智能化电子战装备发展研究

2023-09-05许晓剑

舰船电子对抗 2023年4期

苏周,刘飞,许晓剑,韩俊

(空军预警学院,湖北武汉 430345)

0 引言

技术是推动战争形态变革的源动力,无论是作战空间陆海空天的逐步拓展,还是力量形态从冷兵器到机械化再到信息化的转型,每一次技术上的突破都会带来战争形态的变革。近年来,人工智能技术蓬勃发展,成为战争形态从信息化向智能化转变的推动力。美国在“第三次抵消战略”中提出智能武器、自动化无人武器系统等新概念武器,以发展“改变未来战局”的颠覆性技术[1],并在无人作战平台、电子战、辅助决策等技术领域进行应用尝试[2],催生马赛克战[3]、算法战[4]等作战概念的发展,进一步促进战争形态的改变。

电子战是战争中的兵力“倍增器”,是新域新质作战力量的典型代表,其“观察—调整—决策—行动”(OODA)循环如图1所示。电子战系统在人类认知和电磁实体之间建立桥梁,实现人对电磁波的感知和控制。在复杂多变的电磁环境中,传统电子战装备操作复杂,OODA循环周期长,影响了电子战效能的发挥。人工智能赋能电子战系统,可提升感知决策效率,加快OODA循环,降低“人在回路”的事务性负荷,有助于部队夺取制电磁权,进而取得战争优势。智能化的综合电子战平台,可群体协同开展电子战行动,或以电子战要素支援联合作战,是未来战争的关键力量。

图1 电子战OODA循环

本文在阐述人工智能技术在军事领域应用的基础上,梳理了电子战在智能化时代面临的挑战和机遇,分析了智能化电子战装备应具备的能力,提出电子战装备智能化等级划分方式及作战参与形态,为电子战智能化发展提供参考。

1 智能化战争中的电子战

1.1 人工智能在军事领域的应用

人工智能作为一项大范围赋能技术,在军事领域应用十分广泛。无人机[5]、智能导弹[6]等具有无人化、自主化特征的智能武器陆续出现,将使未来战争的面貌焕然一新。美国国会报告《人工智能与国家安全》[7]将人工智能在国防军事的应用划分为7个领域:情报监视与侦察、后勤、赛博空间作战、信息战、指挥控制、半自主与全自主运载工具、致命性自主武器,每个领域内的典型应用如表1所示。

表1 人工智能在军事领域应用情况

1.2 智能化为电子战带来的挑战和机遇

电子战从1904年日俄海战使走上历史舞台,经历通信对抗、雷达对抗到全面对抗等发展阶段[13],已经成为现代战争的必备要素。随着计算机、信号处理、射频功率器件等技术的进步,电子战装备完成了由侦察机、干扰机等单机设备到综合系统的发展,在信号侦察分析、跳频跟踪干扰等功能上也初步实现了自动化。但传统电子战装备还存在很多不足,人工智能技术在军事领域的广泛应用促进战争从信息化走向智能化的同时,也给电子战带来了新挑战。

(1) 操作复杂,适应战争节奏难

面对雷达、通信、导航、敌我识别等电子信息设备,传统的电子战装备只能对抗其中一类目标,功能较为单一,导致电子战装备种类繁杂。在作战使用中,需要操作员识别目标、分析信号特征,选择最优干扰策略,对操作人员分析判断能力和操作熟练程度都有较高要求,也给操作人员造成极大压力,人工操作速度越来越难以满足快节奏战争需求。

(2) 环境复杂,及时感知威胁难

现代战场电磁设备量急剧增长,战场电磁环境具有辐射源数量多、信号密度大、信号繁杂多变等特征,加之新型未知目标的不断涌现,从海量信号中截获、分选并识别威胁目标的难度加大。

(3) 目标多变,实施有效干扰难

随着相控阵等技术发展,多功能雷达得到广泛应用,电子战作战目标具备多种可灵活切换的工作模式,传统雷达对抗采用相对固定的干扰策略难以达到理想的干扰效果。智能时代自主性、协同性强,对网络单节点通信压制也难以达到作战效果。

(4) 手段欠缺,评估干扰效果难

目前的电子对抗装备普遍不具备干扰效果在线评估能力,大多基于合作方式进行事后评估,在实际作战面对非合作对抗目标时,难以获得评估指标。

(5) 联通性差,融入联合作战难

电子战通过无源侦察,依靠辐射源识别可以实现比雷达预警更强的目标类型判定能力,但当前不同平台电子战情报互通性差,电子战情报与空、海情融合不足。电子战要素多以单系统单任务方式参与作战,综合融入、全程使用还有欠缺。

同时,新的时代特征也给电子战带来更大机遇:一是智能化必以信息化为前提,未来战争的对抗将是在泛网络支撑下的智能感知和打击装备普遍运用[14],对电子设备的依赖性比以往更强,对电子信息系统的攻击也将直接影响武器的大脑,起到“降智”的效果;二是群体感知和协同能力提升带来群体智能快速发展,电子战手段通过破坏武器集群的网络协同,可降低蜂群等智能群体的作战能力;三是电子战手段不需要传统弹药消耗,对抗小型无人平台效费比高。综上,智能化时代的来临,必将使电子战内涵更丰富,范围更广泛,形态更多样。

2 电子战装备的智能化

2.1 智能化电子战装备的概念内涵

智能化电子战装备概念目前尚无统一定义,现有研究主要从表征模型[15]和智能能力[16]角度对其内涵进行描述。本文借助智能武器装备[17]的概念,将智能化电子战描述为利用人工智能技术研制的,用于实施和保障电子战行动的武器、武器系统及配套军事技术器材的统称。人工智能赋能电子战,使电子战装备具备自主能力,成为“有意识、会思考”的装备。

从武器平台个体来看,电子战装备智能化主要包含任务系统、运载平台、控制功能三方面的智能化。测频、测向、干扰、评估等任务系统是电子战装备的核心,如图2所示。任务系统智能化主要是应用认知电子战[18-19]相关技术,提高系统对威胁信号感知、干扰决策、效果评估的能力,缩短反应时间,提升电子战敏捷性。运载平台智能化主要通过无人机、无人艇等为代表的电子对抗装备载具平台实现自主化,具备位置感知、自主避障、路径规划等能力,保障任务系统侦察干扰效能的最佳发挥。控制功能智能化是以装备任务自规划、功能自定义、故障自预测等自主能力,实现寿命周期内无人运行。

图2 认知电子战过程

从武器平台体系来看,电子战装备群智能化主要包括网络协同智能化、统筹控制智能化2个方面。网络协同智能化是通过多智能体共享协同,使频谱感知更准确,推理更可靠,解决电子战个体容易产生漏洞以及信息处理效率低等问题[20]。统筹控制智能化指电子战群体编队能够根据任务改变指挥架构,根据战场任务精确编队控制转换,统筹规划电子战力量资源使用,最大化侦察探测精度和跟踪时长,探测信息融合处理,或以分布式要素参与作战,优化态势配置,统筹干扰资源调度,实现干扰效益最大化。

2.2 智能化电子战装备的架构

一种典型的智能化电子战装备架构如图3所示。任务系统可根据宏观指令完成侦察、干扰、评估的基本操作,并将情报输入自主控制系统,与接收信息融合形成综合态势,将自身情报融入C4ISR系统。自主控制系统根据任务和综合态势形成思维判断,自主决策,单独或协同对目标实施干扰行动并评估效果。运载平台根据任务指令信息自主规划路径,选取最优位置。

图3 智能化电子战装备架构

3 智能化电子战装备的智能水平分级及发展阶段

智能水平分级可以衡量作战平台的自主能力,对作战平台智能化发展路线设计具有指导意义。美国空军曾将无人机的自主控制等级划分为10级[21],并提出了发展路线图,智慧火箭[22]、智能导弹[23]等智能武器也有分级发展的研究。如图4所示,本文借助OODA发展理论[24],设计电子战装备OODA1.0人在环内(In the Loop)的半自主模式、OODA2.0人在环上(On the Loop)的人监督模式、OODA3.0人在环外(Out of the Loop)的全自主模式3阶发展过程,从参与作战形态的角度将电子战装备智能水平分为低、中、高3个等级,对应初级、中级、高级3种参战形态。