智能化电子战装备发展研究.pdf

收稿日期:2 0 2 2 1 1 1 5智能化电子战装备发展研究苏 周,刘 飞,许晓剑,韩 俊(空军预警学院,湖北 武汉 4 3 0 3 4 5)摘要:随着人工智能技术广泛应用于军事领域,新科技革命将推动战争形态向智能化演变,给电子战带来更大机遇和挑战,促进电子战装备向智能化迈进。分析了智能化电子战装备的概念内涵和基本架构,以此为基础,将智能化电子战装备智能水平分为初、中、高3个等级。对应“要素参与式”“小群模块式”“群体自主式”3种任务形态,探索电子战装备智能化发展方向。关键词:电子战;人工智能;认知电子战 中图分类号:T N 9 7文献标识码:A文章编号:C N 3 2-1 4 1 3(2 0 2 3)0 4-0 0 0 9-0 5D O I:1 0.1 6 4 2 6/j.c n k i.j c d z d k.2 0 2 3.0 4.0 0 3R e s e a r c h i n t o D e v e l o p m e n t o f I n t e l l i g e n t i z e dE l e c t r o n i c W a r f a r e E q u i p m e n t S U Z h o u,L I U F e i,XU X i a o j i a n,HAN J u n(A i r F o r c e E a r l y W a r n i n g A c a d e m y,Wu h a n 4 3 0 3 4 5,C h i n a)A b s t r a c t:W i t h t h e w i d e s p r e a d a p p l i c a t i o n o f a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c e t e c h n o l o g i e s t o t h e m i l i t a r y f i e l d,n e w s c i e n t i f i c a n d t e c h n o l o g i c a l r e v o l u t i o n w i l l p r o m o t e t h e e v o l u t i o n o f w a r f o r m t o i n t e l l i g e n c e,w h i c h b r i n g s g r e a t e r o p p o r t u n i t i e s a n d c h a l l e n g e s t o e l e c t r o n i c w a r f a r e,a n d p r o m o t e s t h e e l e c t r o n i c w a r f a r e e q u i p m e n t t o i n t e l l i g e n c e.T h e c o n c e p t c o n n o t a t i o n a n d b a s i c s t r u c t u r e o f i n t e l l i g e n t e l e c-t r o n i c w a r f a r e e q u i p m e n t a r e a n a l y z e d,a n d o n t h i s b a s i s,t h e i n t e l l i g e n c e l e v e l o f i n t e l l i g e n t e l e c-t r o n i c w a r f a r e e q u i p m e n t i s d i v i d e d i n t o t h r e e l e v e l s:p r i m a r y,i n t e r m e d i a t e a n d h i g h.C o r r e s p o n d i n g t o t h r e e t a s k f o r m s o f“e l e m e n t a l p a r t i c i p a t i o n”“s m a l l g r o u p m o d u l a r”“g r o u p a u t o n o m o u s”,t h e d e v e l o p m e n t d i r e c t i o n o f i n t e l l i g e n t e l e c t r o n i c w a r f a r e e q u i p m e n t i s e x p l o r e d.K e y w o r d s:e l e c t r o n i c w a r f a r e;a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c e;c o g n i t i v e e l e c t r o n i c w a r f a r e0 引 言技术是推动战争形态变革的源动力,无论是作战空间陆海空天的逐步拓展,还是力量形态从冷兵器到机械化再到信息化的转型,每一次技术上的突破都会带来战争形态的变革。近年来,人工智能技术蓬勃发展,成为战争形态从信息化向智能化转变的推动力。美国在“第三次抵消战略”中提出智能武器、自动化无人武器系统等新概念武器,以发展“改变未来战局”的颠覆性技术1,并在无人作战平台、电子战、辅助决策等技术领域进行应用尝试2,催生马赛克战3、算法战4等作战概念的发展,进一步促进战争形态的改变。电子战是战争中的兵力“倍增器”,是新域新质作战力量的典型代表,其“观察调整决策行动”(OO D A)循环如图1所示。电子战系统在人类认知和电磁实体之间建立桥梁,实现人对电磁波的感知和控制。在复杂多变的电磁环境中,传统电子战装备操作复杂,OO D A循环周期长,影响了电子战效能的发挥。人工智能赋能电子战系统,可提升感知决策效率,加快OO D A循环,降低“人在回路”的事务性负荷,有助于部队夺取制电磁权,进而取得战争优势。智能化的综合电子战平台,可群体协同开展电子战行动,或以电子战要素支援联合作战,是2 0 2 3年8月舰 船 电 子 对 抗A u g.2 0 2 3第4 6卷第4期S H I P B OA R D E L E C T R ON I C C OUN T E RME A S UR EV o l.4 6 N o.4图1 电子战OO D A循环未来战争的关键力量。本文在阐述人工智能技术在军事领域应用的基础上,梳理了电子战在智能化时代面临的挑战和机遇,分析了智能化电子战装备应具备的能力,提出电子战装备智能化等级划分方式及作战参与形态,为电子战智能化发展提供参考。1 智能化战争中的电子战1.1 人工智能在军事领域的应用人工智能作为一项大范围赋能技术,在军事领 域应用十分广泛。无人机5、智能导弹6等具有无人化、自主化特征的智能武器陆续出现,将使未来战争的面貌焕然一新。美国国会报告 人工智能与国家安全7将人工智能在国防军事的应用划分为7个领域:情报监视与侦察、后勤、赛博空间作战、信息战、指挥控制、半自主与全自主运载工具、致命性自主武器,每个领域内的典型应用如表1所示。1.2 智能化为电子战带来的挑战和机遇电子战从1 9 0 4年日俄海战使走上历史舞台,经历通信对抗、雷达对抗到全面对抗等发展阶段1 3,表1 人工智能在军事领域应用情况应用领域功能描述典型场景情报监视与侦察基于人工智能强大的数据处理能力,提高情报收集、筛选、分析、预测水平,减轻人员负担心理战工具“熵”8,可通过文本和视频等数据分析互联网趋势,并筛选响应信息,推送到环境中,减轻人员负担后勤使用人工智能方法对武器装备进行预测性维护陆军“后勤支持活动”:根据车辆传感器中提取的信息,为车队制定维修计划;使用人工智能软件分析维修零件的配送运输流程,确定最佳供应方式赛博空间作战训练人工智能检测网络异常,利用算法进行攻防美国国防部高级研究计划局(D A R P A)“网络大挑战”9:开发一种自动侦测攻击、建立防御的系统,快速设计补丁,封堵漏洞信息战和“深度伪造”使用人工智进行照片、音频和视频伪造,实施心理战、认知战D A R P A“媒体取证”:自动视频篡改伪造行为,分析视频完整性,检测深度伪造指挥控制进行多传感器融合,实现各级决策者“一张图”,在威胁评估、目标分配方面辅助指挥决策D A R P A“深绿”1 0:将人机交互、语音识别、混合仿真等技术嵌入指挥控制系统,辅助指挥官快速准确地做出决策半自主和全自主载具使用人工智能技术感知环境、识别障碍物、融合传感器数据、规划导航,甚至与其他载具通信忠诚僚机X Q-5 8 A“女武神”1 1:一种高亚音速、远距离攻击无人机,用于情报监视侦察(I S R)和远程作战,采用隐身设计,具备一定的空战和对地打击能力致命性自主武器自主控制,运用机器学习算法完成目标识别,利用机载系统攻击韩国“S G R-A 1”型哨兵机器人1 2:拥有完全自主模式,可在无人干预的情况下自主开火射杀目标01舰 船 电 子 对 抗第4 6卷 已经成为现代战争的必备要素。随着计算机、信号处理、射频功率器件等技术的进步,电子战装备完成了由侦察机、干扰机等单机设备到综合系统的发展,在信号侦察分析、跳频跟踪干扰等功能上也初步实现了自动化。但传统电子战装备还存在很多不足,人工智能技术在军事领域的广泛应用促进战争从信息化走向智能化的同时,也给电子战带来了新挑战。(1)操作复杂,适应战争节奏难面对雷达、通信、导航、敌我识别等电子信息设备,传统的电子战装备只能对抗其中一类目标,功能较为单一,导致电子战装备种类繁杂。在作战使用中,需要操作员识别目标、分析信号特征,选择最优干扰策略,对操作人员分析判断能力和操作熟练程度都有较高要求,也给操作人员造成极大压力,人工操作速度越来越难以满足快节奏战争需求。(2)环境复杂,及时感知威胁难现代战场电磁设备量急剧增长,战场电磁环境具有辐射源数量多、信号密度大、信号繁杂多变等特征,加之新型未知目标的不断涌现,从海量信号中截获、分选并识别威胁目标的难度加大。(3)目标多变,实施有效干扰难随着相控阵等技术发展,多功能雷达得到广泛应用,电子战作战目标具备多种可灵活切换的工作模式,传统雷达对抗采用相对固定的干扰策略难以达到理想的干扰效果。智能时代自主性、协同性强,对网络单节点通信压制也难以达到作战效果。(4)手段欠缺,评估干扰效果难目前的电子对抗装备普遍不具备干扰效果在线评估能力,大多基于合作方式进行事后评估,在实际作战面对非合作对抗目标时,难以获得评估指标。(5)联通性差,融入联合作战难电子战通过无源侦察,依靠辐射源识别可以实现比雷达预警更强的目标类型判定能力,但当前不同平台电子战情报互通性差,电子战情报与空、海情融合不足。电子战要素多以单系统单任务方式参与作战,综合融入、全程使用还有欠缺。同时,新的时代特征也给电子战带来更大机遇:一是智能化必以信息化为前提,未来战争的对抗将是在泛网络支撑下的智能感知和打击装备普遍运用1 4,对电子设备的依赖性比以往更强,对电子信息系统的攻击也将直接影响武器的大脑,起到“降智”的效果;二是群体感知和协同能力提升带来群体智能快速发展,电子战手段通过破坏武器集群的网络协同,可降低蜂群等智能群体的作战能力;三是电子战手段不需要传统弹药消耗,对抗小型无人平台效费比高。综上,智能化时代的来临,必将使电子战内涵更丰富,范围更广泛,形态更多样。2 电子战装备的智能化2.1 智能化电子战装备的概念内涵智能化电子战装备概念目前尚无统一定义,现有研究主要从表征模型1 5和智能能力1 6角度对其内涵进行描述。本文借助智能武器装备1 7的概念,将智能化电子战描述为利用人工智能技术研制的,用于实施和保障电子战行动的武器、武器系统及配套军事技术器材的统称。人工智能赋能电子战,使电子战装备具备自主能力,成为“有意识、会思考”的装备。从武器平台个体来看,电子战装备智能化主要包含任务系统、运载平台、控制功能三方面的智能化。测频、测向、干扰、评估等任务系统是电子战装备的核心,如图2所示。任务系统智能化主要是应用认知电子战1 81 9相关技术,提高系统对威胁信号感知、干扰决策、效果评估的能力,缩短反应时间,提升电子战敏捷性。运载平台智能化主要通过无人机、无人艇等为代表的电子对抗装备载具平台实现自主化,具备位置感知、自主避障、路径规划等能力,保障任务系统侦察干扰效能的最佳发挥。控制功能智能化是以装备任务自规划、功能自定义、故障自预测等自主能力,实现寿命周期内无人运行。图2 认知电子战过程从武器平台体系来看,电子战装备群智能化主要包括网络协同智能化、统筹控制智能化2个方面。网络协同智能化是通过多智能体共享协同,使频谱感知更准确,推理更可靠,解决电子战个体容易产生漏洞以及信息处理效率低等问题2 0。统筹控制智能化指电子战群体编队能够根据任务改变指挥架构,根据战场任务精确编队控制转换,统筹规划电子战力量资源使用,最大化侦察探测精度和跟踪时长,11第4期苏周,等:智能化电子战装备发展研究探测信息融合处理,或以分布式要素参与作战,优化态势配置,统筹干扰 资源调度,实 现干扰效益 最大化。2.2 智能化电子战装备的架构一种典型的智能化电子战装备架构如图3所示。任务系统可根据宏观指令完成侦察、干扰、评估的基本操作,并将情报输入自主控制系统,与接收信息融合形成综合态势,将自身情报融入C4I S R系统。自主控制系统根据任务和综合态势形成思维判断,自主决策,单独或协同对目标实施干扰行动并评估效果。运载平台根据任务指令信息自主规划路径,选取最优位置。图3 智能化电子战装备架构3 智能化电子战装备的智能水平分级及发展阶段 智能水平分级可以衡量作战平台的自主能力,对作战平台智能化发展路线设计具有指导意义。美国空军 曾 将 无 人 机 的 自 主 控 制 等 级 划 分 为1 0级2 1,并提出了发展路线图,智慧火箭2 2、智能导弹2 3等智能武器也有分级发展的研究。如图4所示,本文借助OO D A发展理论2 4,设计电子战装备OO D A 1.0人在环内(I n t h e L o o p)的半自主模式、OO D A 2.0人在环上(O n t h e L o o p)的人监督模式、OO D A 3.0人在环外(O u t o f t h e L o o p)的全自主模式3阶发展过程,从参与作战形态的角度将电子战装备智能水平分为低、中、高3个等级,对应初级、中级、高级3种参战形态。3.1 初级阶段:要素参与式这一阶段电子战装备具备初级智能水平,以智图4 智能化电子战装备的智能水平分级及发展阶段能技术升级改造现有装备,提升作战能力,侦察干扰任务系统实现认知化和自适应,胜任具体任务。采用“人在环内,人机交互”的方式,以单机单装单站为要素,参与到作战具体行动中。(1)态势感知:以电子战无源探测距离远、范围广、信息多,情报及时、准确,实施隐蔽、保密等优势,对战场电子目标进行侦察,配合特征库进行分类识别,根据目标价值生成干扰或打击清单,为后续作战提供依据。(2)辅助决策:利用知识库等电子战作战支持系统,对战场海量电磁数据实时分析,实现电磁态势动态可视化,并进行频谱推理预测,针对作战不同阶段,提出合理用频建议,避免己方自扰互扰,预判敌方动态。(3)杀伤打击:针对目标工作模式、威胁程度调度本机干扰资源,实施电子干扰软杀伤,并实时评估干扰效能;根据需要使用反辐射武器或以电子战情报引导导弹实施硬摧毁。3.2 中级阶段:小群模块式这一阶段电子战装备具备中级智能水平,单平台能自主化实现对多种电子目标的对抗,多平台协同化初步具备任务自主规划和统筹能力,可以实现无人系统自组织协同作战或有人系统与无人系统协同作战。采用“人在环上,人机协同”的方式,以独立小规模编组,或与其他力量群组混编,执行具体电子战行动,支持综合任务。(1)基于“天基”的智能编队以高速卫星建立网络,构建电子战群组。根据不同任务,以分布式干扰对敌主要探测平台实施压制,以欺骗式干扰消耗敌作战资源,或以电子战无人机蜂群2 5自主执行综合性任务。21舰 船 电 子 对 抗第4 6卷(2)基于“空基”的局域匹配以空基通信中继站建立智能路由“云平台”,覆盖作战区域电子战装备。区域内不同电子战装备借助平台信息交互,共享侦察情报及干扰结果,融合印证、探明敌方部署,辅助决策。(3)基于“地域”的自动响应在作战区域部署检测点、调整点或任务线、区域线,实现通信导航降级下的位置精确调控和路径选择,电子侦察设备可将位置、环境及情报生成综合态势,推送至指挥平台,消除战争迷雾,为部队机动提供参考。3.3 高级阶段:群体自主式这一阶段电子战装备具有高级智能水平,平台完全自主或将电子战元素集成到各平台,以各种样式融入联合作战,具备独立自主遂行作战任务的能力。采用“人在环外,机机协同”的方式,以大规模、多要素编组,实现全域多维、多要素多力量的联动协同。(1)集群作战多个电子战个体协同涌现,动态聚能,融合释能形成更强作战效能,自主进行信息交互、任务分配,合理高效 地完成作战 任务,具备 高灵活性、高 抗毁性。(2)自主作战具备自组织自修复能力,可根据态势发展和作战需要,自主调整指挥模式,远近交错统筹资源,分配对敌侦察干扰任务,形成“态势共享同步协作聚焦释能”的电子战行动链路。(3)全维作战战争不限于陆、海、空、天、电,拓展到政治、经济、认知等领域,使用网络化协同电子战2 6手段深度参与各领域作战,与其他手段融合,综合用力,全维对抗,迅速达成作战目的。4 结束语人工智能技术在军事领域的广泛应用,给电子战提出更多挑战,同时也带来更大机遇,促进电子战从自动化、认知化向全面智能化发展。人工智能技术在牵引装备作战能力提升的同时,还将促进作战方式及战斗力生成模式的转变,新技术变革催生新军事变革,军事理论、军队组织形态、作战方法都将革新,以适应未来的智能化战争。参考文献1 祝学军,赵长见,梁卓,等.OO D A智能赋能技术发展思考J.航空学报,2 0 2 1,4 2(4):1 6 2 5.2 李博骁,张峰,李奇峰,等.人工智能技术在军事领域的应用思考J.中国电子科学研究院学报,2 0 2 2,1 7(3):2 3 8 2 4 6.3 潘琦,马志强.马赛克战研究发展综述J.中国电子科学研究院学报,2 0 2 1,1 6(7):7 2 8 7 3 6.4 李磊,韩洪伟,蒋琪.美决策中心战概念研究J.战术导弹技术,2 0 2 1(1):3 4 3 7,1 2 0.5 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