見表1。

表1 系統屬性及研究條件

當前我軍已基本實現機械化，信息化建設也取得了重大進展，智能化仍處于萌芽階段。基于傳統指揮控制系統的漸進式演變法適用于當前研究條件，與我軍當前現代化進程相契合，基本滿足當前軍隊現代化建設需求。符合武器裝備發展規律要求，能夠最大程度發揮現有武器裝備作戰效能，提高裝備經費建設效益。

基于多智能體協同的突變式涌現法符合智能無人指揮控制未來發展規律和方向，但受限于當前研究條件，只能開展理論研究，無法開展大規模實踐應用研究。接下來應加強研究條件建設和投入力度，積極開展理論研究和實踐應用工作，為未來智能無人武器裝備發展提供支撐。

與基于傳統指揮控制系統的漸進式演變法相比，基于多智能體協同的突變式涌現法消除了人為因素對系統的消極影響，在系統的穩定性、精確性和快速性方面均具有突出的優勢。

4 結束語

針對智能無人指揮控制系統概念、特點和研究方法進行了初步的思考，研究了指揮控制的基本概念，歸納總結了智能無人指揮控制系統的概念及特點。綜合考慮屬性和研究條件的差異，對基于傳統指揮控制系統的漸進式演變法和基于智能協同的突變式涌現法兩種系統研究方法，進行了多維度的分析、對比、總結。上述研究成果對深入研究智能無人指揮控制系統具有一定的借鑒意義。