关于导弹武器智能化发展的思考
程进 齐航 袁健全 宋闯 赵佳佳
摘要：本文回顾了人类战争史中武器发展的过程，列举了国外将人工智能应用于武器装备的典型实例，指出导弹智能化是信息战争的必然产物，分析了现代导弹及其武器系统智能化特征，简述了导弹智能化过程中的关键技术，并对其未来发展提出了建议。
关键词：导弹;武器系统;智能化特征;智能化技术;发展趋势
中图分类号：TJ760;E927文献标识码：A文章编号：1673-5048（2019）01-0020-05[SQ0]
0引言
纵观人类历史，战争始终伴随着社会的发展。战争不仅是多方利益的纷争对抗，也是人类智慧的结晶和科技的比拼。从早期的石木兵器时代、金属兵器时代、火药兵器时代，到近代机械化兵器时代，再到现代的信息化兵器时代，军事技术一共发生了四次重大变革。回顾战争形态的历史演变可知，随着加工技术、冶金技术、燃烧爆炸技术、机械制造技术以及计算机等新技术的出现，军队的核心装备不断革新，作战模式也由冷兵器时期的体能对抗逐步发展到当今更系统、更完善、更有效的信息化对抗模式。可见，引领科技发展的颠覆性技术的产生往往是新军事革命的出发点，其在军事工程领域的应用往往推动着军事理论和作战方式的变革。
20世纪70年代开始的信息化军事变革，推动军事体系由机械化向着信息化转型。随着人工智能技术、网络技术、材料技术、无人作战等前沿技术日渐成熟，以导弹武器为代表的军事武器装备逐步向着精确化、智能化方向不断发展，推动未来战争向着新形态演变。
所谓导弹武器智能化，即将人工智能技术应用于导弹武器作战过程之中，使其在探测、跟踪、拦截、寻的等阶段能够自主对外界信息进行感知、分析与决策，最终实现打击目标的作战目的。导弹武器智能化是历史的必然，而智能化技术本身的发展以及取得的突破则进一步加速了导弹武器智能化进程。
目前，国外部分导弹型号已初步具备智能化特征，最具代表性的是美国远程反舰导弹（LRASM），其能够实现目标的自动识别、低空突防与在线决策，具备了相比传统导弹更强的作战能力。表1列举了国外典型的智能化导弹及其特征。
1导弹武器智能化的军事意义
作为装备领域主体之一，导弹武器的智能化是适应未来战场复杂自然环境的基本需要。未来战争空间广阔、环境复杂，导弹既要适应山丘、丛林等复杂的地形，也要能够应对云雾、雨雪、沙尘等各类气候条件。为能够进行自主远程精确打击，要求导弹武器具备较强的感知、分析、推理、判断、规划等智能能力，导弹的智能化则为其在恶劣的自然环境中实现高精度自主导航与超低空自主避障飞行提供了可能。
除了自然环境，对抗性的人为干扰也对导弹的智能化提出了极高的要求。除箔条、干扰机等常见干扰外，随着智能技术在军事领域的深入发展和应用，智能化干扰系统的出现，如美国等军事强国先后提出的电磁频谱战、自适应雷达对抗、行为学习电子战等新型电子战作战样式，使得博弈过程中的不确定性更强，进一步加剧了导弹对未来战场对抗环境的适应难度。为能够在有限时间内有效对抗干扰，对目标进行探测、跟踪、拦截并实施精确打击，导弹需要具备更强的态势感知与自主决策、在线任务规划、目标属性与命中部位识别能力，而智能化也成为了导弹武器应对电子对抗的必由之路。
此外，导弹智能化为协同作战提供了必要的技术支撑。自主协同与融合决策的智能技术可以实现导弹群体的数据共享和信息交互，根据战场态势变化调整自身作战方案，形成自组织智能导弹群，能够有效对抗敌方干扰、提升突防水平与战场生存能力、打击敌方体系化目标。
可见，导弹武器智能化是适应未来复杂战场环境、提升自身生存力的迫切需求，也是信息技术发展的必然。面对科学技术高速发展和新军事变革的迅猛推进，加速导弹智能化技术的研究是实现“能打仗、打胜仗”的关键所在。
2导弹武器智能化特征
2.1导弹武器智能化表现航空兵器2019年第26卷第1期
程进，等：关于导弹武器智能化发展的思考
导弹武器射程远、威力大，能够有效实施精确打击，在现代战争中发挥着重要作用。导弹作战过程主要涉及信息探测、目标识别、在线任务规划、协同作战等任务，其智能化特征通常表现在以下几个方面。
（1）信息感知综合化。导弹系统对于信息的处理分为感知、认知以及决策三个步骤。无论是可见光、红外还是雷达导引头，都有其适用条件。传统单一渠道的信息获取过于片面，环境适应性弱，容易受到干扰，在复杂的战场中难以得到保证。利用信息融合手段将多源信息进行状态、特征及属性融合，使系统对环境的认知与理解提升为动态的、全局化的认知，能够在外部环境变化的情况下提升导弹的环境适应性与抗干扰能力，有效提升目标自动识别的精度。可见，综合化的信息感知是复杂作战环境下快速准确掌握当前战场态势、抢占战争主动权的关键。
（2）决策自主化。传统的固定模式经验化的制导控制方式已无法应对瞬息万变的战场。导弹需具备自主突防能力，能够根据环境、任务的变化，对当前状态进行评估，实时优化作战模式，能够自适应动态地进行智能化的最优决策，调整自身速度、方向、姿态等，实现在线任务规划，规避不利干扰，应对突发状况，能够调整目标或任务类型，并通过改变相应的控制策略，自适应地调整弹道，高精度跟踪目标，并能够进行故障诊断和自动修复问题，具有“发射后不管”的自主决策与控制能力。
（3）作战协同化。为能在陆、海、空、天、电磁的五维空间立体战争中获取足够多的信息，提高自主作战能力，单个导弹已不能满足作戰要求。采用多弹齐射、静默攻击、领弹-攻击弹-后续弹相结合等编队协同作战方式，能够有效提升作战系统综合攻击、防御能力，在智能化战争中被广泛使用。通过导弹之间以及导弹与指挥站间的实时通信、信息融合以及分布式智能协同策略，构建空地、空海以及水下协同智能体，发挥群体优势，提升导弹协同认知能力。
2.2导弹武器智能化能力
为实现智能化作战，导弹武器至少应具备战场环境适应能力、态势感知与判断能力、健康管理与容错能力、在线任务规划能力、目标识别与命中点选择能力、智能突防能力以及多弹协同能力等7大基本作战能力。
（1）战场环境适应能力。面对多变的自然环境、复杂的电磁环境以及对抗性质的人为干扰，导弹能克服不利条件，有效进行敌我识别，稳健地执行既定任务，具备较强的适应能力和生存能力。
（2）态势感知与判断能力。能够综合导弹自身所能获取以及来自天基、地基等多维度战场态势信息，对外部复杂环境以及目标的状态变化进行感知、理解与预测，明确当前威胁源与目标的位置，为后续的战术规划提供充足可靠的信息。
（3）健康管理与容错能力。在导弹飞行过程中，借助健康管理系统对弹上各部分进行监测，及时发现故障并具备一定的故障分析能力，对故障原因进行判断，利用弹上的冗余资源进行容错控制，不影响导弹整体的正常工作。
（4）在线任务规划能力。能够依照当前状态，结合导弹自身飞行能力，对任务执行能力进行在线实时评估，对使命角色、目标选择、航迹规划等任务因素进行在线决策。
（5）目标识别与命中点选择能力。针对目标精确打击需求，具备目标关键部位识别和自动甄别目标高毁伤部位的能力，使导弹武器在满足摧毁目标的前提下战斗部的尺寸和质量小型化，具备较高的作战效能。
（6）智能突防能力。对主动隐身、主被动电子对抗等软对抗手段和航迹规避进行突防效能分析，基于态势评估结果在线推理生成智能突防策略，并能有效利用低空地/海背景实现低空突防作战。
（7）多弹协同能力。导弹编队能够在巡航过程中完成机动飞行和队形变换等任务，实现有效的弹间通信与航迹协同调整，实现协同任务决策与火力分配，并对协同作战性能进行有效评估。
3导弹智能化关键技术
3.1多源信息智能处理技术
信息化战场上，实时、准确、完整的目标情报是准确进行指挥决策的重要依据。多源信息智能处理技术将获取到的情报信息与融合需求进行知识转换后，利用智能化信息融合及推理理论，根据需求对结果进行反馈。信息融合中的智能化主要体现在动态数据挖掘以及专家系统智能化推理等技术应用上。
3.2目标属性与命中部位智能识别技术
准确的目标检测、分类与识别能力是导弹进行有效攻击的基础，传统的目标识别算法在复杂战场环境下愈发难以可靠地辨识目标。雷达、红外以及可见光传感器等多谱段成像技术快速发展，为基于图像的目标识别提供了基础。近年来，大数据驱动下的深度学习技术发展迅速。其仿照人眼的视觉感知机制，构建多层神经网络模型，自动提取目标的本质特征，在视觉信息提取方面具有较高的鲁棒性和高精度。将目标自动识别技术应用于导弹末制导，能够实现目标属性识别、军民识别、敌我识别和关键部位的精细化识别，提升多目标混杂条件下的导弹精确打击能力。
3.3低保障条件下的目标识别技术
由于典型军事目标图像数据获取难、样本少，目标的有效识别难度较大，可靠性不高。近年来，随着人工智能的发展，小样本条件下的目标智能识别成为了可能。借助于人工智能较强的学习能力与泛化能力，如对抗生成、迁移学习等技术，则有可能实现低保障条件下的目标智能识别。
3.4智能抗干扰技术
信息化战场上，电子干扰类型多样，严重影响了导引头的工作能力。有效对抗干扰，主要涉及干扰认知、抗干扰决策、性能评估以及系统设计等方面。基于深度学习的干扰检测技术使导弹具备在对抗过程中快速表征、学习和分析复杂气候、电磁干扰及威胁信号特性规律的能力，进一步动态、自主生成对抗策略，并根据干扰对抗性能评估结果，优化策略，实现智能化。
3.5智能自主决策技术
现代战场具有全方位、多批次、一体化等特点，武器目标分配问题复杂，传统任务驱动的决策技术难以适应战场动态态势变化的弊端。引入人工智能的在线动态任务规划技术，通过收集、融合战场态势信息，实时监测动态变化的战场态势数据，包括战场威胁数据、作战任务数据、战场环境数据、协同作战单元数据等，构建三维广域战场态势图，基于逻辑推理及多目标优化技术对敌方目标威胁等级进行动态评估，驱动自主协同火力分配和自主协同航迹规划，实现满足单枚导弹任务约束和多枚导弹协同约束的实时决策规划。
3.6协同飞行控制技术
多弹协同编队飞行基于无线通信技术的编队支撑网络进行信息的互联互通直至互操作，通过上层自主地完成编队决策与管理，使编队具备群体意识能力，实现任务规划与目标分配、协同航路规划与协同导引，保证编队协同完成复杂的作战任务。因此，多弹协同编队飞行的关键技术包括动态航路规划、任务规划、编队控制、编队通信等。目前编队飞行控制方法的研究主要围绕现代控制理论，如最优控制法、自适应控制法、预测控制法、模糊控制等。基于图论法对编队系统进行建模能在有效开展编队稳定性讨论的同时考虑通信故障和延迟给系统带来的影响，在协同控制中得到了较为广泛的应用。协同控制技术为新型制导武器提供了更大、更灵活的战术运用空间，并提高了导弹系统的综合作战效能。
3.7故障诊断与容错控制技术
故障诊断与容错控制技术包括故障检测、故障诊断、容错控制等，基本思想是利用冗余资源和容错控制率维持导弹工作或通过牺牲部分性能继续完成预定目标。故障诊断是容错的基础，有效估计故障信息，在此基础上切换容错控制律維持导弹工作。目前的容错技术主要从提高系统资源利用率以及整合优化导弹系统容错控制两方面进行。针对导弹武器的典型故障，基于知识的故障诊断技术及主动容错控制技术能够在导弹飞行过程出现问题时，通过故障诊断迅速定位并隔离故障，在进行飞行能力评估的基础上做出控制重构、任务重构，继续完成作战任务。
4后续发展建议
未来复杂的信息化战场对导弹武器装备提出了新的要求，智能化成为了发展的新潮流。对于人工智能在导弹系统中后续的研制与应用，提出以下4点建议：
（1）认识导弹人工智能应用的优势和劣势。人工智能技术在信息处理方面有着得天独厚的优势，若能把握其快速发展的契机，应用于导弹武器系统，则能有效提升导弹执行任务的灵活性和作战能力。然而，人工智能技术仍存在诸多不足，如深度学习所需的样本量大、过程解释性低等。正确认识人工智能在导弹武器系统应用中的优势和劣势，合理促进智能化在军事应用领域内的应用，有助于推进武器装备更新换代，在新的战争形态中占据制高点。
（2）建立导弹智能化标准。将人工智能技术应用于导弹武器系统的过程中，需要注重技术、装备、体系中标准的建立，特别是军民通用的人工智能技术相关标准，推进人工智能民转军与军转民的相互促进与协调发展。
（3）构建导弹相关专业人工智能数据库。数据挖掘、深度学习等典型人工智能技术均以数据作为基础支撑，如基于深度学习的导弹目标识别需要相应目标图像数据库进行模型学习和验证等。因此，建立导弹相关专业人工智能数据库是基于数据分析战场态势、进行智能决策的基础。
（4）培养导弹智能化技术人才。人工智能科学和技术发展迅速，导弹武器的研制过程需紧密追踪前沿理论研究进展，把握时代趋势，培养导弹智能化技术人才，大胆吸收、小心论证智能化技术在民用领域的先进成果，突破人工智能在导弹任务规划、目标识别等专业的关键核心技术，以创新驱动先进武器转型升级。
5结论
未来战争是信息化的战争，战场环境复杂，为能够在信息化战争中占据一席之地，各国均在加緊先进武器的研制工作。随着信息技术的进一步发展，人工智能将成为未来武器发展趋势。在此背景下，导弹武器系统智能化成为必然。智能感知、智能识别、智能突防、协同作战等成为目前研究的热点内容。借助人工智能东风，推动武器装备跨代创新，掌握未来战场智力优势，才能成为未来战争的主导者。
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