飛機末端自衛無源干擾智能決策技術

李石川，張鐵軍，馬 榜，王 博，陳元泰，倪凱捷

（1.中國航天科工集團8511研究所，江蘇 南京 210007；2.陸軍裝備部駐上海地區航空軍事代表室，上海 200031）

0 引言

隨著隱身技術、遠程探測、打擊技術的發展，作戰飛機在空戰中受到的威脅的突然性、復雜性和立體性日趨顯著。在單一、干凈的天空背景下，突前作戰的飛機表現為明顯的雷達、紅外輻射和激光散射目標，易受到先進隱身戰斗機、遠程導彈、高性能傳感器和高精度制導武器的跟蹤、識別、鎖定和打擊。作戰飛機的自衛防御是一個態勢迅速變化的過程，反應和對抗時機稍縱即逝。然而隨著探測感知設備向多頻譜、高性能、高精度發展，干擾手段呈現出多樣化、干擾樣式也日趨復雜，飛行員難以單靠經驗，從海量的頻譜圖像、威脅情報和干擾資源等信息中快速提取關鍵信息和決策對抗樣式，傳統決策模式已經不能滿足實戰的需要。

戰機自衛末端無源對抗場景中，敵我雙方、逼近導彈及干擾源的位置關系、運動參數、輻射狀態、光譜特性、圖像參數、環境因素等，存在大量的不確定性和突發性。傳統的計算機輔助決策，是利用計算機的高速計算，從大量的策略庫中優選與實際情況相匹配的策略，只能處理相對確定的情況，不具備對突發情況和多目標的復雜情況的處理能力。基于專家系統的智能決策技術能夠大幅提升機載末端無源干擾決策的靈活性、準確性和作戰效能。

1 機載無源干擾決策

作戰飛機的無源干擾決策，是單機及飛行編隊任務活動中對時間要求最緊迫、也是最基本的自衛戰斗行動。飛機面臨敵方導彈威脅時，自衛對抗決策系統決策所涉及到問題如下：

1）告警信息深度處理：根據導彈逼近告警系統提供的來襲威脅的方位/俯仰、距離、載機飛行參數和預測的威脅類型，匹配來襲導彈攔截能力參數，擬合雙方飛行軌跡，計算軌跡交匯點和交匯時間。

2）干擾樣式匹配：根據載機機動能力，來襲導彈方位、距離，制導特征，及配置的干擾彈種類，選擇最佳干擾樣式,如質心干擾、迷惑干擾、載機圖像特征遮蔽、假目標誘騙、輻射強度壓制、組合干擾樣式等，同時提示飛行員采用相應機動方向和機動樣式。

3）投放時機計算：根據所采用的干擾樣式、機動樣式，重新計算可能的交匯軌跡，考慮系統反應時間、干擾彈上升時間、干擾輻射源圖像特征、輻射強度、干擾效能持續時間等因素，計算最佳投放時機、投放數量和投放間隔。

4）干擾效果評估與補充投放：預判干擾釋放后，根據來襲威脅的軌跡變化趨勢與告警系統對威脅目標軌跡的實時實測數據，判斷干擾是否成功，若未成功，則再次計算投放策略參數，實施補充干擾。

以往無源干擾樣式單一，作戰飛機的自衛對抗決策主要依賴于飛行員的戰斗經驗和無源對抗專家結合機動動作預先設計的6條或12條干擾策略，以固定的策略條目寫入載機的干擾策略庫，無法滿足未來對抗高精度成像和復雜抗干擾能力的精確制導武器的需求。隨著干擾彈種類、干擾機理和干擾樣式的豐富，傳感器技術和計算機軟硬件技術的不斷發展，機載無源干擾決策所涉及的參數類型、決策依據和計算模型也在不斷更新和完善，無源干擾技術逐漸向精確化、高效化和反饋式發展。

2 智能決策支持系統

2.1 總體結構

機載無源干擾智能輔助決策系統由操作界面、知識庫、數據庫、解釋機、推理機和模型庫構成，決策系統框架系統結構如圖1所示。

圖1 機載無源干擾智能輔助決策系統框架

操作界面：包括告警參數、干擾彈類型、彈量、交戰場景參數、載機參數等輸入的用戶操作界面和知識庫、數據庫維護加載界面。

知識庫：基于框架系統和產生式系統，表述載機自衛態勢信息及對應的空戰態勢下應采取的干擾樣式、干擾彈種類和戰術機動對策。

數據庫：存放飛機、空空/空地導彈、干擾彈指標、告警系統等戰術技術性能數據及相關環境參數；存放推理機所用到的數據，包括初始數據、中間數據和輸出結果。

模型庫：由相關的專業模型構成，包括交戰態勢分析模型、干擾彈干擾效果模型、大氣環境模型。

算法庫：進行各項運算，包括：飛機、干擾源、導彈運動方程運算，導彈導引方程運算，干擾效果評定算法等。

解釋機：細化推理結論，調用模型庫，獲得直接描述數據，對記錄的推理過程信息做出解釋與說明。在推理結束后，按順序遍歷推理過程，顯示推理機決策依據，決策用戶可據此判斷出決策內容出現誤差的原因，便于設計優化。

推理機：利用知識庫可用的框架或產生式規則知識，對當前問題進行推理求解，得出相應的結論。

2.2 知識庫的建立與表示方法

機載無源干擾作戰決策的依據是載機在空戰中所處的具體的威脅場景。態勢判斷清楚、威脅信息明確，決策即容易進行。制約無源干擾策略決策的因素包括：威脅數量、方位、距離、姿態、相對運動，飛機和導彈的性能參數、干擾彈配置情況、氣象條件以及已經獲取的準確信息、預測信息等。將這些因素以特定的描述數據或對應的映射關系表示為可用機器處理的數據，是建立無源干擾決策系統知識庫的基礎。

采用產生式規則形式表示領域專家的經驗和知識，產生式表示法也叫規則表示法，規則由條件和結論2部分組成。產生式規則建立的基本格式為：

IF條件1 AND條件2……AND條件n

THEN結論

在規則中IF和THEN之間的部分為條件部分，THEN后面的部分是結論部分。產生式規則能簡潔有效描述人類專家的思維方式。

無源干擾智能輔助決策系統的規則庫就是將一個經驗豐富的無源干擾戰術專家結合戰場態勢和裝備配置參數等因素，判斷此時采用的干擾樣式和機動策略，作為規則庫的基本主體，然后經過多位戰術專家分析和仿真實驗，改進戰術經驗，最終建立合理完善的知識庫，為智能決策系統提供決策依據。影響無源干擾決策的因素如表1所示。

表1 無源干擾決策典型影響因素

機載無源干擾智能決策中考慮到決策內容主要包括干擾樣式、干擾彈類型選擇、干擾彈發射時機、發射數量、發射時刻表、機動樣式、機動時機等，如表2所示。

表2 無源干擾典型決策內容

2.3 推理機模塊的建立

推理機是無源干擾智能輔助決策系統的核心。推理機主要功能是通過調用數據庫、算法庫和模型庫，控制整個決策系統，實現系統的正常工作，達到符合知識規則庫的結果。

系統推理機使用的是正向推理的數據驅動控制，從已知數據信息出發，判斷和選擇適用規則，正向使用規則，調用相關數據、模型和算法計算出中間結果，反饋后進一步判斷和選擇適用規則，規則結論加入結論鏈，若問題未完全解出，繼續推理；若既定的推理步驟結束，則退出。推理算法簡潔快速，可為機載無源干擾提供高效的決策反應。

2.4 解釋器模塊的建立

解釋器用于記錄和解釋推理過程。本系統使用執行跟蹤法，當任何一個規則激活后，規則結構中的解釋部分，直接加入解釋列表，在推理結束后，按順序遍歷鏈表，顯示至用戶操作界面，作為系統的推理依據，決策專家可根據此信息判斷出決策內容出現誤差的原因，決策用戶也可以根據解釋內容判斷決策結果的合理性。

3 結束語

本文基于機載自衛對抗場景，利用人工智能技術和專家系統技術，通過對機載無源干擾技術進行總結和歸納，采用推理控制結構，建立了機載末端無源干擾智能決策所需的知識庫、規則庫，初步構造了無源干擾智能輔助決策系統。■