空天防御OODA環(huán)的人工智能運用-軍事技術(shù)論文-軍事論文

空天防御OODA環(huán)的人工智能運用-軍事技術(shù)論文-軍事論文——文章均為WORD文檔,下載后可直接編輯使用亦可打印——

摘要：人工智能技術(shù)正蓬勃發(fā)展,并在軍事領(lǐng)域加速戰(zhàn)斗力的生成。本文針對空天防御的作戰(zhàn)需求,結(jié)合人工智能技術(shù)的現(xiàn)狀和特點,在提升信息化實戰(zhàn)能力的背景下,重點從態(tài)勢認知、方案生成、智能打擊和戰(zhàn)場反演等方面進行應(yīng)用分析,最后探討了提升人工智能空天防御應(yīng)用的幾個關(guān)鍵途徑。

關(guān)鍵詞：空天防御;人工智能;態(tài)勢認知;人機融合;

Abstract：ArtificialIntelligencetechnologyiswitnessingavigorousdevelopmentandacceleratingthegenerationofcombateffectivenessinthemilitaryfield.Inviewoftheoperationalrequirementsofairandspacedefense,combinedwiththecurrentsituationandcharacteristicsofArtificialIntelligencetechnology,thispaperfocusesontheapplicationanalysisfromtheaspectsofsituationalawareness,schemegeneration,intelligentstrikeandbattlefieldinversionunderthebackgroundofimprovingtheactualcombatcapabilityunderinformation-ageconditions,andfinallydiscussesseveralkeyapproachestoenhancingtheapplicationofArtificialIntelligenceinairandspacedefense.

Keyword：airandspacedefense;ArtificialIntelligence;situationalcognition;man-machineintegration;

引言

未來的戰(zhàn)爭是信息化的戰(zhàn)爭,空天防御作戰(zhàn)是信息化戰(zhàn)爭的高級形式。與傳統(tǒng)作戰(zhàn)相比,空天防御作戰(zhàn)具有戰(zhàn)場態(tài)勢復(fù)雜多變、對抗手段層出不窮、作戰(zhàn)時機稍縱即逝等特點,戰(zhàn)爭將進入快速、復(fù)雜和多變的秒殺時代[1],單純的人類智能已經(jīng)無法滿足空天防御的作戰(zhàn)要求。隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展,特別是AlphaGo在圍棋比賽中碾壓人類頂尖高手李世石后,面向特定領(lǐng)域的人工智能由于應(yīng)用背景需求明確、領(lǐng)域知識積累深厚、建模計算穩(wěn)定可行,在局部智能水平的單項測試中已經(jīng)開始超過人類智能[2]。在十九大報告中明確要求我軍加快軍事智能化發(fā)展,軍事智能化是以人工智能技術(shù)為代表的前沿科學(xué)技術(shù)向軍事領(lǐng)域滲透應(yīng)用的結(jié)果[3]。空天防御作戰(zhàn)時間敏感性強、技術(shù)要求高、協(xié)同難度大,急需利用一切手段壓縮指揮員在觀察-判斷-決策-行動(OODA)環(huán)中的時間,天然具備應(yīng)用人工智能技術(shù)的必要性和迫切性。我們應(yīng)當充分利用人工智能的優(yōu)勢,有效整合處理各類信息,發(fā)揮其戰(zhàn)場倍增器的作用。

一、人工智能在空天防御中的應(yīng)用優(yōu)勢

人工智能是對人的意識和思維的信息過程的模擬,通過數(shù)學(xué)語言進行描述,通過算法形成邏輯,基于大數(shù)據(jù)的反復(fù)計算形成一套針對復(fù)雜情況的應(yīng)對手段。[4]近些年來,得益于大數(shù)據(jù)和深度學(xué)習(xí)的有力支撐,人工智能的研究和應(yīng)用在棋類對抗、圖像識別、語言翻譯等多個領(lǐng)域取得了快速進展。與民商領(lǐng)域發(fā)展迅猛相對應(yīng)的是,這些技術(shù)在軍事領(lǐng)域中的冷落滯后,僅有一些有人值班,無人值守的高級自動化類型的應(yīng)用,主要用于支持人們實施簡單對抗條件下的單一、靜態(tài)、可量化或可重復(fù)的工作。其實民商領(lǐng)域的技術(shù)在軍事上有廣闊的應(yīng)用前景,特別是面對空天防御這類極度復(fù)雜、速決性高、對抗性強的作戰(zhàn),只需在應(yīng)用場景和對象上進行針對性處理就可以顯著提高軍事準備的能力。例如商城根據(jù)用戶的習(xí)慣進行建模,預(yù)測消費者的購物行為并進行針對性的商品推薦,此技術(shù)也可用于在作戰(zhàn)中對敵方建模,預(yù)判敵方的軍事行動并提前采取措施;高德地圖的導(dǎo)航在千萬條道路中為用戶選擇高效、便捷的路線,路徑變更時也能迅速切換至新的導(dǎo)航路線,這種技術(shù)也可以在空天防御中協(xié)助指揮員更加精確高效地開展任務(wù)規(guī)劃,確定武器裝備的作戰(zhàn)部署和機動;在德州撲克中,DeepStack軟件已經(jīng)掌握了如何在高籌碼撲克中虛張聲勢[5],如果該成就能復(fù)制到其他基于不完全信息、需要人來做判斷的領(lǐng)域,將極大提高軍事中的博弈對抗能力。人工智能與傳統(tǒng)技術(shù)的比較如表1所示。深度學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、智能博弈等人工智能技術(shù)的突破和發(fā)展為空天防御的智能化作戰(zhàn)開拓了新的技術(shù)途徑,基于人工智能的作戰(zhàn)輔助決策也將成為形成與對手不對稱優(yōu)勢的關(guān)鍵[6]。

表1空天防御中的人工智能與傳統(tǒng)技術(shù)比較

二、空天防御OODA環(huán)的人工智能應(yīng)用

空天防御是指防御來自空中、臨近空間和太空的威脅目標而采取的軍事行動,其典型作戰(zhàn)對象主要有空氣動力目標、彈道導(dǎo)彈目標、太空目標和臨近空間目標,作戰(zhàn)體系主要包括預(yù)警探測系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)和攔截打擊系統(tǒng)等。[7,8]飛機和巡航導(dǎo)彈雖然速度較低、射程較近,但成本低、作戰(zhàn)非常靈活,是防空作戰(zhàn)的主要目標。而隨著技術(shù)的飛速發(fā)展和大國的深度博弈,由于彈道導(dǎo)彈具備射程遠、速度快、數(shù)量多、能攜帶核彈頭等特點,不管是美、俄還是印度、等國均加大了投資研發(fā)力度,各類彈道導(dǎo)彈已經(jīng)成為空天防御作戰(zhàn)的首要威脅。作為新型作戰(zhàn)區(qū)域,各國對臨近空間和太空的研究還處于探索階段,同時避免將該領(lǐng)域軍事化,雖暫不屬于軍事的主要方向,但也需要密切關(guān)注。反導(dǎo)作戰(zhàn)脫胎于防空作戰(zhàn)并向大氣層外的空間不斷延伸,針對彈道導(dǎo)彈的防御作戰(zhàn)研究既是防空作戰(zhàn)的升華,也將成為防天作戰(zhàn)的基礎(chǔ)。

(一)空天態(tài)勢認知

彈道導(dǎo)彈的飛行過程主要包括發(fā)射段、助推段、中段和再入段,彈道的主要特性包括位置信息、點火時間、飛行速度、一級燃燒時間和二級燃燒時間等。彈道的相對穩(wěn)定性和可預(yù)測性是實施空天防御作戰(zhàn)的前提,通過積累大量關(guān)鍵彈道特性的數(shù)據(jù)可以大幅提高對彈道軌跡和落點的外推預(yù)測能力,為空天防御提供更為精準和快捷的情報支持。但在飛行過程中,彈體、彈頭、餌及伴飛物的微動、電磁散射和紅外輻射特征呈現(xiàn)連續(xù)或突變的現(xiàn)象,很難根據(jù)少量特征完成精確識別。而現(xiàn)有裝備提供的識別信息有限,干擾又使其識別性能繼續(xù)下降和不穩(wěn)定,導(dǎo)致決策級綜合識別的能力受到很大限制,嚴重影響對戰(zhàn)場的態(tài)勢認知。

在空天防御中,態(tài)勢認知一直是作戰(zhàn)的基礎(chǔ)和核心,也是后續(xù)智能決策或自主控制的重要前提,是通向真正意義上的智能化戰(zhàn)爭的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[9]。因此,首先要積極搜集敵方裝備的相關(guān)數(shù)據(jù),形成自己的彈道模板庫,目的是將攔截點向前移動,為防御作戰(zhàn)贏得更多準備時間和打擊機會;然后充分利用大數(shù)據(jù)技術(shù)挖掘目標在各階段運動特性、電磁特性、光學(xué)特性和基帶回波特性的變化規(guī)律,借助深度學(xué)習(xí)技術(shù)加強目標時空頻率和聲光電之間的關(guān)聯(lián)分析,引入傳感器置信度評價,區(qū)分目標各個階段的置信重點,合理設(shè)置容差,進而提升體系綜合識別性能。

(二)作戰(zhàn)方案自適應(yīng)生成

在對敵情和戰(zhàn)場環(huán)境具有深刻認知的條件下,依據(jù)我方情況充分調(diào)動力量實施作戰(zhàn)就成為勝利的關(guān)鍵。作戰(zhàn)與下棋有相似的博弈思想,下棋的本質(zhì)是搜索,通過交替思考自己和對方可能的走法,找到最有利于自己的落子。整個邏輯過程中需要明確價值和規(guī)則,將博弈場景形成數(shù)值邏輯。DARPA基于人工智能技術(shù)推動研發(fā)深綠智能輔助決策系統(tǒng),實現(xiàn)對不同作戰(zhàn)方案的模擬仿真,預(yù)判戰(zhàn)爭進程,進而追求作戰(zhàn)效益最大化[10,11]。空天防御作戰(zhàn)需要迅速生成作戰(zhàn)方案供指揮員決策,其生成的前提需要一個相對成熟的制勝機理模型,如像AlphaZero明確棋盤的規(guī)則一樣讓人工智能把握價值體系,包括各個要地的防護價值、火力的打擊價值和傳感器的測量價值等,將作戰(zhàn)的邏輯、時序和精度賦值;此外,還要建立地理信息數(shù)據(jù)庫、空天環(huán)境數(shù)據(jù)庫、裝備模型庫、數(shù)據(jù)庫和戰(zhàn)法數(shù)據(jù)庫等,將實時的氣象水文、測繪信息等作為基本輸入。指揮員要在此基礎(chǔ)上深刻把握敵方意圖、作戰(zhàn)節(jié)奏和我方戰(zhàn)略方針,結(jié)合一定的基本作戰(zhàn)原則和作戰(zhàn)理論進行想定,不斷訓(xùn)練該系統(tǒng),并將系統(tǒng)輸出的結(jié)果進行評估、反饋,在想定作業(yè)、流程推演和方案評價中循環(huán)推進,形成一種自學(xué)習(xí)的閉環(huán),校正價值體系和決策模型。針對瞄準高對抗、高動態(tài)的情況,還需引入自動模式和人工模式實現(xiàn)系數(shù)可調(diào),動態(tài)生成基本態(tài)勢和作戰(zhàn)方案。

(三)空天防御行動遠程自主控制和打擊

空天防御作戰(zhàn)速決性強、距離遙遠,空間資產(chǎn)的遠程控制也因軌道特性和國土面積等因素受限,要在關(guān)鍵時刻抓住戰(zhàn)機并采取行動,就需要武器裝備具備一定的智能自主打擊能力。以天基反導(dǎo)武器為例,其部署于軌道之上俯瞰地球能夠顯著增加防御的攔截弧段,是實現(xiàn)反導(dǎo)武器裝備體系前置部署的有效途徑。在彈道導(dǎo)彈來襲的過程中,與國土范圍內(nèi)部署的地基反導(dǎo)武器相比,天基反導(dǎo)武器具有更早的打擊時機、更長的打擊時段甚至更短的打擊距離,但是由于空間位置關(guān)系、通信延遲和對抗等問題,在接收到地面指令后再實施行動極易錯失戰(zhàn)機。因此,天基反導(dǎo)武器必須具備一定的智能自主控制能力,能夠在臨戰(zhàn)態(tài)勢情報的支持下自主控制調(diào)整為作戰(zhàn)狀態(tài),或與其他天基資產(chǎn)形成通信鏈接并自行組網(wǎng),形成一定的作戰(zhàn)條件。在導(dǎo)彈來襲時,由其他天基態(tài)勢感知資產(chǎn)傳出的情報觸發(fā)打擊準備,當目標進入打擊窗口內(nèi)自主實施打擊,避免由地面指揮造成的延遲。遠程自主控制和打擊是空天防御裝備體系中天基裝備的主要運用方式,只有智能化自主控制和多型武器同構(gòu)或異構(gòu)協(xié)同作戰(zhàn)才能有效執(zhí)行空天防御作戰(zhàn)場景下的作戰(zhàn)方案。

(四)戰(zhàn)場環(huán)境高效反演

盡管平時利用探空火箭或探空氣球?qū)仗飙h(huán)境的探測勘察一直沒有中斷,但戰(zhàn)時強對抗性條件下戰(zhàn)場環(huán)境產(chǎn)生的反應(yīng)尚未引起足夠重視?？仗旆烙鲬?zhàn)絕不可能是風(fēng)和日麗簡單場景下單發(fā)導(dǎo)彈的打擊,而是結(jié)合了復(fù)雜氣象、復(fù)雜電磁環(huán)境背景下多種導(dǎo)彈和多型戰(zhàn)機的聯(lián)合打擊。在此背景下,空天防御面臨的不是點防御、面防御,而是大區(qū)域防御或全域防御,其認知戰(zhàn)場環(huán)境的難度將呈幾何級數(shù)增長,只有準確高效的認知才能開展有效的應(yīng)對措施。面對氣象、電磁環(huán)境、彈頭及突防伴飛物、二級體和碎片等的彈道、姿態(tài)以及電磁散射特性等海量多源數(shù)據(jù),由于它們相互影響且耦合關(guān)系復(fù)雜,常規(guī)手段難以形成有效認知。我們必須依賴大數(shù)據(jù)技術(shù),不斷校正各個要素特征及相互間的耦合關(guān)系,實現(xiàn)戰(zhàn)場環(huán)境的高效反演。環(huán)境的觀測具有一定的連續(xù)性,并具備較多的實測數(shù)據(jù),可以作為體系的底層輸入。通過構(gòu)建多種強對抗條件下的作戰(zhàn)場景,利用人工智能的自主學(xué)習(xí)能力深度分析各種戰(zhàn)場環(huán)境對作戰(zhàn)效果的影響,加強識別對抗能力和多目標聯(lián)合跟蹤處理能力,特別是復(fù)雜電磁環(huán)境下如何準確穩(wěn)定識別目標在不同距離、姿態(tài)和背景下的特征,是實現(xiàn)攔截打擊的核心。同時,戰(zhàn)場反演可以不斷錘煉作戰(zhàn)人員面對復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境中空天密集打擊想定下的應(yīng)對能力,反哺空天防御的信息化建設(shè)和軍事準備。

三、加強人工智能應(yīng)用的主要途徑

深刻指出特別是要在制衡強敵上下功夫。就是要有遏止能力,讓他們不敢動手;制衡就是在局部戰(zhàn)爭中我也未必輸給你?？仗旆烙擒娛录夹g(shù)制高點的競爭,是戰(zhàn)略性行為,不會輕易開打,但必須形成制衡。[12]加速實現(xiàn)國家空天防御體系的式發(fā)展,就是要在空天防御的快、準、對上下功夫,在裝備建設(shè)和訓(xùn)練時注重人工智能的深度應(yīng)用。

(一)加快數(shù)據(jù)系統(tǒng)工程建設(shè)

數(shù)據(jù)是人工智能的血液,大量真實的對抗數(shù)據(jù)是人工智能不斷加深作戰(zhàn)原則、標準及制勝機理挖掘的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)的主體并非傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理的單一結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),而是來源廣泛、種類繁多的多媒體數(shù)據(jù)。要從多個方面去印證事實,數(shù)據(jù)的關(guān)鍵不僅僅要大,更在多源和多源數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。大數(shù)據(jù)的核心特點是數(shù)據(jù)的整體性[13],建設(shè)空天大數(shù)據(jù)的核心即是將作戰(zhàn)中的各種數(shù)據(jù)有機聯(lián)系起來,實現(xiàn)從量變到質(zhì)變的飛躍,借此加強對空天防御作戰(zhàn)的洞察力和預(yù)測力,有效支撐作戰(zhàn)全流程。美國在數(shù)據(jù)的追求方面一直孜孜不倦,在太空中部署多部預(yù)警衛(wèi)星,利用多源信息降低地球背景、大氣和卷云等自然干擾,不斷提升預(yù)警置信度。此外,美國執(zhí)意在韓國部署末段高空區(qū)域防御系統(tǒng)(THAAD),企圖大量搜集我國實彈發(fā)射特征,實質(zhì)就是要利用其高性能的AN-TPY2雷達監(jiān)視我國境內(nèi)的導(dǎo)彈飛行試驗,得到導(dǎo)彈各級發(fā)動機點火、關(guān)機等關(guān)鍵時序和飛行軌跡,不斷充實其數(shù)據(jù)庫,加深對我重要裝備性能的認識,試圖還原我裝備能力本質(zhì)。

在確立統(tǒng)一標準規(guī)范的數(shù)據(jù)格式時,要強化對現(xiàn)有數(shù)據(jù)的梳理細化,保證數(shù)據(jù)的真實、準確、關(guān)聯(lián)。作為人工智能的前期輸入,要把好入口關(guān),辨別真實與虛假數(shù)據(jù),分清客觀與主觀數(shù)據(jù),辨析準確與模糊數(shù)據(jù),確保數(shù)據(jù)與其處理方式高度契合[14]。因為機器中的數(shù)據(jù)常常是結(jié)構(gòu)化歸一量化后的標準數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)表征的符號就是0、1或其他進制的數(shù)字,若是臨界性數(shù)據(jù),就可能會差之毫厘謬以千里,嚴重影響人工智能的學(xué)習(xí)精確程度[15]。

(二)深化空天情報理解能力

對于空天態(tài)勢的精準快速認知是空天防御作戰(zhàn)的重中之重。但由于實訓(xùn)成本高、敏感性強,試驗及演習(xí)場次極其有限,使得此類學(xué)習(xí)樣本稀缺,其未知的作戰(zhàn)情況難以準確描述推測。因此,必須更加充分地利用實戰(zhàn)化訓(xùn)練產(chǎn)生的對抗數(shù)據(jù)和驗證效果,利用小樣本學(xué)習(xí)技術(shù)、面向樣本生成的學(xué)習(xí)技術(shù)和多種技術(shù)綜合運用等途徑[16],通過與模擬進攻系統(tǒng)對抗反復(fù)進行調(diào)整,不斷改進現(xiàn)有策略網(wǎng)絡(luò),深化對空天情報的理解能力。如果對抗時間足夠長,并且具備足夠的計算能力,就可以逐步獲得經(jīng)驗,進而辨識戰(zhàn)場態(tài)勢發(fā)展的關(guān)鍵臨界點。以反導(dǎo)飛行試驗為例,通過目標飛行時序反演、目標動態(tài)雷達散射截面反演、復(fù)雜助推分離場景觀測與仿真再現(xiàn),重現(xiàn)整個攔截過程,不斷強化學(xué)習(xí)能力。在相應(yīng)指標合理的范圍內(nèi)對作戰(zhàn)場景進行分解,重新分配戰(zhàn)技指標體系,摸清作戰(zhàn)能力的界限,不斷優(yōu)化體系能力。

空天防御中,指揮員應(yīng)該將工作重心前移,平時通過不同的想定輸入,訓(xùn)練作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)的快速任務(wù)規(guī)劃能力,使其面對戰(zhàn)情形成潛意識。同時建立并完善彈道導(dǎo)彈防御作戰(zhàn)預(yù)案庫,探索應(yīng)對在多目標來襲、防御資源有限的情況下,通過在不同目標之間或多個任務(wù)之間對資源進行能量和時間上的分配,統(tǒng)一控制傳感器和武器實施作戰(zhàn),最大限度地成功攔截目標,以形成最佳作戰(zhàn)方案。

(三)探索人機融合應(yīng)用模式

人工智能可有效突破人腦生理極限,在處理海量情報信息和全時戰(zhàn)備值班時給指揮員和各級參謀起到減負的作用,在空天防御作戰(zhàn)時又可以在短時間內(nèi)和高度復(fù)雜條件下提升應(yīng)急響應(yīng)及科學(xué)決策的能力。空天防御作戰(zhàn)在作戰(zhàn)時機上必須迅速決策,這就涉及到人工智能的作戰(zhàn)應(yīng)用到底能有多自由或多自主,尤其是自主武器和致命性武器的應(yīng)用目前仍有爭議。全世界至少已有30個國家擁有可擊落入侵火箭和導(dǎo)彈的自動防御系統(tǒng),但是這種武器的自主性達到什么程度才算適當,仍舊存疑。戰(zhàn)爭的決策者必須是人,人工智能只能從信息處理和輔助決策上給指揮官提供支持,是否實施打擊的決策必須由指揮官結(jié)合各種因素最終確定。人工智能和人類智能必須有機結(jié)合,將人工智能的精確計算同指揮官的作戰(zhàn)藝術(shù)有機融合[17],在平時的訓(xùn)練中形成閉環(huán),如圖1所示。螺旋發(fā)展,迭代升級,促進新質(zhì)戰(zhàn)斗力的增長。

圖1人工智能在空天防御作戰(zhàn)訓(xùn)練中的定位

人工智能和人類智能之間存在一個微妙的臨界,這個臨界,是一種介于有序和無序之間的混沌狀態(tài),是一種結(jié)合定量與定性的最佳統(tǒng)一[18],是作戰(zhàn)效率最大化的一種表現(xiàn)形式。人機融合智能就是要尋找到這種平衡狀態(tài),讓它的速度支撐人類的快速決策,人類的經(jīng)驗與人工智能的精準相得益彰,達到安全、高效、敏捷的作戰(zhàn)效果。

四、結(jié)語

新時代空天防御面臨多維高強度體系打擊,來襲目標空前多樣,戰(zhàn)場環(huán)境空前復(fù)雜,指控優(yōu)化空前迫切。在此實戰(zhàn)化要求下,必須充分消化吸收已有的人工智能成熟技術(shù),加快與空天防御作戰(zhàn)軍事準備的深度融合,全面提升作戰(zhàn)效能。

參考文獻

[1]金欣.指揮控制智能化現(xiàn)狀與發(fā)展[J].指揮信息系統(tǒng)與技術(shù),2017,8(4):11.

[2]譚鐵牛.人工智能:天使還是魔鬼?[J].中國科學(xué):信息科學(xué),2018,48(9):1257-1263.

[3]吳集,劉書雷.探索智能化時代顛覆性技術(shù)與新軍事變革發(fā)展[J].國防科技,2019,40(6):7-11.

[4]劉偉,王目宣.淺談人工智能與游戲思維[J].科學(xué)與社會,2016,6(3):86-103.

[5]特倫斯謝諾夫斯基.深度學(xué)習(xí)[M].:中信出版社,2019:20-25.

[6]周來,靳曉偉,鄭益凱.基于深度強化學(xué)習(xí)的作戰(zhàn)輔助決策研究[J].空天防御