未來智能跨域彈性防御體系展望及關鍵技術分析

王波蘭，劉 瑞，高 璞

（1.上海航天技術研究院，上海 201109；2.上海機電工程研究所，上海 201100）

隨著新一代信息網絡、大數據、物聯網、人工智能及微電子等先進技術的迅猛發展，現代戰爭形態正在發生深刻變化［1］。以人工智能技術為核心的高新技術逐步加速軍事領域智能化賦能，“智能”要素正在取代“信息”要素，成為引起下一代戰爭形態發生重大變革的核心特質。在這一趨勢下，智能化作戰逐漸從信息化戰爭中嶄露頭角［2］。智能化作戰是以智能化的網絡信息體系為依托，運用智能化武器裝備及相應的作戰方式，在以智能算法為核心的指揮控制下，在多維作戰域實施的作戰行動［3］。在智能化戰爭下，“制智權”已經成為戰爭制權新的制高點，以“智能”要素為核心，基于全域互聯的信息網絡對多域作戰要素進行集成，逐步形成智能化、分布式、跨域高效協同的新型作戰體系。

空天防御體系作戰時間敏感性強、技術要求高、協同難度大、系統龐大復雜，天然具有應用人工智能技術的必要性和迫切性［4］。在當前防空領域，全域一體化聯合作戰尚處于起步階段，智能化作戰運用技術仍在探索，因此，亟需開展智能跨域彈性防御作戰體系研究。通過信息化、網絡化和智能化技術，將天、空、地、海、網、電多個作戰域分散部署的作戰裝備要素在信息利用、力量調配、作戰指揮等方面進行跨域協同，實現信息廣域獲取、資源跨域調度的全域一體化協同防御，提升在未來空天防御戰爭中的體系對抗效能。

1 智能跨域彈性防御體系發展需求

1. 1 全域戰場體系對抗需求

隨著現代化戰爭戰場維度持續延伸，以隱身穿透、有人/無人協同、空天打擊、高速遠程打擊、無人機蜂群等為代表的新型空天進攻作戰樣式逐步展現，未來空天威脅呈現目標多樣、環境復雜、樣式多變、體系協同和智能自主等特征，作戰領域覆蓋陸、海、空、天、電磁、網絡、認知等全維作戰空間。美軍已經提出“多域戰”概念，如圖1 所示［5］。因此，傳統以地、海、空基裝備為主體，以單一防御武器系統或數型防御武器系統的簡單協同作戰已經無法滿足未來多元高動態防御作戰需求，需要探索要素更加齊全、連接更加高效、體系更加靈活、運用更加智能的智能跨域彈性防御作戰體系，滿足全域多維空天防御需求［6］。

圖1 美軍“多域戰”概念[5]Fig.1 Concept of multi-domain warfare of the US military[5]

1.2 多維態勢敏捷認知需求

多域作戰推動聯合作戰力量要素從聯合走向融合，使得戰場態勢變得更復雜、戰場態勢理解和認知變得越來越困難［7］。空天防御作戰態勢感知具有空域廣、時敏性強、復雜度高的特點，僅依靠人工處理已無法滿足瞬息萬變的戰場變化，需要利用大數據分析處理、知識圖譜建模、多源融合智能識別等技術，基于天、空、地、海全域多維偵察預警信息，進行目標特征挖掘和目標行為意圖推理，將海量戰場信息轉換抽取為作戰態勢、作戰知識、作戰認知，實現多維度戰場態勢廣域、敏捷、精準認知和預測，如圖2 所示［8］。

圖2 智能態勢認知模型[8]Fig.2 Intelligent situation cognition model[8]

1.3 復雜環境智能博弈需求

現代戰爭戰場維度極大拓展，作戰目標急劇增加，戰場環境愈發復雜，電磁與認知博弈交織，戰場數據量呈現井噴式大爆發，戰場態勢變化的速度、規模、復雜程度超越了以往任何戰爭形態，使得戰場態勢認知、作戰指揮決策、全域交戰控制、干擾認知博弈等方面均面臨巨大挑戰，要求指揮員對環境感知、認知后迅速做出決策，指揮控制作戰要素在火力、電磁、認知、協同等多個層面進行全方位、高強度、高動態博弈對抗，在作戰體系、裝備體系層面，支撐從態勢認知、指揮決策、干擾對抗、多彈協同、交戰控制等方面實施博弈對抗作戰，如圖3所示［9］。

圖3 智能戰場博弈對抗[9]Fig.3 Intelligent battlefield game confrontation[9]

1.4 跨域資源彈性協同需求

全域多維空天體系對抗離不開對天基、空基、海基和地基等多域作戰資源的高效管控和綜合運用，是攻防作戰體系雙方基于有限資源的集成運用能力的比拼。作戰體系需要利用網絡化、智能化技術對不同領域、不同空間、不同功能、不同層次及不同體制的作戰單元進行統一管控、靈活調度、智能適配，形成統一、全維、多能的高效融合作戰體系，將“觀察-判斷-決策-打擊”的循環時間縮短到近乎即時響應，實現各類作戰資源跨域彈性協同、作戰信息全域快速流轉、打擊火力精準投送釋放，實現作戰決策和作戰行動的跨代躍升，如圖4 所示［10］。

圖4 跨域資源協同[10]Fig.4 Cross-domain resource cooperation[10]

2 智能跨域彈性防御體系發展趨勢

未來智能跨域彈性防御體系需要具備架構開放彈性、態勢智能認知、網絡隨遇接入、智能自主決策、全域火力攔截等特征，依托跨域分布式的智能體系架構完成對多域作戰要素的智能跨域彈性運用，最終實現偵察預警自主靈敏、指揮控制智能高效、火力打擊自主協同。

2.1 發展趨勢

（1）開放式自適應體系架構

信息化戰爭核心競爭力是體系，智能化戰爭更是如此［11-13］。智能跨域彈性防御體系作戰的基礎是構建以全域自主智能為核心、以要素分布協同為形態、以跨域多能作戰為樣式的架構開放、彈性適變、分布協同的“云-邊-端”體系架構，能夠適應天、空、地、海多域分散部署的探測、火力作戰單元隨遇接入，基于任務需求自主重組自主適配，支持作戰信息按需共享，作戰資源按需聚優，作戰力量按需釋能。體系架構具備在線升級、彈性抗毀能力，能夠隨著作戰單元替換、鏈路重組、軟件升級實現架構升級；當某一作戰單元受損失能時，可通過架構動態重組、功能在線定義等方式實現作戰功能快速恢復。開放式自適應體系架構如圖5 所示。

圖5 開放式自適應體系架構Fig.5 Open adaptive architecture

（2）智能跨域彈性預警探測

未來防空作戰體系應融合利用天、空、地、海的各個探測節點的信息資源，構建全方位、分布式、多維度協同的智能跨域彈性預警探測網。預警探測通過多域分布式協同探測、多源異構信息態勢融合、智能化認知推理等技術，對多源情報的融合整編、對比印證和深度挖掘，構建起全面立體的數字化戰場態勢圖，獲取隱藏在復雜戰場態勢背后的深層次有效信息，實現對戰場態勢的全域、實時、精準感知，支撐對戰場態勢的更高層次的理解、分析、推理、演化，為作戰行動提供全域多維、精準可靠的信息和認知支撐。

（3）自組織接入彈性信息網絡

未來智能跨域彈性作戰將使用大量廣域分布的智能化探測、火力單元，需要構建全域覆蓋、快捷組網、自適應重構的自組織隨遇接入信息網絡（圖6），支撐分布式部署的探測端、指揮端和火力端的信息互聯互通，并能實現各類資源“即插即用”“隨機接入”。自組織隨遇接入信息網絡依托云計算、大數據技術，構建基于端的局域信息網絡和基于云的全域信息網絡，各指揮中心可通過基于云的全域信息網絡獲取統一態勢信息、生成資源分配計劃，并通過基于端的局域信息網絡傳輸至各作戰節點，可為探測、指揮、制導等多維信息的按需分配與快速分發提供基礎保障，實現跨域作戰單元間的信息共享、任務定制、自主編組、靈活協同。

圖6 自組織隨遇接入信息網絡Fig.6 Self-organized random access to information network

（4）智能全域敏捷指揮控制

“兵之情主速”，軍事智能化的飛速發展加速了觀 察-判 斷-決 策-行 動（Observe-orient-decide-act，OODA）殺傷鏈循環，使“發現即摧毀”成為可能［14］。智能全域敏捷指揮控制可依托智能化敏捷作戰管理系統，對作戰體系內分散部署的偵察、預警、探測、指揮、火力、制導等要素進行解耦、虛擬化、按需接入和管理，實現戰場精細化管控和敏捷化指揮控制。采用智能動態決策模型構建、智能化認知推理、多維度作戰效能評估以及人機融合指揮控制等方法，同時充分發揮人腦與機器智能的互補優勢，實現指揮藝術與技術的融合，使作戰指揮控制走向高度科學化、智能化、藝術化，使廣域分布、海量協同的作戰單元實現分布式智能協同、跨域靈活聚合，快速精準釋放作戰效能，瓦解敵方作戰體系關鍵節點鏈條，或形成全方位的體系壓倒優勢，實現智能決策、敏捷控制下的體系制勝。

（5）全域分布協同攔截對抗

未來防空體系作戰面對的是全空域、全維度、體系化的空天攻擊，面向多樣化來襲目標，需要統籌發展具備多樣化功能的跨域多能武器裝備，圍繞形成全域封控、緊前攔截、協同高效的攔截對抗能力，以多任務作戰裝備為核心，將火炮、電子對抗、激光、高功率微波等多體制攔截對抗裝備快速組網，基于隨遇接入信息網絡形成“分布式部署、模塊化編組、跨域式協同、機動式打擊”的新質力量體系，按照“誰合適、誰主導，誰有利、誰打擊”的原則，基于作戰任務迅即組合，實現全域攔截對抗作戰的整體聯動和聚優釋能。

2.2 發展階段

按照智能化技術應用于空天防御作戰體系的程度和發揮的效能，未來智能跨域彈性防御體系發展可分為3 個階段：

（1）技術創新、單點賦能：初步構建開放兼容的自適應體系架構，以現有裝備為基礎，進行智能化改造，利用大數據分析、自然語義識別、深度強化學習等人工智能技術對目標識別、威脅排序、任務規劃、自適應抗干擾等預警探測、指揮控制單點技術進行智能化賦能，實現復雜戰場態勢全域感知、攔截策略自主規劃等能力，以及裝備和作戰體系局部智能化。

（2）體系集成、綜合智能：構建開放式智能自適應作戰體系架構，引入無人機、無人艇、智能導彈、智能車等無人化裝備，重點突破智能化態勢認知、智能化作戰決策、作戰資源智能管理等技術，提升作戰指揮控制系統的作戰管理、智能控制、綜合服務能力，對有人、無人裝備進行體系綜合集成，實現傳感器與武器網絡感知融合，通過體系集成運用實現智能化方面綜合作戰能力。

（3）萬物智聯、全域智能：升級開放式智能自適應作戰體系架構，基于隨遇接入、動態適應的物聯網，實現天-空-地-海基有人、無人作戰單元的智能連接，實現作戰信息的按需快速流轉和作戰資源的動態適配，突破集群博弈對抗、智能組網協同等技術，通過各作戰單元的彈性互聯和智能協同，構建智能高效、彈性抗毀的殺傷網，實現全域智能協同作戰。

3 智能跨域彈性防御關鍵技術分析

3.1 開放式自適應體系架構設計技術

開放式動態自適應體系架構重點是基于“云-邊-端”體系架構和高動態自適應戰場物聯網，使作戰體系具備自主學習、自主演化能力，采用接口標準化設計、功能在線定義、模塊化單元拼接、信息網絡多路備份、指揮關系動態重組等技術，支持各型作戰單元兼容接入、彈性互聯、自組織協調，實現傳感器、攔截對抗單元以及指控關系根據作戰任務、作戰環境、交戰規則快速重構，促進裝備體系適應不斷變化的戰場環境，構建面向任務需求的最優殺傷鏈，實現從作戰裝備、裝備體系到作戰體系的全系統智能演化。美軍正在發展的“馬賽克戰”等作戰概念（圖7）［15］即采用開放式自適應體系架構，具備顯著的分布式、彈性化特征，支持各類資源即插即用、隨遇接入，動態構建殺傷網［16］。

圖7 “馬賽克戰”作戰概念體系架構[15]Fig.7 Conceptual architecture of“Mosaic warfare”[15]

3.2 分布式協同態勢認知技術

分布式協同態勢認知技術通過網絡化協同、智能化管控技術將天、空、地、海各域探測裝備自適應組成分布式協同探測網絡，實現全方位、多維度全域戰場態勢感知；通過對各傳感器進行時空配準、異構信息映射與目標航跡關聯，實現多源信息態勢融合；通過基于多維特征關聯融合識別、數據特征深度挖掘，實現復雜環境下的目標智能識別；通過智能學習算法對目標特性與目標意圖進行學習與判斷，實現智能化態勢認知和預測，精準判斷對方作戰意圖，支撐實現智能作戰決策。美軍已經通過CEC、NIFC-CA 系統等實現了空海分布式協同探測和態勢融合感知，如圖8 所示［17］。

圖8 分布式協同探測網絡[17]Fig.8 Distributed cooperative detection network[17]

3.3 體系要素動態管理與功能重構技術

通過采用作戰資源虛擬化管控技術，構建作戰要素資源池和資源智能調度匹配模型，基于泛在物聯網和云平臺，信息物理系統與多域作戰資源互聯，對探測、指控、火力、干擾等各類資源進行一體化綜合管控和智能適配，如圖9 所示。基于智能化技術，根據體系作戰需求自適應改變作戰單元執行的主要功能任務，智能匹配體系作戰任務需求。基于深度強化學習等技術，實現智能技術與指揮藝術的融合，提升復雜戰場態勢下作戰單元和作戰體系的動態博弈對抗水平，壓縮指揮控制層級和OODA 循環周期，大幅提升敏捷作戰指揮控制能力［18］。美軍正在尋求具備全域化、網絡化、智能化特征的聯合全域指揮與控制（JADC2），并以其為核心構建新一代全域分布、智能敏捷作戰體系，對跨軍兵種作戰傳感器、武器進行動態管理，有效縮短OODA 周期和優化殺傷鏈。

圖9 作戰資源虛擬化管控Fig.9 Virtual management and control of combat resources

3.4 跨域飛行器變外形總體設計技術

跨域飛行器變外形設計依賴智能材料或結構變形，主要根據飛行速度、所在空域和性能需求快速自適應地改變氣動布局以適應不同空域跨域變速飛行，如圖10 所示［19］。通過變體結構設計、智能感知蒙皮、柔性微電子封裝等方法，實現飛行器結構、外形自適應變形。同時，需要發展輕質變形驅動機構設計與控制技術滿足變形結構對大驅動力、快速響應、高精度、循環響應的需求，支撐未來跨域飛行器變外形總體設計。如美國洛馬公司“折疊機翼”方案按照典型的“高-低-高”任務剖面跨域飛行時任務航程可增加30%～50%。

3.5 智能化彈上綜合電子集成技術

面向未來智能導彈一體化作戰需求，通過“孔徑綜合+通道綜合+處理綜合”途徑實現偵察感知、主動探測、被動探測、主動干擾及彈間通信多功能一體化小型化集成，采用波形、頻率、信道及處理可重構技術，共用處理資源，通過全局可重構和局部可重構方式滿足不同功能任務處理需求，實現作戰態勢在線感知識別和任務在線重構，自適應優化配置資源確保對各類作戰目標的精準攔截打擊。波音公司T3 導彈電子系統采用集成化、小型化設計程度更高的綜合集成設計，并引入智能化處理算法，以實現導彈的小型化和多任務作戰能力。

3.6 分布式智能協同制導控制技術

面向未來分布式跨域協同作戰多裝備制導需求，重點突破網絡化協同制導、異構多源信息融合制導、智能調控和靈活重構等技術，將天、空、地、海各類探測資源有序規劃，實現網絡化協同接力制導，大幅拓展作戰空間范圍，進一步增強制導信息的完整性和準確性，提升集群對抗博弈能力，實現復雜戰場環境下智能集群協同作戰。如美軍最新發展的具備智能化特征的遠程反艦導彈（Long range anti-ship missile，LRASM）（圖11）［20］、“小精靈”無人機等［21］，可通過多彈協同探測、制導、控制，實現編隊或集群協同作戰［22］。

圖11 LRASM 智能協同作戰[20]Fig.11 LRASM intelligent cooperative warfare[20]

4 結 論

智能跨域彈性防御體系是應對未來全域多維空天威脅、制勝空天的關鍵。為支撐未來智能跨域彈性防御體系構建，本文從未來空天防御作戰需求出發，借鑒國外智能跨域彈性作戰體系發展特點，在體系構建、預警探測、信息網絡、指揮控制、攔截對抗等方面分別提出相應的發展設想，并分析了智能化跨域彈性防御作戰的關鍵技術，為智能跨域彈性防御作戰體系建設和發展夯實基礎。