趙四方，張志剛

（海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院，武漢 430033）

1 引言

在信息時(shí)代，通信作為信息終端之間溝通的橋梁起著無可替代的作用。軍事通信是保障軍隊(duì)軍隊(duì)遂行作戰(zhàn)任務(wù)，完成戰(zhàn)場(chǎng)指揮的重要環(huán)節(jié)。隨著信息化水平的提高，軍用通信數(shù)據(jù)越來越多也越來越重要。目前，很多數(shù)據(jù)仍然沒有得到充分的應(yīng)用，耗費(fèi)了大量資源[1]。同時(shí)，軍事通信對(duì)數(shù)據(jù)的依賴性卻來卻強(qiáng)，迫切需要一種可以充分利用數(shù)據(jù)資源，實(shí)現(xiàn)通信高效，準(zhǔn)確和自動(dòng)化的通信技術(shù)。

當(dāng)前，人工智能技術(shù)逐漸發(fā)展與成熟為軍事通信提供了新的解決手法。其中以機(jī)器學(xué)習(xí)為代表的技術(shù)手段可以利用現(xiàn)有的軍事通信數(shù)據(jù)，在頻譜預(yù)測(cè)，通信對(duì)抗和通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方面可以起事倍功半的作用。

2 機(jī)器學(xué)習(xí)

2.1 機(jī)器學(xué)習(xí)概述

機(jī)器學(xué)習(xí)（Machine Learning）是一門研究計(jì)算機(jī)怎樣模擬或?qū)崿F(xiàn)人類學(xué)習(xí)行為的多領(lǐng)域交叉學(xué)科，其主要是設(shè)計(jì)出一些算法使得計(jì)算機(jī)自動(dòng)“學(xué)習(xí)”，從而改善計(jì)算機(jī)的自身性能[2]。機(jī)器學(xué)習(xí)可以分為四類：監(jiān)督學(xué)習(xí)，無監(jiān)督學(xué)習(xí)，半監(jiān)督學(xué)習(xí)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)。樣本數(shù)據(jù)有無標(biāo)注是和使用方法是區(qū)別以上四種學(xué)習(xí)類型的關(guān)鍵。目前，機(jī)器學(xué)習(xí)以監(jiān)督學(xué)習(xí)的發(fā)展最為成熟。

2.2 機(jī)器學(xué)習(xí)的應(yīng)用與前景

機(jī)器學(xué)習(xí)的核心在于數(shù)據(jù)的應(yīng)用處理和模型調(diào)參，所以機(jī)器學(xué)習(xí)主要應(yīng)用于具有良好數(shù)據(jù)質(zhì)量和數(shù)量的行業(yè)，例如金融領(lǐng)域的自動(dòng)交易處理系統(tǒng)，汽車領(lǐng)域的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)和人臉識(shí)別系統(tǒng)等。同時(shí)，在2018年全國(guó)人民代表大會(huì)和全國(guó)政協(xié)代表大會(huì)中，以機(jī)器學(xué)習(xí)為代表的的人工智能技術(shù)再次被寫入政府工作報(bào)告，充分顯示了國(guó)家對(duì)于其行業(yè)發(fā)展的重視與希望。在軍事通信領(lǐng)域中，存在大量未被發(fā)掘和利用的數(shù)據(jù)，目前也成為各國(guó)軍事發(fā)展?fàn)帄Z的焦點(diǎn)。

3 機(jī)器學(xué)習(xí)在軍事通信領(lǐng)域中的應(yīng)用

3.1 機(jī)器學(xué)習(xí)在頻譜預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

頻譜預(yù)測(cè)作為軍事通信領(lǐng)域的重要應(yīng)用，目前主要是使用自適應(yīng)通信系統(tǒng)完成相應(yīng)任務(wù)。其使用信道掃描的方法，對(duì)不同頻率的通信效果進(jìn)行評(píng)估打分，最終按照分?jǐn)?shù)的高低選擇最佳的通信頻率。

自適應(yīng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)便了通信流程，并且產(chǎn)生了可供利用的通信數(shù)據(jù)。但是在瞬息萬變的戰(zhàn)場(chǎng)通信中，仍需要一種迅速準(zhǔn)確的頻譜預(yù)測(cè)手段。機(jī)器學(xué)習(xí)通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析完成預(yù)測(cè)任務(wù)。軍事通信中具有大量?jī)?yōu)質(zhì)可靠的歷史通信數(shù)據(jù)，利用這些既有數(shù)據(jù)，通過相應(yīng)的學(xué)習(xí)算法可以構(gòu)建準(zhǔn)確的機(jī)器學(xué)習(xí)模型。相比傳統(tǒng)的自適應(yīng)通信系統(tǒng)，機(jī)器學(xué)習(xí)模型具有預(yù)測(cè)頻率準(zhǔn)確，迅速和可靠性高的特點(diǎn)。除此之外，最顯著的特征是模型可以隨歷史數(shù)據(jù)的積累不斷優(yōu)化自身，提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度，同時(shí)可以反映通信特征隨環(huán)境的變化情況，便于相關(guān)機(jī)構(gòu)的后續(xù)科學(xué)研究。機(jī)器學(xué)習(xí)方法可以提高頻譜預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度。

3.2 機(jī)器學(xué)習(xí)在通信對(duì)抗中的應(yīng)用

通信對(duì)抗作為軍事通信的重要一環(huán)，包含了干擾與反干擾兩大方面。通信對(duì)抗中也存大量未被有效利用的數(shù)據(jù)，例如各站的偵查數(shù)據(jù)和測(cè)向數(shù)據(jù)。在實(shí)戰(zhàn)中需要人工干預(yù)的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，效率低下。傳統(tǒng)基于人工手段的通信對(duì)抗手段已不能滿足高節(jié)奏戰(zhàn)場(chǎng)的需要。

現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)中，通信對(duì)抗方式出現(xiàn)了一下新特點(diǎn)：各軍兵種聯(lián)合作戰(zhàn)數(shù)據(jù)異構(gòu)性強(qiáng)；手段多樣化導(dǎo)致裝備種類復(fù)雜，操作難度加大；戰(zhàn)爭(zhēng)節(jié)奏加快使得電磁態(tài)勢(shì)快速變化[3]。面對(duì)新特點(diǎn)，機(jī)器學(xué)習(xí)提供了新的解決方案。在各軍兵種聯(lián)合作戰(zhàn)方面，機(jī)器學(xué)習(xí)可以集成規(guī)范化的操作流程，以流水線的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)不同數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)則化，并可以實(shí)現(xiàn)不同維度的數(shù)據(jù)信息相互轉(zhuǎn)化。在多樣化的對(duì)抗手段中，通過機(jī)器學(xué)習(xí)模型減少裝備的人為干預(yù)成分，降低了人為失誤概率和訓(xùn)練難度，可以有效提升人機(jī)結(jié)合能力。在快速變化的電磁態(tài)勢(shì)中，歷史數(shù)據(jù)訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型可以通過對(duì)比，迅速識(shí)別異常情況并及時(shí)作出預(yù)警，有助于決策層提高戰(zhàn)場(chǎng)反應(yīng)能力。機(jī)器學(xué)習(xí)方法可以提高通信對(duì)抗的感知能力。

3.3 機(jī)器學(xué)習(xí)在通信組網(wǎng)中的應(yīng)用

軍用戰(zhàn)術(shù)通信組網(wǎng)以移動(dòng)設(shè)備為依托，為戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)役提供保障[4]。通信組網(wǎng)分為主從式和環(huán)形式。主從式分主臺(tái)和若干叢臺(tái)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)常見為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和一對(duì)多組網(wǎng)，通信模式主含廣播與點(diǎn)播。環(huán)形式組網(wǎng)中各個(gè)電臺(tái)為相同級(jí)別，相互之間互相通信。

電臺(tái)自組網(wǎng)和傳感器間組網(wǎng)是各國(guó)軍隊(duì)爭(zhēng)奪的高點(diǎn)，其中代表為戰(zhàn)術(shù)通信數(shù)據(jù)鏈和無人機(jī)機(jī)群。目前通信組網(wǎng)方式大多需要人工操作和守聽或者預(yù)先編程，并且存在組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不合理，不同網(wǎng)系之間轉(zhuǎn)換復(fù)雜的情況。解決問題的關(guān)鍵技術(shù)在于節(jié)點(diǎn)設(shè)置和路由決策，目前證多參數(shù)下的路由計(jì)算為NP完全問題[5]，即可以完成多項(xiàng)式的快速計(jì)算。軍事組網(wǎng)電臺(tái)和傳感器中歷史流量數(shù)據(jù)可以作為機(jī)器學(xué)習(xí)節(jié)點(diǎn)劃分和動(dòng)態(tài)路由決策的依據(jù)，模型可以通過對(duì)流量的追蹤和分析完成主從站和節(jié)點(diǎn)劃分，并隨情況變化自適應(yīng)改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，減少網(wǎng)系之間轉(zhuǎn)化時(shí)間。對(duì)于路由決策問題，通過數(shù)據(jù)更新和梯度下降不斷降低網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度，最終實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)決策模型。機(jī)器學(xué)習(xí)方法可以提高通信組網(wǎng)的靈活度。

4 結(jié)束語(yǔ)

機(jī)器學(xué)習(xí)在軍事通信中有廣泛的應(yīng)用前景，其基于當(dāng)前通信中的大量的歷史數(shù)據(jù)提升了頻譜預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度，通信對(duì)抗的感知度和通信組網(wǎng)的靈活度。今后，機(jī)器學(xué)習(xí)在軍用通信領(lǐng)域的發(fā)展還會(huì)更加迅速，在通信指揮自動(dòng)化，通信數(shù)據(jù)可視化和通信手段多樣化方面提供更加多的解決思路，成為軍事通信史上的重大變革。

[1] 王娟，梅強(qiáng)，牛曉華.數(shù)據(jù)工程在軍事通信中的應(yīng)用設(shè)計(jì)[J].數(shù)據(jù)通信，2016.5.

[2] 顧華來.機(jī)器學(xué)習(xí)在無線通信中的應(yīng)用研究[D].南京大學(xué)，2012.5.

[3] 溫小東，高鐵峰.通信對(duì)抗指揮智能決策支持系統(tǒng)[J].無線電工程，2006，36（12）.

[4] 王曉楠.無線局域網(wǎng)技術(shù)在軍隊(duì)?wèi)?zhàn)術(shù)通信組網(wǎng)中的應(yīng)用探索[C].洛杉磯，2016.12.

[5] 李彥君.利用機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)快速網(wǎng)絡(luò)資源分配的研究[D].電子科技大學(xué)，2015.