陳哨東，劉躍峰*

（1.光電控制技術重點實驗室，河南 洛陽 471009；2.航空工業(yè)洛陽電光設備研究所，河南 洛陽 471009）

0 引言

火力控制是發(fā)現(xiàn)并使用武器毀傷目標的活動。火力控制系統(tǒng)是具有火力控制功能的若干相互聯(lián)系和相互作用的要素組成的統(tǒng)一整體。這些要素包括裝備和人。

航空火力控制系統(tǒng)是以航空器為運載平臺，在空中使用航空武器打擊各種目標的火力控制系統(tǒng)。通過航空火力控制系統(tǒng)實現(xiàn)了航空作戰(zhàn)平臺攻擊目標的“發(fā)現(xiàn)→定位→跟蹤→瞄準→交戰(zhàn)→評估”（F2T2EA）殺傷鏈的閉合（如圖1 所示）。

圖1 航空火力控制系統(tǒng)在殺傷鏈各環(huán)節(jié)中的作用

航空火力控制系統(tǒng)伴隨著作戰(zhàn)需求以及航空作戰(zhàn)平臺和武器的發(fā)展而發(fā)展。目前經(jīng)歷了4 代的演進，從最初簡單的機械系統(tǒng)通過電氣化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化、信息化已轉(zhuǎn)變?yōu)閺碗s的綜合信息處理系統(tǒng)。其發(fā)展過程是一個新技術不斷應用，新概念、新方法和新功能不斷涌現(xiàn)的過程，也是一個作戰(zhàn)能力不斷提高的過程［1］。

當前的空中作戰(zhàn)，戰(zhàn)場環(huán)境更為復雜、任務更為艱巨，飛行員將面臨信息過載和操縱繁復的嚴重挑戰(zhàn)。因此，對航空火力控制系統(tǒng)提出了更高的設計要求。

目前，以深度學習的技術突破為代表掀起了人工智能技術發(fā)展的第3 次高潮。同時，大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術的不斷成熟共同成為了新一輪技術革命的核心驅(qū)動力。抓住這個歷史契機，在提高信息化水平的基礎上實現(xiàn)航空火力控制系統(tǒng)的智能化，既是把握住了航空火力控制系統(tǒng)發(fā)展的技術方向，更是航空火力控制系統(tǒng)發(fā)展的重要任務。

1 航空火力控制系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)

1.1 當前空中作戰(zhàn)的突出特點

進入21 世紀后，以信息技術為核心的高新技術發(fā)展極大地改變了現(xiàn)代戰(zhàn)爭的基本形態(tài)和主要作戰(zhàn)樣式，呈現(xiàn)出作戰(zhàn)體系網(wǎng)絡化、平臺隱身化、駕駛無人化、武器精遠化等典型特征?？諔?zhàn)具有以下突出特點：

1）戰(zhàn)場環(huán)境日益復雜

隨著空戰(zhàn)從天空向臨近空間、電磁空間和賽博空間拓展，作戰(zhàn)空間進一步擴大。由于對抗手段的不斷增多，交戰(zhàn)過程將表現(xiàn)出強對抗、高威脅、態(tài)勢變化急劇等特點；戰(zhàn)場信息復雜度不斷增加，信息不完全、不確定問題更加突出。

2）攻防對抗能力螺旋式提升

攻擊和防御是一對矛盾，相關技術總是相伴而生、對抗發(fā)展?？罩凶鲬?zhàn)的主要攻防對抗手段正由火力、機動與信息的對抗轉(zhuǎn)向隱身與反隱身、動能/定向能武器攻擊與防御、集群飽和攻擊與防御、全向態(tài)勢感知與干擾、網(wǎng)電對抗等。

3）新型作戰(zhàn)模式廣泛應用

隨著技術發(fā)展，空戰(zhàn)中無人飛機自主作戰(zhàn)，有人機/無人機分布式協(xié)同作戰(zhàn)，大規(guī)模無人機蜂群作戰(zhàn)，高超機動攻擊、全向探測/攻擊/防御、臨近空間高超聲速作戰(zhàn)飛機/武器，和激光/微波定向能武器攻擊等顛覆式技術，以及由此發(fā)生的新型作戰(zhàn)模式將得到廣泛應用。

4）作戰(zhàn)閉環(huán)速度不斷加快

空戰(zhàn)對抗始終是通過加快本方OODA 循環(huán)，破壞對手OODA 環(huán)而取得勝利。因此，作戰(zhàn)閉環(huán)自加速特征一直存在。隨著空戰(zhàn)裝備中先進技術的不斷應用，空戰(zhàn)OODA 循環(huán)速度越來越快，傳感器-射手-武器殺傷鏈路循環(huán)時間急劇壓縮，需要作戰(zhàn)系統(tǒng)反應能力不斷提高。

5）飛行員工作負荷極為繁重

為了應對日益復雜的戰(zhàn)場環(huán)境和愈發(fā)激烈的攻防對抗，飛行員需要快速處理大量戰(zhàn)場信息，在復雜態(tài)勢下作出最優(yōu)戰(zhàn)術決策，實時操控多種機載設備或大量的無人作戰(zhàn)平臺，承受人體極限的機動過載和高危對抗下的心理壓力等等。飛行員幾乎在接近生理極限的條件下工作。

1.2 需要解決的主要問題

針對空中作戰(zhàn)的突出特點，通過航空火力控制系統(tǒng)的發(fā)展，需要重點解決以下問題［2］。

1）提高態(tài)勢感知能力

火控系統(tǒng)應能夠在復雜戰(zhàn)場環(huán)境中通過光電/射頻/數(shù)據(jù)鏈等多源信息的篩選、融合，完成對隱身、遮蔽、偽裝目標的探測識別，對敵方作戰(zhàn)意圖的快速準確地判斷，為多模制導武器提供高精度信息等。

2）提高攻擊決策能力

火控系統(tǒng)應能夠根據(jù)當前的作戰(zhàn)任務，針對敵方作戰(zhàn)意圖，通過對目標特點和戰(zhàn)場氣象、地理環(huán)境的分析，選擇攻擊武器，制定攻擊戰(zhàn)術，規(guī)劃攻擊路徑等。

3）提高防御決策能力

火控系統(tǒng)應能夠根據(jù)目標特點和交戰(zhàn)態(tài)勢自動識別需防御的威脅，自動選擇對抗策略，根據(jù)對抗策略準備對抗資源、規(guī)劃機動路徑、選擇規(guī)避動作等。

4）提高系統(tǒng)攻防響應速度

火控系統(tǒng)應能夠?qū)崿F(xiàn)決策響應的自動化，以解決飛行員人工操作傳感器、進行武器發(fā)射控制導致的系統(tǒng)響應時間長，容易錯失最佳戰(zhàn)機的問題；以及受飛行員反應時間的限制，不能及時進行對抗和規(guī)避攻擊威脅的問題。

5）提高協(xié)同作戰(zhàn)能力

在同構(gòu)/ 異構(gòu)多架飛機協(xié)同作戰(zhàn)時，火控系統(tǒng)應能夠形成全局態(tài)勢，根據(jù)協(xié)同作戰(zhàn)任務目標，制定作戰(zhàn)方案，完成協(xié)同任務的規(guī)劃、分配、執(zhí)行、評估，爭取全局最優(yōu)。以解決飛行員個體難以把握整個戰(zhàn)場態(tài)勢和及時處置大量、復雜、多變情況的問題。

2 人工智能技術在空戰(zhàn)中的應用

2.1 人工智能技術及其發(fā)展

“智能”一般指人的能力，包括腦（智）力和體力；特別是“在不確定環(huán)境中成功實現(xiàn)目標的能力”。

“人工智能”也就是人造智能，即人賦予人造系統(tǒng)的智能。

“人工智能技術”是使人造系統(tǒng)具備人的能力的相關技術，包括：知識表示與推理、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡、機器學習、智能體（Agent）與多智能體系統(tǒng)（MAS）、仿生進化、群體智能、自然語言理解等。

人類一直都懷有對智能機器和人工智能的夢想?！叭斯ぶ悄埽ˋrtificial Intelligence，AI）”這一術語是1956 年夏季在美國達特茅斯大學舉辦的一次用機器模擬人類智能學術研討會上由麥卡錫提議使用的。在此之前，數(shù)理邏輯、控制論、“圖靈機”、神經(jīng)網(wǎng)絡等概念都已建立并得到發(fā)展，成為人工智能產(chǎn)生和發(fā)展的基礎。

隨后，世界人工智能的發(fā)展形成了三次浪潮，經(jīng)歷了20 世紀70 年代初和80 年代末的兩次低谷。進入21 世紀后，隨著計算機計算能力的快速提升，互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)技術的蓬勃發(fā)展和廣泛應用，特別是以深度神經(jīng)網(wǎng)絡為基礎的深度學習技術將第三次人工智能浪潮推向了新高度。2016 年以來Deepmind 團隊的AlphaGo 橫掃人類圍棋選手即是一個標志性事件。

2.2 典型空戰(zhàn)應用研究項目簡介

美國一直走在人工智能技術發(fā)展的最前沿。在1984 年就開始了“駕駛員助手”（PA）項目的研究工作，主要采用數(shù)理邏輯的表達與推理技術，從原理上證明了輔助決策系統(tǒng)應用于戰(zhàn)斗機是可行的。研究成果在美國陸軍的直升機駕駛員助手、美空軍和海軍的UCAV 計劃得到應用。

進入新世紀，美國相關機構(gòu)組織開展了一系列研究項目，對人工智能技術在空戰(zhàn)中的應用進行研究，內(nèi)容涉及單體智能和集群智能以及智能感知、智能決策、智能執(zhí)行等多個方面。按啟動的時間順序，典型項目包括：

1）美國國防部高級研究計劃局（DARPA）于2000 年啟動的無人機集群空中戰(zhàn)役研究計劃。該項目受到生物智能的啟發(fā)，擬讓無人機之間通過釋放“數(shù)字信息素”完成目標攻擊任務，該項目針對無人任務集群，提出了一種基于多智能體的非分層結(jié)構(gòu)的自組織空中任務分配方法，展開了仿真實驗。

2）DARPA 于2007 年啟動的“深綠計劃”。其目的是為美國陸軍、海軍陸戰(zhàn)隊指揮官和參謀人員開發(fā)自動化輔助決策系統(tǒng)。

3）DARPA 于2010 年啟動的“心靈之眼（Mind's eye）”項目。研究目標是為無人系統(tǒng)研發(fā)“可視智能”能力，增強態(tài)勢感知和認知能力。

4）美國國防部戰(zhàn)略能力辦公室（SCO）于2011年啟動的“山鶉”（Perdix）微型無人機演示項目。2016 年10 月，美國海軍3 架F/A-18F“超級大黃蜂”戰(zhàn)斗機投放了103 架“山鶉”無人機，對集群自主決策、自修正和自適應編隊飛行能力進行了演示驗證。

5）美國海軍研究局（ONR）于2015 年發(fā)布的低成本無人機集群技術（LOCUST）項目。研究目標是實現(xiàn)無人機快速發(fā)射并進行集群作戰(zhàn)，以達成對敵方的壓倒性優(yōu)勢。

6）DARPA 于2015 年啟動的Alpha 智能空戰(zhàn)系統(tǒng)項目（詳見2.2.1）。

7）DARPA 于2017 年啟動的進攻性蜂群使能戰(zhàn)術（OFFSET）項目。目的是開發(fā)并測試專為城市作戰(zhàn)蜂群無人系統(tǒng)設計的蜂群戰(zhàn)術，主要內(nèi)容包括：開放式任務軟件與系統(tǒng)架構(gòu)、集群戰(zhàn)術分析與決策支持、智能沉浸式人機交互、分布式集群任務系統(tǒng)集成與算法開發(fā)。

8）DARPA 于2019 年啟動的空戰(zhàn)演進（ACE）項目（詳見2.2.2）。

9）DARPA 于2019 年發(fā)布的“阿爾法狗斗”（Alpha Dogfight）試驗項目。該項目獨立于ACE 項目，主要針對戰(zhàn)斗機一對一視距內(nèi)格斗的情況開展高性能智能決策算法的開發(fā)，在與具備不同能力的對手進行格斗對抗中，對人工智能“狗斗”算法性能進行演示驗證。

美國國防部與空軍分別于2018 年、2019 年發(fā)布了人工智能戰(zhàn)略，確定了基本一致的人工智能軍事應用發(fā)展路線圖（圖2）。分3 個階段推進人工智能的軍事應用：第1 階段采用智能技術提高作戰(zhàn)的安全和效率，第2 階段使用機器輔助作戰(zhàn)，第3 階段實現(xiàn)人-機編隊聯(lián)合作戰(zhàn)?？梢灶A計，按照此發(fā)展戰(zhàn)略，美國將會持續(xù)開展研究，不斷推進人工智能軍事化應用進程。

圖2 美軍人工智能軍事應用發(fā)展路線圖

此外，俄羅斯也在航空火控系統(tǒng)智能化方面也開展了相關的研究工作。

2.2.1 Alpha 智能空戰(zhàn)系統(tǒng)

Alpha 智能空戰(zhàn)系統(tǒng)［3］是一種人工智能系統(tǒng)，可在高保真模擬環(huán)境中控制無人作戰(zhàn)飛機執(zhí)行空戰(zhàn)任務。Alpha 智能空戰(zhàn)系統(tǒng)是由受雇于美國空軍研究實驗室的Psibernetix 公司于2015 年5 月開始開發(fā)。

2016 年，由美國空軍退役飛行員GeneLee 上校對Alpha 空戰(zhàn)系統(tǒng)進行評估。作為前美國空軍專家，GeneLee 完成過成千上萬次的空對空攔截，訓練有素、經(jīng)驗豐富。然而，在與Alpha 空戰(zhàn)系統(tǒng)的模擬對抗中，即使經(jīng)過反復嘗試，GeneLee 依然沒有能夠戰(zhàn)勝Alpha 系統(tǒng)，他將Alpha 評價為“迄今為止最具侵略性，反應迅速，最具活力和可信度的AI”。

圖3 Alpha 智能空戰(zhàn)系統(tǒng)

圖4 Alpha 空戰(zhàn)對抗場景

Alpha 系 統(tǒng) 采 用 遺 傳 模 糊 樹（GFTs，Genetic Fuzzy Trees）方法，該方法以“模糊邏輯”、“遺傳算法”、“專家規(guī)則”為基礎，是一個級聯(lián)的模糊推理系統(tǒng)的集合，能夠在極其復雜的問題中產(chǎn)生確定性的控制指令，并且具備自學習、自演進能力。通過“知識表達和知識工程”建立包括環(huán)境知識、任務知識、能力知識、戰(zhàn)術規(guī)則知識在內(nèi)的空戰(zhàn)戰(zhàn)術知識庫。通過大量對抗模擬，依賴于良好的訓練和有經(jīng)驗的戰(zhàn)斗數(shù)據(jù)實現(xiàn)自我改進和能力提升。能夠輸入從專家知識中學到的經(jīng)驗教訓，以及通過學習系統(tǒng)充分優(yōu)化這些知識的能力是GFT 方法成功的重要因素。圖5 顯示了該系統(tǒng)布局的一個示例［4］。

圖5 GFT 方法示例

Alpha 系統(tǒng)目前的主要目標是成為飛行員在仿真環(huán)境中進行訓練的智能敵對力量，具有高級戰(zhàn)術、設計、逃避、情景感知和防御等多個分支。與其他學習方法不同，GFT 方法不僅具備高效的決策性能，而且計算成本較低，采用“遺傳模糊邏輯”智能決策技術，Alpha 空戰(zhàn)系統(tǒng)能夠在l ms 內(nèi)獲取與整理所有的空戰(zhàn)對抗數(shù)據(jù)，在同等動態(tài)對抗環(huán)境下系統(tǒng)響應速度是飛行員響應速度的250 倍，在空空戰(zhàn)斗中具有明顯的優(yōu)勢。

由于模糊邏輯的透明性和語言性，GFT 方法能夠保持人類設計者與設計系統(tǒng)之間清晰易懂的聯(lián)系，在訓練期間和訓練后為內(nèi)部層提供實時透明度。Alpha 系統(tǒng)是一個非常容易合作的AI，并適合作為隊友。Alpha 系統(tǒng)對有人機的指令可以不斷確定最佳的執(zhí)行方式，并為執(zhí)行任務的其余部分提供戰(zhàn)術和情景建議。

2.2.2 空戰(zhàn)演進（ACE）項目

美國DARPA 戰(zhàn)略技術辦公室（STO）于2019 年5 月啟動了“空戰(zhàn)演進”（ACE）項目［5］，旨在發(fā)展可靠和可信的智能空中格斗軟件，研究人-機協(xié)同作戰(zhàn)，即在最激烈的空中格斗情況下，測試人類飛行員和人工智能實體如何相互取信。DARPA 設立ACE 項目的背景是美軍認為人類飛行員即將和一些能力大幅提高的無人機共同作戰(zhàn)，如“忠誠僚機”。無人機將幫助有人機躲避敵方戰(zhàn)斗機和防空系統(tǒng)的打擊。這對無人機自主能力提出了更高要求，無人機必須擁有一定的戰(zhàn)術決策能力，以便于飛行員像一個團隊領導人，帶領多架無人機遂行作戰(zhàn)任務。ACE 項目標志著美軍已從當前飛行員普遍信任的基于物理學的自動化，過渡到實現(xiàn)未來有人-無人協(xié)同所必需的更為復雜的自主能力。

ACE 項目的主要目標為：實現(xiàn)空中格斗智能化和更大規(guī)模人機編隊協(xié)同；加快空戰(zhàn)決策和行動反應速度；實現(xiàn)飛行員從飛機操作員到任務作戰(zhàn)指揮官的轉(zhuǎn)變，使飛行員更加專注于更大規(guī)模的空戰(zhàn)；通過解決人-機協(xié)作的空中格斗問題，增強人們對戰(zhàn)斗自主決策算法的信任。

該項目的主要工作包括：

·單機和編隊戰(zhàn)術自主決策模型開發(fā)

·智能化人-機交互界面設計

·大規(guī)模編隊作戰(zhàn)智能任務管理

·智能作戰(zhàn)系統(tǒng)訓練數(shù)據(jù)集合分析與開發(fā)

·飛行員自主性信任度度量方法研究

該項目計劃于2023 年完成，擬從計算機建模仿真開始，逐步在無人機上演示，最終在改裝的戰(zhàn)斗機上實現(xiàn)能力驗證。項目分為3 個階段，第1 階段重點是開發(fā)和演示建模仿真中的關鍵功能，階段2 和階段3 將分別在小規(guī)模和全尺寸環(huán)境中實現(xiàn)相同的功能。

圖6 ACE 項目實施計劃

2020 年3 月，DARPA 公布了ACE 項目技術領域-1 的實現(xiàn)途徑及部分需求，征集支持空中格斗的人工智能算法，為單機和編隊戰(zhàn)術行動構(gòu)建自主戰(zhàn)斗能力。

2.2.3 俄羅斯的“機載智能輔助決策系統(tǒng)”

“機載智能輔助決策系統(tǒng)”是以俄制四代機為應用背景開發(fā)的實時作戰(zhàn)輔助決策專家系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要應用于中遠距作戰(zhàn)，主要功能包括：

·作戰(zhàn)態(tài)勢評估

·作戰(zhàn)子任務分解

·選擇最合理的作戰(zhàn)方法為飛行員提供關于機動-攻擊-干擾3 個方面的通知和建議

機載智能輔助決策專家系統(tǒng)的輸入是戰(zhàn)斗任務信息，包括任務、級別、目的3 個方面，作戰(zhàn)準備前加載到專家咨詢系統(tǒng)中。針對單機或編隊執(zhí)行護航保障、空中巡邏、清理空域等任務，為了實現(xiàn)目標摧毀、壓制干擾、佯動保護等作戰(zhàn)目的，機載智能輔助決策系統(tǒng)為飛行員提供關于具體對抗方法的提示建議或簡短說明，如“建議反應動作-戰(zhàn)術左轉(zhuǎn)彎”、“必須執(zhí)行動作-安全脫離轉(zhuǎn)彎”等。

機載智能輔助決策系統(tǒng)采用分層的專家知識庫，其層次劃分如圖7 所示。

圖7 層次化專家知識庫

假設某次空戰(zhàn)任務信息如下：

1）任務：自由清理空域；

2）級別：單機；

3）目的：約束戰(zhàn)斗。

經(jīng)過專家知識庫分解為如下5 個戰(zhàn)術子動作：

1）優(yōu)勢保證；

2）攻擊；

3）邊防御邊攻擊；

4）防御；

5）信息保證。

針對不同的戰(zhàn)術子動作，專家系統(tǒng)分別提供以下建議和提示：

1）優(yōu)勢保證：如何占據(jù)戰(zhàn)術有利位置；

2）攻擊：如何實現(xiàn)導彈發(fā)射、戰(zhàn)術脫離轉(zhuǎn)彎、縮小敵方攻擊區(qū)；

3）邊防御邊攻擊：如何實現(xiàn)導彈發(fā)射、戰(zhàn)術脫離轉(zhuǎn)彎、安全脫離轉(zhuǎn)彎、是否采取有源/無源干擾；

4）防御：如何戰(zhàn)術脫離轉(zhuǎn)彎、有效防御敵方導彈并保持繼續(xù)攻擊的可能；

5）信息保持：如何保證最快速獲得目標信息并組織對敵方導彈防御。

為了完成智能輔助決策，專家知識庫需要大量數(shù)學模型的支撐，其中主要的數(shù)學模型包括：戰(zhàn)術有利位置計算模型，敵方導彈攻擊區(qū)計算模型，戰(zhàn)術脫離轉(zhuǎn)彎方向計算模型，安全發(fā)射距離計算模型，安全脫離距離計算模型，導彈制導中斷原因計算模型，導彈彈道模擬模型，箔條彈體有效性評估模型等。該系統(tǒng)屬于傳統(tǒng)專家系統(tǒng)（無自學習能力），其核心是專家知識庫。

3 智能航空火力控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

從上述典型項目介紹可以看出，人工智能技術在空戰(zhàn)中的應用已成為航空作戰(zhàn)裝備發(fā)展的重要方向。為了應對未來嚴峻的空戰(zhàn)環(huán)境，作為航空武器系統(tǒng)核心的火力控制系統(tǒng)的智能化也日益迫切。

航空火力控制系統(tǒng)的智能化就是從空中作戰(zhàn)需求出發(fā)，綜合考慮飛機平臺和武器特點，在火控系統(tǒng)的設計中充分采用先進的人工智能技術，有效地實現(xiàn)火力控制功能。智能化的火力控制系統(tǒng)簡稱智能火控系統(tǒng)［6］。

從作戰(zhàn)平臺發(fā)展看，未來空戰(zhàn)的主體可分為兩大類：有人駕駛飛機（簡稱有人機）和無人駕駛飛機（簡稱無人機）。其中無人機又可大致分為與有人機體量相當?shù)臒o人機和可在地面發(fā)射或空中投放的體量較小的“蜂群”無人機。相應地，航空火力控制系統(tǒng)也可分為有人機火控系統(tǒng)、無人機火控系統(tǒng)以及“蜂群”無人機火控系統(tǒng)。下面分別研究這3 種火控系統(tǒng)的智能化。

3.1 有人機智能火控系統(tǒng)

有人機火控系統(tǒng)一般由傳感器、信息采集/傳輸/處理設備、武器投/射控制設備和人機交互設備組成。通過合理的人機功能分配，有人機智能火控系統(tǒng)除自動完成底層信息采集與處理、設備控制等工作外，重點輔助飛行員完成態(tài)勢評估、攻擊/防御決策、作戰(zhàn)飛行、武器操控，提高飛行員決策速度和質(zhì)量，降低飛行員工作負荷。

有人機智能火控系統(tǒng)功能主要包括：智能感知、智能認知、智能協(xié)同、智能決策、智能交互、智能執(zhí)行、智能控制、智能保障等［7-8］。

1）智能感知：系統(tǒng)通過收集飛機傳感器和外部通訊信息，采用機器學習、智能推理等方法，運用已有知識實現(xiàn)對戰(zhàn)場環(huán)境的了解及目標的識別與跟蹤，并對未來變化進行預測；同時采取最佳探測方案，保證對目標的持續(xù)跟蹤與特征獲取。

2）智能認知：系統(tǒng)將感知得到的信息進行濾波、變換、融合、特征提取、特征識別等處理，綜合不同數(shù)據(jù)源獲得的信息，結(jié)合系統(tǒng)存儲與學習的經(jīng)驗與知識，形成實時的作戰(zhàn)態(tài)勢并進行態(tài)勢評估。

3）智能協(xié)同：在多平臺共同執(zhí)行任務過程中，系統(tǒng)采取無縫、透明的協(xié)同機制和策略，保持平臺間的信息交互，保證各同構(gòu)/異構(gòu)平臺之間的互理解、可預測。

4）智能決策：系統(tǒng)綜合作戰(zhàn)任務、戰(zhàn)場態(tài)勢和我方資源情況，運用神經(jīng)網(wǎng)絡、專家系統(tǒng)、模糊推理、對策論等智能方法進行分析、規(guī)劃、推演、評估，形成并選擇有效、可行的行動方案。

5）智能交互：系統(tǒng)將戰(zhàn)場態(tài)勢和推薦的行動方案以圖形、圖像和語音等方式呈現(xiàn)給飛行員；采用復雜噪聲環(huán)境下的自然語音識別、低能見度條件下的增強視覺、觸摸感知等技術，采集飛行員的反饋信息，綜合識別飛行員的意圖并進行反應，實現(xiàn)與飛行員的無障礙、便捷交互。

6）智能執(zhí)行：系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)可以準確接受、識別飛行員的指令，利用內(nèi)部信息處理/控制設備，最優(yōu)化地執(zhí)行任務指令，精準、低耗、有效地完成預期動作。

7）智能控制：系統(tǒng)在環(huán)境劇烈變化，或出現(xiàn)部件和子系統(tǒng)部分故障時，具有自主進行大范圍調(diào)整控制參數(shù)以及調(diào)整控制結(jié)構(gòu)的能力，實現(xiàn)控制包線的擴展以及控制性能的優(yōu)化。

8）智能保障：系統(tǒng)能夠收集、分析設備的狀態(tài)信息，基于剩余壽命預測，采用預知、主動的維修保障模式，實現(xiàn)裝備的集約、精確、敏捷的保障。

有人機智能火控系統(tǒng)可以采用層次化的體系架構(gòu)，包括基礎層、支撐層、功能層、應用層。

基礎層主要解決人工智能的基礎科學問題，包括智能算法、智能芯片、神經(jīng)網(wǎng)絡等，為智能火控系統(tǒng)提供基礎智能服務。

支撐層主要包括相對獨立的火控關鍵技術群（如光電目標識別、武器威力評估等）和人工智能應用支撐技術（如系統(tǒng)構(gòu)型、運行環(huán)境等）。

功能層實現(xiàn)智能感知、認知、交互、決策、控制、協(xié)同、執(zhí)行、保障等功能。

應用層面向不同的作戰(zhàn)任務，通過人機交互實現(xiàn)適應復雜戰(zhàn)場環(huán)境的作戰(zhàn)管理和OODA 環(huán)的優(yōu)化。

3.2 無人機智能火控系統(tǒng)

由于沒有飛行員在飛機上操縱，因此，無人機須自主完成作戰(zhàn)任務。其火控系統(tǒng)與有人機火控系統(tǒng)相比，可以不需要與飛行員的交互，但需要完成飛行員的相關功能。所以，無人機智能火控系統(tǒng)在系統(tǒng)組成上沒有人機交互設備，但系統(tǒng)功能同樣包括：智能感知、智能認知、智能協(xié)同、智能決策、智能交互、智能執(zhí)行、智能控制、智能保障等，只是如下所述部分內(nèi)涵有區(qū)別［9］。

1）智能決策：系統(tǒng)綜合作戰(zhàn)任務、戰(zhàn)場態(tài)勢和我方資源情況，運用神經(jīng)網(wǎng)絡、專家系統(tǒng)、模糊推理、對策論等智能方法進行分析、規(guī)劃、推演、評估，確定最優(yōu)行動方案。

2）智能交互：系統(tǒng)將實施的行動方案及執(zhí)行情況以恰當方式傳送給作戰(zhàn)指揮人員，接受并解析作戰(zhàn)指揮人員的任務指令。

3）智能執(zhí)行：系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)可以準確接受決策指令，利用內(nèi)部信息處理/控制設備，最優(yōu)化地執(zhí)行任務指令，精準、低耗、有效地完成預期動作。

3.3 “蜂群”無人機智能火控系統(tǒng)

使用“蜂群”無人機作戰(zhàn)的主要思想是：利用“蜂群”無人機廉價、體積較小、可在戰(zhàn)場上高密度部署的特點，對作戰(zhàn)目標形成數(shù)量優(yōu)勢，從而實施飽和攻擊。

由此，單架“蜂群”無人機與一般無人機相比功能相對簡單、能力相對較弱。如：單架“蜂群”無人機由于系統(tǒng)配置可能只具備探測能力、通信能力、武器運載與投射能力、武器制導能力等能力中的一種或幾種，無法形成完整的OODA 打擊環(huán)；同時，傳感器探測范圍較小、通信距離較短、武器威力較弱等。

另外，“蜂群”中的無人機可能是同構(gòu)的，也可能是異構(gòu)的。

綜上，“蜂群”無人機的火控系統(tǒng)與一般無人機的火控系統(tǒng)最大的不同就是：“蜂群”無人機火控系統(tǒng)是分布式火控系統(tǒng)［10］。

“蜂群”無人機火控系統(tǒng)具備分布式火控系統(tǒng)的一般特點。但是，這個分布式火控系統(tǒng)是由大量無人機參與構(gòu)成的，既有資源冗余的優(yōu)勢又有復雜系統(tǒng)管理的需求。

智能“蜂群”無人機火控系統(tǒng)的功能與一般智能無人機火控系統(tǒng)一樣，包括智能感知、智能認知、智能協(xié)同、智能決策、智能交互、智能執(zhí)行、智能控制、智能保障等。具有“蜂群”特點的功能如下：

1）智能感知：“蜂群”通過收集群內(nèi)無人機傳感器和外部通訊信息，運用已有知識，采用分布/集中式處理方法實現(xiàn)對戰(zhàn)場環(huán)境的了解及目標的識別與跟蹤，并對未來變化進行預測；同時充分利用群內(nèi)感知無人機的資源、采取最佳探測方案，保證對目標的持續(xù)跟蹤與特征獲取。

2）智能認知：“蜂群”將群內(nèi)無人機感知得到的信息進行融合、處理，綜合群內(nèi)外的信息，結(jié)合無人機存儲與學習的經(jīng)驗與知識，形成實時的作戰(zhàn)態(tài)勢并進行態(tài)勢評估。

3）智能決策：“蜂群”綜合作戰(zhàn)任務、戰(zhàn)場態(tài)勢和群內(nèi)無人機資源配置情況，進行分析、規(guī)劃，形成有效、可行的行動方案。

4）智能交互：“蜂群”將群內(nèi)無人機狀態(tài)、實施的行動方案及執(zhí)行情況，以恰當方式傳送給作戰(zhàn)指揮人員，接受并解析作戰(zhàn)指揮人員的任務指令；同時，保持群內(nèi)無人機之間的信息互通，保證每架無人機的任務明確。

5）智能執(zhí)行：每架“蜂群”無人機可以準確接受并最優(yōu)化地執(zhí)行群決策指令；同時，控制機內(nèi)設備精準、低耗、有效地完成預期動作。

由于“蜂群”無人機體積較小，具有較好的隱身性能，同時仍可具有較強的信息處理能力。再者，由于集群，無人機間距較小，易于在執(zhí)行攻擊任務時群內(nèi)建立滿足信息交互要求且穩(wěn)定、可靠的通信網(wǎng)絡。這些都是成功完成任務的基礎。

根據(jù)群內(nèi)無人機的數(shù)量和特點，“蜂群”可以采用“集中控制”或“分級控制”或“一致協(xié)同”或“自發(fā)協(xié)同”等組織方式［11］。

集中控制：群內(nèi)每架無人機都與中心策劃者交互，中心策劃者協(xié)調(diào)所有任務。

分級控制：若干無人機組成一個小組，由組長領導；若干小組組成一個班，由班長領導。如此遞推。

一致協(xié)同：群內(nèi)每架無人機相互交流并通過“投票”等方式就某一方案達成一致。

自發(fā)協(xié)同：類似動物集群方式，無人機之間通過相互作用產(chǎn)生“蜂群”的整體行為。

4 以智能火控系統(tǒng)為基礎的空戰(zhàn)展望

4.1 空戰(zhàn)力量構(gòu)成

隨著智能技術的不斷進步及其在裝備中的應用，未來空戰(zhàn)力量構(gòu)成將具有以下3 種樣式：

1）采用智能火控系統(tǒng)的有人機作戰(zhàn)編隊。在這種作戰(zhàn)系統(tǒng)工作時以人類智能為主、人工智能為輔。

2）有人/無人機協(xié)同作戰(zhàn)編隊。在這種作戰(zhàn)系統(tǒng)工作時，有人機和無人機優(yōu)勢互補，人類智能和人工智能對等協(xié)作。

3）無人機自主作戰(zhàn)編隊/集群。在這種作戰(zhàn)系統(tǒng)工作時以人工智能為主、人類智能為輔。

4.2 作戰(zhàn)優(yōu)勢建立

作戰(zhàn)的結(jié)果取決于對抗各方裝備的質(zhì)量、數(shù)量，戰(zhàn)場環(huán)境，采取的戰(zhàn)術、戰(zhàn)法等諸多因素。

未來，以智能火控系統(tǒng)為基礎的空戰(zhàn)力量能夠在作戰(zhàn)中建立信息優(yōu)勢、認知優(yōu)勢、決策優(yōu)勢和行動優(yōu)勢。信息優(yōu)勢就是獲取全面、實時、準確的戰(zhàn)場信息，使大數(shù)據(jù)成為一種可以利用的重要作戰(zhàn)資源；認知優(yōu)勢就是準確識別對手意圖，形成實時的作戰(zhàn)態(tài)勢并進行態(tài)勢評估；決策優(yōu)勢就是快速形成多種針對性強的行動預案，并選擇最優(yōu)、可行的行動方案；行動優(yōu)勢就是精準、靈活地執(zhí)行作戰(zhàn)方案。

在此基礎上，空戰(zhàn)力量可以綜合運用動能、電磁能、網(wǎng)絡武器實現(xiàn)對目標的多維、全向打擊，大規(guī)模集群飽和打擊，全距離精確打擊等多種攻擊方式。

在未來分布式、網(wǎng)絡化作戰(zhàn)環(huán)境中，單個作戰(zhàn)平臺的“殺傷鏈”將可以連結(jié)為空中力量的“殺傷網(wǎng)”，進而在體系作戰(zhàn)中發(fā)揮航空火力快、準、狠的打擊優(yōu)勢［12］。

4.3 空戰(zhàn)力量的典型運用

4.3.1 有人/無人機協(xié)同制空作戰(zhàn)

采用有人/無人機協(xié)同作戰(zhàn)編隊進行制空作戰(zhàn)時，有人機主要進行編隊的指揮控制，無人機主要進行具體的任務執(zhí)行。

在作戰(zhàn)體系的支援下，作戰(zhàn)單元在空中完成集結(jié)、編隊；有人機進行實時作戰(zhàn)任務管理，指揮無人機對需要控制的空域進行搜索；通過對多源信息進行融合處理，建立戰(zhàn)場態(tài)勢；在智能火控系統(tǒng)輔助下人類指揮員進行決策，形成交戰(zhàn)方案并發(fā)送至各作戰(zhàn)單元。各作戰(zhàn)單元根據(jù)任務指令，運行OODA環(huán)，完成智能感知、智能認知、智能協(xié)同、智能決策、智能交互、智能執(zhí)行。在交戰(zhàn)過程中，有人機根據(jù)編隊作戰(zhàn)任務目標和實時交戰(zhàn)結(jié)果，對各作戰(zhàn)單元不斷進行任務調(diào)整；同時與作戰(zhàn)體系保持信息交互。交戰(zhàn)結(jié)束、任務完成后，有人機指揮編隊返航。

4.3.2 異構(gòu)無人機作戰(zhàn)集群對面打擊

采用異構(gòu)無人機作戰(zhàn)集群對面目標實施自主打擊時，作戰(zhàn)體系相關單位首先進行任務規(guī)劃。根據(jù)需打擊的目標特點和期望的作戰(zhàn)結(jié)果以及戰(zhàn)場威脅情況，確定集群的組成、規(guī)模以及集群的組織結(jié)構(gòu)和協(xié)同規(guī)則；同時制定初步的行動方案［13］。

無人機群或起飛升空、或空中布放后，在規(guī)定的空域完成集結(jié)，然后按方案飛向目標區(qū)域。偵察功能無人機對需打擊的目標進行實時探測、定位、觀察其狀態(tài)；打擊功能無人機完成武器投射，制導功能無人機完成對武器的制導；指揮功能無人機收集戰(zhàn)場信息、評估打擊效果和戰(zhàn)損、作出再次攻擊決策并向群內(nèi)無人機發(fā)布行動方案，同時保持作戰(zhàn)群與作戰(zhàn)體系的聯(lián)系。打擊任務完成后，指揮功能無人機組織集群返航。

在群無人機可能只具備一種功能，也可能具備多種功能。

5 結(jié)論

武器系統(tǒng)智能化是應對未來戰(zhàn)爭挑戰(zhàn)的重要手段，航空火力控制系統(tǒng)的智能化是提升空戰(zhàn)力量的重要途徑。智能航空火控系統(tǒng)不是為了簡單地代替飛行員，而是通過提供持久的、無限的潛能，延伸和擴大人的可觸及范圍，超越人類的生理極限執(zhí)行作戰(zhàn)任務；同時，避免飛行員參與可能危及生命的任務，減輕其工作負荷。智能航空火控系統(tǒng)的使用不僅能大幅提升作戰(zhàn)飛機執(zhí)行任務的能力，還能極大降低裝備全壽命周期的費用。

目前，人工智能及智能航空火控系統(tǒng)的發(fā)展方興未艾，在實現(xiàn)航空火控系統(tǒng)智能化的征途上還有許多艱難險阻，需要有志之士并肩奮斗、攜手跨越！