智能化作戰(zhàn)條件下的無人機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用及其關(guān)鍵技術(shù)

張明杰，盛耀威

（1.解放軍69250 部隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830000；2.鄭州日產(chǎn)汽車有限公司，河南 鄭州 451191）

近年來，以移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、仿生技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)等新興技術(shù)，正加速推進(jìn)戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)由機(jī)械化、信息化向智能化方向演進(jìn)，傳統(tǒng)以人為主的戰(zhàn)法逐步被AI 的模型和算法所替代，戰(zhàn)爭(zhēng)即將進(jìn)入無人系統(tǒng)自主對(duì)抗的智能作戰(zhàn)階段。無人機(jī)系統(tǒng)的智能化發(fā)展，使無人機(jī)系統(tǒng)作戰(zhàn)的實(shí)戰(zhàn)化程度不斷提高，并逐步走上戰(zhàn)場(chǎng)，拉開智能化作戰(zhàn)的序幕。

1 智能化作戰(zhàn)的主要特征

智能化作戰(zhàn)運(yùn)用智能化的武器裝備平臺(tái)，利用智能化的網(wǎng)絡(luò)支撐，進(jìn)行智能化的分析決策，在作戰(zhàn)指揮、戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用等領(lǐng)域呈現(xiàn)出與機(jī)械化、信息化戰(zhàn)爭(zhēng)不同的鮮明特征。吳明曦認(rèn)為智能化戰(zhàn)爭(zhēng)呈現(xiàn)出分布式部署、網(wǎng)絡(luò)化鏈接、扁平化結(jié)構(gòu)、模塊化結(jié)合、自適應(yīng)重構(gòu)、平行化交互、聚焦式釋能、非線性效應(yīng)等特征，制勝機(jī)理顛覆傳統(tǒng)。王鵬認(rèn)為智能化戰(zhàn)爭(zhēng)有以下特征：目標(biāo)重心是“制智權(quán)”、武器裝備“自主化”、作戰(zhàn)空間“全維化”、交互方式“無人化”、指揮決策“超腦化”、戰(zhàn)場(chǎng)支撐“云計(jì)算”。趙榮春等認(rèn)為智能化作戰(zhàn)主要有四個(gè)顯著特征：指揮高效化、操作自動(dòng)化、打擊精確化、操作自動(dòng)化。智能化作戰(zhàn)與信息化作戰(zhàn)相比，制勝機(jī)理已經(jīng)發(fā)生了顯著變化，主要表現(xiàn)為智能自主。

1）智能感知戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)。隨著物聯(lián)網(wǎng)、遙感與地理信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)、衛(wèi)星實(shí)時(shí)通信、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的應(yīng)用，偵察裝備發(fā)生質(zhì)的變化，基于人工智能技術(shù)的偵察裝備能夠處理智能分析判斷戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，通過智能化情報(bào)處理平臺(tái)，自主獲取敵、我、友兵力兵器部署和戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境等情報(bào)信息，實(shí)時(shí)生成融合態(tài)勢(shì)，并能預(yù)測(cè)下一步態(tài)勢(shì)。

2）智能任務(wù)規(guī)劃決策。根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)融合態(tài)勢(shì)，利用基于人工智能的作戰(zhàn)系統(tǒng)，根據(jù)上級(jí)作戰(zhàn)意圖，依托作戰(zhàn)數(shù)據(jù)庫、大數(shù)據(jù)分析、云計(jì)算、深度學(xué)習(xí)算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、決策樹技術(shù)等技術(shù)，設(shè)計(jì)可靠的作戰(zhàn)模型，生成多種作戰(zhàn)方案，綜合運(yùn)用智能博弈工具進(jìn)行模擬推演，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估優(yōu)選，確定最佳作戰(zhàn)方案，并進(jìn)行規(guī)劃決策。

3）智能實(shí)施作戰(zhàn)行動(dòng)。智能化的武器裝備在智能化作戰(zhàn)體系的支撐下，根據(jù)作戰(zhàn)方案及計(jì)劃，借助強(qiáng)大的算法能力和算法模型，自動(dòng)實(shí)時(shí)偵測(cè)、識(shí)別實(shí)際目標(biāo)信息，并對(duì)目標(biāo)實(shí)際情況進(jìn)行進(jìn)一步的認(rèn)知。根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的變化，能夠自動(dòng)推理修正，自主判斷情況，模仿人的行為進(jìn)行決策并完成任務(wù)。

4）智能協(xié)同作戰(zhàn)聯(lián)動(dòng)。智能化武器裝備依托智能化作戰(zhàn)體系，組建分布式通訊網(wǎng)絡(luò)，通過共享情報(bào)信息，快速準(zhǔn)確地進(jìn)行戰(zhàn)場(chǎng)信息處理，圍繞統(tǒng)一的作戰(zhàn)目標(biāo)，以網(wǎng)絡(luò)化、體系化的形式，自主協(xié)同任務(wù)規(guī)劃，自主同步地調(diào)整各武器裝備的作戰(zhàn)行動(dòng)，共同完成作戰(zhàn)任務(wù)。

5）智能評(píng)估作戰(zhàn)效果。智能化作戰(zhàn)體系能夠依托基于高效的傳感器設(shè)備、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、深度學(xué)習(xí)、人工智能等技術(shù)對(duì)目標(biāo)區(qū)域的多源海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比對(duì)，精準(zhǔn)獲取目標(biāo)毀傷效果，自主快速完成多手段打擊效果的評(píng)估、反饋，并依據(jù)效果對(duì)評(píng)估模型進(jìn)行迭代，并做出下一輪打擊決策。

2 無人機(jī)系統(tǒng)在智能化作戰(zhàn)中的應(yīng)用淺析

作為智能化作戰(zhàn)體系中的一部分，未來適應(yīng)智能化作戰(zhàn)的無人機(jī)系統(tǒng)也必須智能化的，不是僅僅依靠操作人員的指令而被動(dòng)行動(dòng)并執(zhí)行任務(wù)。在智能化作戰(zhàn)條件下，無人機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用主要體現(xiàn)在單機(jī)飛行智能化、協(xié)同作戰(zhàn)智能化和運(yùn)籌決策智能化。

2.1 飛行控制智能化

目前主流的無人機(jī)系統(tǒng)主要基于地面控制站進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控或者程序化的自動(dòng)控制來完成飛行控制，離不開操作人員的干預(yù)，談不上獨(dú)立自主，更談不上智能化。飛行控制系統(tǒng)是無人機(jī)系統(tǒng)的核心組成部分，飛行控制系統(tǒng)的性能好壞直接影響到無人機(jī)系統(tǒng)的性能和完成任務(wù)的能力。智能化作戰(zhàn)條件下，無人機(jī)在面向高動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)、不透明的任務(wù)環(huán)境時(shí)，要利用智能探測(cè)遙感技術(shù)，實(shí)時(shí)智能感知外部環(huán)境和戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，結(jié)合無人機(jī)自身狀態(tài)信息，采用憑借計(jì)算能力和算法模型自主做出判斷決策，實(shí)現(xiàn)如環(huán)境感知、規(guī)避障礙物、智能空域整合、智能容錯(cuò)飛行、自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)屬性、實(shí)時(shí)路徑規(guī)劃、目標(biāo)實(shí)時(shí)跟蹤、自主判斷并選擇正確應(yīng)對(duì)措施等具體功能，從而實(shí)現(xiàn)無人機(jī)系統(tǒng)自主飛行并智能完成偵察、機(jī)動(dòng)、防護(hù)等任務(wù)。

2.2 協(xié)同作戰(zhàn)智能化

針對(duì)不同的作戰(zhàn)場(chǎng)景，智能化作戰(zhàn)體系集成了不同的智能化武器裝備，共同完成作戰(zhàn)任務(wù)。在智能化作戰(zhàn)體系中，主要包括無人機(jī)和有人機(jī)的協(xié)同作戰(zhàn)、無人機(jī)和其他武器裝備的協(xié)同作戰(zhàn)、無人機(jī)和無人機(jī)的協(xié)同作戰(zhàn)等等。無人機(jī)和有人機(jī)的協(xié)同作戰(zhàn)一方面可以使作戰(zhàn)能力倍增，另一方面利用無人機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)有人機(jī)的保護(hù)，具備智能化回避風(fēng)險(xiǎn)和聯(lián)合攻擊目標(biāo)的能力，從而提高體系作戰(zhàn)能力。無人機(jī)與其他作戰(zhàn)無人裝備協(xié)同作戰(zhàn)是智能化作戰(zhàn)體系的重要作戰(zhàn)模式。比如，無人機(jī)與巡航導(dǎo)彈協(xié)同作戰(zhàn)時(shí)，能根據(jù)預(yù)設(shè)的作戰(zhàn)任務(wù)，基于戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的變化，依靠大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、基于人工智能的作戰(zhàn)模型能夠自主判斷并完成作戰(zhàn)協(xié)同。無人機(jī)與無人機(jī)協(xié)同作同主要體現(xiàn)為多機(jī)協(xié)同智能作戰(zhàn)，特別是無人機(jī)集群作戰(zhàn)?；跀?shù)據(jù)整合、人工智能、協(xié)同交互、集群控制等技術(shù)的發(fā)展，使得數(shù)十乃至成百上千架規(guī)模的無人機(jī)通過智能化協(xié)同、自主化動(dòng)作，完成單個(gè)平臺(tái)難以完成的作戰(zhàn)任務(wù)。類似“蜂群”的無人機(jī)集群作戰(zhàn)給傳統(tǒng)進(jìn)攻和作戰(zhàn)樣式帶來極大的挑戰(zhàn)和顛覆，將成為未來智能化作戰(zhàn)體系的重要作戰(zhàn)手段。

2.3 任務(wù)決策智能化

目前的無人機(jī)系統(tǒng)在執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)的時(shí)候，需要預(yù)先設(shè)置好任務(wù)規(guī)劃，操作人員在地面控制站通過屏幕遠(yuǎn)程操作，依靠設(shè)備回傳的圖像和數(shù)據(jù)判斷戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)與目標(biāo)狀況，作出人工決策，通過操縱臺(tái)完成好各項(xiàng)任務(wù)。這種無人機(jī)系統(tǒng)難以完成復(fù)雜的作戰(zhàn)任務(wù)，如果誤判形勢(shì)做出錯(cuò)誤決策，還會(huì)造成重大損失和平民傷亡。為適應(yīng)未來智能化作戰(zhàn)的需要，需要實(shí)現(xiàn)無人機(jī)任務(wù)規(guī)劃決策系統(tǒng)的智能化，從而提高智能戰(zhàn)場(chǎng)條件下作戰(zhàn)能力。智能化作戰(zhàn)條件下的無人機(jī)系統(tǒng)在分布式智能化情報(bào)信息網(wǎng)絡(luò)支持下，借助超強(qiáng)的計(jì)算能力和大數(shù)據(jù)支撐，利用基于人工智能的算法模型，進(jìn)行多元情報(bào)智能判讀和信息融合，通過機(jī)器學(xué)習(xí)、知識(shí)挖掘、智能發(fā)育等能力，評(píng)估戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)、自動(dòng)生成任務(wù)規(guī)劃，優(yōu)化作戰(zhàn)方案、智能自主決策。

3 智能化作戰(zhàn)條件下的無人機(jī)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，智能化無人機(jī)系統(tǒng)將成為智能化作戰(zhàn)體系中的重要組成部分，加強(qiáng)對(duì)智能化無人機(jī)系統(tǒng)技術(shù)研究的研究是當(dāng)前各軍事強(qiáng)國研究的關(guān)鍵方向。智能化作戰(zhàn)條件下的無人機(jī)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)主要包括：智能態(tài)勢(shì)感知技術(shù)、智能自主控制技術(shù)和智能協(xié)同交互技術(shù)。

3.1 智能態(tài)勢(shì)感知技術(shù)

智能化作戰(zhàn)，戰(zhàn)場(chǎng)中充滿各種各樣的武器裝備通過混合編隊(duì)、集群作戰(zhàn)等，加大了戰(zhàn)場(chǎng)的復(fù)雜性、不確定性。智能態(tài)勢(shì)感知技術(shù)著眼于未來復(fù)雜、高度動(dòng)態(tài)變化的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，建立以大量終端上的各類傳感器為核心的偵察監(jiān)視系統(tǒng)，通過高速戰(zhàn)場(chǎng)信息通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的情報(bào)傳輸系統(tǒng)，利用戰(zhàn)場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、信息融合與共享、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)學(xué)建模等人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)系統(tǒng)感知戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的瞬息變化，并進(jìn)行分析和判斷。知彼知己，百戰(zhàn)不殆，智能態(tài)勢(shì)感知是智能化作戰(zhàn)體系中的“千里眼”和“順風(fēng)耳”，讓我們及時(shí)準(zhǔn)備地掌握瞬息萬變戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)。在“暴露就可能意味著毀滅”“感知即摧毀”時(shí)代，智能態(tài)勢(shì)感知技術(shù)讓無人機(jī)系統(tǒng)在戰(zhàn)場(chǎng)上搶占先機(jī)，提高生存能力和作戰(zhàn)能力，從而完成作戰(zhàn)任務(wù)有重要意義。智能態(tài)勢(shì)感知技術(shù)是智能化作戰(zhàn)中無人機(jī)系統(tǒng)智能自主控制和智能協(xié)同交互的前提，如果沒有可靠的態(tài)勢(shì)感知，無人機(jī)系統(tǒng)就難以做到復(fù)雜環(huán)境中的自主控制和協(xié)同交互。目前國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜彝ㄟ^戰(zhàn)場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)挖掘、信息融合與共享、知識(shí)庫與專家決策系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)樹結(jié)構(gòu)、復(fù)雜環(huán)境認(rèn)知與推理技術(shù)、非結(jié)構(gòu)化環(huán)境感知技術(shù)等手段實(shí)現(xiàn)能夠適應(yīng)智能無人機(jī)系統(tǒng)的戰(zhàn)場(chǎng)感知能力。

3.2 智能自主控制技術(shù)

未來智能化作戰(zhàn)，戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，威脅目標(biāo)多樣，戰(zhàn)斗場(chǎng)面激烈，作戰(zhàn)任務(wù)繁復(fù)。無人機(jī)系統(tǒng)在不可預(yù)見的危險(xiǎn)環(huán)境中工作，極易出現(xiàn)無人機(jī)失聯(lián)失控的緊急情況，這需要無人機(jī)系統(tǒng)能夠智能根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，智能自主控制無人機(jī)完成作戰(zhàn)任務(wù)。無人機(jī)智能自主控制系統(tǒng)能模仿人類智能感覺、思維和行動(dòng)的規(guī)律，主動(dòng)處理無人機(jī)對(duì)象所面臨的高度復(fù)雜的狀況。智能自主控制技術(shù)主要包括智能化飛行控制技術(shù)、智能化火力控制技術(shù)和智能化任務(wù)規(guī)劃技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)未來無人機(jī)系統(tǒng)發(fā)展核心領(lǐng)域，是實(shí)現(xiàn)多機(jī)編隊(duì)、協(xié)同作戰(zhàn)的基礎(chǔ)。同時(shí)為了提高無人機(jī)智能自主控制的能力，提高對(duì)意外事件處理的應(yīng)對(duì)能力，還要開展集成自主系統(tǒng)的智能計(jì)算、智能目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤、單無人機(jī)智能自主控制、多無人機(jī)系統(tǒng)智能協(xié)同自主控制、自主故障診斷和自主控制重構(gòu)等方面的研究。

3.3 智能協(xié)同交互技術(shù)

隨著人工智能等科技的發(fā)展，越來越多的無人作戰(zhàn)系統(tǒng)投入實(shí)戰(zhàn)，運(yùn)用無人機(jī)與有人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)、無人機(jī)與巡航導(dǎo)彈等武器協(xié)同作戰(zhàn)、多架無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)特別是無人機(jī)集群作戰(zhàn)構(gòu)成相互協(xié)作、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、效能倍增的協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)，將是未來智能化作戰(zhàn)的主要模式，已成為世界軍事強(qiáng)國關(guān)注的熱點(diǎn)和研究應(yīng)用的方向。執(zhí)行協(xié)同作戰(zhàn)任務(wù)的無人機(jī)、有人機(jī)及其他武器裝備相互分享、分配、分組作戰(zhàn)信息資源，并迅速、準(zhǔn)確地做出協(xié)同偵察、協(xié)同預(yù)警、協(xié)同探測(cè)、協(xié)同攻擊、協(xié)同攔截、毀傷評(píng)估或者退出攻擊等決策戰(zhàn)術(shù)任務(wù)，通過協(xié)調(diào)一致的配合，共同完成較復(fù)雜的任務(wù)。智能協(xié)同交互技術(shù)的主要包括：協(xié)同態(tài)勢(shì)感知技術(shù)、信息交互與通信技術(shù)、作戰(zhàn)云技術(shù)、智能決策與智能攻擊技術(shù)、集群協(xié)同作戰(zhàn)技術(shù)、學(xué)習(xí)與進(jìn)化智能技術(shù)等。

4 結(jié)束語

隨著人工智能等技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，智能化作戰(zhàn)將成為主要的作戰(zhàn)形式，智能化時(shí)代戰(zhàn)場(chǎng)將充滿各種各樣的無人作戰(zhàn)裝備。智能無人機(jī)系統(tǒng)作為重要的無人作戰(zhàn)平臺(tái)將會(huì)在智能化作戰(zhàn)中發(fā)揮重要的作用，研究適應(yīng)智能化作戰(zhàn)條件下無人機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用分析及其關(guān)鍵技術(shù)，是時(shí)代的要求，更是當(dāng)前無人機(jī)系統(tǒng)發(fā)展的方向。