樊會(huì)濤, 張同賀, 張 良

(1.中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽(yáng) 471009； 2.航空制導(dǎo)武器航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽(yáng) 471009)

0 引 言

技術(shù)是推動(dòng)戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)變革的源動(dòng)力，每一次技術(shù)上的突破都會(huì)帶來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)的變革，如圖1所示?；鹚幍陌l(fā)明催生戰(zhàn)爭(zhēng)由“冷兵器”轉(zhuǎn)向“熱兵器”時(shí)代，這是對(duì)人類力量的擴(kuò)展； 工業(yè)革命的發(fā)展催生出“機(jī)械化”時(shí)代，這是對(duì)人類運(yùn)動(dòng)能力的擴(kuò)展； 以信息化和網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)為主體的科技革命則推動(dòng)了戰(zhàn)爭(zhēng)由“機(jī)械化”向“信息化”變革，催生出“千里眼、 順風(fēng)耳”，這是對(duì)人類五官感知能力的擴(kuò)展； 信息化的高度發(fā)展使得海量信息和大數(shù)據(jù)隨之產(chǎn)生，人工智能、 云計(jì)算、 萬(wàn)物互聯(lián)技術(shù)快速發(fā)展，推動(dòng)著戰(zhàn)爭(zhēng)從“信息化”轉(zhuǎn)向“智能化”時(shí)代，這是對(duì)人類大腦能力的擴(kuò)展。

伴隨著戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)的變革，作為打擊節(jié)點(diǎn)的導(dǎo)彈武器該如何發(fā)展？導(dǎo)彈的本質(zhì)是拳頭的快速延伸、 能量的精準(zhǔn)投送?，F(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)高度復(fù)雜、 攻防對(duì)抗激烈，而處于對(duì)抗之中的人，是不能用規(guī)則約束的，這就使得傳統(tǒng)基于規(guī)則設(shè)計(jì)的算法難以有效遂行任務(wù)。人工智能技術(shù)在海量數(shù)據(jù)處理方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，它的學(xué)習(xí)、 推理能力能夠應(yīng)用于導(dǎo)彈系統(tǒng)的攻防博弈對(duì)抗，因此，為確保復(fù)雜環(huán)境下的作戰(zhàn)效能，導(dǎo)彈將會(huì)是率先應(yīng)用人工智能的武器裝備，導(dǎo)彈武器“智能化”是必然趨勢(shì)。

既然導(dǎo)彈武器智能化是技術(shù)發(fā)展的必然，那么應(yīng)該如何評(píng)價(jià)導(dǎo)彈的智能水平？導(dǎo)彈的智能水平怎么分級(jí)? 智能導(dǎo)彈的能力特征是什么? 實(shí)現(xiàn)這些智能能力的關(guān)鍵技術(shù)又是什么？這些問題的研究是智能導(dǎo)彈研制的基礎(chǔ)性問題。

1 導(dǎo)彈的智能水平分級(jí)

1.1 智能導(dǎo)彈的概念與內(nèi)涵

智能的本質(zhì)是古今中外許多哲學(xué)家一直在努力探索和研究的問題，它是“智力”和“能力”的集中表現(xiàn)。達(dá)爾文的進(jìn)化論指出，“物競(jìng)天擇、 適者生存”，智能體必然是為了達(dá)成某個(gè)目標(biāo)，不斷適應(yīng)環(huán)境，成長(zhǎng)進(jìn)化，從而贏得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。智能導(dǎo)彈的內(nèi)涵可以由智能體類比中得出，即為了精確打擊目標(biāo)，不斷成長(zhǎng)進(jìn)化，根據(jù)對(duì)環(huán)境的認(rèn)知自主生成合理的系統(tǒng)策略，從而適應(yīng)復(fù)雜的作戰(zhàn)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)任務(wù)。

圖1 戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)變革示意圖

結(jié)合導(dǎo)彈的作戰(zhàn)使命和信息流工作原理，將智能導(dǎo)彈系統(tǒng)定義為： 能夠?qū)椵d傳感器和體系數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析處理與判斷，根據(jù)對(duì)環(huán)境的認(rèn)知，自主生成合理的系統(tǒng)策略，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)、 識(shí)別、 跟蹤與精確打擊的系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 智能導(dǎo)彈概念框圖

1.2 導(dǎo)彈武器的智能分級(jí)

通常用智商來(lái)評(píng)價(jià)一個(gè)人的智力、 能力水平，而決定智商高低的核心則是大腦。那么，決定導(dǎo)彈“智商”的核心是什么呢？顯而易見，是算法！正如形容一個(gè)人智商高，往往會(huì)說其腦子聰明，形容導(dǎo)彈抗干擾能力強(qiáng), 常常會(huì)說其抗干擾算法設(shè)計(jì)得好。可以說，算法是人工智能的靈魂，從本質(zhì)上決定了導(dǎo)彈的智能水平。

人工智能這一名詞自1956年被提出后，各種相關(guān)算法就層出不窮。本文不拘泥于具體的種種算法，針對(duì)復(fù)雜攻防博弈對(duì)抗環(huán)境的導(dǎo)彈智能能力需求，以能否直接從數(shù)據(jù)中實(shí)現(xiàn)認(rèn)知決策能力為劃分原則，基于算法的設(shè)計(jì)原理和導(dǎo)彈武器的研制特點(diǎn)進(jìn)行導(dǎo)彈的智能等級(jí)劃分。將導(dǎo)彈的智能水平劃分為初、 中、 高、 超四個(gè)等級(jí)，如圖3所示。

圖3 導(dǎo)彈智能分級(jí)框圖

1.2.1 初級(jí)智能導(dǎo)彈

基于邏輯規(guī)則進(jìn)行判斷。該等級(jí)導(dǎo)彈不具有生命體特征，它是“死”的，一經(jīng)確定，能力即固化，即“規(guī)定什么, 就是什么”。它將人對(duì)問題的理解轉(zhuǎn)化為導(dǎo)彈能夠執(zhí)行的邏輯與規(guī)則集合。

人的知識(shí)包括理性知識(shí)、 感性知識(shí)等，能夠用規(guī)則清晰表達(dá)的少之又少，各種閾值的設(shè)置也遠(yuǎn)比不上人的靈活性，特別是抗干擾問題并沒有標(biāo)準(zhǔn)的知識(shí)模型，這就決定了基于“規(guī)則”的算法難以達(dá)到人的認(rèn)知水平。

1.2.2 中級(jí)智能導(dǎo)彈

基于邏輯規(guī)則和被動(dòng)學(xué)習(xí)的特征進(jìn)行判斷。增加了基于數(shù)據(jù)的被動(dòng)學(xué)習(xí)算法，即在初級(jí)智能導(dǎo)彈“規(guī)定什么，就是什么”的基礎(chǔ)上，對(duì)于無(wú)法規(guī)則化描述的場(chǎng)景，能通過線下被動(dòng)學(xué)習(xí), 自動(dòng)從數(shù)據(jù)中學(xué)到特征，具有一定的類比能力。

雖然目前深度學(xué)習(xí)算法在圖像處理等領(lǐng)域已取得了驚人成績(jī)，但大腦的神經(jīng)元非常復(fù)雜，現(xiàn)今用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)都只是簡(jiǎn)單的模擬，典型代表如圖4所示。目前的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，還存在不可解釋和易被欺騙的脆弱性，在某些方面與人類的認(rèn)知還存在較大差距。

1.2.3 高級(jí)智能導(dǎo)彈

基于數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷。該等級(jí)導(dǎo)彈具有了一定的生命體特征，并具有在線主動(dòng)學(xué)習(xí)能力，能夠利用數(shù)據(jù)挖掘出有價(jià)值的信息，即在中級(jí)智能導(dǎo)彈“被動(dòng)學(xué)習(xí)”的基礎(chǔ)上，還能在線“主動(dòng)學(xué)習(xí)”，具備一定的“思維”能力。

復(fù)雜攻防對(duì)抗環(huán)境下的抗干擾、 反隱身等問題并沒有標(biāo)準(zhǔn)解，難以用準(zhǔn)確的知識(shí)模型描述，而數(shù)據(jù)是包羅萬(wàn)象的，可以從中探索出小到原子、 大到整個(gè)宇宙的奧妙，一切知識(shí)、 規(guī)律等皆可從數(shù)據(jù)中學(xué)到。如果設(shè)計(jì)的算法能夠在理性原則上與大腦“神似”，就可從數(shù)據(jù)中通過主動(dòng)學(xué)習(xí)直接形成認(rèn)知決策能力。

圖4 典型卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2.4 超級(jí)智能導(dǎo)彈

基于遺傳的知識(shí)和數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷。該等級(jí)導(dǎo)彈具有了完全生命體特征，彈上算法由云端根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)和任務(wù)推送，可在線學(xué)習(xí)進(jìn)化，實(shí)現(xiàn)彈間能力共享。

智慧云端類似于導(dǎo)彈的基因庫(kù)，存儲(chǔ)了導(dǎo)彈在歷史仿真、 試驗(yàn)、 實(shí)戰(zhàn)中獲得的有價(jià)值的數(shù)據(jù)、 知識(shí)及各種算法模型。正如生命體引入了遺傳信息，各種生物的進(jìn)化成果都在基因之中體現(xiàn)。超級(jí)智能導(dǎo)彈的初始能力來(lái)自于云端，后天通過自身和體系信息來(lái)認(rèn)識(shí)環(huán)境，自主進(jìn)化，并將自身成長(zhǎng)信息反饋至云端，即時(shí)共享，擇優(yōu)遺傳“后代群”。

2 導(dǎo)彈武器智能能力特征

結(jié)合前述初、 中、 高、 超四個(gè)等級(jí)的智能導(dǎo)彈定義，不同等級(jí)智能導(dǎo)彈能力特征描述，如圖5所示。

圖5 四個(gè)等級(jí)智能導(dǎo)彈能力表現(xiàn)框圖

2.1 初級(jí)智能導(dǎo)彈能力

具有先驗(yàn)的目標(biāo)識(shí)別、 跟蹤和打擊能力，可以應(yīng)對(duì)已經(jīng)存在且有了認(rèn)知的一般環(huán)境。由于規(guī)則表達(dá)的局限性及沒有學(xué)習(xí)能力，有感知、 能識(shí)別但智能、 協(xié)同能力不足，現(xiàn)階段導(dǎo)彈大多處于初級(jí)智能水平。

2.2 中級(jí)智能導(dǎo)彈能力

具有自動(dòng)的目標(biāo)識(shí)別、 跟蹤和打擊能力，具有經(jīng)過學(xué)習(xí)的感知、 認(rèn)知決策能力，智能、 協(xié)同能力明顯提升，對(duì)于模式復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境也具備了一定的適應(yīng)能力。它能夠通過被動(dòng)學(xué)習(xí)提取復(fù)雜高維特征，但是并不產(chǎn)生新質(zhì)增量。中級(jí)智能導(dǎo)彈是近期的研究重點(diǎn)。

2.3 高級(jí)智能導(dǎo)彈能力

具有自主的目標(biāo)識(shí)別、 跟蹤和打擊能力，對(duì)復(fù)雜環(huán)境具有完全智能感知、 認(rèn)知決策能力，可智能構(gòu)建彈群形態(tài)。它具有“吃一塹、 長(zhǎng)一智”的能力，能夠通過對(duì)過往成功或失敗信息的利用以及當(dāng)前環(huán)境的認(rèn)知判斷，生成新質(zhì)增量能力。

2.4 超級(jí)智能導(dǎo)彈能力

具有自主進(jìn)化的目標(biāo)識(shí)別、 跟蹤和打擊能力，能夠適應(yīng)各種復(fù)雜作戰(zhàn)環(huán)境，達(dá)到甚至超越人類的智能認(rèn)知決策和協(xié)同能力。它的學(xué)習(xí)能力代際相傳、 不斷進(jìn)化，自主積累關(guān)于環(huán)境的數(shù)據(jù)與知識(shí)。導(dǎo)彈群體已具有信息基因的遺傳能力，通過云端形成了高度協(xié)調(diào)配合的社會(huì)化組織形態(tài)，一切新增的有效感知、 認(rèn)知決策策略都會(huì)即時(shí)共享。

3 關(guān)鍵技術(shù)

導(dǎo)彈武器走向智能化是技術(shù)發(fā)展的必然，需圍繞人工智能“數(shù)據(jù)、 算法、 算力”三要素、 導(dǎo)彈武器作戰(zhàn)場(chǎng)景特點(diǎn)和各等級(jí)智能導(dǎo)彈內(nèi)涵，通過階段性重點(diǎn)突破和持續(xù)研究，攻克以下四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 高擬真度數(shù)據(jù)生成技術(shù)

從初級(jí)到超級(jí)智能導(dǎo)彈，其能力的實(shí)現(xiàn)都離不開數(shù)據(jù)支持，算法被賦予大數(shù)據(jù)之后，其靈魂才真正“活”了起來(lái)，好的數(shù)據(jù)集需具有全樣本性和真實(shí)性。當(dāng)前民用智能快速發(fā)展的關(guān)鍵就是大數(shù)據(jù)的支持，而這恰恰是導(dǎo)彈算法設(shè)計(jì)所欠缺的。一方面，數(shù)據(jù)不可能覆蓋全面，這就失去了全樣本性； 另一方面，試驗(yàn)、 靶試的數(shù)據(jù)與對(duì)敵作戰(zhàn)場(chǎng)景存在一定的差異，這就失去了真實(shí)性。因此，如何在真實(shí)數(shù)據(jù)不足的情況下高擬真度生成數(shù)據(jù)，是智能導(dǎo)彈研究的關(guān)鍵。現(xiàn)階段可利用多型產(chǎn)品實(shí)測(cè)和仿真數(shù)據(jù)，基于敵方目標(biāo)、 干擾特性的分析結(jié)果，通過生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)(GAN)將產(chǎn)品實(shí)測(cè)和仿真數(shù)據(jù)融合，生成更加接近真實(shí)目標(biāo)特性的數(shù)據(jù)，在大幅豐富數(shù)據(jù)來(lái)源的同時(shí)提高數(shù)據(jù)的擬真度。

3.2 彈載輕量高效神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型技術(shù)

算法是人工智能的靈魂，更是決定導(dǎo)彈智能等級(jí)的關(guān)鍵因素。目前國(guó)內(nèi)外見于報(bào)道的導(dǎo)彈均未達(dá)到中級(jí)智能水平，基于數(shù)據(jù)的被動(dòng)學(xué)習(xí)算法還處于研究的初級(jí)階段，也是現(xiàn)階段研究的重點(diǎn)。

導(dǎo)彈“能量密度”和“時(shí)敏”的雙重限制對(duì)算法規(guī)模和資源消耗提出了苛刻約束。要求算法必須在保證學(xué)習(xí)能力的同時(shí)，具有“輕量高效”特點(diǎn)，提升對(duì)資源的利用效率。基于此，現(xiàn)階段研究的關(guān)鍵便是設(shè)計(jì)出快速、 高效提取輸入對(duì)象高層次、 多維度特征的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。不同于民用場(chǎng)景友好、 數(shù)據(jù)量大、 信息完備，針對(duì)導(dǎo)彈作戰(zhàn)場(chǎng)景存在博弈對(duì)抗、 環(huán)境復(fù)雜多變等特點(diǎn)，有必要在現(xiàn)有民用領(lǐng)域相對(duì)成熟神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型基礎(chǔ)上，經(jīng)過專門的研究改進(jìn)和設(shè)計(jì)，提高算法魯棒性。同時(shí)，尋求高性能、 輕資源的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型技術(shù)途徑，降低對(duì)能耗的需求。

3.3 低功耗高算力硬件技術(shù)

要想實(shí)現(xiàn)算法的彈載應(yīng)用，必須解決“功耗”和“實(shí)時(shí)性”問題。從初級(jí)到超級(jí)智能導(dǎo)彈，其能力的實(shí)現(xiàn)均離不開高算力硬件的支持?，F(xiàn)階段該關(guān)鍵技術(shù)研究可以從三個(gè)方面開展： 一是DSP等處理器與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模并行運(yùn)算不匹配，GPU雖然擁有大量的核，但其無(wú)法實(shí)現(xiàn)細(xì)粒度并行優(yōu)化，對(duì)于高幀頻導(dǎo)彈難以適用，有必要開發(fā)能夠進(jìn)行細(xì)粒度并行優(yōu)化的加速計(jì)算平臺(tái)； 二是戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈共性系統(tǒng)技術(shù)突出，有必要研制戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈專用、 各種導(dǎo)彈通用的高集成度、 低功耗智能信息處理微系統(tǒng)； 三是積極探索民用領(lǐng)域AI芯片在導(dǎo)彈上的應(yīng)用方法，降低導(dǎo)彈成本。

3.4 具有生命體特征的智慧云端技術(shù)

人的智能顯然是生物進(jìn)化的結(jié)果，幾億年來(lái)生命在地球環(huán)境下嘗試出來(lái)的正確組合都放在了基因中。因此，建立導(dǎo)彈的基因庫(kù)對(duì)其智能能力的成長(zhǎng)與進(jìn)化至關(guān)重要，而智慧云端就類似于導(dǎo)彈的基因庫(kù)，隨著基因庫(kù)信息的不斷完善，導(dǎo)彈智能能力也隨之從初級(jí)智能向著高級(jí)智能進(jìn)化。

智慧云端屬于智能導(dǎo)彈的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，導(dǎo)彈智慧云端技術(shù)必須在兩個(gè)方面取得突破才能很好地滿足導(dǎo)彈需求： 一是滿足導(dǎo)彈全任務(wù)階段對(duì)信息更新與處理的實(shí)時(shí)性要求； 二是云端的任何信息在存儲(chǔ)、 處理、 通訊過程中滿足不被破解的“保密”的要求。智慧云端需要從現(xiàn)在初級(jí)升級(jí)為中級(jí)智能導(dǎo)彈過程中就開始建設(shè)，存儲(chǔ)導(dǎo)彈在試驗(yàn)、 實(shí)戰(zhàn)中獲得的有價(jià)值數(shù)據(jù)，伴隨導(dǎo)彈成長(zhǎng)至超級(jí)智能階段，使得具有基因性質(zhì)的全樣本數(shù)據(jù)及策略等以比生命體更高效的共享方式遺傳給后代群。

4 結(jié) 束 語(yǔ)

物競(jìng)天擇、 適者生存，導(dǎo)彈武器要想生存發(fā)展，必然向著智能化的方向不斷前進(jìn)。本文給出的導(dǎo)彈武器智能分級(jí)和特征不一定合理，但期望通過拋磚引玉，引來(lái)更多對(duì)智能導(dǎo)彈的討論。技術(shù)的發(fā)展沒有極限，未來(lái)與強(qiáng)敵必然是智能與智能的對(duì)抗，需要盡快形成共識(shí)，抓緊開展智能導(dǎo)彈關(guān)鍵技術(shù)研究，在以智能化為特征的新一輪軍事革命中占得先機(jī)。