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人工智能技术在反舰作战中的应用研究
The following article is from 战术导弹技术 Author 赵日 赵鹏飞 等
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来源：海鹰资讯
作者：赵日,赵鹏飞,程运江,孟兆威
自20世纪50年代，人工智能引起了众多学科的重视，成为一门十分活跃的交叉科学和前沿科学。近年来，计算机科学和技术得到了长足的发展，在存储容量、处理速度以及人工智能理论和算法、软件和硬件等方面都取得了日新月异的进步，基于以上研究成果，人工智能技术的实际应用逐步成为可能。
纵观历史，每一项先进科学技术的发展起始于军事领域。例如，计算机技术最初就是由冯.诺依曼为服务于军事科研应用而研发的；核科学最初也是为了研制终极武器。可以预见，人工智能的发展也必将会为军事领域带来深刻的影响。结合当前我国面临的周边军事形势，反舰作战能力是我军迫切需要具备的。为此，结合人工智能技术发展情况和反舰作战应用进行了思考，并针对未来智能反舰作战面临的主要关键技术进行深入分析，对提高未来我国精确打击能力具有积极意义。
人工智能概念
人工智能技术是人类进入智能社会以后，科学技术自身发展催生出来的一门学科。智能技术是以脑科学、认知心理学和神经生物学为代表的脑认知科学为基础，以智能感知与识别（包含自然语言识别处理、图像识别与处理等）和知识工程（包含专家系统、机器博弈、领域知识库等）为核心，以行业智能机器人、智慧交通、群体智能等智能系统与应用为使能平台发展起来的一门综合性学科，如图1所示。
图1 智能技术体系
人工智能在军事领域的应用
从目前国外导弹武器的研究现状来看，尚未出现完全智能化的导弹武器，但部分导弹在某些方面体现了智能化的特点，主要为目标智能识别、自主导航和制导、协同作战等。
目标智能识别、选择和再瞄准技术
“战术战斧”巡航导弹具有智能化飞行控制系统，主要体现为采用智能化“巡航导弹实时再瞄准系统”。它能在飞行中进行再编程攻击，从15个目标中选择出1个按GPS定位的目标；它还能在目标区用电视摄像头评估其毁伤的情况，重新选择要攻击的目标，具有在飞行中对目标再瞄准的能力；具有对特别重要的地面固定目标和活动目标瞄准点的精确选择和命中能力。激光雷达导引头能在强干扰背景下进行自动目标识别和具有对飞行路线自主规划的能力。该实时再瞄准系统有三种工作状态：默认状态，灵活任务状态和应急任务状态。导弹在飞行中可根据弹上对目标测量信息和地面控制系统发来的指令判断采用哪种工作状态，攻击过程如图2所示。
图2 战术战斧的攻击过程示意图
“标准-3”Block 2A导弹由美国和日本联合研制，采用双色长波红外焦平面阵列导引头，视线相对于动能拦截器中线固定前视，通过姿控系统倾斜整个动能拦截器实现对视线的调节。红外导引头采用智能图像识别技术，可识别目标弹头的要害并将其作为瞄准点，控制动能拦截器向瞄准点飞行。且该红外导引头能以100帧/s以上的速度处理128×128元（即像素点）图像，图像处理运算能力达到5亿次/s，奠定了智能图像识别算法实现和应用基础。
自主导航和制导技术
LRASM导弹最智能化的特点是不仅具备信息化和网络化作战能力，也具备单兵作战的能力，即LRASM对情报/监视/侦察资源、通信网络和GPS系统的依赖性低，能在传感器及信息网络完全切断甚至GPS系统受到干扰的情况下，仍能依靠先进的弹载传感器技术和数据处理能力进行特定目标探测和识别，在无任何中继制导信息支持的情况下进行完全自主导航和精确末制导，独立地突入敌方的防御系统，完全自主地完成对众多目标中特定目标的识别和精确打击，从而顺利完成战斗任务。
DARPA发展的不依赖于GPS的芯片级惯性定位/导航/授时技术，和由英国BAE系统公司研制的雷达/光电/红外等多模导引头技术均在LRASM上得到成功应用，使LRASM具备了较强的自主导航和制导能力。LRASM使用剖面图如图3所示。
图3 LRASM使用剖面图
协同作战技术
协同作战系统（CEC）是一个分布式的网络作战系统，它使用高速宽带数据链实时分发通信网络内的各种传感器和武器控制数据，并通过高性能的处理设备实时融合传感器与武器控制数据，形成一体化的综合防空态势图。CEC涉及到传感器组网、复合跟踪与识别、智能自主决策、分布式资源管理、协同作战规划与动态重规划、分散作战资源的协同运用等关键技术，具备了较高的智能化应用水平。
在CEC支持下，广阔海域分布的水面舰艇联合作战，联合感知空中威胁、提前预警来袭目标、确定最佳拦截方案，作战能力和效率都将得到极大的提高。
图4 协同作战能力
反舰导弹能力需求分析
反航母作战是反舰作战的典型代表，根据对俄罗斯教材《美海军航母战斗群战术》的研究，总结出打击航母战斗群必须解决的七个基本问题：
（1）看得见——目标探测
导弹发射前，发射平台将作战系统提供的目标指示信息装订到导弹上；导弹发射后，由于发射前装订的目标信息存在指示误差，同时目标具有慢速移动特性，因此，导弹需具有目标探测能力，在飞行至距目标区域一定距离后，需要通过弹载导引头捕获目标；或者通过弹载数据链实时更新目标指示信息。
（2）看得清——目标识别
导弹发射前，外部信息源能够在复杂背景、敌方干扰下，将航母、大型舰船、普通民用船只、人造假目标识别开来，给导弹提供正确的目标区域信息。导弹发射后，需要导弹具备高识别能力，能够有效对抗敌方干扰。
（3）跟得上——目标跟踪
当导弹采用引导攻击方式时，需要外部信息源提供实时目标信息，即外部信息源须具备实时跟踪能力。当导弹采用“发射后不管”的自主攻击方式时，需要导弹在识别目标后，能够持续有效跟踪目标，以便自主引导导弹攻击目标。
（4）够得着——机动能力
一方面，导弹须具备较大射程。目前航母战斗群区域防御距离可达400km，要保证发射平台安全，需要导弹具备防区外发起攻击能力。另一方面，导弹须具备较大的机动能力，该能力由初始目标装订位置的误差以及航母目标的移动特性决定。
（5）突得进——突防能力
由于航母具有很强的探测和多层防空反导能力，隐身、末段掠海等突防手段可能受到一定限制，因此需采用综合强力突防手段，如高速、机动弹道、末段垂直攻击、自卫干扰等。
（6）打得准——命中概率
击中像航母这样的移动目标，不但需要导弹具有相当的末制导精度，也需要具有与之相配的中制导精度，以提供足够的交接班精度。
（7）毁得了——导弹威力
航母等大型舰船均采用较强的装甲防护结构，要求导弹战斗部类型及威力选择恰当，一般可采用半穿甲战斗部、聚能战斗部、串联战斗部等。
反舰作战体系架构
对航母战斗群的打击有别于对单艘舰船的打击，反舰导弹所面临的将是与整个航母战斗群的体系对抗，因此对航母等大中型水面舰艇的打击不仅需要导弹具备反舰能力，还需要侦察探测、指挥控制等体系支撑。根据国内学者研究，典型反舰作战体系由侦察探测系统、指挥控制系统、火力打击系统组成，系统框图如图5所示。
图5 反舰作战体系构想
各系统主要功能为：侦察探测系统用于完成战场环境监测、侦察信息判读、目标航母侦察定位、打击效果评估等任务；指挥控制系统用于完成作战决策、指挥通信等功能；火力打击系统用于完成导弹攻击准备、目标打击等工作。
典型作战使用流程
反舰作战是一个实实在在的体系作战，整个作战不是单一作战力量的体现，而是多方作战力量协同配合的结果，其基本作战流程可分为“目标探测识别、作战准备、火力打击、毁伤评估”四个阶段，反舰体系作战方案示意图如图6所示。
图6 反航母作战方案示意图
各阶段主要任务如下：（1）目标探测识别阶段
利用地基天波雷达或广域侦察卫星首次发现目标，指挥系统对目标进行确认，如可能为目标航母，制订侦察策略，调动侦察卫星资源或派出无人机，对目标区域进行精确侦察。
（2）作战准备阶段
采用精确侦察手段对航母进行定位跟踪，采用战场环境卫星对目标区域风向、降雨、电磁环境等进行侦察，分析航母航向，导弹使用约束等条件；在作战指挥中心对各种侦察数据进行信息融合，制定攻击方案，向导弹装订目标坐标，完成导弹的发射前准备及测试。
（3）火力打击阶段
导弹平台接收发射指令，完成导弹发射，实现对航母的打击，完成波次攻击。
（4）毁伤效果评估阶段
通过侦察卫星、无人机等对目标监测，通过高分辨率图像、目标航速、雷达特征等数据综合判断毁伤效果，决定攻击任务结束或进行下波次攻击。
反舰作战尤其是反航母作战所面临的作战对象是复杂的航母编队目标，编队内各舰艇、飞机、潜艇等组成有机整体，对反舰作战提出了更高的要求。传统的只依靠某种反舰导弹进行反航母作战的模式，在未来必然面临深刻的变革，反航母作战将必然是攻防体系的对抗，而利用人工智能自主的感知、学习和创作能力可以完美的适应复杂的体系对抗环境，提升反舰作战能力。
反舰作战中，利用态势感知技术、分布式大数据云计算技术等，对战场上的空、天、陆、海、电等多维信息进行感知，实时构建战场环境，利用人工智能算法实时动态对比推演敌我双方作战力量，综合提出打击效果最好的解决方案。
对于反舰导弹本身，飞行过程中，智能感知大气参数、空气阻力等参数，根据不同飞行阶段，智能调整飞行参数，选择最优飞行轨迹；可依据战场环境及干扰种类不同，智能进行相应的攻防对抗体制，智能检测干扰弹来向，智能躲避；可依据目标特性，选择最优攻击方位；在战场态势突变时，可智能调整攻击目标的优先级。
在进行群组攻击时，可根据实时接收的战场上分布式传感器提供的探测信息进行多弹攻击路径规划，在遇到拦截弹较多，无法全部规避时，智能选择最小的损伤（牺牲部分导弹）达到突防的效果。在进行多波次打击时，可依据上一波次毁伤效果，结合战场态势智能选择新的攻击点，达到毁伤效果最大化。
图7 智能反舰作战逻辑结构
根据上述智能反舰作战构想，分析智能反舰作战需重点突破的关键技术主要有：
（1）战场态势智能感知技术
未来战场空间具有范围广、元素多与时空关系复杂等特点，在此情况下，基于已有传感器信息条件将纷繁复杂的战场态势进行定量化的重构，以获取敌方威胁区域及作战意图等关键信息，是智能化导弹智能自主作战的前提和必要条件。
（2）战场态势自主评估与自主任务分配决策技术
智能化导弹可对其感知信息进行提炼，从而获取当前状态下敌方威胁情况，并在敌方威胁情况、我方作战目标与其他约束（如地形、天文、气候等）下实现以综合打击效能最优化为目标的自主任务分配与决策，以适应未来战场复杂多变的任务需求。
（3）适应多弹合作打击的协同制导技术
协同制导是反舰导弹集多种智能于一体的集中体现。协同制导可以利用体系化对抗的思想，把不同功能的导弹进行编队和分工，编队中的导弹执行不同的作战任务，在发射时协同规划，在飞行中相互协调，在作战中相互配合，实现“战术攻击隐身”，有效提高部分导弹的隐身效果（如静默攻击），从而达到提高整体突防效果的目的；或者配置不同导引头、战斗部或有效载荷，在末端进行协同探测、协同攻击或协同电子支援，提高反舰导弹抗干扰能力和对目标多方向攻击能力。
（4）智能毁伤技术
智能毁伤是指导弹根据目标类型、遭遇条件、环境条件和目标要害等的不同，自适应调整引信起爆方式和启动点位置，改变战斗部的杀伤方式，以达到对目标的最大杀伤效果。其主要研究内容包括：脱靶方位识别技术、引信信号的智能处理技术、破片飞散可控技术、子弹智能抛撒技术、多杀伤弹头技术等。
本文在对人工智能技术和传统反舰作战体系分析的基础上，提出了未来智能反舰作战概念。智能反舰作战是人工智能技术在反舰导弹领域的一种创新应用，装备智能化是未来武器发展的一个重要技术群，可以快速形成技术优势、形成实战能力。随着人工智能技术不断渗透到反舰作战的各个组分部分，同时在战场态势智能感知技术、战场态势自主评估与自主任务分配决策技术、适应多弹合作打击的协同制导技术、智能毁伤技术等关键技术中不断取得突破，智能反舰作战在未来战场中占据的地位会日益突出。但本文研究还基本属于概念研究范畴，未来可对人工智能技术的具体应用展开深入研究。
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