以智赋能构建现代化空天防御体系 *

唐明南，张承龙，魏然，王泊涵

（北京电子工程总体研究所，北京 100854）

0 引言

本文以有效应对大国战略竞争背景下对手先进空天威胁与体系化打击威胁为牵引，基于世界主要军事强国空天防御体系建设现状，从体系化、智能化等方面剖析空天防御体系的发展方向，阐述未来空天防御高质量发展思路。

1 空天防御体系内涵

1.1 空天防御体系内涵

空天防御是综合运用陆、海、空、天等多域作战力量，抵御或消除对手来自或经由空天的威胁，确保本国指挥机构、战略高价值目标等核心目标，以及其他重要军事和民用目标安全，主动塑造态势、防范冲突升级、确保打赢战争，为本国安全提供战略支撑的一类作战行动。空天防御的作战对象一般包括有人机、制导弹药、无人机、弹道导弹、巡航导弹、临近空间等空天来袭威胁目标，主要包括防空、反导两类作战任务［1］。

1.2 空天防御体系要素

空天防御体系的主要任务使命是应对具有规模化、强对抗等特点的对手空天进攻体系，主要由预警探测、拦截打击和指挥控制等要素组成，在信息基础设施、情报侦察等资源要素支撑下，各装备要素相互间有机配合形成体系化作战能力。

预警探测要素主要由部署在地海空天基平台的传感器构成，负责对保卫区域周边及重点威胁区域、方向进行常态化监控，并在战时尽早、尽远发现、跟踪、识别来袭的战略轰炸机、常规作战飞机、隐身飞机、巡航导弹、弹道导弹、临近空间高超声速武器等空袭威胁目标，通过测量目标位置、速度等参数，估计目标发射/起飞点位，预测目标飞行航迹（空气动力类）、弹道（导弹类）或潜在打击区域，并根据目标特性进行综合识别，判断目标属性、类型、真假等，估计来袭规模，生成告警与预警态势，支持作战指挥控制和拦截交战。

拦截打击要素主要由各类地海空基防空武器系统、导弹防御系统等构成，主要负责对目标实施探测制导、拦截毁伤，是空天防御体系作战能力的最终体现。防空武器系统主要实现对战略轰炸机、常规作战飞机、隐身飞机、无人机、巡航导弹等气动目标的拦截，同时兼顾末段低层反弹道导弹和末段反临近空间武器能力；导弹防御系统主要负责在弹道导弹的中段以及末段的高低两层对其进行拦截，后续发展型兼顾滑翔段临近空间武器防御。

指挥控制要素是空天防御体系的作战管理系统，主要负责预警监视、跟踪识别、拦截打击和主动对抗等体系作战资源要素的一体化管控，确保各环节协调有序衔接和各要素资源高效发挥，主要由预警信息装备和战役或区域级防空指挥控制系统，以及国家级反导指挥控制系统等组成［2-5］。其中，预警信息装备负责接收预警监视装备信息，生成和发布威胁发射和来袭告警信息，形成统一威胁态势信息，开展持续监视和目标初识别；防空指挥控制系统主要功能是组织某一个战役方向上或较大的作战区域内的防空作战任务；反导指挥控制系统主要功能是组织国家级反导作战任务，未来空天防御体系指控系统将具备较强的防空反导联合作战能力。

此外，在空天防御体系需求牵引下，情报侦察装备综合运用各种侦察手段对作战对手及潜在威胁区域内的空天目标与环境、兵力配系与部署等战场情况实施持久、广域的侦察监视和情报采集分析，形成征候预警、打击意图、来袭目标特征等信息；基础支撑设备主要负责为作战装备提供统一的信息传输、网络通信、安全防护和时空基准支撑，是各类装备联合运用、实现体系作战能力的重要保障。

2 空天防御体系特征

随着空天威胁快速演变，新型威胁样式、威胁目标层出不穷，应对未来对手的现代化空天防御体系发展呈现出典型的要素齐备性、架构开放性、体系对抗性、能力汇聚性等四类特征。

2.1 要素齐备性

未来空天威胁及其进攻样式呈现大规模、多轴向的特点，这就要求防御方需要具备对应各种突发空袭态势、各类威胁目标及其打击样式，并在大规模攻击情况下保持持续的防御能力。为此，空天防御体系要素需要满足数量规模化、类型齐备性等特征，主要体现在：①确保杀伤链闭合。即体系各类要素所具备的战术技术指标以及主要功能，应该确保支撑体系的信息链、精度链、指挥链闭合，满足空天防御体系基本功能要求。②确保复杂战场环境下杀伤网的动态构建。即通过装备数量上的冗余、资源类型上的多源、作战域上的覆盖等方式，在多域进行部署，并在每个作战域中尽量包括远中近不同威力的多元化作战力量，实现多域分布、跨域协同、远近结合、高低搭配的作战能力，以达到构建支撑杀伤链动态重组的杀伤网，提升体系交战灵活性与持久性等目的。

2.2 架构开放性

现在与未来的空天防御体系应基于统一的架构，未来的体系架构应是现有体系架构的现代化发展，这就要求体系架构具有开放性特征，具体体现在向上的提升性、向下的兼容性、向外的拓展性和向内的通用性。其中，向上的提升性是指开放的体系架构应能有机集成新发展的武器装备以及新质新域对抗装备，以应对不断变化的威胁，同时不断融入人工智能、大数据、云计算等新技术，为体系赋能。同时未来体系应继承现有体系的技术基础与建设基础，包括体系架构设计与优化方法、体系战技指标设计与分配方法、体系配系与部署设计方法等研究成果，为科技攻关成果转化及武器装备升级提供支撑。向下的兼容性是指体系对所有现役作战资源要素都应做到“即插即用”式的“高效集成”，而不需要现有要素做过多复杂的改进。即现代化空天防御体系与现有体系统一基座。具体可以通过在开放式体系架构的基础上，对现有体系要素进行软件版本升级和功能接口适配，动态接入现有空天地海网电等各域分散部署的作战资源，提升体系综合防御效能。向外的拓展性是指体系应可扩展接入除空天防御体系内各类资源要素节点以外的要素，如新型军民两用的天基探测装备应用系统。向内的通用性是指体系要素应通过组件化、服务化、模块化、标准化等方式实现解耦，强化灵活的体系作战能力。

2.3 体系对抗性

未来的空天防御作战将是先进的进攻体系与先进的防御体系在时间、空间、信息、认知等领域的全面争夺和控制，具有鲜明的对抗性特征［6］，具体体现在：①规模化对抗。即对抗的“量”大，当前世界主要军事强国均有能力在短时间内，从多个方向同时向某一区域投送数百枚巡航导弹、中程弹道导弹、临近空间武器等打击武器，未来随着无人机，特别是无人机蜂群的出现，体系对抗规模化特征将更加显著。②高强度对抗。即对抗的“质”高，不仅涉及到攻防体系的预警探测、指挥控制、拦截打击、情报侦察、信息基础等各组成要素，以及从地表/深海到太空的所有空间和网络、认知等作战域，且对抗过程的博弈特征明显，攻防双方都在和“智能的对手”作战。③全过程对抗。即对抗的“链”长，攻防双方决策博弈、认知对抗贯穿观察-调整-决策-行动（OODA）整个链路的全过程。近年来，混合战概念的出现还将“平时”和“战时”的界限进一步模糊，体系的对抗性甚至出现了向“平时”延伸的趋势。

2.4 能力汇聚性

为有效应对对手快速演变的威胁样式及威胁目标，未来空天防御体系要素具有资源要素部署分布、杀伤链动态重组、作战能力汇聚演进的特征，具体体现在：①补短型汇聚。可融入电抗、微波、激光等新质新域手段，通过发挥地海空天网等各作战域互补优势，补齐单一作战域短板，促使新质体系要素真正“融入”体系，提升体系整体效能。如，利用天基/空基信息优势，补充地空导弹武器探测拦截“超地平线”目标的能力短板。②增强型汇聚。通过打破火力单元“弹站架”约束，实现多域作战力量要素按需解耦与随遇接入，杀伤链/杀伤网的构建不再局限于单一的武器系统内部，单位时间内向单位空域内可投送火力数量大幅提升。③智能型汇聚。各作战要素可以体系效能最大化为中心目标，以人工智能等手段灵活动态组合资源，形成多任务、多样式的体系杀伤网，在作战资源总数不变的情况下，提升体系抗击规模和综合抗击概率，对对手空天打击实现体系化、多手段、倍增式优化杀伤。

3 空天防御体系智能发展思考

未来空天防御体系具有组成要素多、博弈对抗强、架构演进快等典型特征，亟需通过智能科技融入，将人工智能、大数据等先进新兴前沿技术与体系相结合，推动空天防御体系智能化发展。

3.1 智能化应用面临的挑战

（1） 海量信息管理与应用方面

空天防御体系各类传感器在平时和战时都会获取大量的目标信息，如此海量获取信息的融合处理与分发管理面临巨大挑战［7］。主要有以下几个方面：

1） 在平时要把积累的数据变成知识和资源。数据是智能的基础，做到功在平时，才能确保利在战时。当前预警探测要素的传感器数量众多，在平时能够获取到大量有关对手各类空中平台的数据，同时空天防御体系在日常训练、试验、演习中也会产生大量数据，这些数据的信息数量极大，但体系对这些信息整编、融合、标注、挖掘的能力有限，亟需把数据与模型、算法相结合，通过数据驱动的训练，将数据变为知识和能力。

2） 在战时要实现数据分级分类管理，适时把适当信息发给适当资源要素节点。战场环境下通信资源总是有限的，因此战时信息分发不应采取“大水漫灌”方式，应采用精准信息分配策略，在恰当时机，以恰当方式，把恰当信息，发给恰当节点。

3） 要鉴别信息的真伪。在复杂强对抗战场环境下，充满着信息博弈，对手往往会通过多种 “隐真示假”手段散布虚假样本，隐藏真实数据，为此体系必须能够对获取到的信息进行真伪鉴别。

（2） 资源动态调度与配置方面

面对未来广域对抗、多域协同、动态重组的复杂交战场景，空天防御体系作战资源要素的动态调度、高效管控与运用将面临以下挑战：

1） 需将对战场“态”的感知升华为对战场“势”的认知。当前空天防御体系仅实现了对战场“态”的感知，尚未形成对战场“势”的认知能力，体系只能对各类传感器获取的数据进行简单的信息融合和航迹关联，无法支撑空袭征候判断、作战意图识别、打击样式预测等深层次应用，对于进攻体系分布式部署具有的小目标隐身化、平台去中心化，集群式打击样式带来的来袭密集性、攻击多样化，均是未来智能化对抗的新挑战、新问题［8-9］。

2） 信息火力节点匹配关系需按需重构，动态形成杀伤网。美国CEC、NIFC-CA 等早就提出了火力单元解耦的概念［10-12］，但距离真正的实战化运用还有差距［13］，特别是在大规模、多轴向攻击空情下，防御方在某方向、某责任区资源将面临快速饱和的情形，体系任何节点都难以确保绝对安全，将极大影响对规模化空袭的跟踪识别、指挥控制、火力打击，难以保障基本杀伤链闭合。为此，需要基于体系化运用基本思路，改变传统基于预设规则构建杀伤链的方式，以作战任务和战场态势为驱动，在考虑损毁前提下，对广域战场资源按需调度与匹配，全局统筹资源运用，科学合理设计拦截时序，以最大命中概率、最佳效费比、最低战损等为准则，构建效能最优杀伤网，完成对目标的最优杀伤，实现高迸发任务需求下体系效能充分发挥。

3.2 体系智能化发展的重点

空天防御体系智能化发展涵盖体系要素——武器智能化，以及确保体系高效运转的体系架构、体系运用等体系智能化，即空天防御体系智能化发展包括智能武器和智能体系两个重要部分。其中，智能武器是指通过人工智能技术的应用赋能，使得探测识别传感器、拦截导弹等组成装备具有主动感知、自动执行、自主认知、自我学习等能力的武器系统。智能体系则是将数学优化、深度学习、强化学习等新技术对体系架构运行、体系资源匹配等体系作战全过程赋能，使其能够在复杂的作战环境中更高效地利用资源，实现作战任务目标的体系。

鉴于修该课程的学生将来多从事教育事业，大纲中对学生的课堂着装（尤其是在做口头报告时）也提出了要求。学生在上课时应避免穿牛仔裤、人字拖、透视装、低胸装、帽衫、汗衫及紧身衣等。还提醒学生在做口头报告和回答他人问题时不可嚼口香糖。

（1） 智能武器

武器系统智能化在于利用智能技术全面提升武器系统中各组成要素的技术参数、性能指标，建立智能深度融合的感知、认知、行动新环路，从而提升武器系统的作战效能，具体体现在：

1） 智能感知。是同源/多源、同构/异构的探测感知系统采用人工智能技术途径，对未知目标与复杂任务场景进行认知处理与辨识对抗，打破传统预置、固定式感知模式，具有自主学习、智能推理、在线升级特征。

2） 智能制导。是打破传统武器系统火力单元约束，使得单一导弹能够接受不同指令站的制导指令，同时从多个数据源获取目标信息，从而为体系构建杀伤网创造条件。

3） 智能控制。是在复杂不确定的内外环境下，通过对信息的深度挖掘和高效利用，指导机器自主驱动实现针对性控制，利用人工智能技术的超强寻优能力提高控制系统品质、解决复杂大系统问题。

4） 智能毁伤。是通过作战节点中的智能毁伤元，共享体系毁伤环境与毁伤效果的态势信息，具备复杂不确定环境条件下的智能决策，实现对基于群体目标易损性的能量力与信息力输送，达到有利于战场态势的最大化毁伤效能。

5） 智能保障。是以人工智能和大数据知识库为基础，灵活调度各种保障资源，实现对复杂武器系统全寿命周期内的远程、实时数据采集、状态监测、故障检测、数据深度分析、定位与辅助分析决策、健康管理与维修保障等功能，并可根据作战体系快速转换，实现保障任务自主规划、保障态势自主感知、保障过程自主控制和保障指挥自主决策。

体系智能化在于以新型作战概念为牵引，以人工智能技术为手段，综合运用全域作战体系的感知、认知和决策信息，实现体系作战资源和作战力量的有机融合和高效协同，形成整体决策和行动方案［14-15］，具体体现在：

1） 体系顶层架构云端赋能。面向联合作战要求，按照体系资源服务化、构建灵便化、运用智能化、开发敏捷化、部署广域化的发展思路，依托新一代网络信息体系基础设施，利用大数据、边缘计算、人工智能等先进技术，基于装备要素层、基础云平台、资源管理层、功能服务层、作战运用层，构建跨域协同、智能管控、即时聚优、精准释能、云端一体的新型联合作战体系。本次俄乌冲突中，乌方利用美“星链”等手段提供的战场透明态势，实现APP 式“接单打击”、定点清除等样式，就是典型的云端一体协同架构支撑下的新型作战样式实践，显著提升了作战能力，让对手遭受重大损失。

2） 体系智能指挥控制。瞄准体系面向任务的资源要素即时聚优组织需求，以人工智能提升指挥控制效能为重点，收集对手态势信息数据，并采用智能算法进行数据挖掘、数据分析、自主学习决策推理，利用分布在地海空天基多个平台的预警探测跟踪、指挥控制、拦截打击节点，构建广域动态杀伤网，实现复杂战场环境下杀伤链的优化闭合，重点需解决体系搜索、跟踪、识别、通信、火力等作战资源按需接入、云端聚合、动态调度、优化匹配问题，支撑防空反导作战资源要素的高效管控与最优释能。

3） 体系运用样式多域联合。瞄准制衡制胜对手，遵循科技制胜机理，充分用足用好新质力量并加快融入体系，变革兵力运用和战法样式，基于计算机、通信和网络技术，充分利用电子对抗、网络攻防、定向能、高功率微波、激光等新质手段，把预警探测、指挥控制、拦截打击等连成一个有机的网络，通过群体间互相协调，“共享一个分布式大脑”，实现群体智能的涌现，形成在时间、空间、功能和平台上的协同作战能力。

4 空天防御体系智能发展愿景

未来空天防御作战来袭目标复杂、进攻样式多变、作战进程高动态、行动策略强突变为现有空天防御体系带来巨大挑战，体系策略的动态决策、体系架构的抗毁顽存、体系效能的充分释放成为空天防御智能化作战能力形成的关键所在。体系运行的敏捷化、体系对抗的强健化、体系管控的高效化，是未来空天防御体系智能化作战的目标要求。

4.1 体系运行敏捷化

强对抗防御作战场景下攻防态势瞬息万变，伴随着网络化防御作战决策空间的急剧扩大，传统基于固定或静态的作战攻击策略及经验优选函数的融合决策方法已难以适用，将向以下两个方向转变。

（1） 敏捷博弈。推动体系策略由“预置固定”向“动态博弈”转变。在充分融合人工智能、大数据、云计算等新型技术的基础上，应用博弈对抗理论方法，构建“离线知识生成+在线场景匹配”的防御智能敏捷决策算法框架，实现想在对手前面、动在对手前面的能力，主动塑造战场态势。

（2） 敏捷成长。推动体系能力升级时间从“月级”向“天级”甚至“分钟级”的转变。一方面，在平时，利用历史数据和先验信息，进行“离线训练”，支撑“在线升级”；另一方面，在战时，利用实时获取的战场数据，进行“在线训练”，支撑体系自我演进、自我成长，实现“打一仗、进一步”。

4.2 体系对抗强健化

面对进攻体系与防御体系日益激烈的对抗，体系作战资源被部分损毁的可能大幅增加，未来的体系必须有抗毁顽存的持续作战能力。

（1） 抗毁重组。体系杀伤由“杀伤链”向“杀伤网”转变。打破传统武器系统对同一目标只能构建单一杀伤链的作战使用模式，借助新型通信网络实现体系信息与资源的共享，支撑形成全域要素分布解耦、组网冗余作战，依托动态构建的自适应杀伤网，实现在单一节点损毁情况下通过其他要素互联互通重构杀伤链。

（2） 强抗干扰。综合运用多种手段有效对抗敌干扰和环境干扰，同时通过体系作战过程设计和作战模型设计的优化，确保体系在任何干扰情况下作战效能有所下降而非清零。

（3） 强生存力。通过运用伪装、欺骗等手段制造战场迷雾，实现主动对抗能力；运用多种手段复合的综合保障资源，提升未来体系的自动修复能力，确保体系打不烂、打不垮。

4.3 体系管控高效化

广域、对抗、重组、演进等成为未来体系的典型特征，对未来体系广域多域跨域资源要素的管控成为体系有效运行、高效运行的关键。

（1） 杀伤概率更高。智能预判对手航迹信息和机动样式，降低对导弹过载、导引头探测距离等方面的需求，提升单发杀伤概率。

（2） 应对规模更大。利用智能技术综合辨识对手的作战意图，降低战场不确定，实现信息火力资源精准匹配，增加火力释放度，提升体系规模化作战和持续作战能力。

（3） 持续能力更强。在高强度作战环境中，利用智能算法识别干扰样式，提升抗干扰成功率；针对敌方的作战行动，优化作战资源配置，同时通过智能博弈，主动塑造战场态势，提升体系在复杂环境下高效持久的作战能力。

5 结束语

随着空天威胁目标的演变及其进攻样式的发展，以及人们对体系化设计、体系化建设、体系化运用理解与认知的增强，充分用好人工智能、大数据、云计算等先进前沿技术是现代化空天防御体系高质量发展的必然要求，空天防御体系建设发展也必将成为“三化”融合发展的典范。本文中提到的体系智能化发展面临的问题挑战，提出的发展重点与目标愿景尚是初步的，值得进一步深入研究。

致谢

本文的研究得到了原空军研究院王正青高工的指导，在此一并感谢。