王波蘭，劉 瑞，高 璞

（1.上海航天技術(shù)研究院，上海 201109；2.上海機電工程研究所，上海 201100）

隨著新一代信息網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能及微電子等先進技術(shù)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代戰(zhàn)爭形態(tài)正在發(fā)生深刻變化［1］。以人工智能技術(shù)為核心的高新技術(shù)逐步加速軍事領(lǐng)域智能化賦能，“智能”要素正在取代“信息”要素，成為引起下一代戰(zhàn)爭形態(tài)發(fā)生重大變革的核心特質(zhì)。在這一趨勢下，智能化作戰(zhàn)逐漸從信息化戰(zhàn)爭中嶄露頭角［2］。智能化作戰(zhàn)是以智能化的網(wǎng)絡(luò)信息體系為依托，運用智能化武器裝備及相應(yīng)的作戰(zhàn)方式，在以智能算法為核心的指揮控制下，在多維作戰(zhàn)域?qū)嵤┑淖鲬?zhàn)行動［3］。在智能化戰(zhàn)爭下，“制智權(quán)”已經(jīng)成為戰(zhàn)爭制權(quán)新的制高點，以“智能”要素為核心，基于全域互聯(lián)的信息網(wǎng)絡(luò)對多域作戰(zhàn)要素進行集成，逐步形成智能化、分布式、跨域高效協(xié)同的新型作戰(zhàn)體系。

空天防御體系作戰(zhàn)時間敏感性強、技術(shù)要求高、協(xié)同難度大、系統(tǒng)龐大復雜，天然具有應(yīng)用人工智能技術(shù)的必要性和迫切性［4］。在當前防空領(lǐng)域，全域一體化聯(lián)合作戰(zhàn)尚處于起步階段，智能化作戰(zhàn)運用技術(shù)仍在探索，因此，亟需開展智能跨域彈性防御作戰(zhàn)體系研究。通過信息化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化技術(shù)，將天、空、地、海、網(wǎng)、電多個作戰(zhàn)域分散部署的作戰(zhàn)裝備要素在信息利用、力量調(diào)配、作戰(zhàn)指揮等方面進行跨域協(xié)同，實現(xiàn)信息廣域獲取、資源跨域調(diào)度的全域一體化協(xié)同防御，提升在未來空天防御戰(zhàn)爭中的體系對抗效能。

1 智能跨域彈性防御體系發(fā)展需求

1. 1 全域戰(zhàn)場體系對抗需求

隨著現(xiàn)代化戰(zhàn)爭戰(zhàn)場維度持續(xù)延伸，以隱身穿透、有人/無人協(xié)同、空天打擊、高速遠程打擊、無人機蜂群等為代表的新型空天進攻作戰(zhàn)樣式逐步展現(xiàn)，未來空天威脅呈現(xiàn)目標多樣、環(huán)境復雜、樣式多變、體系協(xié)同和智能自主等特征，作戰(zhàn)領(lǐng)域覆蓋陸、海、空、天、電磁、網(wǎng)絡(luò)、認知等全維作戰(zhàn)空間。美軍已經(jīng)提出“多域戰(zhàn)”概念，如圖1 所示［5］。因此，傳統(tǒng)以地、海、空基裝備為主體，以單一防御武器系統(tǒng)或數(shù)型防御武器系統(tǒng)的簡單協(xié)同作戰(zhàn)已經(jīng)無法滿足未來多元高動態(tài)防御作戰(zhàn)需求，需要探索要素更加齊全、連接更加高效、體系更加靈活、運用更加智能的智能跨域彈性防御作戰(zhàn)體系，滿足全域多維空天防御需求［6］。

圖1 美軍“多域戰(zhàn)”概念[5]Fig.1 Concept of multi-domain warfare of the US military[5]

1.2 多維態(tài)勢敏捷認知需求

多域作戰(zhàn)推動聯(lián)合作戰(zhàn)力量要素從聯(lián)合走向融合，使得戰(zhàn)場態(tài)勢變得更復雜、戰(zhàn)場態(tài)勢理解和認知變得越來越困難［7］?？仗旆烙鲬?zhàn)態(tài)勢感知具有空域廣、時敏性強、復雜度高的特點，僅依靠人工處理已無法滿足瞬息萬變的戰(zhàn)場變化，需要利用大數(shù)據(jù)分析處理、知識圖譜建模、多源融合智能識別等技術(shù)，基于天、空、地、海全域多維偵察預警信息，進行目標特征挖掘和目標行為意圖推理，將海量戰(zhàn)場信息轉(zhuǎn)換抽取為作戰(zhàn)態(tài)勢、作戰(zhàn)知識、作戰(zhàn)認知，實現(xiàn)多維度戰(zhàn)場態(tài)勢廣域、敏捷、精準認知和預測，如圖2 所示［8］。

圖2 智能態(tài)勢認知模型[8]Fig.2 Intelligent situation cognition model[8]

1.3 復雜環(huán)境智能博弈需求

現(xiàn)代戰(zhàn)爭戰(zhàn)場維度極大拓展，作戰(zhàn)目標急劇增加，戰(zhàn)場環(huán)境愈發(fā)復雜，電磁與認知博弈交織，戰(zhàn)場數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)井噴式大爆發(fā)，戰(zhàn)場態(tài)勢變化的速度、規(guī)模、復雜程度超越了以往任何戰(zhàn)爭形態(tài)，使得戰(zhàn)場態(tài)勢認知、作戰(zhàn)指揮決策、全域交戰(zhàn)控制、干擾認知博弈等方面均面臨巨大挑戰(zhàn)，要求指揮員對環(huán)境感知、認知后迅速做出決策，指揮控制作戰(zhàn)要素在火力、電磁、認知、協(xié)同等多個層面進行全方位、高強度、高動態(tài)博弈對抗，在作戰(zhàn)體系、裝備體系層面，支撐從態(tài)勢認知、指揮決策、干擾對抗、多彈協(xié)同、交戰(zhàn)控制等方面實施博弈對抗作戰(zhàn)，如圖3所示［9］。

圖3 智能戰(zhàn)場博弈對抗[9]Fig.3 Intelligent battlefield game confrontation[9]

1.4 跨域資源彈性協(xié)同需求

全域多維空天體系對抗離不開對天基、空基、海基和地基等多域作戰(zhàn)資源的高效管控和綜合運用，是攻防作戰(zhàn)體系雙方基于有限資源的集成運用能力的比拼。作戰(zhàn)體系需要利用網(wǎng)絡(luò)化、智能化技術(shù)對不同領(lǐng)域、不同空間、不同功能、不同層次及不同體制的作戰(zhàn)單元進行統(tǒng)一管控、靈活調(diào)度、智能適配，形成統(tǒng)一、全維、多能的高效融合作戰(zhàn)體系，將“觀察-判斷-決策-打擊”的循環(huán)時間縮短到近乎即時響應(yīng)，實現(xiàn)各類作戰(zhàn)資源跨域彈性協(xié)同、作戰(zhàn)信息全域快速流轉(zhuǎn)、打擊火力精準投送釋放，實現(xiàn)作戰(zhàn)決策和作戰(zhàn)行動的跨代躍升，如圖4 所示［10］。

圖4 跨域資源協(xié)同[10]Fig.4 Cross-domain resource cooperation[10]

2 智能跨域彈性防御體系發(fā)展趨勢

未來智能跨域彈性防御體系需要具備架構(gòu)開放彈性、態(tài)勢智能認知、網(wǎng)絡(luò)隨遇接入、智能自主決策、全域火力攔截等特征，依托跨域分布式的智能體系架構(gòu)完成對多域作戰(zhàn)要素的智能跨域彈性運用，最終實現(xiàn)偵察預警自主靈敏、指揮控制智能高效、火力打擊自主協(xié)同。

2.1 發(fā)展趨勢

（1）開放式自適應(yīng)體系架構(gòu)

信息化戰(zhàn)爭核心競爭力是體系，智能化戰(zhàn)爭更是如此［11-13］。智能跨域彈性防御體系作戰(zhàn)的基礎(chǔ)是構(gòu)建以全域自主智能為核心、以要素分布協(xié)同為形態(tài)、以跨域多能作戰(zhàn)為樣式的架構(gòu)開放、彈性適變、分布協(xié)同的“云-邊-端”體系架構(gòu)，能夠適應(yīng)天、空、地、海多域分散部署的探測、火力作戰(zhàn)單元隨遇接入，基于任務(wù)需求自主重組自主適配，支持作戰(zhàn)信息按需共享，作戰(zhàn)資源按需聚優(yōu)，作戰(zhàn)力量按需釋能。體系架構(gòu)具備在線升級、彈性抗毀能力，能夠隨著作戰(zhàn)單元替換、鏈路重組、軟件升級實現(xiàn)架構(gòu)升級；當某一作戰(zhàn)單元受損失能時，可通過架構(gòu)動態(tài)重組、功能在線定義等方式實現(xiàn)作戰(zhàn)功能快速恢復。開放式自適應(yīng)體系架構(gòu)如圖5 所示。

圖5 開放式自適應(yīng)體系架構(gòu)Fig.5 Open adaptive architecture

（2）智能跨域彈性預警探測

未來防空作戰(zhàn)體系應(yīng)融合利用天、空、地、海的各個探測節(jié)點的信息資源，構(gòu)建全方位、分布式、多維度協(xié)同的智能跨域彈性預警探測網(wǎng)。預警探測通過多域分布式協(xié)同探測、多源異構(gòu)信息態(tài)勢融合、智能化認知推理等技術(shù)，對多源情報的融合整編、對比印證和深度挖掘，構(gòu)建起全面立體的數(shù)字化戰(zhàn)場態(tài)勢圖，獲取隱藏在復雜戰(zhàn)場態(tài)勢背后的深層次有效信息，實現(xiàn)對戰(zhàn)場態(tài)勢的全域、實時、精準感知，支撐對戰(zhàn)場態(tài)勢的更高層次的理解、分析、推理、演化，為作戰(zhàn)行動提供全域多維、精準可靠的信息和認知支撐。

（3）自組織接入彈性信息網(wǎng)絡(luò)

未來智能跨域彈性作戰(zhàn)將使用大量廣域分布的智能化探測、火力單元，需要構(gòu)建全域覆蓋、快捷組網(wǎng)、自適應(yīng)重構(gòu)的自組織隨遇接入信息網(wǎng)絡(luò)（圖6），支撐分布式部署的探測端、指揮端和火力端的信息互聯(lián)互通，并能實現(xiàn)各類資源“即插即用”“隨機接入”。自組織隨遇接入信息網(wǎng)絡(luò)依托云計算、大數(shù)據(jù)技術(shù)，構(gòu)建基于端的局域信息網(wǎng)絡(luò)和基于云的全域信息網(wǎng)絡(luò)，各指揮中心可通過基于云的全域信息網(wǎng)絡(luò)獲取統(tǒng)一態(tài)勢信息、生成資源分配計劃，并通過基于端的局域信息網(wǎng)絡(luò)傳輸至各作戰(zhàn)節(jié)點，可為探測、指揮、制導等多維信息的按需分配與快速分發(fā)提供基礎(chǔ)保障，實現(xiàn)跨域作戰(zhàn)單元間的信息共享、任務(wù)定制、自主編組、靈活協(xié)同。

圖6 自組織隨遇接入信息網(wǎng)絡(luò)Fig.6 Self-organized random access to information network

（4）智能全域敏捷指揮控制

“兵之情主速”，軍事智能化的飛速發(fā)展加速了觀 察-判 斷-決 策-行 動（Observe-orient-decide-act，OODA）殺傷鏈循環(huán)，使“發(fā)現(xiàn)即摧毀”成為可能［14］。智能全域敏捷指揮控制可依托智能化敏捷作戰(zhàn)管理系統(tǒng)，對作戰(zhàn)體系內(nèi)分散部署的偵察、預警、探測、指揮、火力、制導等要素進行解耦、虛擬化、按需接入和管理，實現(xiàn)戰(zhàn)場精細化管控和敏捷化指揮控制。采用智能動態(tài)決策模型構(gòu)建、智能化認知推理、多維度作戰(zhàn)效能評估以及人機融合指揮控制等方法，同時充分發(fā)揮人腦與機器智能的互補優(yōu)勢，實現(xiàn)指揮藝術(shù)與技術(shù)的融合，使作戰(zhàn)指揮控制走向高度科學化、智能化、藝術(shù)化，使廣域分布、海量協(xié)同的作戰(zhàn)單元實現(xiàn)分布式智能協(xié)同、跨域靈活聚合，快速精準釋放作戰(zhàn)效能，瓦解敵方作戰(zhàn)體系關(guān)鍵節(jié)點鏈條，或形成全方位的體系壓倒優(yōu)勢，實現(xiàn)智能決策、敏捷控制下的體系制勝。

（5）全域分布協(xié)同攔截對抗

未來防空體系作戰(zhàn)面對的是全空域、全維度、體系化的空天攻擊，面向多樣化來襲目標，需要統(tǒng)籌發(fā)展具備多樣化功能的跨域多能武器裝備，圍繞形成全域封控、緊前攔截、協(xié)同高效的攔截對抗能力，以多任務(wù)作戰(zhàn)裝備為核心，將火炮、電子對抗、激光、高功率微波等多體制攔截對抗裝備快速組網(wǎng)，基于隨遇接入信息網(wǎng)絡(luò)形成“分布式部署、模塊化編組、跨域式協(xié)同、機動式打擊”的新質(zhì)力量體系，按照“誰合適、誰主導，誰有利、誰打擊”的原則，基于作戰(zhàn)任務(wù)迅即組合，實現(xiàn)全域攔截對抗作戰(zhàn)的整體聯(lián)動和聚優(yōu)釋能。

2.2 發(fā)展階段

按照智能化技術(shù)應(yīng)用于空天防御作戰(zhàn)體系的程度和發(fā)揮的效能，未來智能跨域彈性防御體系發(fā)展可分為3 個階段：

（1）技術(shù)創(chuàng)新、單點賦能：初步構(gòu)建開放兼容的自適應(yīng)體系架構(gòu)，以現(xiàn)有裝備為基礎(chǔ)，進行智能化改造，利用大數(shù)據(jù)分析、自然語義識別、深度強化學習等人工智能技術(shù)對目標識別、威脅排序、任務(wù)規(guī)劃、自適應(yīng)抗干擾等預警探測、指揮控制單點技術(shù)進行智能化賦能，實現(xiàn)復雜戰(zhàn)場態(tài)勢全域感知、攔截策略自主規(guī)劃等能力，以及裝備和作戰(zhàn)體系局部智能化。

（2）體系集成、綜合智能：構(gòu)建開放式智能自適應(yīng)作戰(zhàn)體系架構(gòu)，引入無人機、無人艇、智能導彈、智能車等無人化裝備，重點突破智能化態(tài)勢認知、智能化作戰(zhàn)決策、作戰(zhàn)資源智能管理等技術(shù)，提升作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)的作戰(zhàn)管理、智能控制、綜合服務(wù)能力，對有人、無人裝備進行體系綜合集成，實現(xiàn)傳感器與武器網(wǎng)絡(luò)感知融合，通過體系集成運用實現(xiàn)智能化方面綜合作戰(zhàn)能力。

（3）萬物智聯(lián)、全域智能：升級開放式智能自適應(yīng)作戰(zhàn)體系架構(gòu)，基于隨遇接入、動態(tài)適應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)天-空-地-?；腥?、無人作戰(zhàn)單元的智能連接，實現(xiàn)作戰(zhàn)信息的按需快速流轉(zhuǎn)和作戰(zhàn)資源的動態(tài)適配，突破集群博弈對抗、智能組網(wǎng)協(xié)同等技術(shù)，通過各作戰(zhàn)單元的彈性互聯(lián)和智能協(xié)同，構(gòu)建智能高效、彈性抗毀的殺傷網(wǎng)，實現(xiàn)全域智能協(xié)同作戰(zhàn)。

3 智能跨域彈性防御關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 開放式自適應(yīng)體系架構(gòu)設(shè)計技術(shù)

開放式動態(tài)自適應(yīng)體系架構(gòu)重點是基于“云-邊-端”體系架構(gòu)和高動態(tài)自適應(yīng)戰(zhàn)場物聯(lián)網(wǎng)，使作戰(zhàn)體系具備自主學習、自主演化能力，采用接口標準化設(shè)計、功能在線定義、模塊化單元拼接、信息網(wǎng)絡(luò)多路備份、指揮關(guān)系動態(tài)重組等技術(shù)，支持各型作戰(zhàn)單元兼容接入、彈性互聯(lián)、自組織協(xié)調(diào)，實現(xiàn)傳感器、攔截對抗單元以及指控關(guān)系根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)環(huán)境、交戰(zhàn)規(guī)則快速重構(gòu)，促進裝備體系適應(yīng)不斷變化的戰(zhàn)場環(huán)境，構(gòu)建面向任務(wù)需求的最優(yōu)殺傷鏈，實現(xiàn)從作戰(zhàn)裝備、裝備體系到作戰(zhàn)體系的全系統(tǒng)智能演化。美軍正在發(fā)展的“馬賽克戰(zhàn)”等作戰(zhàn)概念（圖7）［15］即采用開放式自適應(yīng)體系架構(gòu)，具備顯著的分布式、彈性化特征，支持各類資源即插即用、隨遇接入，動態(tài)構(gòu)建殺傷網(wǎng)［16］。

圖7 “馬賽克戰(zhàn)”作戰(zhàn)概念體系架構(gòu)[15]Fig.7 Conceptual architecture of“Mosaic warfare”[15]

3.2 分布式協(xié)同態(tài)勢認知技術(shù)

分布式協(xié)同態(tài)勢認知技術(shù)通過網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、智能化管控技術(shù)將天、空、地、海各域探測裝備自適應(yīng)組成分布式協(xié)同探測網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)全方位、多維度全域戰(zhàn)場態(tài)勢感知；通過對各傳感器進行時空配準、異構(gòu)信息映射與目標航跡關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)多源信息態(tài)勢融合；通過基于多維特征關(guān)聯(lián)融合識別、數(shù)據(jù)特征深度挖掘，實現(xiàn)復雜環(huán)境下的目標智能識別；通過智能學習算法對目標特性與目標意圖進行學習與判斷，實現(xiàn)智能化態(tài)勢認知和預測，精準判斷對方作戰(zhàn)意圖，支撐實現(xiàn)智能作戰(zhàn)決策。美軍已經(jīng)通過CEC、NIFC-CA 系統(tǒng)等實現(xiàn)了空海分布式協(xié)同探測和態(tài)勢融合感知，如圖8 所示［17］。

圖8 分布式協(xié)同探測網(wǎng)絡(luò)[17]Fig.8 Distributed cooperative detection network[17]

3.3 體系要素動態(tài)管理與功能重構(gòu)技術(shù)

通過采用作戰(zhàn)資源虛擬化管控技術(shù)，構(gòu)建作戰(zhàn)要素資源池和資源智能調(diào)度匹配模型，基于泛在物聯(lián)網(wǎng)和云平臺，信息物理系統(tǒng)與多域作戰(zhàn)資源互聯(lián)，對探測、指控、火力、干擾等各類資源進行一體化綜合管控和智能適配，如圖9 所示?；谥悄芑夹g(shù)，根據(jù)體系作戰(zhàn)需求自適應(yīng)改變作戰(zhàn)單元執(zhí)行的主要功能任務(wù)，智能匹配體系作戰(zhàn)任務(wù)需求?；谏疃葟娀瘜W習等技術(shù)，實現(xiàn)智能技術(shù)與指揮藝術(shù)的融合，提升復雜戰(zhàn)場態(tài)勢下作戰(zhàn)單元和作戰(zhàn)體系的動態(tài)博弈對抗水平，壓縮指揮控制層級和OODA 循環(huán)周期，大幅提升敏捷作戰(zhàn)指揮控制能力［18］。美軍正在尋求具備全域化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化特征的聯(lián)合全域指揮與控制（JADC2），并以其為核心構(gòu)建新一代全域分布、智能敏捷作戰(zhàn)體系，對跨軍兵種作戰(zhàn)傳感器、武器進行動態(tài)管理，有效縮短OODA 周期和優(yōu)化殺傷鏈。

圖9 作戰(zhàn)資源虛擬化管控Fig.9 Virtual management and control of combat resources

3.4 跨域飛行器變外形總體設(shè)計技術(shù)

跨域飛行器變外形設(shè)計依賴智能材料或結(jié)構(gòu)變形，主要根據(jù)飛行速度、所在空域和性能需求快速自適應(yīng)地改變氣動布局以適應(yīng)不同空域跨域變速飛行，如圖10 所示［19］。通過變體結(jié)構(gòu)設(shè)計、智能感知蒙皮、柔性微電子封裝等方法，實現(xiàn)飛行器結(jié)構(gòu)、外形自適應(yīng)變形。同時，需要發(fā)展輕質(zhì)變形驅(qū)動機構(gòu)設(shè)計與控制技術(shù)滿足變形結(jié)構(gòu)對大驅(qū)動力、快速響應(yīng)、高精度、循環(huán)響應(yīng)的需求，支撐未來跨域飛行器變外形總體設(shè)計。如美國洛馬公司“折疊機翼”方案按照典型的“高-低-高”任務(wù)剖面跨域飛行時任務(wù)航程可增加30%～50%。

3.5 智能化彈上綜合電子集成技術(shù)

面向未來智能導彈一體化作戰(zhàn)需求，通過“孔徑綜合+通道綜合+處理綜合”途徑實現(xiàn)偵察感知、主動探測、被動探測、主動干擾及彈間通信多功能一體化小型化集成，采用波形、頻率、信道及處理可重構(gòu)技術(shù)，共用處理資源，通過全局可重構(gòu)和局部可重構(gòu)方式滿足不同功能任務(wù)處理需求，實現(xiàn)作戰(zhàn)態(tài)勢在線感知識別和任務(wù)在線重構(gòu)，自適應(yīng)優(yōu)化配置資源確保對各類作戰(zhàn)目標的精準攔截打擊。波音公司T3 導彈電子系統(tǒng)采用集成化、小型化設(shè)計程度更高的綜合集成設(shè)計，并引入智能化處理算法，以實現(xiàn)導彈的小型化和多任務(wù)作戰(zhàn)能力。

3.6 分布式智能協(xié)同制導控制技術(shù)

面向未來分布式跨域協(xié)同作戰(zhàn)多裝備制導需求，重點突破網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制導、異構(gòu)多源信息融合制導、智能調(diào)控和靈活重構(gòu)等技術(shù)，將天、空、地、海各類探測資源有序規(guī)劃，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同接力制導，大幅拓展作戰(zhàn)空間范圍，進一步增強制導信息的完整性和準確性，提升集群對抗博弈能力，實現(xiàn)復雜戰(zhàn)場環(huán)境下智能集群協(xié)同作戰(zhàn)。如美軍最新發(fā)展的具備智能化特征的遠程反艦導彈（Long range anti-ship missile，LRASM）（圖11）［20］、“小精靈”無人機等［21］，可通過多彈協(xié)同探測、制導、控制，實現(xiàn)編隊或集群協(xié)同作戰(zhàn)［22］。

圖11 LRASM 智能協(xié)同作戰(zhàn)[20]Fig.11 LRASM intelligent cooperative warfare[20]

4 結(jié) 論

智能跨域彈性防御體系是應(yīng)對未來全域多維空天威脅、制勝空天的關(guān)鍵。為支撐未來智能跨域彈性防御體系構(gòu)建，本文從未來空天防御作戰(zhàn)需求出發(fā)，借鑒國外智能跨域彈性作戰(zhàn)體系發(fā)展特點，在體系構(gòu)建、預警探測、信息網(wǎng)絡(luò)、指揮控制、攔截對抗等方面分別提出相應(yīng)的發(fā)展設(shè)想，并分析了智能化跨域彈性防御作戰(zhàn)的關(guān)鍵技術(shù)，為智能跨域彈性防御作戰(zhàn)體系建設(shè)和發(fā)展夯實基礎(chǔ)。