弹载多功能智能一体化技术思考

王 琦，黄中华，吴明宇，姜 磊

（1.中国航天科工集团8511 研究所，江苏 南京 210007；2.中国人民解放军 93929 部队，北京 100843）

0 引言

为完成信息化战争中的作战任务，导弹武器系统都必不可少地装备雷达、通信、被动导引、电子突防等各种信息设备，信息设备在弹载平台系统中的重要程度以及所占的成本、体积、质量、功耗比例日益扩大。这与有限的弹载平台资源产生了难以调和的矛盾，此外，多型信息设备各自独立设计，通用性、模块化难以保证，有效协同配合作战难以实现，适应瞬息万变的复杂电磁作战环境的能力严重不足。

必须探寻能提高系统效能、适应现代导弹战场环境需求的新思路和新方法。为此，以提高弹载信息装备智能化水平为核心，具备自主精确感知能力、高效突防能力、准确打击能力以及评估反馈能力的多功能一体化作战成为未来弹载信息装备发展的必然趋势。

弹载信息装备实现多功能智能一体化，可动态分配系统资源、各功能相互取长补短，在具备高效突防能力上提高系统的认知探测能力，实现资源快速共享，以最低的成本实现系统的最佳效能，显著提高导弹生存能力和作战效能。对实现武器装备信息化和信息装备武器化具有重要意义。

多功能与智能化方向的独立文章发表比较多，但两者结合的统一研究很少，本文分析了多功能智能化概念与机理，指出弹载发展的必然性，给出发展思路。

1 智能一体化概念与机理

智能一体化是指多功能与智能的有机构成，多功能不是简单的功能叠加组合，而是智能协同工作，实现对电磁波的高效、灵活利用。智能化确定发射雷达、通信、干扰信号时间、波形、能量，根据探测、通信、干扰等需求智能、精准、高效接收处理电磁信号，在时频空能四域实现信号多域智能操控，实现最优的侦干探通、导引等多种功能。

智能一体化是多功能系统综合效能优势的一种表现方式。探索智能一体化产生机理，是科学描述多功能协同电子系统涌现性和研究系统效能优势“为什么能如此”的重要基础。概言之，智能一体化涌现性由组成效应、结构效应、交互效应、环境效应四者共同造就。

1）组成效应

系统是由元素或成分构成的，涌现性归根结底来自系统的元素或成分，这是涌现论的唯物主义根基。智能一体化系统涌现性来源于系统中的各组成部分的基本特性，并受到这些基本特性的制约，不可能任意涌现出脱离组成部分基本特性的性质。例如，弹载智能一体化系统的射频干扰能力取决于发射单元的工作频段、功率等基本特性，不可能脱离射频单元的特性，更不可能涌现出类似红外对抗的其它特性。

2）结构效应

智能一体化系统的组成效应是其涌现性产生的基础，但仅有系统的各个组成部分是远远不够的，还需要系统组成成分间维持一定的结构相互作用，才能把涌现的可能变为现实。如弹载智能一体化系统由发射单元、接收单元、指控单元和总线单元四大部分组成，其涌现性是各功能模块按照一定结构模式形成的结果，各模块间的一体化作用也要通过其结构模式才能体现，不同的结构模式导致涌现特性的不同体现。例如，弹载智能一体化系统采取不同天线结构布局，其系统侦察干扰能力会有所不同，必然也表现出不同程度的攻击性能涌现性。

3）交互效应

交互效应描述的是智能一体化系统涌现性的动力和演化过程。智能一体化系统各组成成分间通过信息传递实现交互，组成部分间的相互作用和协作导致系统整体信息量不断演变，直至出现系统的涌现性特征。例如，智能一体化系统的单站通过协作对同一目标共同实施侦察探测，各单站可以获得关于目标的有源探测信息（如目标位置信息等）和无源侦察信息（如目标辐射源特征信息等），而系统通过综合处理各单站提供的多元信息，实现信息融合，从而产生关于目标的新信息（如目标敌我属性、威胁程度等信息），并纠正消除关于目标的错误信息（如对目标位置信息的综合纠偏等），最终出现目标精准认识的涌现特性。

4）环境效应

智能一体化系统的涌现性还与环境因素有关。系统通过改变自我的协作方式，构建同环境交换信息和能量的模式，从而利用环境资源，适应环境约束，涌现新特性。例如，智能一体化系统重要的一个环境因素就是复杂电磁作战环境，系统所涌现的干扰精确性能涌现性正是系统通过侦察信息实时感知，充分利用环境反馈结果，从而获取认知干扰能力，可以说，与外界环境交换信息是造就智能一体化系统精准干扰涌现性的重要条件。

2 弹载智能一体化架构

为满足弹载智能一体化的功能需求，提出如图1所示的一种系统平台架构。系统组成包括硬件总线、硬件资源、软件模块、服务接口、资源调度与功能管理组件等。

图1 智能多功能一体化系统平台架构

硬件总线实现硬件资源之间的信息快速交互，并为平台控制以及资源调度与功能管理提供支持。软件模块和硬件资源之间的隔离与映射通过软硬件接口完成。平台功能模块之间的连接和交互则通过应用服务接口实现。而资源调度与功能管理组件负责整个平台软硬件资源以及各个接口的调度与管理。

本平台架构脱胎于基于软件无线电技术的电子战平台，采用模块化设计，是硬件通用、功能软件可重构的开发式系统架构。系统以开发性、可扩展、结构精简的硬件为通用平台，把主被动智能感知、智能突防、实时在线效能评估等功能用可重构、可升级的模块化软件来实现。系统结构通用，功能实现灵活，使系统的改进更为灵活，同时由于系统的主要功能都由软件实现，可方便地采用各种新的信号处理手段，如机器学习、深度学习等，来提高性能、增强功能，并且能在线实现信号处理算法更新和升级。

通过以上架构，弹载智能一体化系统可设计为一个闭环系统，主要分为三个功能模块：接收与感知模块、发射与合成模块和侦干探在线效能评估模块，如图2 所示。

图2 智能一体化系统组成框图

接收与感知模块通过对战场电磁信号的接收处理来感知外界环境，侦收到目标回波信号或其辐射的电磁信号后，进行测量、分类、特征提取和识别等数据处理分析过程，进而提取出描述当前目标的核心参数特征，并传送至发射合成和效果评估模块，同时将感知信息发送给智能决策与控制单元实时优化攻击策略。

发射与合成模块根据感知结果，并结合知识库中的学习信息，搜索最佳的探测与干扰策略，同时进行发射资源分配和探测干扰一体化波形优化，进而对目标实施探测与干扰。必要时发射通信信号。

侦干探在线效能评估模块根据实施探测干扰前后电磁信号特征的变化来定量地分析探测干扰效果，得到当前探测干扰措施的效能评估结果，优化探测干扰策略，进而促进下一轮发射的合成。

智能一体化系统依靠智能决策与控制模块实现一定的智能化能力，能够在错综复杂战场环境下，根据目标状态的不同自主地调整最佳的探测、突防、通信措施。

此外，动态知识库的构建也是智能一体化系统中不可或缺的，三个功能模块都必须具备与之相对应的能够实时更新知识的动态数据库，以便系统在工作过程中利用这些知识库快速地获取信息，并利用反馈和新捕获的信息进行智能学习，动态更新知识库。

3 特点分析

作为电子信息利用研究领域的前沿思想，弹载智能一体化信息装备能精确感知复杂电磁环境，并具备有效对抗时敏目标、未知目标和认知型目标的能力。相较于常规作战手段，具备以下显著的优势：

1）实时精确的态势感知能力。随着弹载电子信息装备的不断发展，如何在日趋复杂多变的战场电磁环境中，准确快速地对周边环境及目标进行感知，已经成为制约传统电子装备发展的瓶颈问题之一，而这恰恰是智能一体化发展成熟后所具备的能力。采用多站协同主被动信息融合侦察探测，智能一体化系统能够精确地识别目标，掌握目标全面信息，更有利于明确目标意图。

2）具备动态学习和经验累积能力。智能一体化除了具备自主认知战场态势的能力以外，还具备近实时、动态的学习和经验积累能力。例如，在现有知识库的基础上，近实时、动态地识别新出现的未知信号，对其进行详细分析，并将分析结果用于知识库的更新。这样，在面临新的复杂电磁环境时，智能一体化系统可快速适应该环境，并自主生成适用于该环境的决策。

3）具备智能决策和效能评估能力。与传统弹载电子信息技术相比，智能一体化能够通过分析目标变化来推断其当前工作的形态与意图，进而通过智能决策来实施最优的反制策略。策略实施后，继续观察目标反馈信号，通过分析对比施加策略前后信号的变化，或者对目标感知的变化进行效能评估。这样，通过评估来判断施加策略的好坏，进而反馈到智能决策模块，进一步对策略的合成进行优化，以达到最佳的作战效能。

4）具备有效对抗认知系统或网络的能力。在认知无线电理论技术的基础上，借助其核心“认知”理念，在电子信息领域，迅速出现了认知无线电台、认知无线网和认知雷达等系统。这些认知系统或网络能够根据周边环境的变化，自主地转变工作方式、调整参数、改变信号波形，在力求取得最佳作战效能的同时，也大大提高了系统自身的抗干扰能力。面对这种“智能化”的对抗目标，传统电子战系统的效能必然大打折扣，然而智能一体化的技术核心也是“认知能力”，可谓同根同源，具备优越的“智能化”对抗能力，在实施对抗的过程中，是利用“智能化”对抗“智能化”，必将大大提高对抗认知系统或网络的能力。

5）具备优良的隐蔽性和抗毁性。在当前复杂多变的战场环境下，传统弹载信息系统对作战对象的态势感知不充分，深度、精度不到位，为了对雷达目标实施有效突防，就必须依靠大功率压制手段。尽管这种对抗手段很有效，但同时带来了很多方面的问题，核心的就是干扰信号非常容易暴露，从而招致敌方的反辐射打击。而智能一体化系统能够在复杂多变的电磁环境中，深入、精确地进行自主态势感知，并在此基础上实现对目标的精确干扰，而无须依靠大功率压制手段，减小了自身成为信标的可能性，从而将大大提高导弹攻击的隐蔽性和抗毁性。

4 技术途径

根据弹载智能一体化系统的功能结构和作战特点，初步得出，实现智能一体化系统所涉及的关键技术包括以下五点：

1）智能一体化系统平台架构技术。弹载智能一体化需要具备灵活的智能控制能力，主要体现在未知目标快速侦察、智能攻击及策略优化、攻击效果评估、动态知识库管理等相关功能，需要基于软件无线电和理论，采用标准的技术协议规范，通过硬件通用化、功能软件化和软件构件化设计，构建功能可重构的开放式系统架构，保证系统的灵活性和可扩展性。

2）基于机器学习的智能侦察技术。为更好地描述作战目标的战斗意图、运动特性和功能特征，一体化系统需要从复杂电磁环境中获取更多的信息，并根据更丰富的目标特征来侦收和分选出有效信号。通过威胁特征学习和自适应信号处理，获得目标信号特征。收集到足够多的未知信号特征后，通过模糊聚类、神经网络等机器学习算法，对目标信号进行分类和识别，从而构建具备实时智能能力的侦察技术。

3）智能攻击策略生成技术。根据作战目标的硬件、协议、运作方法、软件、固件的知识，制定最佳电子攻击策略的技术。具体说，该技术是一种干扰优化与决策技术，根据感知到的信息，在系统资源、用户需求等约束下，给出最优干扰策略。可采用蚁群优化、神经网络等算法解决非线性干扰资源分配问题，实现高效、稳健的多目标攻击。

4）攻击效果评估与动态反馈技术。对当前攻击策略的战损效果进行评估，并将评估结果反馈给系统来判断上一次攻击策略的性能优劣，通过给定奖励值、惩罚值进行优化学习，从而确保系统功能进化。攻击效果评估模型可通过云模型、博弈论、灰色系统理论等进行构建。

5）动态知识库技术。动态知识库是智能一体化系统区别于传统电子战系统的关键模块，也是系统其他功能模块高效实现智能功能的有力支撑。动态知识库包含信号特征库、对抗案例库和攻击策略库，分别以不同形式存储智能侦察、智能干扰和智能效能评估所取得的结果。动态知识库是系统进行学习和推理的基础，通过预先给定的先验知识和动态的积累，为系统各模块功能实现和优化提供依据。动态知识库系统可基于Oracle 数据库系统进行构建，为方便数据信息的检索和维护，知识库需要预留人工接口。

5 结束语

弹载智能一体化信息装备的研究发展，可实现对战场辐射源的快速感知、敌目标高精度跟踪、突防干扰决策生成和精确打击，能够形成一套解决当前导弹系统面临的主要问题的方法，可以用于导弹/飞机等武器系统突防、精确导引、目标动态识别跟踪等技术领域，涉及到多种平台的侦察、干扰和防护过程。应用对象将来可扩展到导弹武器、卫星有效载荷、机载侦察、干扰、防护等军事领域。可降低以上受限平台中信息系统体积、质量、成本，提高信息系统电磁兼容性、可靠性，具有广阔的应用前景、可观的经济效益和重要的社会效益。本文思考了如何实现弹载多功能与智能化的辩证统一，分析与探讨结果不仅可为后续弹载电子信息设备总体方案提供新的思路，而且能够有力促进系统技术的应用发展。■