白天翔 徐德 王飛躍

和平與發(fā)展是當(dāng)今世界的主流,在可預(yù)見的將來發(fā)生大規(guī)模全面戰(zhàn)爭(zhēng)的概率較低.但也應(yīng)該看到,沖突和局部戰(zhàn)爭(zhēng)卻是一直存在的.例如,近年來規(guī)模較大的局部戰(zhàn)爭(zhēng)就有科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)、阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)、伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)、敘利亞戰(zhàn)爭(zhēng)、格魯吉亞戰(zhàn)爭(zhēng)等,軍事沖突在中東地區(qū)、烏克蘭地區(qū)、敘利亞地區(qū)也一直持續(xù)不斷.這些戰(zhàn)爭(zhēng)中,我們不難發(fā)現(xiàn)這樣的規(guī)律:戰(zhàn)爭(zhēng)的主導(dǎo)者借助其衛(wèi)星、無人機(jī)、情報(bào)人員、網(wǎng)絡(luò)情報(bào)分析累積大量的情報(bào)優(yōu)勢(shì),隨后使用隱形戰(zhàn)機(jī)、巡航導(dǎo)彈針對(duì)重點(diǎn)目標(biāo)精確打擊,通過先發(fā)制人的方式一舉擊潰對(duì)方的防御與指揮體系.在這些局部戰(zhàn)爭(zhēng)初期,交戰(zhàn)雙方實(shí)力相差懸殊,一方被動(dòng)挨打,一方能夠設(shè)計(jì)并主導(dǎo)戰(zhàn)爭(zhēng)的進(jìn)程;一方人員、財(cái)產(chǎn)損失嚴(yán)重,一方幾乎沒有損失.從這些局部戰(zhàn)爭(zhēng),不難發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化支持下的協(xié)同作戰(zhàn)的戰(zhàn)例,以及無人化偵查與作戰(zhàn)的戰(zhàn)例.這些戰(zhàn)例是未來戰(zhàn)爭(zhēng)模式的開端,已受到各國軍事部門的普遍重視.從這些戰(zhàn)例可以預(yù)測(cè),未來戰(zhàn)爭(zhēng)的模式將向著網(wǎng)絡(luò)化、智能化、無人化的方向發(fā)展.

目前,各國對(duì)未來作戰(zhàn)系統(tǒng)已展開廣泛的研究.文獻(xiàn)[1]認(rèn)為,各國在未來作戰(zhàn)系統(tǒng)的研究,主要包括以下方面:1)實(shí)時(shí)、全天候的綜合超強(qiáng)作戰(zhàn)集成網(wǎng)絡(luò),即未來作戰(zhàn)系統(tǒng)的中樞網(wǎng)絡(luò);2)防御圈外進(jìn)攻性作戰(zhàn)系統(tǒng);3)高超音速進(jìn)攻性作戰(zhàn)系統(tǒng);4)隱形、全程使用作戰(zhàn)系統(tǒng);5)智能化機(jī)器人集群作戰(zhàn)系統(tǒng)等.各國在具體制定計(jì)劃時(shí),不是對(duì)各種未來作戰(zhàn)系統(tǒng)孤立研究,而是將幾種未來作戰(zhàn)系統(tǒng)方案進(jìn)行有效集成,并根據(jù)不同的目的突出相應(yīng)重點(diǎn).文獻(xiàn)[1]指出,在一個(gè)強(qiáng)大的作戰(zhàn)系統(tǒng)中樞網(wǎng)絡(luò)的支持下,空中實(shí)時(shí)打擊、無人化作戰(zhàn)將承擔(dān)戰(zhàn)爭(zhēng)中的主要角色.

然而鑒于目前的國際安全形勢(shì),大規(guī)模全球戰(zhàn)爭(zhēng)的可能性較小,局部沖突與反恐斗爭(zhēng)成為戰(zhàn)爭(zhēng)的主旋律.美國提出重回亞太之后,我國周邊國家不斷挑起爭(zhēng)議,如何進(jìn)行積極有效的國土防御成為中國軍隊(duì)建設(shè)的重中之重.因此,針對(duì)局部戰(zhàn)爭(zhēng)沖突防御作戰(zhàn)的研究具有重要意義.本文提出局域網(wǎng)絡(luò)化自主作戰(zhàn)的概念,介紹了其基本能力并指出了發(fā)展所需的關(guān)鍵技術(shù).在此基礎(chǔ)上,本文對(duì)局域網(wǎng)絡(luò)化自主作戰(zhàn)系統(tǒng)進(jìn)行了展望,并指出基于ACP方法的平行防御作戰(zhàn)系統(tǒng)或成為未來防御系統(tǒng)的發(fā)展方向.

1 相關(guān)研究

2016年,美國國防部辦公廳發(fā)表針對(duì)自主作戰(zhàn)系統(tǒng)的研究報(bào)告[2],圍繞如何加速建設(shè)自主作戰(zhàn)系統(tǒng),如何加強(qiáng)引領(lǐng)自動(dòng)化的發(fā)展方向,如何使用自動(dòng)化技術(shù)拓展軍事任務(wù)領(lǐng)域.文中還特別指出,建立自主作戰(zhàn)體系會(huì)為軍隊(duì)帶來多方面的價(jià)值,不僅是安全性、準(zhǔn)確性、靈活性、機(jī)動(dòng)性的提高,還能化不可能任務(wù)為可能.文中還提出,自動(dòng)化系統(tǒng)也為在全球市場(chǎng)的商業(yè)化應(yīng)用發(fā)展迅速,這反過來也加速了武器裝備自主化建設(shè)的進(jìn)程,成為建設(shè)軍隊(duì)自主化建設(shè)的難得機(jī)遇.

一定意義上,非對(duì)稱作戰(zhàn)理論和“零傷亡”目標(biāo)促成美國大力發(fā)展無人作戰(zhàn)系統(tǒng)[3].美國國防部已批準(zhǔn)的美陸軍“未來作戰(zhàn)系統(tǒng)(Future Combat System,FCS)”武器發(fā)展和試驗(yàn)項(xiàng)目,投資數(shù)額高達(dá)150億美元.美陸軍“未來作戰(zhàn)系統(tǒng)”的核心內(nèi)容是高科技坦克、戰(zhàn)術(shù)機(jī)器人以及網(wǎng)絡(luò)化的指揮與控制系統(tǒng).FCS還突出了戰(zhàn)術(shù)機(jī)器人的作用,它們既包括無人機(jī)、遙控武裝偵察車等“機(jī)器人間諜”也包括能夠運(yùn)載后勤物資的“機(jī)器袋鼠”,能夠執(zhí)行戰(zhàn)斗任務(wù)的“機(jī)器人士兵”,還包括全天候自動(dòng)傳感系統(tǒng)、目標(biāo)定位系統(tǒng)等[1].

據(jù)報(bào)道,波音公司和科學(xué)應(yīng)用國際公司組成的小組曾演示了FCS的網(wǎng)絡(luò)化和系統(tǒng)能力[4].演示的FCS如圖1所示,它通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將士兵與多種武器、傳感器以及信息系統(tǒng)連接起來,實(shí)現(xiàn)有人系統(tǒng)與無人系統(tǒng)的高度同步作戰(zhàn)行動(dòng).演示的FCS包含戰(zhàn)術(shù)無人值守地面?zhèn)鞲衅?以及FCS指揮控制車等.在演習(xí)中,戰(zhàn)術(shù)無人值守地面?zhèn)鞲衅骼谜饎?dòng)和聲學(xué)感知能力,能夠檢測(cè)到敵人的行蹤,并將信息發(fā)送到指揮控制車,在車內(nèi)將信息與來自于士兵的情報(bào)進(jìn)行融合.隨后,指揮控制車將威脅和目標(biāo)信息發(fā)送到聯(lián)合作戰(zhàn)中心,由中心將這些信息和來自于其他裝備的信息同時(shí)發(fā)送到戰(zhàn)機(jī)或戰(zhàn)車,用于作戰(zhàn).

除了FCS進(jìn)行的系統(tǒng)級(jí)研究,許多國家還投入大量精力,對(duì)可用于作戰(zhàn)的自主化武器裝備進(jìn)行深入研究.無人機(jī)等無人武器裝備引起了各軍事大國,如美國、以色列、俄羅斯、中國等國家的強(qiáng)烈關(guān)注.例如,美國研制了多種類型的無人機(jī),包括RQ-4A“全球鷹”無人機(jī)、“獵鷹”高超音速飛行器、“捕食者”無人機(jī)、RQ-7“影子”無人機(jī)、X-47-B無人隱身艦載機(jī)、RQ-8“火力偵察兵”無人直升機(jī)等,組成了高低速結(jié)合、覆蓋偵查、打擊、運(yùn)輸?shù)榷喾N任務(wù)的無人機(jī)戰(zhàn)斗群;英國、法國、以色列、俄羅斯也都推出了各自的無人機(jī),用于空中偵查、反雷達(dá)、隱身打擊等方面.中國的“翼龍”無人機(jī)也處于國際先進(jìn)水平[5?6].在地面無人作戰(zhàn)方面,美國進(jìn)行了大量研究,開展的研究項(xiàng)目包括:機(jī)器人合作技術(shù)聯(lián)盟,坦克機(jī)動(dòng)車輛與研發(fā)中心的車輛電子技術(shù)集成,海軍的基本未爆炸彈藥處理系統(tǒng),國防高級(jí)研究計(jì)劃局的越野機(jī)器人感知,陸軍的未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)機(jī)器人項(xiàng)目等[7].例如,美軍在Ripsaw無人坦克、波士頓動(dòng)力公司的“大狗”和Atlas機(jī)器人等均引起了廣泛關(guān)注.

近年來,美國國防部先進(jìn)研究項(xiàng)目局(DARPA)舉辦了一系列比賽,力圖推進(jìn)自動(dòng)自主控制技術(shù)在軍用和民用中的研究與應(yīng)用.DARPA相繼舉辦2013年機(jī)器人挑戰(zhàn)賽、2015無人車挑戰(zhàn)賽、2015網(wǎng)絡(luò)安全挑戰(zhàn)賽,無疑顯示了美國國防部對(duì)于無人自主項(xiàng)目的持續(xù)關(guān)注.近年來,DARPA資助的無人武器開發(fā)不斷取得新進(jìn)展.無人坦克方面,Ripsaw無人戰(zhàn)車時(shí)速可達(dá)120km/h,并可適應(yīng)惡劣條件下的全地形作戰(zhàn);無人機(jī)方面,酷似B-2戰(zhàn)略轟炸機(jī)的X47-B無人戰(zhàn)機(jī)已于2015年已完成航母起飛與阻攔著艦實(shí)驗(yàn),標(biāo)志無人機(jī)已具有配合遠(yuǎn)洋打擊的能力,并即將改裝為RAQ-25“黃貂魚”無人艦載加油機(jī)服役海軍[8];水面艦艇方面,無人反潛艦“海上獵手號(hào)”已于2016年開始已進(jìn)入為期兩年的測(cè)試階段;水下艦艇方面,美國于2016年開始研發(fā)無人潛艇,并計(jì)劃未來部署亞太.總之,美國的陸軍、海軍、空軍、海軍陸戰(zhàn)隊(duì)均在不斷研發(fā)和部署自己的自主作戰(zhàn)裝備.

文獻(xiàn)[9]指出,目前全球超過150種軍用機(jī)器人已裝備于60多個(gè)國家的軍隊(duì).美國國會(huì)計(jì)劃截至2040年,超過半數(shù)的美軍將由軍用機(jī)器人組成.甚至有學(xué)者提出機(jī)器人與軍人比例達(dá)到10∶1的戰(zhàn)略構(gòu)想.顯然,如果機(jī)器人工作在單機(jī)自主作業(yè)的方式下,各機(jī)器人之間獨(dú)立行動(dòng),則很難形成強(qiáng)大的作戰(zhàn)能力.因此,從無人作戰(zhàn)的概念一經(jīng)提出,有關(guān)研究就特別強(qiáng)調(diào)多機(jī)器人協(xié)同作戰(zhàn)能力,強(qiáng)調(diào)機(jī)器人之間的網(wǎng)絡(luò)化通信能力.為了將各臺(tái)獨(dú)立的機(jī)器人集成為一個(gè)整體,需要在多臺(tái)不同的機(jī)器人之間、多個(gè)系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)、協(xié)作.例如,文獻(xiàn)[10]指出,無人機(jī)可能會(huì)與有人駕駛的戰(zhàn)斗機(jī)混合編隊(duì),由無人機(jī)執(zhí)行對(duì)編隊(duì)最具威脅的目標(biāo)的打擊,由有人駕駛的戰(zhàn)斗機(jī)執(zhí)行精確打擊任務(wù).文獻(xiàn)[11]指出,自“沙漠風(fēng)暴”行動(dòng)開始,美國國防部已正式采用網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)(Network-Centric Warfare,NCW).NCW的核心是通過網(wǎng)絡(luò)把傳感器系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)和武器系統(tǒng)各種作戰(zhàn)要素互相結(jié)合.從而把戰(zhàn)場(chǎng)上的各軍兵種的各種武器系統(tǒng)平臺(tái)通過電腦網(wǎng)絡(luò)集合在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中心內(nèi)指揮操作進(jìn)行聯(lián)合作戰(zhàn),以便極大地發(fā)揮戰(zhàn)斗效率.文獻(xiàn)[12]介紹了異構(gòu)海空無人作戰(zhàn)機(jī)器人的自主協(xié)調(diào)控制技術(shù),并指出模塊化是自主機(jī)器人任務(wù)重組和動(dòng)態(tài)重規(guī)劃的關(guān)鍵.文獻(xiàn)[13]指出,空中與地面系統(tǒng)的集成,可大幅度提高戰(zhàn)力.文獻(xiàn)[14]認(rèn)為,多無人機(jī)為完成協(xié)同作戰(zhàn),每臺(tái)無人機(jī)既應(yīng)該具有高度的自主程度,又能在不同作戰(zhàn)階段進(jìn)行可變自主程度飛行,在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候,也可進(jìn)行人為干預(yù).傳感網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)通信有助于戰(zhàn)場(chǎng)自主機(jī)器人的協(xié)同作戰(zhàn),反過來,自主作戰(zhàn)機(jī)器人也可以用于維護(hù)傳感網(wǎng)絡(luò)和通信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定.文獻(xiàn)[15]認(rèn)為,使用自組織無人機(jī)集群作為通信媒介,有助于無線傳感器搜集數(shù)據(jù)輔助決策.

綜上所述,多機(jī)器人作戰(zhàn)系統(tǒng)正向著網(wǎng)絡(luò)化、集群化方向發(fā)展.此外,目前的多機(jī)器人作戰(zhàn)系統(tǒng)以研究攻擊為主,防御特別是局部防御[13?14]的研究較少.但對(duì)于局部戰(zhàn)爭(zhēng)和反恐防暴,局部防御自主作戰(zhàn)值得研究.

2 局域網(wǎng)絡(luò)化防御自主作戰(zhàn)的概念

所謂局域網(wǎng)絡(luò)化防御自主作戰(zhàn),是指在一定的空間范圍內(nèi),由多種不同類型的傳感器和機(jī)器人利用局域網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成自主作戰(zhàn)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)阻止敵人進(jìn)入特定區(qū)域的作戰(zhàn)方式.

圖2是局域網(wǎng)絡(luò)化防御自主作戰(zhàn)系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖. 該系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、壓力傳感器、RFID(Radio Frequency Identi fi cation)身份識(shí)別器、無人機(jī)、移動(dòng)機(jī)器人戰(zhàn)車、智能地雷、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等構(gòu)成.其中,雷達(dá)、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、壓力傳感器、紅外傳感器、RFID身份識(shí)別器等構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng);無人機(jī)、移動(dòng)機(jī)器人戰(zhàn)車、智能地雷等構(gòu)成戰(zhàn)斗系統(tǒng).當(dāng)然,戰(zhàn)斗系統(tǒng)的各個(gè)裝置上也裝有相應(yīng)的傳感器,這些傳感信息也納入傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng).指揮系統(tǒng)根據(jù)傳感網(wǎng)絡(luò)得到的敵情信息,指揮戰(zhàn)斗系統(tǒng)進(jìn)行防御作戰(zhàn).

局域網(wǎng)絡(luò)化防御自主作戰(zhàn)系統(tǒng)除具有對(duì)抗作戰(zhàn)能力之外,還應(yīng)該具有下述基本能力:

1)身份識(shí)別能力:能夠辨別進(jìn)入特定區(qū)域的人員和機(jī)器人屬于敵軍或者友軍.對(duì)于友軍,戰(zhàn)斗系統(tǒng)不予以攻擊;對(duì)于敵軍,由戰(zhàn)斗系統(tǒng)圍而殲之.例如,經(jīng)過身份識(shí)別,智能地雷只炸敵軍,不炸友軍.

2)情報(bào)搜集與分析能力:對(duì)于由傳感網(wǎng)絡(luò)獲得的多種信息,能夠進(jìn)行分析和綜合,從而得到敵情態(tài)勢(shì).能夠根據(jù)當(dāng)前的敵情狀態(tài),對(duì)不同的傳感器賦予相應(yīng)權(quán)重和優(yōu)先級(jí),以便更加準(zhǔn)確、快速地搜集、分析、預(yù)報(bào)敵情動(dòng)態(tài).

3)決策與指揮能力:能夠根據(jù)敵情態(tài)勢(shì),分析敵軍的意圖和作戰(zhàn)模式,識(shí)別出敵軍的佯攻和主攻等戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作,選擇合理的作戰(zhàn)策略.

4)自組織能力:根據(jù)作戰(zhàn)策略對(duì)各個(gè)戰(zhàn)斗單元進(jìn)行合適的配屬,形成不同火力配置的戰(zhàn)斗隊(duì),有效地打擊來犯之?dāng)?實(shí)現(xiàn)防御目標(biāo).

5)自學(xué)習(xí)能力:能夠從訓(xùn)練和作戰(zhàn)中進(jìn)行學(xué)習(xí),不斷豐富戰(zhàn)法,提高指揮和作戰(zhàn)能力.

6)自診斷能力:能夠?qū)χ饕獋鞲衅骱蛻?zhàn)斗單元進(jìn)行自檢,能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行故障自診斷.例如,可以利用移動(dòng)機(jī)器人戰(zhàn)車運(yùn)動(dòng)到特定傳感器位置,以檢測(cè)傳感器的輸出是否正常.

7)容錯(cuò)能力:系統(tǒng)應(yīng)具有較強(qiáng)的容錯(cuò)能力,主要表現(xiàn)在3個(gè)方面.在部分傳感器、戰(zhàn)斗單元出現(xiàn)故障時(shí),系統(tǒng)應(yīng)能夠進(jìn)行合理的調(diào)度,以保證戰(zhàn)力最大化.在敵情分析有誤時(shí),系統(tǒng)一旦發(fā)現(xiàn)異常,應(yīng)能夠及時(shí)調(diào)整作戰(zhàn)策略.指揮系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有冗余,主要數(shù)據(jù)應(yīng)具有備份,應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)指揮系統(tǒng)(包括計(jì)算機(jī)和作戰(zhàn)數(shù)據(jù))、通信網(wǎng)絡(luò)的無縫切換.

8)抗干擾與適應(yīng)能力:抗干擾能力主要包括兩個(gè)方面,一方面在敵軍實(shí)施電磁干擾時(shí),系統(tǒng)應(yīng)能正常工作;另一方面,當(dāng)敵軍采用假目標(biāo)干擾時(shí),應(yīng)能及時(shí)識(shí)破.適應(yīng)能力是指作戰(zhàn)單元應(yīng)能夠適應(yīng)氣候變化、光照變化等,保持戰(zhàn)力.例如,系統(tǒng)應(yīng)在白天和夜晚均具有戰(zhàn)力,在晴天、雨天、雪天等惡劣條件下也應(yīng)能夠作戰(zhàn).

9)戰(zhàn)力保障功能:主要包括能源保障和彈藥保障兩個(gè)方面.系統(tǒng)應(yīng)能夠根據(jù)各個(gè)無人戰(zhàn)斗單元(如無人機(jī)和移動(dòng)機(jī)器人戰(zhàn)車)的能耗和彈藥消耗情況,對(duì)無人戰(zhàn)斗單元補(bǔ)充能源和彈藥.另外,系統(tǒng)應(yīng)能夠根據(jù)作戰(zhàn)情況重新布防智能地雷.

10)環(huán)境維護(hù)能力:系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)Νh(huán)境進(jìn)行簡(jiǎn)單維護(hù),以保證傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的有效性.例如,對(duì)影響視覺傳感的植物進(jìn)行適當(dāng)?shù)那宄?對(duì)壓力傳感器上方的覆蓋物進(jìn)行清除等.

局域網(wǎng)絡(luò)化防御自主作戰(zhàn)系統(tǒng),采用NCW結(jié)構(gòu),分為傳感系統(tǒng)、戰(zhàn)斗系統(tǒng)、指揮系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),如圖3所示.網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是自主作戰(zhàn)的核心,也是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)智能的載體.系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)用“當(dāng)?shù)睾?jiǎn)單,遠(yuǎn)程復(fù)雜”的理念.所謂當(dāng)?shù)睾?jiǎn)單,就是設(shè)計(jì)盡可能簡(jiǎn)單的作戰(zhàn)單元,如無人機(jī)、移動(dòng)機(jī)器人戰(zhàn)車、智能地雷等,單個(gè)單元的智能化程度可能很低,但系統(tǒng)中各個(gè)單元的可靠性很高.所謂遠(yuǎn)程復(fù)雜,就是利用網(wǎng)絡(luò)在遠(yuǎn)端進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)智能,并能夠?qū)Ξ?dāng)?shù)貑卧能浖?、算法等進(jìn)行更新.這樣,系統(tǒng)既能夠可靠地工作,又可以靈活地調(diào)度,并能夠表現(xiàn)出很高的群體智能特征.

3 關(guān)鍵問題與核心技術(shù)

局域網(wǎng)絡(luò)化防御自主作戰(zhàn)系統(tǒng)的關(guān)鍵問題,包括傳感、指揮、調(diào)度、協(xié)調(diào)、網(wǎng)絡(luò)、集成、持續(xù)作戰(zhàn)等問題.為解決這些關(guān)鍵問題,需要在如下核心技術(shù)方面取得突破:

1)目標(biāo)識(shí)別技術(shù):目前的目標(biāo)識(shí)別一般采用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù).采集場(chǎng)景圖像后,經(jīng)過圖像預(yù)處理,利用特定的算法或規(guī)則對(duì)目標(biāo)進(jìn)行分割,然后通過特征匹配或模板匹配等方法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別.在不同的條件下目標(biāo)的圖像具有較大差異,增加了目標(biāo)識(shí)別的難度.例如,光照條件的變化會(huì)使目標(biāo)圖像表現(xiàn)出不同特性,同一個(gè)目標(biāo)在晴天和夜晚的圖像會(huì)有很大的差異;目標(biāo)姿態(tài)的變化也會(huì)使目標(biāo)的圖像具有很大的不同,目標(biāo)被遮擋后其圖像的特征會(huì)有較大差異.由于上述因素的影響,目前的目標(biāo)分割和目標(biāo)識(shí)別還很難適應(yīng)野外全天候環(huán)境,識(shí)別的正確率也有待于進(jìn)一步提高.

2)跟蹤技術(shù):一般而言,作戰(zhàn)的對(duì)象不會(huì)是靜態(tài)的單目標(biāo),而是動(dòng)態(tài)的多目標(biāo).因此,需要對(duì)多個(gè)活動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤.由于目標(biāo)可能是分散開的,所以存在這樣的可能性:一臺(tái)攝像機(jī)能夠捕捉到若干個(gè)不同的目標(biāo),不同的攝像機(jī)能夠捕捉到共同的目標(biāo),而這些目標(biāo)只是所有目標(biāo)的一部分,需要多臺(tái)攝像機(jī)才能得到全部目標(biāo)的信息.這樣,需要對(duì)多臺(tái)攝像機(jī)的信息進(jìn)行融合,需要對(duì)各個(gè)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行預(yù)測(cè),而且需要對(duì)多臺(tái)攝像機(jī)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制,才能對(duì)多個(gè)動(dòng)態(tài)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤.

3)定位技術(shù):包括無人機(jī)和移動(dòng)機(jī)器人戰(zhàn)車的自定位技術(shù),以及對(duì)目標(biāo)的定位技術(shù).無人機(jī)在空中的自定位,可采用GPS(Global Positioning System)定位.但對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人戰(zhàn)車,因受建筑物、山體的遮擋容易造成GPS定位失效,僅依靠GPS定位是不夠的.因此,移動(dòng)機(jī)器人戰(zhàn)車常采用GPS定位與里程計(jì)定位、路標(biāo)定位等相結(jié)合的方式,通過信息融合實(shí)現(xiàn)自定位.對(duì)于敵軍目標(biāo),上述定位方法均不適用,只能利用激光測(cè)距、超聲定位、視覺定位等方法對(duì)其定位.在定位技術(shù)中,定位算法的實(shí)時(shí)性和精確性是亟待解決的關(guān)鍵問題.

4)導(dǎo)航技術(shù):導(dǎo)航對(duì)于無人機(jī)和移動(dòng)機(jī)器人戰(zhàn)車至關(guān)重要.無人機(jī)和移動(dòng)機(jī)器人戰(zhàn)車本身的運(yùn)動(dòng)可以采用GPS、陀螺等進(jìn)行導(dǎo)航.移動(dòng)機(jī)器人戰(zhàn)車在追蹤和攻擊敵軍目標(biāo)時(shí),可以采用針對(duì)敵軍目標(biāo)的導(dǎo)航技術(shù),如視覺導(dǎo)航等.

5)網(wǎng)絡(luò)技術(shù):網(wǎng)絡(luò)是自主作戰(zhàn)系統(tǒng)的核心.網(wǎng)絡(luò)冗余與可靠性、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)技術(shù)、網(wǎng)關(guān)以及節(jié)點(diǎn)技術(shù)等都是需要進(jìn)一步深入研究的重要技術(shù).

6)自診斷技術(shù):包括單機(jī)自檢、單機(jī)故障自診斷,以及系統(tǒng)自檢、系統(tǒng)故障自診斷等.單機(jī)自檢和單機(jī)故障自診斷,分別在各個(gè)戰(zhàn)斗單元(如無人機(jī)、移動(dòng)機(jī)器人戰(zhàn)車等)上進(jìn)行.而系統(tǒng)自檢和系統(tǒng)故障自診斷在整個(gè)系統(tǒng)中執(zhí)行,每個(gè)戰(zhàn)斗單元僅作為系統(tǒng)的一個(gè)部件對(duì)待.通過自檢可以判定各個(gè)戰(zhàn)斗單元以及系統(tǒng)能否正常工作,通過自診斷能夠預(yù)測(cè)各個(gè)戰(zhàn)斗單元以及系統(tǒng)的故障.對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自檢和自診斷,以確保系統(tǒng)能夠保持戰(zhàn)力.

7)自主機(jī)器人技術(shù):包括無人機(jī)和移動(dòng)機(jī)器人戰(zhàn)車的自主運(yùn)動(dòng)和自動(dòng)作業(yè)技術(shù),例如自主避障、追擊敵軍目標(biāo)、自動(dòng)布雷等.

8)自動(dòng)武器技術(shù):研究能夠通過電氣控制而自動(dòng)攻擊敵軍目標(biāo)的武器,自動(dòng)槍、炮、火箭彈、智能地雷等.

9)智能技術(shù):分布于傳感系統(tǒng)、指揮系統(tǒng)、戰(zhàn)斗系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),主要以網(wǎng)絡(luò)智能的形式存在,是自主作戰(zhàn)系統(tǒng)擬人化的核心.例如指揮系統(tǒng)的決策與指揮、調(diào)度、自學(xué)習(xí)、自組織等,都是智能技術(shù)中需要深入研究的重要問題.

10)信息融合技術(shù):對(duì)于來自不同傳感器的信息,通過融合去偽存真,得到更加準(zhǔn)確的信息.信息融合可用于導(dǎo)航、定位、目標(biāo)跟蹤、故障診斷和敵情分析等,是提高結(jié)果準(zhǔn)確性的重要手段.目前,信息融合技術(shù)存在的主要問題是精度和融合效率之間的矛盾.如何在提高精度的同時(shí)提高效率,仍需要深入研究.

11)多機(jī)器人協(xié)調(diào)技術(shù):多機(jī)器人協(xié)調(diào)技術(shù)是機(jī)器人協(xié)同作戰(zhàn)的基礎(chǔ).通過多機(jī)器人協(xié)調(diào)與協(xié)作,可以進(jìn)行任務(wù)分工,并可構(gòu)成一定的戰(zhàn)術(shù)隊(duì)形,以提高戰(zhàn)力.

12)通信技術(shù):主要研究通信協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn),保證網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)時(shí)性和可靠性.

13)組態(tài)技術(shù):根據(jù)敵情、系統(tǒng)狀態(tài)等,通過系統(tǒng)重組,組成不同的戰(zhàn)斗隊(duì).組態(tài)的靈活性、方便性和可靠性是組態(tài)技術(shù)的研究重點(diǎn).

14)能源技術(shù):能源是戰(zhàn)力的重要保障,重量輕、容量大的能源單元是系統(tǒng)能源技術(shù)研究的重點(diǎn).此外,傳感系統(tǒng)和戰(zhàn)斗系統(tǒng)的能源補(bǔ)充也是能源技術(shù)需要解決的重要問題.

4 討論

局域網(wǎng)絡(luò)化防御自主作戰(zhàn)系統(tǒng)可以用于多種類型的戰(zhàn)斗,如阻擊戰(zhàn)、防御戰(zhàn)、城市戰(zhàn)等等.用于阻擊戰(zhàn)時(shí),可將自主作戰(zhàn)系統(tǒng)布防于阻擊區(qū)域,前面布置智能地雷,后面布置機(jī)器人戰(zhàn)車,空中布置無人機(jī),形成地空立體防線,如圖4(a)所示.用于防御戰(zhàn)時(shí),可在防御目標(biāo)周圍布防,外圍布置智能地雷,中間區(qū)域以移動(dòng)機(jī)器人戰(zhàn)車巡邏,并在內(nèi)線輔以智能自動(dòng)武器(如自動(dòng)火炮、自動(dòng)槍等),在防御目標(biāo)上方布置無人機(jī),構(gòu)成以地面防御為主空中防御為輔的防御體系,如圖4(b)所示.用于阻擊戰(zhàn)和防御戰(zhàn)時(shí),可布置壓力傳感器、紅外傳感器、超聲傳感器、視覺傳感器、RFID等,構(gòu)成無線傳感網(wǎng)絡(luò).用于城市戰(zhàn)時(shí),可由無人機(jī)、移動(dòng)機(jī)器人戰(zhàn)車和智能自動(dòng)武器構(gòu)成戰(zhàn)斗系統(tǒng),如圖4(c)所示.用于城市戰(zhàn)時(shí),由無人機(jī)、各個(gè)路口和主要建筑物的攝像機(jī)構(gòu)成視覺傳感網(wǎng)絡(luò).

在反恐防暴方面,局域網(wǎng)絡(luò)化防御自主作戰(zhàn)系統(tǒng)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì).它能夠24h不間斷地守衛(wèi)重點(diǎn)目標(biāo)區(qū)域,能夠有效地保衛(wèi)重點(diǎn)目標(biāo)不受攻擊.

此外,未來的作戰(zhàn),在一定程度上是交戰(zhàn)雙方的技術(shù)對(duì)抗.這些技術(shù)主要包括網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、智能技術(shù)等.在這些技術(shù)上占有優(yōu)勢(shì)的一方,在未來的局部沖突中將成為擁有主導(dǎo)權(quán)的一方.

5 平行防御概念與展望

局域網(wǎng)絡(luò)化防御自主作戰(zhàn)系統(tǒng)將一定空間范圍內(nèi),多種傳感器和機(jī)器人集結(jié)成為一個(gè)整體,利用局域網(wǎng)絡(luò)化相聯(lián)系,形成從情報(bào)搜集到?jīng)Q策指揮到精確打擊一體化的防御系統(tǒng).但這就是未來防御系統(tǒng)的最終形態(tài)嗎？本文認(rèn)為,未來的防御系統(tǒng)應(yīng)是面向社會(huì)物理網(wǎng)絡(luò)空間(CPSS)的平行防御系統(tǒng).

文獻(xiàn)[16]指出,人類發(fā)展經(jīng)歷了機(jī)械化、電氣化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化之后,正在進(jìn)入一個(gè)虛實(shí)互動(dòng)的平行化智能新時(shí)代.防御系統(tǒng)的發(fā)展路線也必將如此.隨著未來參戰(zhàn)各方都將裝備一定程度的局域網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)系統(tǒng),未來戰(zhàn)爭(zhēng)將由機(jī)械化、電氣化逐漸達(dá)到信息化、網(wǎng)絡(luò)化的狀態(tài),這也為防御系統(tǒng)提出了更高的要求.未來戰(zhàn)爭(zhēng)中的進(jìn)攻方將會(huì)使用更加先進(jìn)的戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)裝備甚至指揮系統(tǒng),具有更快的打擊速度、更高的打擊精度、更強(qiáng)的破壞力.這要求未來防御系統(tǒng)具有更快的響應(yīng)速度、更強(qiáng)的抗打擊能力、更有針對(duì)性的布置與指揮.也就是將防御作戰(zhàn)面臨的不確定性(Uncertainty)、多樣性(Diversity)、復(fù)雜性(Complexity)通過系統(tǒng)化的科學(xué)與工程解決方案轉(zhuǎn)變?yōu)殪`捷(Agility)、聚焦(Focus)、收斂(Convergence)等性能.

戰(zhàn)爭(zhēng)是政治的延續(xù),政治是人與人之間的活動(dòng).因而盡管自主作戰(zhàn)裝備以越來越大的比例編入部隊(duì),戰(zhàn)爭(zhēng)也永遠(yuǎn)不可能脫離人類而存在.人的參與,使戰(zhàn)爭(zhēng)成為一個(gè)本質(zhì)上的復(fù)雜性科學(xué)與工程問題[16].對(duì)于涉及人的復(fù)雜系統(tǒng),特別是戰(zhàn)爭(zhēng),不可能滿足科學(xué)上“可實(shí)驗(yàn)”、“可重復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果”這兩個(gè)最基本要求.因此,只能退而求其次,用“計(jì)算實(shí)驗(yàn)”代替真實(shí)實(shí)驗(yàn),以滿足控制系統(tǒng)的可觀、可控性要求,實(shí)現(xiàn)對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)的閉環(huán)控制.這正是王飛躍[17]提出的,使用ACP方法(人工系統(tǒng)+計(jì)算實(shí)驗(yàn)+平行執(zhí)行)和相應(yīng)的平行系統(tǒng)技術(shù)解決軍事問題的思路.引入網(wǎng)絡(luò)空間及其虛擬資源,將防御系統(tǒng)從網(wǎng)絡(luò)物理空間(CPS)推向網(wǎng)絡(luò)物理社會(huì)空間(CPSS),通過虛實(shí)互動(dòng)的平行思維,建立平行的防御作戰(zhàn)體系,解決防御作戰(zhàn)面臨的從UDC向AFC轉(zhuǎn)化的問題.圖5所示即為平行防御系統(tǒng)的基本框架.

文獻(xiàn)[18]將基于ACP方法的平行軍事體系定義為“利用世紀(jì)軍事組織及系統(tǒng)和相應(yīng)人工軍事組織及系統(tǒng)的組合,通過實(shí)際與人工虛實(shí)互動(dòng)的執(zhí)行方式來完成特定軍事任務(wù)及目標(biāo)的一種組織行動(dòng)方法”,平行防御系統(tǒng)是平行系統(tǒng)在軍事組織系統(tǒng),特別是針對(duì)防御系統(tǒng)的直接應(yīng)用.利用實(shí)際防御系統(tǒng),包括防衛(wèi)部隊(duì)、自動(dòng)化與非自動(dòng)化戰(zhàn)術(shù)裝備、指揮系統(tǒng),和相應(yīng)的人工防御組織及代理系統(tǒng),通過實(shí)際系統(tǒng)與人工系統(tǒng)的虛實(shí)互動(dòng)執(zhí)行方式來完成防御任務(wù).其特色是通過數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建立人工系統(tǒng),通過計(jì)算實(shí)驗(yàn)進(jìn)行定量分析與評(píng)估,利用虛實(shí)互動(dòng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)反饋.通過實(shí)際系統(tǒng)、人工系統(tǒng)的相互作用,實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際防御作戰(zhàn)指揮的管理與控制、對(duì)相關(guān)戰(zhàn)術(shù)決策進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與評(píng)估、對(duì)作戰(zhàn)部隊(duì)進(jìn)行系統(tǒng)性學(xué)習(xí)與培訓(xùn).綜合來說,平行防御系統(tǒng)是一種利用從定性到定量的知識(shí)轉(zhuǎn)化,面向網(wǎng)絡(luò)化、大數(shù)據(jù)、知識(shí)自動(dòng)化,以深度計(jì)算[19]為主要手段的管理與控制復(fù)雜防御作戰(zhàn)的方法.

構(gòu)建平行防御系統(tǒng),可分為3個(gè)步驟.第1步,針對(duì)防御任務(wù)建模人工系統(tǒng).所建人工系統(tǒng)應(yīng)具備真實(shí)度高、便于調(diào)整、計(jì)算迅速、三維可視化等性質(zhì).第2步,在人工系統(tǒng)利用計(jì)算實(shí)驗(yàn)對(duì)復(fù)雜軍事現(xiàn)象進(jìn)行分析和評(píng)估.計(jì)算實(shí)驗(yàn)需要分析驗(yàn)證指揮策略是否可行、如何調(diào)整,并需要評(píng)估實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中涌現(xiàn)出來的其他軍事問題和外交問題.第3步,將實(shí)際防御部隊(duì)、自主武器通過實(shí)際與人工系統(tǒng)之間的虛實(shí)互動(dòng),以平行執(zhí)行的方式指揮防御作戰(zhàn),確保可行、有效、經(jīng)濟(jì)的防御策略得以執(zhí)行.

人工系統(tǒng)可視為傳統(tǒng)數(shù)學(xué)或解析建模的擴(kuò)展,是廣義的知識(shí)模型,是落實(shí)靈捷性(Agility)的基礎(chǔ)[20].對(duì)應(yīng)于防御任務(wù),所建人工系統(tǒng)應(yīng)包含士兵、軍官、自主武器的人工代理模型,還應(yīng)包含地形、非自主武器、傳感系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、彈藥補(bǔ)給等組成戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的人工模型.不僅包含本方部隊(duì),還應(yīng)包含敵軍部隊(duì).用于分析戰(zhàn)斗效果的數(shù)學(xué)模型,應(yīng)通過實(shí)彈演習(xí)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù),配合計(jì)算實(shí)驗(yàn)生成的大量數(shù)據(jù)共同驅(qū)動(dòng),不斷優(yōu)化迭代,收斂到與實(shí)際系統(tǒng)關(guān)鍵特征具有一致性[20].此外,人工系統(tǒng)應(yīng)方便拓展其他功能模塊,例如為了評(píng)估戰(zhàn)爭(zhēng)的政治影響力,人工系統(tǒng)中可包含分析政治外交影響的社會(huì)輿情模型.

計(jì)算實(shí)驗(yàn)是仿真模擬的升華,是分析、預(yù)測(cè)和選擇復(fù)雜決策的途徑,也是確保復(fù)雜情況下正確聚焦(Focus)的手段[21].平行防御中的計(jì)算實(shí)驗(yàn)主要用于在人工系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)演化戰(zhàn)場(chǎng)變化,對(duì)戰(zhàn)術(shù)決策跟蹤分析,對(duì)多策略統(tǒng)計(jì)評(píng)估,對(duì)單方案優(yōu)化分析,對(duì)多方案對(duì)比分析[22?23],科學(xué)完善的計(jì)算實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是正確聚焦的保證,應(yīng)圍繞可行性、有效性、可優(yōu)化性3個(gè)方面展開.可行性分析指對(duì)推演過程中涌現(xiàn)出的新問題進(jìn)行分析,檢測(cè)其是否會(huì)阻礙指揮策略的落實(shí);有效性指計(jì)算時(shí)對(duì)方案實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,確保方案可執(zhí)行、可收斂;可優(yōu)化性指在實(shí)驗(yàn)過程中可以通過學(xué)習(xí)調(diào)整參數(shù)以達(dá)到最優(yōu)作戰(zhàn)效果.

平行執(zhí)行是自適應(yīng)控制和其他管理思想的推廣,構(gòu)成大閉環(huán)反饋控制機(jī)制,確保執(zhí)行結(jié)果收斂(Convergence).平行防御體系中的平行執(zhí)行,是指實(shí)際作戰(zhàn)受人工系統(tǒng)中的計(jì)算實(shí)驗(yàn)結(jié)果指導(dǎo),并反過來將實(shí)時(shí)作戰(zhàn)動(dòng)作和實(shí)際結(jié)果反饋給人工系統(tǒng)進(jìn)行迭代的過程.整個(gè)平行防御系統(tǒng)呈現(xiàn)閉環(huán)模式,確保防御作戰(zhàn)達(dá)到目標(biāo)效果,并優(yōu)化執(zhí)行過程.平行執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)傳感是實(shí)現(xiàn)閉環(huán)反饋的關(guān)鍵,因而必須在實(shí)際戰(zhàn)場(chǎng)傳感網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,加入虛擬傳感器捕捉人工系統(tǒng)中的人工信號(hào),以及網(wǎng)絡(luò)空間的社會(huì)信號(hào),才能使整個(gè)系統(tǒng)工作于整個(gè)CPSS空間.

圖6所示為平行防御系統(tǒng)的工作流程.平行防御系統(tǒng)不僅在反應(yīng)速度、執(zhí)行精度、作戰(zhàn)效果等性能指標(biāo)上超越了局域網(wǎng)絡(luò)化防御自主作戰(zhàn)系統(tǒng),而且在功能上也有所延拓.例如,平行防御系統(tǒng)可與政治外交相結(jié)合,將戰(zhàn)爭(zhēng)可能取得的政治影響呈現(xiàn)在外交官面前,占據(jù)外交主動(dòng)權(quán);平行防御系統(tǒng)可體現(xiàn)軍民融合,在平行系統(tǒng)的框架內(nèi)統(tǒng)一軍用與民用設(shè)施,優(yōu)化資源配置,豐富民用技術(shù),減輕軍隊(duì)財(cái)政負(fù)擔(dān);平行防御系統(tǒng)可以料敵先機(jī),由情報(bào)推演出敵軍可能的進(jìn)攻部署,提前部署最優(yōu)指控方案,將防御作戰(zhàn)從被動(dòng)應(yīng)對(duì)扭轉(zhuǎn)為主動(dòng)迎戰(zhàn)[24];平行防御系統(tǒng)可以有效訓(xùn)練戰(zhàn)斗部隊(duì),節(jié)約軍事演習(xí)成本,定量分析軍事演習(xí)效果.

簡(jiǎn)而言之,從局域網(wǎng)絡(luò)化防御自主作戰(zhàn)系統(tǒng)到平行防御系統(tǒng),概念上從網(wǎng)絡(luò)化升級(jí)為虛實(shí)互動(dòng)的平行化;指揮模式上從開環(huán)走向閉環(huán);作戰(zhàn)模式上從被動(dòng)應(yīng)激扭轉(zhuǎn)為主動(dòng)對(duì)抗;外交影響上從受外交約束轉(zhuǎn)變?yōu)橹笇?dǎo)外交行為;資源配置上從多多益善約減為經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化.

戰(zhàn)爭(zhēng)起源于陸地,最初只有陸戰(zhàn);后來人類有了船,戰(zhàn)爭(zhēng)便走向海陸;等到飛機(jī)的加入,戰(zhàn)爭(zhēng)走向了海陸空三維一體化.現(xiàn)在,網(wǎng)絡(luò)攻防戰(zhàn)每天都在上演.隨著社交網(wǎng)絡(luò)的發(fā)達(dá),通過社交傳播的心理戰(zhàn)、政治戰(zhàn)逐漸影響地球的每個(gè)角落.傳統(tǒng)戰(zhàn)爭(zhēng)模式早已發(fā)生翻天覆地的變化,未來戰(zhàn)爭(zhēng)很可能不再是硝煙彌漫的物質(zhì)暴力,而逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)上、虛擬空間中的斗爭(zhēng)與博弈.因此,必須深刻研究、大膽創(chuàng)新,利用開源情報(bào)、知識(shí)自動(dòng)化、深度計(jì)算和ACP平行方法建立起工作與CPSS空間的平行防御體系,讓我國國土防御堅(jiān)若磐石,為中華民族偉大復(fù)興保駕護(hù)航.

6 后記

本文的寫作始于2004年,源于王飛躍研究員為“平行軍事工程”項(xiàng)目所擬的一個(gè)子課題框架,后由徐德研究員于2005年完成初稿,呈交相關(guān)單位.2016年，論文初稿由博士生白天翔重新整理,補(bǔ)充材料,改寫第一和第二節(jié)，并加入第六節(jié),最終完成本文.顯然,面對(duì)今日的智能技術(shù),文中許多想法已非創(chuàng)新,但是多年前,許多人認(rèn)為這些想法在技術(shù)上是難以實(shí)施的.發(fā)布本文,不但有回顧的意義,更希望有新的討論和進(jìn)一步的研究.

1 綜述：未來作戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展的一些方向,2007.[EB/OL].(2003-11-11)[2016-12-20].http://www.people.com.cn/GB/junshi/1078/2166721.html.

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