智能化電子戰裝備發展研究

蘇 周,劉 飛,許曉劍,韓 俊

(空軍預警學院,湖北 武漢 430345)

0 引 言

技術是推動戰爭形態變革的源動力,無論是作戰空間陸?？仗斓闹鸩酵卣?還是力量形態從冷兵器到機械化再到信息化的轉型,每一次技術上的突破都會帶來戰爭形態的變革。近年來,人工智能技術蓬勃發展,成為戰爭形態從信息化向智能化轉變的推動力。美國在“第三次抵消戰略”中提出智能武器、自動化無人武器系統等新概念武器,以發展“改變未來戰局”的顛覆性技術[1],并在無人作戰平臺、電子戰、輔助決策等技術領域進行應用嘗試[2],催生馬賽克戰[3]、算法戰[4]等作戰概念的發展,進一步促進戰爭形態的改變。

電子戰是戰爭中的兵力“倍增器”,是新域新質作戰力量的典型代表,其“觀察—調整—決策—行動”(OODA)循環如圖1所示。電子戰系統在人類認知和電磁實體之間建立橋梁,實現人對電磁波的感知和控制。在復雜多變的電磁環境中,傳統電子戰裝備操作復雜,OODA循環周期長,影響了電子戰效能的發揮。人工智能賦能電子戰系統,可提升感知決策效率,加快OODA循環,降低“人在回路”的事務性負荷,有助于部隊奪取制電磁權,進而取得戰爭優勢。智能化的綜合電子戰平臺,可群體協同開展電子戰行動,或以電子戰要素支援聯合作戰,是未來戰爭的關鍵力量。

圖1 電子戰OODA循環

本文在闡述人工智能技術在軍事領域應用的基礎上,梳理了電子戰在智能化時代面臨的挑戰和機遇,分析了智能化電子戰裝備應具備的能力,提出電子戰裝備智能化等級劃分方式及作戰參與形態,為電子戰智能化發展提供參考。

1 智能化戰爭中的電子戰

1.1 人工智能在軍事領域的應用

人工智能作為一項大范圍賦能技術,在軍事領域應用十分廣泛。無人機[5]、智能導彈[6]等具有無人化、自主化特征的智能武器陸續出現,將使未來戰爭的面貌煥然一新。美國國會報告《人工智能與國家安全》[7]將人工智能在國防軍事的應用劃分為7個領域:情報監視與偵察、后勤、賽博空間作戰、信息戰、指揮控制、半自主與全自主運載工具、致命性自主武器,每個領域內的典型應用如表1所示。

表1 人工智能在軍事領域應用情況

1.2 智能化為電子戰帶來的挑戰和機遇

電子戰從1904年日俄海戰使走上歷史舞臺,經歷通信對抗、雷達對抗到全面對抗等發展階段[13],已經成為現代戰爭的必備要素。隨著計算機、信號處理、射頻功率器件等技術的進步,電子戰裝備完成了由偵察機、干擾機等單機設備到綜合系統的發展,在信號偵察分析、跳頻跟蹤干擾等功能上也初步實現了自動化。但傳統電子戰裝備還存在很多不足,人工智能技術在軍事領域的廣泛應用促進戰爭從信息化走向智能化的同時,也給電子戰帶來了新挑戰。

(1) 操作復雜,適應戰爭節奏難

面對雷達、通信、導航、敵我識別等電子信息設備,傳統的電子戰裝備只能對抗其中一類目標,功能較為單一,導致電子戰裝備種類繁雜。在作戰使用中,需要操作員識別目標、分析信號特征,選擇最優干擾策略,對操作人員分析判斷能力和操作熟練程度都有較高要求,也給操作人員造成極大壓力,人工操作速度越來越難以滿足快節奏戰爭需求。

(2) 環境復雜,及時感知威脅難

現代戰場電磁設備量急劇增長,戰場電磁環境具有輻射源數量多、信號密度大、信號繁雜多變等特征,加之新型未知目標的不斷涌現,從海量信號中截獲、分選并識別威脅目標的難度加大。

(3) 目標多變,實施有效干擾難

隨著相控陣等技術發展,多功能雷達得到廣泛應用,電子戰作戰目標具備多種可靈活切換的工作模式,傳統雷達對抗采用相對固定的干擾策略難以達到理想的干擾效果。智能時代自主性、協同性強,對網絡單節點通信壓制也難以達到作戰效果。

(4) 手段欠缺,評估干擾效果難

目前的電子對抗裝備普遍不具備干擾效果在線評估能力,大多基于合作方式進行事后評估,在實際作戰面對非合作對抗目標時,難以獲得評估指標。

(5) 聯通性差,融入聯合作戰難

電子戰通過無源偵察,依靠輻射源識別可以實現比雷達預警更強的目標類型判定能力,但當前不同平臺電子戰情報互通性差,電子戰情報與空、海情融合不足。電子戰要素多以單系統單任務方式參與作戰,綜合融入、全程使用還有欠缺。

同時,新的時代特征也給電子戰帶來更大機遇:一是智能化必以信息化為前提,未來戰爭的對抗將是在泛網絡支撐下的智能感知和打擊裝備普遍運用[14],對電子設備的依賴性比以往更強,對電子信息系統的攻擊也將直接影響武器的大腦,起到“降智”的效果;二是群體感知和協同能力提升帶來群體智能快速發展,電子戰手段通過破壞武器集群的網絡協同,可降低蜂群等智能群體的作戰能力;三是電子戰手段不需要傳統彈藥消耗,對抗小型無人平臺效費比高。綜上,智能化時代的來臨,必將使電子戰內涵更豐富,范圍更廣泛,形態更多樣。

2 電子戰裝備的智能化

2.1 智能化電子戰裝備的概念內涵

智能化電子戰裝備概念目前尚無統一定義,現有研究主要從表征模型[15]和智能能力[16]角度對其內涵進行描述。本文借助智能武器裝備[17]的概念,將智能化電子戰描述為利用人工智能技術研制的,用于實施和保障電子戰行動的武器、武器系統及配套軍事技術器材的統稱。人工智能賦能電子戰,使電子戰裝備具備自主能力,成為“有意識、會思考”的裝備。

從武器平臺個體來看,電子戰裝備智能化主要包含任務系統、運載平臺、控制功能三方面的智能化。測頻、測向、干擾、評估等任務系統是電子戰裝備的核心,如圖2所示。任務系統智能化主要是應用認知電子戰[18-19]相關技術,提高系統對威脅信號感知、干擾決策、效果評估的能力,縮短反應時間,提升電子戰敏捷性。運載平臺智能化主要通過無人機、無人艇等為代表的電子對抗裝備載具平臺實現自主化,具備位置感知、自主避障、路徑規劃等能力,保障任務系統偵察干擾效能的最佳發揮。控制功能智能化是以裝備任務自規劃、功能自定義、故障自預測等自主能力,實現壽命周期內無人運行。

圖2 認知電子戰過程

從武器平臺體系來看,電子戰裝備群智能化主要包括網絡協同智能化、統籌控制智能化2個方面。網絡協同智能化是通過多智能體共享協同,使頻譜感知更準確,推理更可靠,解決電子戰個體容易產生漏洞以及信息處理效率低等問題[20]。統籌控制智能化指電子戰群體編隊能夠根據任務改變指揮架構,根據戰場任務精確編隊控制轉換,統籌規劃電子戰力量資源使用,最大化偵察探測精度和跟蹤時長,探測信息融合處理,或以分布式要素參與作戰,優化態勢配置,統籌干擾資源調度,實現干擾效益最大化。

2.2 智能化電子戰裝備的架構

一種典型的智能化電子戰裝備架構如圖3所示。任務系統可根據宏觀指令完成偵察、干擾、評估的基本操作,并將情報輸入自主控制系統,與接收信息融合形成綜合態勢,將自身情報融入C4ISR系統。自主控制系統根據任務和綜合態勢形成思維判斷,自主決策,單獨或協同對目標實施干擾行動并評估效果。運載平臺根據任務指令信息自主規劃路徑,選取最優位置。

圖3 智能化電子戰裝備架構

3 智能化電子戰裝備的智能水平分級及發展階段

智能水平分級可以衡量作戰平臺的自主能力,對作戰平臺智能化發展路線設計具有指導意義。美國空軍曾將無人機的自主控制等級劃分為10級[21],并提出了發展路線圖,智慧火箭[22]、智能導彈[23]等智能武器也有分級發展的研究。如圖4所示,本文借助OODA發展理論[24],設計電子戰裝備OODA1.0人在環內(In the Loop)的半自主模式、OODA2.0人在環上(On the Loop)的人監督模式、OODA3.0人在環外(Out of the Loop)的全自主模式3階發展過程,從參與作戰形態的角度將電子戰裝備智能水平分為低、中、高3個等級,對應初級、中級、高級3種參戰形態。

圖4 智能化電子戰裝備的智能水平分級及發展階段

3.1 初級階段:要素參與式

這一階段電子戰裝備具備初級智能水平,以智能技術升級改造現有裝備,提升作戰能力,偵察干擾任務系統實現認知化和自適應,勝任具體任務。采用“人在環內,人機交互”的方式,以單機單裝單站為要素,參與到作戰具體行動中。

(1) 態勢感知:以電子戰無源探測距離遠、范圍廣、信息多,情報及時、準確,實施隱蔽、保密等優勢,對戰場電子目標進行偵察,配合特征庫進行分類識別,根據目標價值生成干擾或打擊清單,為后續作戰提供依據。

(2) 輔助決策:利用知識庫等電子戰作戰支持系統,對戰場海量電磁數據實時分析,實現電磁態勢動態可視化,并進行頻譜推理預測,針對作戰不同階段,提出合理用頻建議,避免己方自擾互擾,預判敵方動態。

(3) 殺傷打擊:針對目標工作模式、威脅程度調度本機干擾資源,實施電子干擾軟殺傷,并實時評估干擾效能;根據需要使用反輻射武器或以電子戰情報引導導彈實施硬摧毀。

3.2 中級階段:小群模塊式

這一階段電子戰裝備具備中級智能水平,單平臺能自主化實現對多種電子目標的對抗,多平臺協同化初步具備任務自主規劃和統籌能力,可以實現無人系統自組織協同作戰或有人系統與無人系統協同作戰。采用“人在環上,人機協同”的方式,以獨立小規模編組,或與其他力量群組混編,執行具體電子戰行動,支持綜合任務。

(1) 基于“天基”的智能編隊

以高速衛星建立網絡,構建電子戰群組。根據不同任務,以分布式干擾對敵主要探測平臺實施壓制,以欺騙式干擾消耗敵作戰資源,或以電子戰無人機蜂群[25]自主執行綜合性任務。

(2) 基于“空基”的局域匹配

以空基通信中繼站建立智能路由“云平臺”,覆蓋作戰區域電子戰裝備。區域內不同電子戰裝備借助平臺信息交互,共享偵察情報及干擾結果,融合印證、探明敵方部署,輔助決策。

(3) 基于“地域”的自動響應

在作戰區域部署檢測點、調整點或任務線、區域線,實現通信導航降級下的位置精確調控和路徑選擇,電子偵察設備可將位置、環境及情報生成綜合態勢,推送至指揮平臺,消除戰爭迷霧,為部隊機動提供參考。

3.3 高級階段:群體自主式

這一階段電子戰裝備具有高級智能水平,平臺完全自主或將電子戰元素集成到各平臺,以各種樣式融入聯合作戰,具備獨立自主遂行作戰任務的能力。采用“人在環外,機機協同”的方式,以大規模、多要素編組,實現全域多維、多要素多力量的聯動協同。

(1) 集群作戰

多個電子戰個體協同涌現,動態聚能,融合釋能形成更強作戰效能,自主進行信息交互、任務分配,合理高效地完成作戰任務,具備高靈活性、高抗毀性。

(2) 自主作戰

具備自組織自修復能力,可根據態勢發展和作戰需要,自主調整指揮模式,遠近交錯統籌資源,分配對敵偵察干擾任務,形成“態勢共享→同步協作→聚焦釋能”的電子戰行動鏈路。

(3) 全維作戰

戰爭不限于陸、海、空、天、電,拓展到政治、經濟、認知等領域,使用網絡化協同電子戰[26]手段深度參與各領域作戰,與其他手段融合,綜合用力,全維對抗,迅速達成作戰目的。

4 結束語

人工智能技術在軍事領域的廣泛應用,給電子戰提出更多挑戰,同時也帶來更大機遇,促進電子戰從自動化、認知化向全面智能化發展。人工智能技術在牽引裝備作戰能力提升的同時,還將促進作戰方式及戰斗力生成模式的轉變,新技術變革催生新軍事變革,軍事理論、軍隊組織形態、作戰方法都將革新,以適應未來的智能化戰爭。