田 達，宋海偉，胡新宇，吳 昊

(中國航天科工集團8511研究所，江蘇 南京 210007)

·專家論壇·

網(wǎng)絡化電子戰(zhàn)技術發(fā)展思考

田 達，宋海偉，胡新宇，吳 昊

(中國航天科工集團8511研究所，江蘇 南京 210007)

信息時代網(wǎng)絡化體系對抗成為必然發(fā)展趨勢，電子戰(zhàn)的技術形態(tài)也將發(fā)生改變。從網(wǎng)絡中心戰(zhàn)與復雜性理論的視角來研究網(wǎng)絡化電子戰(zhàn)系統(tǒng)技術，探討人工智能與網(wǎng)絡化電子戰(zhàn)的關系，提出了未來發(fā)展設想。

人工智能；電子戰(zhàn)；電子偵察；電子攻擊；網(wǎng)絡中心戰(zhàn)；復雜自適應系統(tǒng)；自組織系統(tǒng)；C4I系統(tǒng)

0 引言

21世紀，人類進入信息時代。信息技術呈指數(shù)增長并改變世界的方方面面，作戰(zhàn)理念、戰(zhàn)爭形態(tài)也將隨之發(fā)生重大變革，網(wǎng)絡化、體系對抗成為必然發(fā)展趨勢，電子戰(zhàn)的技術形態(tài)也將發(fā)生改變。網(wǎng)絡化電子戰(zhàn)是一種基于網(wǎng)絡中心戰(zhàn)思想理念的電子作戰(zhàn)形式，其目的在于奪取電磁頻譜優(yōu)勢繼而獲得戰(zhàn)場主動權。與網(wǎng)絡中心概念密不可分的，是作戰(zhàn)空間中的三類實體：傳感器、執(zhí)行器和決策器。這些實體通過信息與傳感器柵格緊密聯(lián)系在一起[1]。伴隨網(wǎng)絡中心戰(zhàn)理念而來的，是各類實體之間大量的數(shù)據(jù)和信息流，以及更快的行動節(jié)奏。激增的數(shù)據(jù)和信息流可能完全超出人類執(zhí)行器和決策器的能力范圍。

為克服上述危機，有必要尋求利用人工智能(AI)以及復雜自適應系統(tǒng)(CAS)領域的發(fā)展成果來解決問題。這些技術形成了21世紀作戰(zhàn)空間中第四類實體——作戰(zhàn)空間智能體[2]的理論和技術基礎。人工智能使得自主式的傳感器控制、數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)解讀成為可能。信息基礎設施自身也可能受控于作戰(zhàn)空間中依靠人工智能來實現(xiàn)其功能的智能體。這些智能體可能用于不適宜選派人類執(zhí)行器或決策器前往執(zhí)行任務的危險場合。通過彼此協(xié)同，許多智能體組成了一個復雜自適應系統(tǒng)，這些智能體在作戰(zhàn)空間中共生共存，既相互競爭，又相互協(xié)作，共同實現(xiàn)目標。

本文試圖從網(wǎng)絡中心戰(zhàn)與復雜性理論的視角來研究網(wǎng)絡化電子戰(zhàn)系統(tǒng)，探討人工智能與網(wǎng)絡化電子戰(zhàn)的關系。在此基礎上簡單介紹了近期的關注重點和主要設想，希望能在未來的電子戰(zhàn)裝備技術體系建設中發(fā)揮應有的作用。

1 網(wǎng)絡化電子戰(zhàn)

美國海軍退役中將Cebrowski在20世紀90年代末提出了網(wǎng)絡中心戰(zhàn)的概念[1]。這種作戰(zhàn)理念的特別之處在于重心的轉移：即從平臺轉至網(wǎng)絡，以及從各獨立執(zhí)行器轉至一個自適應有機協(xié)同系統(tǒng)的各個組成。這種新的作戰(zhàn)理念使得部隊能夠發(fā)展快速指揮能力，并能實現(xiàn)自底向上的自組織來實現(xiàn)指揮員意圖?？焖僦笓]能夠產(chǎn)生更好的戰(zhàn)場態(tài)勢感知，這使得更快、更精確響應的效果聚集成為可能，這與傳統(tǒng)的“兵力聚集”做法形成鮮明對比。在研究形成這一作戰(zhàn)理念的過程中，Cebrowski借鑒了復雜性理論(complexity theory)的研究成果[3]。將復雜性理論應用于戰(zhàn)爭，意味著對作戰(zhàn)作如下理解，即其本質(zhì)上是非線性的，由相互競爭、相互協(xié)作的多個不同個體之間的局部相互作用最終演化出作戰(zhàn)結果。在網(wǎng)絡中心環(huán)境下，個體之間的交互是大量存在的，每個數(shù)據(jù)包都代表著不同的交互作用。傳統(tǒng)的平臺中心作戰(zhàn)理念的特點是“信息貧乏”，每個執(zhí)行器都依賴其自身傳感器，而各執(zhí)行器之間的交互并不很頻繁。作為對比，網(wǎng)絡中心作戰(zhàn)的特點是“信息充沛”，每個執(zhí)行器都能快速獲取豐富的信息。但是，每個信息包都會有相應的延遲和誤差，如果不能恰當處理和應對，極有可能導致錯誤的災難性傳播，甚至造成系統(tǒng)崩潰。這就帶來一個問題，該如何使用延時不定、質(zhì)量差異懸殊的各類信息，從而實現(xiàn)各個獨立平臺向完全自適應的有機協(xié)同系統(tǒng)的轉變呢？

網(wǎng)絡化電子戰(zhàn)是一個復雜問題，比單純擴展數(shù)傳帶寬和平臺組網(wǎng)能力要困難得多。需要解決的基本問題包括：對質(zhì)量、時效差異較大的各類信息的解讀和利用，信息的提煉凈化以確保網(wǎng)絡質(zhì)量及阻止誤差在網(wǎng)絡中災難性傳播，對自同步響應的協(xié)調(diào)，以及有限資源的合理分配，等等。

平臺與系統(tǒng)的自同步將提升電子戰(zhàn)的作戰(zhàn)效能。在一些需要極高響應速度的電子戰(zhàn)應用場合，需要快速發(fā)現(xiàn)輻射源并對其分類，這通常是由平臺上的偵察接收機(與干擾發(fā)射機共處同一位置)來實現(xiàn)的。但由于同一平臺收、發(fā)難以同時工作，因此單平臺情況下只能分配給電子偵察接收機有限的占空比工作時隙進行間斷觀察[4]，傳感器和處理延時將會相對較高，這種情況下要對多個輻射源進行快速響應，難度是非常大的。組網(wǎng)協(xié)同工作情況下，可利用平臺外其他有效電子偵察系統(tǒng)提供信息，不但可將偵察傳感器從間斷觀察的約束中解放出來，而且由于多部傳感器截獲概率的累加，傳感器的延時將會大大降低，因此只要平臺外支援信息的網(wǎng)絡傳輸延時足夠小，組網(wǎng)協(xié)同情形下的響應延遲就將會顯著降低。這就需要新的寬帶數(shù)據(jù)鏈支撐，或者是更加智能化的信息傳輸方式。

網(wǎng)絡化電子戰(zhàn)的另一個好處是允許裝備之間更緊密的協(xié)同配合。協(xié)同的兩種極端模式分別為集中式控制和分布式控制。集中式控制意味著主從結構，其中的主節(jié)點指揮一個或多個從節(jié)點。分布式控制意味著最底層的單元能夠處理信息并自行決定如何做出最佳動作。它們既可以在所有響應中都體現(xiàn)預置好的指揮員意圖，也可以各自獨立工作。兩種極端模式混編是一種可行的架構。為了加快速度，最底層的執(zhí)行器具備處理信息和決定何時動作的能力，而更高一級的指揮層能通過否決這些行動來實現(xiàn)干預，并能在低層級的執(zhí)行器無法獨立決策時，指揮其響應。也可采用拍賣處理方式，每個具備資格的執(zhí)行器都可基于適當?shù)臏蕜t進行任務的競拍，指揮單元最終將任務分配給最高競價方。

網(wǎng)絡化電子戰(zhàn)不僅僅是解決了分配去沖突問題，它還為產(chǎn)生新的響應形式提供了可能。比方說，智能化無人集群電子戰(zhàn)系統(tǒng)，其行為類似蟻群[6]，通過人工信息素痕跡相互引導實現(xiàn)對威脅的感知和攻擊。

2 復雜自適應系統(tǒng)

對復雜自適應系統(tǒng)(CAS)的正式研究可追溯到1984年圣達菲研究所的成立[3-4]。學者們研究由多個智能體組成的系統(tǒng)所表現(xiàn)出的行為，這些智能體在動態(tài)環(huán)境中共生共存，為了實現(xiàn)其目標，彼此之間或相互協(xié)作或相互競爭。很多系統(tǒng)都滿足這一模型，如股市、生態(tài)系統(tǒng)、人類自身的免疫系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)以及陸戰(zhàn)系統(tǒng)等等。

在基于離散事件的仿真系統(tǒng)中，CAS中的智能體往往被建模成各類實體[5]。智能體接收來自外部環(huán)境的各種激勵，然后基于該信息選擇做出行動響應。激勵包括各種事件、觀測以及來自其他智能體的交流信息。CAS的基本特性在于，諸多行動均基于本地決策，行為是自然發(fā)生的而不是事先規(guī)定的，組織具有分層架構，控制是分布式的，僅僅通過孤立的觀察各個成員無法描述整個系統(tǒng)的狀態(tài)。自然發(fā)生行為不是明確規(guī)定的行為，而是由很多非線性交互影響的成員共同作用附帶產(chǎn)生的行為。鳥類的結隊飛行、魚類的成群游行，以及蟻群的結隊覓食都是自然界中自然發(fā)生行為的例子[6]，這些例子反映了一個共同點，即一組簡化的行為規(guī)則往往能產(chǎn)生復雜的系統(tǒng)行為[7]。僅僅孤立地觀察各個智能體無法得出整個復雜系統(tǒng)的狀態(tài)。只能通過各個智能體之間各種相互作用產(chǎn)生的合成效果來描述系統(tǒng)。CAS研究中用到很多人工智能分析工具。智能體的自適應組成往往可用神經(jīng)網(wǎng)絡技術或演化計算方法來建模。

通過提升指揮和自同步的速度，可以實現(xiàn)快速破壞敵方戰(zhàn)略的能力。伴隨著快速指揮的產(chǎn)生，將會有態(tài)勢感知能力提升、效果聚集，以及在敵方行動過程中的快速阻斷等一系列效應顯現(xiàn)。當本地決策成為可能時，智能體之間的自同步就容易實現(xiàn)了。若可進行分布式控制，則可自底向上實現(xiàn)系統(tǒng)自身的組織，與自頂向下的控制方式相比，可更快滿足指揮員的意圖。

除了為作戰(zhàn)提供了一種新的詮釋之外，復雜性理論還為作戰(zhàn)場景建模與分析另辟了蹊徑，它為戰(zhàn)術設計提供了一種新的方法途徑，還可用于控制自主無人平臺組成的集群。

當前很多仿真系統(tǒng)都是由執(zhí)行預定任務的固定程式化實體所構成的。如果用自適應實體來對紅藍雙方進行建模，則可以用更逼真的方式來評估各種戰(zhàn)術。CAS理論既可以作為一種工具來認識系統(tǒng)具備何種能力，也可以作為一種分析工具用來嘗試解讀系統(tǒng)正在做什么，它還提供了一種不同的手段用來分析特定行動和戰(zhàn)術的結果。

網(wǎng)絡中心戰(zhàn)中必須解決的一個突出問題就是確定異類系統(tǒng)之間交互的最佳方式以便更好地實現(xiàn)裝備協(xié)同。這些異類系統(tǒng)可能來自不同部隊，能力各不相同，價格成本各異，它們在不同時段參與作戰(zhàn)，各自具有不同的行動范圍，以不同的保真度和置信度提供各類信息。復雜性理論將幫助我們確定如何最優(yōu)化地配置資源，以及應該采用何種戰(zhàn)術。

為每個平臺確定恰當?shù)膽?zhàn)術也是一項極具挑戰(zhàn)性的任務。從復雜性理論已知，與固化行為相比，讓規(guī)則隨著環(huán)境反饋而不斷演化往往才是最佳的。采用遺傳編程或分類器系統(tǒng)技術在特定空間搜索可能的戰(zhàn)術是一個值得研究的方向，它將為網(wǎng)絡化電子戰(zhàn)的研究工作提供支撐，同時也為管控無人飛行器、微型空射誘餌及無人作戰(zhàn)飛機等提供了可能的解決方案。

3 人工智能

網(wǎng)絡服務質(zhì)量和海量數(shù)據(jù)可能導致網(wǎng)絡中的實體無法及時獲取需要的信息，快速節(jié)奏和龐大信息流也超出了人類執(zhí)行器和決策器的承受能力。

為避免這種危機，應當在整個網(wǎng)絡中借助人工智能處理工具來提升任務的自動化水平。這當中包括從傳感器數(shù)據(jù)中提取有用信息，進行多傳感器數(shù)據(jù)融合，調(diào)節(jié)、管控網(wǎng)絡的交互使得正確的數(shù)據(jù)能夠及時通達正確的實體，處理缺失或受損數(shù)據(jù)，管理裝備資源的分配，以及信息歸類存檔和提取。人工智能在這里被定義為能夠提供目標導向、自我激勵并能自適應分析和解讀采集數(shù)據(jù)或處理信息能力的任何一種算法，不論其以軟件還是硬件為載體。相關的支撐技術包括(但不限于)神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊邏輯與模糊集、遺傳算法、遺傳編程、不確定或不完備信息情況下的推理，以及機器學習和自適應智能化智能體，等等。

人工智能技術既可用于電子偵察也可用于電子干擾。組網(wǎng)協(xié)同工作情況下，來自傳感器的數(shù)據(jù)流和來自信息基礎設施經(jīng)過處理的信息流將不斷快速變化，這就要求人工智能技術應具備相應的處理能力。平臺、子網(wǎng)及主網(wǎng)都需要這種具有變化、自適應形式的自動化處理來完成其任務使命。

人工智能技術可應用于獨立電子偵察系統(tǒng)中的所有層級。信號截獲需要偵察接收系統(tǒng)在空域、頻域、時域上覆蓋或?qū)矢信d趣的輻射源目標信號，本質(zhì)上是一個資源調(diào)度編排問題。在有多部天線和接收機的系統(tǒng)中，必須對此進行協(xié)調(diào)控制以得到最佳截獲概率。如果在密集信號環(huán)境下執(zhí)行戰(zhàn)術(高實時性)任務，人類操作員是無法勝任這種高強度處理負荷的，這當中也包括信號分選去交錯、輻射源特征提取、輻射源分類識別，以及輻射源與平臺及作戰(zhàn)意圖的關聯(lián)，等等。采用的人工智能工具類型是多樣化的，如利用演化算法實現(xiàn)任務調(diào)度和系統(tǒng)優(yōu)化，通過神經(jīng)網(wǎng)絡或?qū)＜蚁到y(tǒng)進行輻射源信號去交錯和特征提取[8]，等等。在更深層次的關聯(lián)處理中，可能需要自適應的智能化智能體來對來自平臺內(nèi)傳感器和平臺外信息源的各類信息進行關聯(lián)融合，以此生成態(tài)勢感知顯示供人類執(zhí)行器和決策器使用。需要強調(diào)的是，上述智能化系統(tǒng)應設計成實際使用中無需人工干預的系統(tǒng)，應具備目標導向和自學習行為能力，避免對系統(tǒng)進行費時又費力的人工調(diào)控。

單平臺電子干擾系統(tǒng)可根據(jù)電子偵察系統(tǒng)或綜合電子戰(zhàn)系統(tǒng)提供的信息進行控制。戰(zhàn)前分析加上自適應電子干擾智能體能夠為孤立平臺提供對攻擊的最佳響應。對威脅環(huán)境的深度理解、對抗效果的在線評估和干擾資源/策略的及時調(diào)整都有可能成為人工智能發(fā)揮重要潛能的場合。

人工智能應用的另一個領域就是單用途網(wǎng)絡代理，它可針對特定用途從各種不同節(jié)點收集信息，如推薦打擊目標的列表生成，或為了實時調(diào)整行進中的戰(zhàn)術任務而發(fā)掘所需信息。這些智能體可能同時駐留在多個平臺并監(jiān)視信息基礎設施中的相關輸入，也可能受自適應算法的引導在網(wǎng)絡中游行趨向最有可能的相關信息源。后一種做法對數(shù)據(jù)鏈帶寬要求較高。例如在空襲任務中，當傳感器在行進路線附近發(fā)現(xiàn)新的威脅時，傳感器平臺上的任務智能體將直接通知空襲作戰(zhàn)飛機上的主任務智能體。主任務智能體將評估該條新信息對任務的影響程度并向飛行員做出行動建議。

4 重點關注方向

根據(jù)現(xiàn)階段發(fā)展需求和趨勢，以下技術方向值得重點關注，其發(fā)展可能對未來電磁作戰(zhàn)產(chǎn)生深遠影響。

1)多源融合目標識別與電磁態(tài)勢綜合感知

針對聯(lián)合作戰(zhàn)需要，更精確、更快捷地解決戰(zhàn)斗辨識和電磁態(tài)勢感知問題，研究同類和異類傳感器的組網(wǎng)新技術，通過組網(wǎng)協(xié)同探測將各類傳感器的識別特征數(shù)據(jù)進行融合以提升對未知目標的有效辨識能力和電磁環(huán)境態(tài)勢深度理解能力，其中的傳感器包括雷達、敵我識別以及從UHF頻段直到紅外譜段的被動探測。為了在整個網(wǎng)絡中建立起辨識機制，可在高保真仿真環(huán)境中對各種分類器算法以及包括貝葉斯、Dempter-Shafer和模糊邏輯等在內(nèi)的證據(jù)學數(shù)學理論進行測試。

2) 組網(wǎng)協(xié)同電子對抗資源優(yōu)化管理

聯(lián)合作戰(zhàn)必然涉及多種不同平臺的組網(wǎng)協(xié)同，每種平臺都有各類傳感器和電子干擾資源。整個戰(zhàn)斗群的任務遂行及生存很大程度上取決于能否根據(jù)需要自動實現(xiàn)對各類資源的分配和高效利用，這就需要研發(fā)相應的資源管理器，能夠?qū)Ψ植荚诓煌脚_的電子戰(zhàn)資源進行實時優(yōu)化分配?；谀：壿嫷馁Y源管理器能夠根據(jù)專家提供的規(guī)則做出決策，其中可能涉及單平臺模型和多平臺模型。單平臺模型使得每個平臺都能可當成一個自主式的智能體；多平臺模型的特點是有一個自組織分布式的指揮架構，在此指揮架構中，不存在特定的平臺作為指揮中心，該架構代表了自同步、相互配合的跨平臺協(xié)同。

3) 電子偵察無人機群的自組織協(xié)同控制

多架電子偵察無人機按分布式智能體架構展開，可識別并監(jiān)視敵方輻射源，從而增強戰(zhàn)場態(tài)勢感知能力。需要研發(fā)高效智能的控制系統(tǒng)，使得每架無人機都能自行決策，同時又能與集群中的其他個體相互配合共同實現(xiàn)目標。群體智能算法在此可以充分發(fā)揮效用，對無人機的控制規(guī)則進行演化，確定無人機編隊所期望的組織和編排并實現(xiàn)對每架無人機的行為管控。

4) 基于自適應智能體的無人集群電磁作戰(zhàn)系統(tǒng)

將自適應智能體的系列方法用于無人集群電磁攻防作戰(zhàn)任務，包括對敵方移動式防空系統(tǒng)進行實時探測和電子攻擊以支持掩護己方突防作戰(zhàn)，或者己方高價值目標/區(qū)域防御敵方飛機/衛(wèi)星偵察、反制敵方有人或無人戰(zhàn)機編隊/精確制導武器攻擊，實現(xiàn)高效費比電磁作戰(zhàn)。無人作戰(zhàn)飛機UCAV及無人機UAV(包括微型無人機)的任務角色也是當前關注的熱點，因此未來聯(lián)合作戰(zhàn)電磁攻防作戰(zhàn)任務可能采用大量異類交互作用的無人平臺和系統(tǒng)來實現(xiàn)，是典型的復雜自適應系統(tǒng)(CAS)，用多智能體模型來進行作戰(zhàn)仿真能夠更加有效地理解集群電磁作戰(zhàn)復雜系統(tǒng)行為。

5 結束語

網(wǎng)絡化電子戰(zhàn)實質(zhì)上是在網(wǎng)絡中心戰(zhàn)導向的作戰(zhàn)空間中實施的電子戰(zhàn)，其效用主要有兩點：一是為電子對抗和其他軍事行動提供更有價值的信息；二是直接以平臺/組織同步、協(xié)同的形式提升電子對抗作戰(zhàn)能力。目前大多數(shù)電子戰(zhàn)任務，如告警、情報監(jiān)視偵察、戰(zhàn)場毀傷評估、自衛(wèi)、對敵防空壓制等等，都將因網(wǎng)絡化電子戰(zhàn)而受到重大影響。網(wǎng)絡化電子戰(zhàn)的電子偵察部分能夠提供更多更好的信息，對所有軍事行動產(chǎn)生貢獻。這將提升作戰(zhàn)空間的感知能力，得到優(yōu)勢戰(zhàn)場知識，最終實現(xiàn)拒敵制勝。無論作戰(zhàn)空間智能體的載體位于何處,網(wǎng)絡化電子戰(zhàn)的核心思想在于確保合力或涌現(xiàn)效應的產(chǎn)生。目前和未來，能支持這些作戰(zhàn)空間智能體實現(xiàn)其任務的技術，恐怕只能在人工智能和復雜自適應系統(tǒng)領域中探尋了?！?/p>

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Considerationforthedevelopmentofnetworkcentricelectronicwarfare

Tian Da， Song Haiwei， Hu Xinyu， Wu Hao

(No. 8511 Research Institute of CASIC，Nanjing,210007，Jiangsu，China)

System-of-systems combat in a network centric environment becomes the necessary trend in the information age. In response, the way and fashion of electronic warfare (EW) technology evolution may change significantly. The techniques of network-centric EW systems are studied from the point of view of network-centric warfare and complexity theory，with main emphasis on the relationship between network-centric EW and artificial intelligence (AI). Finally, some of the ideas and considerations concerning future development are described.

AI;EW;electronic reconnaissance;electronic attack;network centric warfare；complex adaptive system；self-organized system；C4I system

2017-06-08；2017-09-05修回。

田達(1975-)，男，研究員，博士，主要研究方向為電子戰(zhàn)系統(tǒng)總體設計、現(xiàn)代信號處理。

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