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自主化

2019-03-25樊会涛闫俊

航空兵器 2019年1期
关键词:空空导弹自主化发展方向

樊会涛 闫俊

摘要:围绕不断提高自主能力的发展需求,回顾了机载导弹70年来始终以满足空中优势作战为目标,从尾后攻击到全向攻击、从近距格斗到中远距拦射、从定轴发射到离轴发射、从适应简单环境到复杂环境的发展主线,提出了机载导弹由精确制导技术、信息技术应用引发的两次技术革命的观点,展望了人工智能技术是引发机载导弹第三次技术革命的可能方向,系统论证了自主化和智能化的关系,论述了智能化的本质是为了实现自主化,详细分析了人工智能在机载武器领域的发展应用前景以及可能面临的“终结者难题”困境,最后提出了机载导弹自主化层级的定义,并对提高机载导弹自主能力的关键技术进行了展望。

关键词:机载武器;空空导弹;自主化;智能化;发展方向

中图分类号:TJ760;E927文献标识码:A文章编号:1673-5048(2019)01-0001-10[SQ0]

0引言

现代战争很大程度上是空中实力的较量,空中优势是所有常规军事行动的基础和前提,制空权是决定战争胜负的重要因素,精确打击是主要的作战样式,机载导弹是夺取制空权和实施精确打击的关键武器装备[1]。随着机械化战争向信息化战争、智能化战争的转变,战争形态和作战方式发生着重大变化,机载导弹未来如何发展是一个值得深入思考的问题。本文回顾了机载导弹70年来自主化的发展主线,总结了机载导弹发展经历过的两次技术革命,分析了包括智能化在内的第三次技术革命的可能方向,探讨了自主化和智能化的关系,给出了机载导弹自主化三个层级的定义,展望了机载导弹自主化第二个层级的关键技术方向。

1机载导弹的发展主线

回顾机载导弹70年四代发展历程,可以看出其发展始终遵循一条主线:以满足空中优势作战为目标,以提高作战使用自主性、灵活性和易用性为方向,以适应性能不断提高的目标、日益复杂的作战环境和不断改变的作战模式为需求,拓展相应的新质能力,发展相应的关键技术,形成相应的高精装备[2]。

飞行员总是需要一种比对手攻击距离更远、攻击占位更宽松、攻击范围更广,具有一定自主攻击能力的机载导弹。

机载导弹的自主化能力不断提高,导弹能够支持并执行飞行员作战意图的能力不断增强,人机之间的关系变得更为紧密和融洽,从人主机辅向人辅机主乃至人机智能融合方向发展。自主化的发展主要表现在以下四个方面。

1.1从尾后攻击到全向攻击

大多数时候,获得有利的占位是空战胜利的基础和关键,这在近距格斗空战时显得尤为重要。从机炮时代开始,飞行员总是想方设法使己方构成尾后攻击态势,同时千方百计避免被对手咬尾。“咬尾攻击”从空战态势和作战心理上都是一种压倒性的优势,能够在确保己方获取攻击机会的同时,使得对手难以有效反击。然而占位攻击对飞行员格斗技巧要求高,由于空战对抗双方均处于高速飞行与快速机动中,实战中形成并长期保持有利占位是十分困难的。

因此,不断降低空战的占位要求是对机载导弹的一项重要能力需求,重点是实现以目标为中心的全向攻击,也就是要求机载导弹能够从目标的各个方向实施攻击,即从尾后攻击发展到全向攻击。

AIM-9“响尾蛇”空空导弹系列是美国空空导弹家族中历史最悠久、最重要的系列产品之一,从1953年至今发展出了四代产品近二十型武器装备,其发展历程充分体现了从尾后攻击到全向攻击的历史发展主线。图1展示了“响尾蛇”空空导弹系列攻击包线的演进过程。精确制导技术和红外探测器的发展进步起到了强烈的支撑作用,因此有“一代头、一代弹”的形象说法。

第一代、第二代“响尾蛇”空空导弹的红外导引头只能探测到飞机发动机尾喷口和尾焰等强辐射源,不具备对目标的迎头探测能力,因此只能从目标的尾后进行攻击,可攻击的角度范围从早期的±15°狭小锥角范围逐渐提高到第二代的±50°。第三代“响尾蛇”空空导弹开始能够探测到飞机蒙皮的气动加热,近乎实现了对目标的全向探测和全向攻击,但在目标的正迎头和正侧向依然存在能力不足。2002年完成研制的第四代“响尾蛇”AIM-9X首次真正意义上实现了对目标的全向攻击,大大降低了对飞行员占位发射的要求,基本可做到“看见即发射”。

实现近距格斗的不占位攻击能够使飞行员更早、更多地获取攻击机会,在异常残酷的空战对抗中赢取最终胜利。

1.2从近距格斗到中远距拦射

空战是一项高危险、强对抗的活动,对每个飞行员而言都是“生死关键20秒”。在这电光火石的几十秒,飞行员渴望的是在确保己方导弹可靠命中敌机的前提下能尽早脱离高危险的战斗。“先敌发现、先敌发射、先敌命中、先敌脫离”是空战制胜的“四先”准则,指导着机载导弹的发展和作战使用。

为实现空战“四先”,增程一直是机载导弹的重要发展方向。1965年以来的空战数据统计表明机载导弹的常用交战距离在不断增加。实战中,机载导弹的攻击距离与载机态势感知能力、敌我识别能力等紧密相关。

早期,载机态势感知能力弱,空战主要依靠目视攻击。第一代机载导弹射程较近,一般不超过10km;第二代机载导弹射程有所增加,但仍不超过20km。这一时期的空战主要是飞行员视距内格斗,被形象地称为“空中拼刺刀”,飞行员的战术素养很大程度上决定着空战对决的胜负,飞行员渴望能从更远的距离上攻击敌机。

随着技术的进步,第三代战斗机的态势感知能力、敌我识别能力等得到大幅提高,为视距外空战提供了可能,同时机载导弹的低阻气动外形设计、复合制导控制、高性能推进技术等快速发展,机载导弹发射距离不断增大。图2给出了四代空空导弹攻击距离的提高情况,第三代中距空空导弹的典型最大迎头发射距离为30~50km,第四代中距空空导弹进一步达到了60~80km,最新改进型甚至提高到了120km以上。

現代空战中态势感知成为决定空战胜负的关键,信息技术成为支撑超视距空战的基础。在实现以目标为中心的全向攻击后,第四代近距格斗导弹最新型重点扩展了中近距攻击能力,如AIM-9XblockⅡ主要通过采用复合制导技术大幅提高了迎头攻击距离,使用模式也从传统的发射前截获向发射后截获扩展。

1.3从定轴发射到离轴发射

空战自由是空战追求的重要目标。在瞬息万变的战场环境中,飞行员不仅要驾驶战斗机抢占有利的攻击位置,而且要随时监控战场形势,通过各种机载设备发现、识别目标并把握攻击时机。

定轴发射是机载导弹最初的截获和发射方式,源于机炮空战时代的旧思维和落后的使用模式。定轴发射要求发射导弹前需要长时间将飞机机头稳定指向目标,因此攻击时间窗口小、攻击时机不易把握。定轴发射从实战意义上讲距“易用”要求差距很大。

飞行员更希望不需要频繁调整机头指向就能对目标发起攻击,而且机载导弹在发射前稳定截获目标后,能够在较大角度范围内实现自动跟踪机动目标,这一实战需求促使离轴发射技术逐渐发展和成熟。

离轴发射是以载机为中心来描述对目标的空间角度攻击能力。图3是典型1对1近距空战场景,飞行员通过垂直机动在获取有利占位过程中,由于四代空空导弹离轴发射能力和全向攻击能力共同提升,可更早地获得攻击机会。站在飞行员的视角,早期空空导弹只能攻击机头正前方±10°~±20°内的目标,发展到第三代空空导弹可以攻击机头正前方±30°~±40°内的目标,到第四代空空导弹基本可以攻击机头正前方±80°~±90°内的目标,实现了前半球自主攻击并开始具备越肩发射能力。未来的第五代空空导弹预计能够实现以载机为中心的全向攻击。

1.4从简单环境到复杂环境

战场环境适应性贯穿机载导弹发展过程。这是一个不断适应目标性能提高和作战环境变化的过程。机载导弹需要解决抗自然环境干扰和人工干扰问题。

自然环境对机载导弹影响较大,主要体现在太阳、云背景、地海背景和复杂气候等方面。“飞向太阳”是摆脱早期红外制导导弹的有效战术,由于红外体制自身的缺陷,红外制导导弹目前仍不能做到全天候使用。早期雷达制导导弹不具有下视下射能力,从第三代开始才具有“全高度”作战能力,地海杂波仍较大程度制约和影响着第四代雷达制导导弹攻击低空/超低空目标性能的发挥。

机载雷达和机载导弹的发展催生了机载干扰技术的改进、升级、换代,机载干扰装备发展的速度远超过导弹发展的速度,使得空战环境更加复杂恶劣。第一、二代机载导弹面临的人工干扰环境相对简单,从第三代机载导弹开始,抗干扰问题一跃成为机载导弹的主要挑战。

为了解决红外点源诱饵干扰问题,第四代近距格斗空空导弹采用了红外成像体制,但随之针对性地出现了面源红外诱饵;为了对抗欺骗式自卫干扰,第四代中距空空导弹采用单脉冲雷达测角体制,但随之出现了具备角度欺骗能力的拖曳式诱饵干扰,并继续发展着伴飞诱饵、投掷式诱饵等。目前,角度欺骗仍是单脉冲雷达测角体制的梦魇。

美国几十年的电子战实战经验表明,没有干扰不了的导弹,也没有抗不了的干扰,没有哪种对抗措施永远有效!干扰和抗干扰作为“矛盾”的双方会持续发展下去。

70年来,机载导弹的自主能力不断提高。武器越来越好用易用,不断地降低着人的负担;导弹能力越来越强,能够更好地适应多样化作战任务、复杂战场环境和种类繁多的战场威胁目标[3]。未来战场,随着人工智能、分布式传感器、微系统等为代表的新技术快速发展,机载导弹会继续向自主化水平不断提高的方向发展。

2机载导弹的三次技术革命

战争领域的革命总是需要技术革命来牵引[4]。

机载导弹的四代发展历史,实际上就是应用科学技术从人工向自动、从自动向智能、从智能向自主的发展过程。整体来看,机载武器的发展大致经历了精确化、信息化两次技术革命,正处于第三次技术革命的关键关口。

2.1第一次技术革命

第一次技术革命是精确制导技术在机载武器上的应用,解决了机载武器的精准攻击问题。

精确制导技术开启了机载武器自主化的序幕,催生着机载导弹的出现,为机载导弹自主化的发展插上了腾飞的翅膀。“要导弹不要机炮”,从此彻底改变了空战的面貌[5]。

70年来,根据实战需求空空导弹发展了红外制导和雷达制导两种精确制导体制。其中,红外制导导弹走过了从单元到多元再到红外成像的导引体制发展历程,正在向多波段红外成像发展;雷达制导导弹走过了从波束制导到半主动雷达再到主动雷达的导引体制发展历程,正在应用相控阵雷达制导技术,将向多频段主动雷达、共口径雷达/红外多模等技术方向发展。

图4展示了从1960年以来典型作战飞机的雷达散射面积(RCS)变化情况,从F-14战斗机的10m2量级逐渐下降到F-22战斗机的0.01m2,未来的隐身轰炸机B-21可能会更小。精确制导技术的不断突破推动着机载导弹的更新换代,但依然面临着目标隐身、目标自动识别与干扰对抗等长期难题。

2.2第二次技术革命

第二次技术革命是信息技术在机载武器上的应用,把机载导弹融入到了空战体系中,解决了机载导弹“打远”的关键问题。

机载导弹战术数据链等信息技术的发展,系统解决了机载导弹远距攻击的制导信息来源问题。远距攻击敌机时,载机在导弹中制导过程中为其提供了实时更新的目标指示信息,化解了导弹动力射程远和导弹末制导距离近之间的内在矛盾,促使第四代空空导弹武器系统发展出“惯导/数据链指令修正+精确末制导”的复合制导体制,为实现空战“四先”提供了基础和前提。

信息技术在机载武器上的应用,实现了导弹与载机的信息交互,从此导弹告别了“单打独斗”的时代,成为空战体系中的一个关键节点。信息优势和火力优势成为机载武器系统对抗能力中既相互促进、又相互制约的两个关键要素,“信息+火力”的倍增效应日益凸显[6]。

机弹战术数据链走过了从单向数据链到双向数据链的发展历程。随着武协链、机间链等新的通讯链路的发展和应用,正在从后向通讯到全向通讯、从本机制导到他机制导、从单机制导到多机协同制导乃至网络化制导方向发展,信息获取更加便捷高效,成为实现协同作战、网络化、分布式等的基础和前提。

只有建立了战场信息的实时快速交互,实现了武器到射手的无缝连接,才能不但“尽知用兵之利”还能“尽知用兵之害”。

2.3第三次技术革命

第三次技术革命目前有两个可能的方向。

一个可能方向是人工智能技术在机载武器上的应用。该技术的应用将极大增强机载导弹的自主化能力。很多军事专家认为,人工智能将是继火药和核武器后战争领域的第三次革命,必将深刻改变战争的面貌。美俄等国都把军用人工智能视为“改变游戏规则”的颠覆性技术。近年来,以深度学习为代表的人工智能技术在图像识别、语音处理、围棋等领域取得了突破性进展。导弹智能化能够为导弹自主决策、智能协同等提供有效解决方案,提高复杂战场环境下的目标自动识别与干扰对抗能力。由于空战高对抗、强博弈、高致命等特点,使得人工智能可能首先应用在空战辅助训练和辅助决策方面,而较晚应用在武器领域。需要研究如何利用人工智能优势的同时,减轻人工智能可能带来的不利影响。

另一个可能方向是以高超为代表的新型弹载动力方式的突破,也可能引发机载导弹的新一轮技术革命,将改变现有空战攻防体系的游戏规则。

2.4三次技术革命的关系

尽管引发机载导弹第一次技术革命的精确制导技术和引发第二次技术革命的信息技术,在“准”和“远”两个方面已经取得了很多成效,促进了机载导弹自主化能力的大幅提高,但这两次技术革命都还远未完全完成,在各自的领域还有大量的、新的现实问题亟需解决。

机载武器的三次技术革命之间绝不是简单的替代关系,是分别在三个不同的能力维度上发展进步。每一次技术革命都可以说是导弹自主化能力提升的倍增器,不同技术革命间的联合应用、互促发展更将成为导弹自主化能力提升的指增器,相互之间是一种延伸、拓展的关系。

3自主化与智能化的关系

无人系统的发展本质上都是向着自主化方向发展,导弹作为一种无人系统也必然遵循这一规律。

机载导弹的自主化是指导弹系统在没有人或较少人直接参与下,按照人的要求,经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制等,实现对预期目标攻击的过程[7]。

机载导弹的智能化是指应用AI技术发展导弹的智能感知、智能认知、智能交互、智能决策、智能控制、智能协同、智能执行、智能保障等能力。

3.1智能化本质上是为了实现自主化

不断提高机载导弹的自主化水平是一项长期不变的发展需求。可以看到,无论是精确制导技术,还是信息技术,以及智能技术或是高超动力技术,都是提高机载导弹自主化的有效技术途径。

如果把机载导弹看作是一个“人”,精确制导技术使导弹具有了一双“慧眼”,信息技术则为人、机、弹之间构成的群落提供了沟通协调的机制和途径,高超动力技术将会大幅提高导弹的速度和射程。这些技术途径能够显著增强“导弹的体魄”。

从某种程度上讲,机载导弹在出现那刻起就是具有一定智能的,要能够在自然背景下,在较远的距离探测截获目标,能够在人为干扰环境中较为精准地区分目标与干扰,并采取相应的对抗措施[8];要能够在全空域实现对威胁目标的自适应攻击,正确对应目标可能出现的不同作战行为和多种机动方式。智能化本质上是为了实现自主化,将实现机载导弹的能力从倍增到指增的新质跨越。

然而,面对着日益复杂的战场环境、种类繁多的威胁目标和多样化的作战任务,时代呼唤着机载导弹不断提高自身的“智商”,以及提高从个体作战到适应群体作战的“情商”。

人工智能技术将是提升机载导弹“智商”的关键,将是提高机载导弹自主化的一个新的技术途径。人工智能等技术的应用,能够使机载导弹自主完成对战场海量数据的采集、处理、分析、判断,快速作出最恰当的反应。

人工智能与网络化、分布式等技术相结合,将进一步构建出适应未来空战的“物联网+”,更有利于发挥战场信息感知的能力优势,将在机载导弹武器作战效能提升的过程中扮演重要角色。自主化机载导弹将具备自主感知、自主决策、协同打击等新质能力,颠覆未来空空、空面的作战样式[9]。

未来战争很大程度上将是武器装备智能化之间的竞争与较量,需要以AI反制AI,必须作好攻防两端的共同发展和两手准备。

3.2人工智能在机载武器领域的发展

从1956年人工智能概念提出至今,人工智能系统不断演化升级,大致经历了基于规则的智能系统、基于经典机器学习的智能系统、基于深度学习的智能系统三个阶段。目前,基于深度学习的智能系统是研究和发展的热点。

人工智能应用从简单到复杂、从初级到高级,可以分为弱人工智能、强人工智能、超人工智能3个等级。在航空装备应用方面,目前基本處于弱人工智能的初级AI阶段,正在向强人工智能的中级AI阶段发展。

弱人工智能是初级AI阶段,主要是在程序化+自动化基础上实现简单智能。这一阶段,初级AI能够从事简单重复的劳动,开始取代人类一般性的行为,跨学科的综合性创造还处于幼儿期,仍取代不了人类的思维和创意。智能制造将得到飞速发展,能提供标准化的制造业解决方案,通过发展工业智能机器人、无人工厂、智能物流、大数据等手段迎来工业4.0时代,会对作战飞机、机载导弹等大规模制造与装备带来深远影响。同时,非对抗性的无人智能驾驶、强调编队的无人机群将迎来飞速发展期,快速形成装备。

强人工智能是中级AI阶段,基于深度学习的智能系统将在机载武器领域得到快速发展和较深层次应用。中级AI能够从事跨学科的综合性推理和判断,在更广泛的环境中应对更具挑战性的任务。在作战行动中,以人工智能为核心的自主系统有可能加快OODA各个环节的战斗速度,带来以下五个方面的挑战与变化[10]:

一是智能态势感知。采用人工智能的传感器和处理器可帮助作战人员更好地了解和掌握战场信息,实现战场态势的实时处理与智能共享。为解决海量信息获取与人工处理速度缓慢之间的既有矛盾,美国国防部已经将深度神经网络应用于“全球鹰”等无人机侦察系统,实现海量图像信息智能分类与自主识别。DARPA正在推进目标识别及适应性研究(TRACE),将借助人工智能技术大幅降低目标密集作战环境中诱饵和背景对自动目标识别系统有效性的影响,为战术侦察和打击平台提供远距离、高精度的目标识别能力[11]。

二是加剧战场环境的复杂化和不确定性。人工智能极大可能成为干扰与抗干扰领域新的高技术门槛,人工智能装备能在复杂电磁对抗中进行自主学习与自主对抗,这是传统对抗系统无法比拟的。在“先进认知干扰和人工智能技术”项目框架下,洛克希德·马丁、BAE等公司开展了“行为学习自适应电子战”(BLADE)、“自适应雷达对抗”(ARC)等项目研究,通过机器学习来快速分析、表征和学习敌方新的、未知的电子战威胁,动态、自主生成对抗策略,并根据干扰威胁变化提供精确的干扰对抗性能评估,完成战场电磁频谱管控与灵巧对抗。图5为BLADE的能力示意图。目前BLADE项目已完成空中演示试验,ARC项目已进入第三阶段,计划2018年完成项目研制[12]。这种“看不见的巧实力”会对传统机载导弹构成重大挑战。

三是高效快速准确的战场辅助决策。人工智能在信息处理速度和处理量等方面远超作战人员的能力,将在作战指挥和辅助决策方面发挥重要作用。对一般作战行为,自主系统能够快速做出反应,更好地理解快速变化的战场空间,更快地应对出现的战场威胁。对杀伤性作战行动,飞行员可将攻击命令传递给忠诚智能僚机等无人武装力量[13],避免自身处于高危险的作战环境中。

四是智能化机载导弹。机载导弹对外部复杂战场环境的感知主要是通过导引头来实现的,因此机载导弹智能化首先是导引头智能化。随着电子集成和微系统等技术的快速发展,导引头的硬件能力将进一步大幅提高,为实现智能化提供物质基础。同时,多弹智能协同可以克服单枚导弹导引头探测体制局限与性能瓶颈,通过弹群中不同体制导引头在不同距离、不同角度下对目标的多条件联合探测[14],实现比独立个体更优的目标识别和抗干扰能力,达到“1+1>>2”的效果。

五是智能自主无人飞行器将成为未来战场的新生力量。在“传感器-射手-武器”作战链中,随着人工智能和人机融合技术的不断进步,智能自主无人飞行器将在未来作战链中占据越来越大的份额。图6是未来智能自主无人机群的作战构想图。人类战争将形成“人在回路、机器冲锋、半自主式攻击”的新模式。美军战略能力办公室正在推进一个“阿凡达”项目,计划使用有人驾驶的F-35战斗机与无人版的F-16联合编组,高度自主的F-16能够与F-35自动编队飞行,接收F-35的飞行员指令对目标实施攻击[15]。

尽管人工智能技术正在航空装备应用方面快速发展,但当前基于深度学习的智能系统在机载武器应用方面还存在着一些特殊难点。首先,大数据是深度学习的基础,然而机载导弹实战、战训等样本数据非常有限,尤其是真实目标数据、真实环境数据、真实干扰数据等十分匮乏;其次,空战具有强博弈、无规则的特点,不能事先规划,现有人工智能技术受边界约束,在处理超过其知识边界、第一次遇到的新情况时有很大困难;此外,现有人工智能具有不可解释性的黑箱特点,其行为结果不易被人类直接理解,必须高度关注军事智能的安全和效率问题。

3.3“终结者难题”尚未破解

随着美国军方逐渐加大在人工智能领域的赌注,有关“终结者难题”的忧虑在美国防务界和科技界不断积聚。“终结者难题”的根本问题是:具备超人类智力的智能机器,是否会危及人类本身?

人工智能技术会不会成为核武器之后又一个潘多拉盒子?人工智能是天使还是魔鬼?技术是否有原罪?技术是否存在可用域?这一系列终极问题,目前还面临着非常大的争论。

2018年7月17日,在斯德哥尔摩举办的2018年国际人工智能联合会议(IJCAI)上,以特斯拉CEO马斯克、谷歌DeepMind的三位联合创始人等为代表的116位全球著名AI研究员共同签署了一项承诺——不会研发致命自主武器,呼吁禁止使用人工智能来管理武器。目前,谷歌已经终止了与美国军方相关的一切致命性自主武器研究项目。

图7为“致命性自主武器宣言”英文版原文。这是来自AI研究的非官方最高全球联盟对人工智能技术推广采取的最新限制举措,旨在减少对人类可能存在的风险。该项承诺警告称,AI应用于武器将会带来深层次的伦理问题。使用AI选择和接触目标而不需要人工干预的武器系统将构成道德和实际威胁。从伦理上讲,不能把结束人类生命的决定委托给机器,任何情况下不允许任何机器在未经人类授权的情况下杀伤任何人类。同时,从实用主义角度考虑,高级人工智能可能更加难以控制与防范,此类武器的扩散将危及每个国家以及个人的安全。

同时,人机融合的最终发展还会带来究竟是“机器人”还是“人机器”这一涉及伦理问题的巨大争议。

人工智能不同于以往的任何一項技术,其研发的是会“思考”的机器,正如霍金指出,人工智能是人类有史以来最重大的创举,但同时也是人类面临的最大挑战。

4自主化层级的定义

自主化能力是导弹自主完成复杂任务的能力。机载导弹自主化的发展可分为三个层级,从某种程度上就是从“有的放矢”到“无的放矢”、从依赖平台到融入体系、从基于规则到基于特征的智能自主对抗的发展过程。

4.1第一个层级

自主化第一个层级的主要特征是机载导弹能够根据平台提供的信息独立或部分独立地完成对目标的攻击。

现有机载导弹装备整体处于自主化的第一个层级。近距空战时,红外制导导弹只要在发射前截获和锁定目标,就能够实现“发射后不管”,发射后导弹不需要载机再提供目标的相关指示信息,可自主完成对目标的攻击,对抗目标的各种机动、投放红外诱饵干扰等对抗行为[16]。第四代雷达型空空导弹也能够在1.3倍导引头作用距离内实现“发射后不管”。

但远距攻击时,目前机载导弹对平台信息还较为依赖,要求平台提供的信息种类较多,同时对信息品质要求也较高。平台需提供给导弹的信息不仅包括目标的速度、位置等运动学信息,目标的RCS量级、形体尺寸类别等物理参数信息,还包括惯导初始对准、卫星定位星图、数据链跳频图谱等导航和通讯信息。要求目标信息精度是火控级的,信息延迟一般也不能超过100ms。同时在导弹中制导过程中,平台一旦遭受敌方攻击进行大机动规避甚至被击落,导弹很可能就无法完成后继的攻击任务。

从第一个层级上讲,机载导弹提升自主化能力的主要趋势是不断降低对平台的依赖,实现在低信息精度下乃至部分信息缺失情况下攻击目标,且攻击性能基本不降低。

4.2第二个层级

自主化第二个层级的主要特征是机载导弹能够融入空战体系并利用体系提供的信息相对独立地完成对目标的攻击。

一方面,在未来的战场信息网络中,平台和导弹都是体系中平等的一员,几乎不再有相互的依属关系,呈现出一种分布、协同、智能的新质武器系统构型。在作战使用过程中,机载导弹通过高速战场信息网络可以在需要的时刻、需要的地點、以高度自由的方式、获取需要的各种信息[17]。

另一方面,空战体系提供的目标指示信息的精度可以是态势级的。机载导弹不再需要载机提供目标的精准火控信息,只要有被攻击目标的大致方位或区域的态势信息[18],机载导弹发射后就能够自主飞向目标、自主发现目标、自主识别目标,实现对目标的自主攻击。机载导弹的智能达到较高水平。

信息技术革命将是支撑自主化向第二个层级发展过渡的关键所在,空战将进入“物联网”空战的新时代。图8是分布协同导弹作战构想图。自主化不是导弹自身的单打独斗,而是要和战场C4ISR系统提供的信息深度融合。信息技术与智能技术相结合,将加快加深机载武器自主化的步伐与程度。

4.3第三个层级

自主化发展到第三个层级,主要特征是机载导弹具备较高的“灵智”,能够理解作战命令、执行任务指令(如控制某个空域、攻击空域内的威胁目标),无目标信息自寻的,可自主规划、自主感知、综合研判实现对战场威胁目标的监视、控制直至攻击。

从某种意义上讲,自主化的前两个层级本质上还是在信息流内的改进提升,对信息丰度、信息精度、信息品质等的要求在逐渐降低、适应性在不断增强,人、机、弹之间的内在联系在不断加强、隶属边界在逐渐模糊。

自主化发展到第三个层级,空战将划时代地掀开“智联网”空战的序幕,实现从信息流到作战流的历史性跨越。分层分级的信息化网络无处不在,纵横交错的战场信息高速公路全面建成。智能化发展到较高的水准,人、机、武器之间深度融合,武器可能会以“智体”的面貌出现,开始具备一定的战术筹划、运用和执行能力,不再是简单刻板的攻击,而是表现出打控结合、灵巧对抗、自主可控、可信可靠的新面貌,仅需接收作战任务就可以实现全自主作战。同时,“智体”在能量域上也具备充足的物质基础,在交战区域内攻击行为将基本不再受发射条件、导弹动力、过载能力等限制。

5自主化的关键技术

信息时代的战争,交战双方的核心竞争发生在认知领域,作战节奏将越来越快,谁能够快速地处理信息、理解行动环境、实施决策并执行打击,谁就能赢得主动[19]。

机载导弹的发展具有强烈的对抗和博弈特点,攻击目标的发展和作战环境的改变始终是促进机载导弹改型和换代的主要因素。机载武器走向更高层级的自主化将成为时代的必然选择,进入第二个层级需要攻克以下五项关键技术。

5.1多弹协同攻击技术

面临未来新型作战目标和复杂战场环境,需要发展多弹协同攻击技术。可以是一型导弹的多枚导弹协同,也可是不同型号的多枚导弹协同。多弹协同攻击可以克服单枚导弹导引头探测体制局限与性能瓶颈,利用多枚机载导弹在时域、空域和频域的匹配,获得一枚导弹或一型导弹无法具备的新质作战能力。需重点突破协同制导、协同毁伤和协同抗干扰等技术。

5.2智能目标识别技术

智能导引头是实现复杂战场导弹智能对抗的核心分系统,需要实现对抗环境下对多目标的探测、截获以及对于不同目标和干扰的智能辨识能力,智能识别出目标的类型和威胁程度,实现对抗策略的精准调整和灵巧管控等。需重点突破目标、环境、干扰等特征的智能提取技术、微弱特征目标智能检测技术、用于机器学习的高拟合度的信号特征数据库技术、有限样本的弹载机器学习模型的实时硬件实现技术等。

5.3多源异构信息智能处理技术

在未来基于多源信息网络化制导的远程作战中,制导信息来源已不再局限于单个战斗机机载雷达,而是扩展至涵盖空、天、地、海多种探测平台的跨域一体化作战系统,从而提供更远距离、更大范围的目标信息。由于各平台在探测能力、工作模式、信息内容等方面存在较大差异,需要研究多源信息制导体制下异构信息融合、时空配准等问题,突破基于深度学习的多源异构信息统一处理架构、感兴趣信息集的智能分类与识别等技术。

5.4弹间高动态强实时组网技术

未来战场信息高度一体、高速交互,集群与集群的交战成为一种新常态。机载导弹的弹间组网通讯系统具有节点分布稀疏、隐蔽通讯要求高,节点运动速度快、网络拓扑关系变化剧烈、无线信道不稳定、多普勒频移影响大等难点,需要较短的延迟时间保证弹间信息实时传输,同时又要满足弹载环境的体积、重量和功耗限制。

5.5导弹强化学习技术

根据应用类型的不同,人工智能可细分为感知智能、认知智能两个层次。其中,感知智能主要包括针对特定模式的分类、聚类、识别等任务形式;认知智能则加入了与外部环境的互馈交互过程,并能在交互过程中进行学习,实现对特定任务的推理、决策与规划。与感知智能相比,认知智能是人工智能的更高阶段。现有的弹载策略大多都是基于规则的,需要研究导弹智能训练系统,通过自主进化和强化学习,对历史经验和飞行数据等进行知识凝练、传承与升华,从而为未来战场环境提供更有效的解决方案。

参考文献:

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