人工智能應(yīng)用于導(dǎo)彈控制技術(shù)研究

四川航天技術(shù)研究院總體設(shè)計(jì)部 張力丹 胡 洲 何 立

人工智能（Artifi cial Intelligence，AI）是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)，其起源于1956年在美國達(dá)特茅斯學(xué)院召開的夏季研討會。隨著人工智能的不斷進(jìn)步，越來越多的領(lǐng)域開始應(yīng)用人工智能技術(shù)。特別是，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步及戰(zhàn)爭形式的不斷變化，人工智能將成為未來提升武器裝備性能的核心技術(shù)，也將引領(lǐng)全球軍事技術(shù)完成從信息化到智能化的過渡[1—3]。

目前，國內(nèi)外還沒有實(shí)現(xiàn)完全智能控制導(dǎo)彈的研發(fā)，但在某些技術(shù)方面，導(dǎo)彈的智能控制技術(shù)已有所發(fā)展，如智能化制導(dǎo)導(dǎo)彈、智能協(xié)同作戰(zhàn)導(dǎo)彈等。

一、國外智能控制技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，國外人工智能控制技術(shù)發(fā)展較為成熟，已有相關(guān)導(dǎo)彈型號的工程應(yīng)用實(shí)例。

（一）美國戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斧巡航導(dǎo)彈

美國戰(zhàn)斧巡航導(dǎo)彈系列中的最新型號——戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斧巡航導(dǎo)彈是當(dāng)前具備一定智能控制性能的導(dǎo)彈系統(tǒng)，如圖1所示。

戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斧巡航導(dǎo)彈配備智能化實(shí)時(shí)再瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可完成如下操作：（1）具備在飛行中實(shí)施再編程與對目標(biāo)打擊的能力，能夠通過紅外導(dǎo)引頭在目標(biāo)區(qū)域估算自身攻擊破壞程度；（2）可再次更新選擇攔截的目標(biāo)，在巡航過程中具備對目標(biāo)的二次瞄準(zhǔn)功能；（3）對地上需要重點(diǎn)關(guān)注的目標(biāo)具備打擊點(diǎn)的精準(zhǔn)定位和攻擊能力；（4）配備復(fù)合導(dǎo)引頭時(shí)能過濾強(qiáng)干擾因素，具備自主識別目標(biāo)的功能；（5）在巡航過程中具備自主設(shè)計(jì)運(yùn)動路線的性能[1，4—6]。

圖1 戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斧巡航導(dǎo)彈示意圖

戰(zhàn)區(qū)任務(wù)規(guī)劃中心還為導(dǎo)彈設(shè)計(jì)研發(fā)了先進(jìn)任務(wù)分發(fā)系統(tǒng)，圍繞該系統(tǒng)可為導(dǎo)彈構(gòu)造一個(gè)精確打擊體系。這意味著導(dǎo)彈在打擊原先既定目標(biāo)時(shí)，如果目標(biāo)或任務(wù)出現(xiàn)改變，導(dǎo)彈就會按照命令一邊在戰(zhàn)區(qū)上方盤旋，一邊在飛行中接收來自GPS、無人機(jī)等各種設(shè)備傳輸?shù)亩胃履繕?biāo)信息和打擊指令，轉(zhuǎn)而繼續(xù)自主搜尋新的打擊目標(biāo)[5]。

（二）美國遠(yuǎn)程反艦導(dǎo)彈（LRASM）

LRASM是國際認(rèn)可的智能化飛航導(dǎo)彈的突出代表，由美國洛克希德·馬丁公司研制。相較與戰(zhàn)斧導(dǎo)彈的巡航功能，LRASM的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是用于海上作戰(zhàn)。該導(dǎo)彈在運(yùn)動時(shí)能自我判斷未知的危險(xiǎn)，可構(gòu)建對威脅物的模型，完成在線航跡的二次調(diào)整，從而避開危險(xiǎn)物。LRASM對目標(biāo)打擊的大致過程為：導(dǎo)彈在末端制導(dǎo)階段完成虛假目標(biāo)識別，對高精度真實(shí)目標(biāo)進(jìn)行捕捉和鎖定，并減小飛行高度以便對海平面實(shí)施超低空突防。同時(shí)，當(dāng)彈目距離減小到一定程度時(shí)采用導(dǎo)引頭識別目標(biāo)關(guān)鍵位置，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的打擊[9]。圖2為LRASM進(jìn)行船體目標(biāo)選擇示意圖。

圖2 LRASM進(jìn)行船體目標(biāo)選擇示意圖

LRASM配備的智能控制制導(dǎo)系統(tǒng)使其具有自主識別能力，以減少對中繼制導(dǎo)的依賴。LRASM可利用高精度慣性組合設(shè)備、高靈敏度傳感器、雷達(dá)高度表和先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理方法，完成高精度自主導(dǎo)航制導(dǎo)，減小對衛(wèi)星系統(tǒng)、情報(bào)人員、偵查設(shè)備等系統(tǒng)的依賴。

（三）俄羅斯鋯石導(dǎo)彈

鋯石導(dǎo)彈的智能控制能力主要是指其制導(dǎo)系統(tǒng)具備一定自主作戰(zhàn)和對抗能力，設(shè)計(jì)人員將相關(guān)人工智能數(shù)據(jù)導(dǎo)入其目標(biāo)導(dǎo)引程序中，使得該導(dǎo)彈既可以排除電子干擾，又能自主規(guī)避對手防空火力的追擊。圖3為鋯石導(dǎo)彈的實(shí)物圖。

圖3 鋯石導(dǎo)彈實(shí)物圖

為了降低誤判目標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)師預(yù)先在彈載計(jì)算機(jī)中存入了當(dāng)今大部分艦船的圖像，在確定目標(biāo)時(shí)，導(dǎo)引頭可通過搜索系統(tǒng)中載入圖像進(jìn)行匹配，對目標(biāo)進(jìn)行再確認(rèn)。鋯石導(dǎo)彈具備根據(jù)任務(wù)重要程度劃分目標(biāo)的能力，依照慣有的程序自主確定打擊方式，攻擊任務(wù)重要程度最高的目標(biāo)[7]。此外，鋯石導(dǎo)彈上既能配備雷達(dá)導(dǎo)引頭，也可以裝載數(shù)據(jù)鏈，使其具有自主規(guī)避危險(xiǎn)的功能。

（四）挪威遠(yuǎn)程打擊導(dǎo)彈（NSM）

NSM號稱“全球唯一的第五代反艦導(dǎo)彈”，由美國與挪威合作研發(fā)，該導(dǎo)彈在飛行中能運(yùn)用智能控制算法初步實(shí)現(xiàn)自主控制，使打擊的精確程度更高。

面對普通目標(biāo)時(shí)，NSM一般將目標(biāo)的水線附近位置設(shè)定為攻擊的關(guān)鍵點(diǎn)。導(dǎo)彈采用高清晰度成像紅外導(dǎo)引頭并安裝目標(biāo)分類軟件，可應(yīng)用自動目標(biāo)識別（ATR）原理在射前對彈上計(jì)算機(jī)編寫基于自動目標(biāo)識別的相關(guān)算法，將目標(biāo)最薄弱或最重要的位置作為攻擊點(diǎn)，這一攻擊方式有助于打擊具有良好抗沉性的大體積目標(biāo)。應(yīng)用多彈打擊同一目標(biāo)時(shí)，NSM具備自動為每顆導(dǎo)彈設(shè)定不同的攻擊部位的能力。圖4是NSM導(dǎo)彈發(fā)射圖。

圖4 NSM發(fā)射過程

二、國內(nèi)智能導(dǎo)彈控制技術(shù)進(jìn)展情況

與國外各類智能化導(dǎo)彈的發(fā)展相比，國內(nèi)各軍工單位與科研院所在高精度導(dǎo)航、自動目標(biāo)識別、協(xié)同制導(dǎo)等細(xì)分技術(shù)上都在積極參與相關(guān)研制工作，但是研究進(jìn)展主要集中在技術(shù)理論階段，部分導(dǎo)彈已初步引入人工智能技術(shù)。

（一）“長劍-20”巡航導(dǎo)彈

“長劍-20”巡航導(dǎo)彈是一款空中發(fā)射的巡航導(dǎo)彈，其最低巡航高度小于100m，可以采用低飛行彈道規(guī)避敵軍的雷達(dá)探測，運(yùn)用雷達(dá)導(dǎo)引頭進(jìn)行制導(dǎo)設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)良好的打擊精度。圖5是“長劍-20”巡航導(dǎo)彈實(shí)物圖。

圖5 “長劍-20”巡航導(dǎo)彈

（二）“鷹擊100”反艦導(dǎo)彈

“鷹擊100”反艦導(dǎo)彈是我國研發(fā)的第四代反艦導(dǎo)彈，是在“長劍”系列巡航導(dǎo)彈的基礎(chǔ)上衍生而來的，其主要通過轟炸機(jī)掛載發(fā)射使用。“鷹擊100”反艦導(dǎo)彈具備自主航路規(guī)劃性能，可通過設(shè)計(jì)復(fù)雜的航跡路線讓多枚彈進(jìn)行簡單地協(xié)同控制，以便對目標(biāo)實(shí)現(xiàn)全方位多角度地打擊，有效保證毀傷程度。該導(dǎo)彈現(xiàn)階段還在設(shè)計(jì)完善中。

三、智能控制技術(shù)應(yīng)用于導(dǎo)彈技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢及其關(guān)鍵技術(shù)

（一）發(fā)展趨勢

將智能控制技術(shù)融入到導(dǎo)彈的作戰(zhàn)中主要是提高導(dǎo)彈的自主控制能力，使導(dǎo)彈可以在無人干預(yù)的情況下具有分析和解決問題的能力。在未來有關(guān)技術(shù)發(fā)展中，能夠?qū)崿F(xiàn)單彈飛行的智能化技術(shù)是前提，多彈協(xié)同的智能化技術(shù)是過程，任務(wù)自主的智能化是結(jié)果。

一是單彈飛行智能化。具備單彈飛行智能化能力的導(dǎo)彈應(yīng)當(dāng)能夠自主感應(yīng)周圍環(huán)境并規(guī)避危險(xiǎn)，其可運(yùn)用導(dǎo)引頭自主識別目標(biāo)關(guān)鍵部位，具有在線航跡規(guī)劃和較強(qiáng)的抗干擾能力。

二是多彈協(xié)同智能化。多彈協(xié)同智能化能夠?qū)崿F(xiàn)多彈飛行攻擊的高度配合，可達(dá)到主動避障、自主控制多彈間的飛行狀態(tài)等目的。

三是任務(wù)自主智能化。任務(wù)自主智能化是指盡可能地減少操作人員在導(dǎo)彈指揮系統(tǒng)中的非必需環(huán)節(jié)，將操作人員的力量集中到最必要的環(huán)節(jié)。

（二）關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)目前國內(nèi)外導(dǎo)彈技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合導(dǎo)彈智能控制發(fā)展趨勢，為更全面地實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈飛行的智能化控制，需要在以下關(guān)鍵技術(shù)方向取得突破[3，6]：

一是多模自主導(dǎo)航技術(shù)。研究將導(dǎo)航設(shè)備與傳感器結(jié)合運(yùn)用的技術(shù)，滿足活動的任務(wù)需求與環(huán)境要求；研究自適應(yīng)導(dǎo)航濾波算法，實(shí)現(xiàn)多種傳感器即插即用式的集成和重構(gòu)。

二是模式識別技術(shù)。在復(fù)雜的自然環(huán)境和戰(zhàn)爭環(huán)境下，研究目標(biāo)識別、敵我識別、威脅識別、障礙物識別等模式識別的技術(shù)算法，以達(dá)到導(dǎo)彈的最佳作戰(zhàn)性能。

三是智能飛行控制技術(shù)。包括魯棒飛控技術(shù)，重點(diǎn)關(guān)注自適應(yīng)、可重構(gòu)、自主決策、融合、自學(xué)習(xí)和進(jìn)化技術(shù)。

四是協(xié)同作戰(zhàn)技術(shù)。根據(jù)導(dǎo)彈飛行路線可規(guī)劃的特性，當(dāng)多枚導(dǎo)彈編隊(duì)飛行時(shí)，運(yùn)用各探測器協(xié)同、多彈協(xié)同和編隊(duì)飛行等技術(shù)對多彈進(jìn)行定位和導(dǎo)引控制。

五是導(dǎo)彈控制一體化設(shè)計(jì)技術(shù)。基于學(xué)科優(yōu)化方法，將控制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)高度融合，控制設(shè)計(jì)時(shí)將整個(gè)導(dǎo)彈看作是一個(gè)智能體，可有效提高導(dǎo)彈操縱性和機(jī)動性。

四、人工智能應(yīng)用在控制算法上的建議

現(xiàn)階段，面對當(dāng)今越來越復(fù)雜的控制問題，人工智能技術(shù)作為技術(shù)研發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域，可能會更適用于解決一些傳統(tǒng)控制技術(shù)難以解決的問題，但是這并不意味著傳統(tǒng)的控制方法要遭到摒棄。例如，傳統(tǒng)的控制方法可以很好地完成線性系統(tǒng)的控制任務(wù)，應(yīng)該充分利用智能控制與傳統(tǒng)控制，讓兩者相互配合、相互補(bǔ)充、相得益彰。

（一）傳統(tǒng)控制能夠解決的問題優(yōu)先使用傳統(tǒng)方式

傳統(tǒng)的控制方法發(fā)展至今已經(jīng)較為成熟，可參考的相關(guān)書籍與資料也相對豐富，而智能控制方法并不具有嚴(yán)格模式的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，故相較于近些年發(fā)展起來的智能控制技術(shù)而言，傳統(tǒng)的控制方法更具有可操作性。并非所有問題都需要用人工智能來處理，很多控制問題依舊適合用傳統(tǒng)方法來處理。

（二）強(qiáng)化仿真平臺的搭建

智能控制算法的設(shè)計(jì)著重于先提出一個(gè)想法，再通過數(shù)學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)來判斷算法的合理性，故搭建適用于智能控制的仿真平臺尤為重要，仿真計(jì)算機(jī)的性能也需滿足相關(guān)的要求。

（三）加強(qiáng)相關(guān)人才培養(yǎng)

對于智能控制算法的優(yōu)化改進(jìn)需要人才來實(shí)現(xiàn)，應(yīng)大力培養(yǎng)鼓勵(lì)各行各業(yè)人員特別是控制方面的人員研究發(fā)展人工智能技術(shù)，共同推進(jìn)智能控制技術(shù)的發(fā)展，以期形成一套較為成熟的智能控制理論。

五、結(jié)束語

在軍事領(lǐng)域，導(dǎo)彈控制系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展已成為必然趨勢。將智能控制技術(shù)與導(dǎo)彈控制系統(tǒng)相結(jié)合，將會成為各國未來研究的熱點(diǎn)技術(shù)之一。未來導(dǎo)彈自主、協(xié)同作戰(zhàn)模式是發(fā)展大趨勢，我們應(yīng)充分借鑒國外已有的智能控制技術(shù)，并結(jié)合我國自身實(shí)際情況，研制出更為先進(jìn)的智能控制武器產(chǎn)品，提高戰(zhàn)術(shù)武器系統(tǒng)的競爭力，為提升我國的軍事實(shí)力作出新的貢獻(xiàn)。