基于模块化颗粒的导弹认知与决策系统开放式架构及方法

技术领域

本发明涉及导弹认知与决策系统的技术领域，具体地，涉及一种基于模块化颗粒的导弹认知与决策系统开放式架构及方法。

背景技术

未来武器装备体系化、智能化、网络化发展趋势明显，整个作战攻防早已突破了传统物理域的束缚，在电磁域、信息域得到了充分发展和融合，武器装备的认知与决策能力提升需求日益凸显。在此过程中，基于新一代网信体系、弹载探测传感系统和智能化分布式协同认知决策系统的新型军事信息技术研究已成为未来空战武器效能提升的研究重点。其中，导弹的主要技术能力需求包括弹载全域感知、跨域通信链接和杀伤链路动态调整闭合等新型能力，智能高效的导弹认知与自主决策能力是系统闭环的关键。导弹认知与自主决策能力主要包括目标识别能力、目标作战行为认知能力、作战攻防态势动态分析能力、多源信息综合自主任务行为决策能力等四个方面。相关的技术涉猎面广，整合难度大，作战场景适应性需求强烈，数据驱动特征明显。

公开号为CN113139331A的中国发明专利文献公开了一种基于贝叶斯网络的空空导弹态势感知与决策方法，采用最小二乘法拟合当前量测数据，从而获得目标轨迹方程，完成目标机动轨迹的预测；当拟合精度达到要求时，将得到的目标轨迹方程在时间序列上进行延拓，实现机动目标的轨迹超前预测；然后，建立机动决策贝叶斯网络模型，将基于目标机动预测的攻击区信息作为网络的输入，通过网络的推理得到具有超前指导意义的决策信息。

针对上述中的相关技术，发明人认为目前导弹的智能化技术应用还主要以单一智能化技术的定制化部署应用为主要形态，其中的算法和参数主要依赖于产品研制阶段研制方对典型场景的研究基础，无法适应装备广泛的使用场景和漫长的服役时间所带来的应用变化，更缺少综合性与体系化的智能化认知决策技术的部署与升级能力。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于模块化颗粒的导弹认知与决策系统开放式架构及方法。

根据本发明提供的一种基于模块化颗粒的导弹认知与决策系统开放式架构，包括软件架构内核、软件架构外延；

所述软件架构外延通过模块化颗粒的形式建立并迭代认知与决策系统；

所述软件架构内核通过认知与决策系统进行导弹认知与决策。

优选的，所述软件架构外延通过以软件、算法以及数据为模块化颗粒形成导弹认知与决策系统；

所述软件架构内核利用导弹本身、战场、试验、训练以及保障过程中随时产生的数据，进行导弹认知与决策能力对任务及战场变化的适应。

优选的，所述软件架构外延通过将算法作为通用功能子模块、功能软件作为专用子模块，并基于试验过程中产生的各类数据，通过标准化的通用协议形成多个软件子模块的接口和/或算法子模块的接口，并构建辅助设计与测试平台，形成包含目标识别、目标选择、电磁对抗以及弹道规划功能的认知与决策系统。

优选的，所述软件架构外延包括算法库、软件库、数据库以及测试仿真环境；

所述算法库包含多种通用化算法；所述软件库包括多种专用功能软件；专用功能软件通过提取各种通用化算法建立，认知与决策系统通过提取各种专用功能软件建立；

所述数据库中的数据利用多种外场自主飞行、挂飞、跟飞、系统测试、单机测试、数字仿真以及半实物仿真获得；

所述测试与仿真环境基于数据库中的场景数据并依据各种导弹的自身参数进行构建，进行软件架构内核的反复测试迭代。

优选的，所述通用化算法包括通用化智能算法、通用化检测算法、通用化识别算法、通用化控制算法以及通用化导航算法；

所述专用功能软件包括适应于对地背景环境的智能探测软件、智能通信软件以及智能侦查软件；

所述专用功能软件还包括适应于对海背景环境的智能探测软件、智能通信软件以及智能侦查软件；

所述专用功能软件还包括适应于目标的识别软件和认知软件，目标包括空中目标、海上目标以及陆地目标；

所述专用功能软件还包括适应于弹群攻击以及跨域协同攻击的智能决策软件；

所述场景数据包括环境背景和目标特征；

导弹的自身参数包括弹体气动外形参数和动力系统参数。

优选的，所述软件架构内核包括认知层和决策层；

所述认知层对战场上的目标进行识别；

所述决策层根据识别的目标信息进行决策。

优选的，所述认知层包括智能探测模块、智能侦查模块、智能通信模块以及信息融合识别模块；

所述智能探测模块：通过主动探测实现对战场进行感知，得到探测感知信息；

所述智能侦查模块：通过对战场环境的各种频段以及多个空域的电磁信息进行侦查实现对战场进行感知，得到侦查感知信息；

所述智能通信模块：通过电磁波作为载体实现导弹与信息源之间以及导弹之间的信息交互，得到交互信息；

信息融合识别模块：对探测感知信息、侦查感知信息以及交互信息进行融合，继而根据融合后的信息利用智能算法对目标进行识别。

优选的，所述智能探测模块的载体为多种主动探测雷达；智能侦查模块的载体是多种侦查雷达；智能通信模块的载体是战术数据链。

优选的，所述决策层包括行为解译构造模块、资源调度控制模块、目标分配模块、弹道规划模块、电磁频谱决策模块以及智能干扰模块；

所述行为解译构造模块：根据作战意图制定导弹在认知层所遵循的行为标准与策略，根据认知层对敌方探测到的信息进行分析，对敌方的行为进行解译与构造；

所述资源调度控制模块：根据认知层得到的信息，制定导弹的整体作战使命任务，并将任务分配，调度各弹上模块，控制导弹完成使命任务；

所述目标分配模块：根据资源调度控制模块给出的任务使命，以认知层得到的信息为基础，利用智能化算法，将多目标进行攻击列表排序，给出攻击优先级，并指导制导控制系统引导导弹攻击预设优先级的目标；

所述弹道规划模块：根据资源调度控制模块给出的任务使命，以认知层得到的信息为基础，利用智能化算法，从多个维度对导弹的弹道轨迹进行规划；

所述电磁频谱决策模块：根据资源调度控制模块给出的任务使命，以认知层得到的信息为基础，利用智能化的算法，进行多维度的电磁投放分配，自适应产生战场电磁环境的电磁频谱决策；

所述智能干扰模块：根据电磁频谱决策，利用预设手段，干扰破坏敌方信息感知与交互能力。

根据本发明提供的一种基于模块化颗粒的导弹认知与决策系统开放式架构方法，包括如下步骤：

步骤S1：通过模块化颗粒的形式建立并迭代认知与决策系统；

步骤S2：通过认知与决策系统进行导弹认知与决策。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明在弹载智能算法、在线智能认知与自主决策、自进化学习等技术进行综合性研究的基础上提出以软件、算法、数据为模块化颗粒的下一代导弹认知与决策系统开放式架构，形成支持智能化认知与决策技术快速整合的标准化技术体系，打通智能化技术在导弹装备上工程应用的“最后一公里”，获取以新兴技术研究成果和战场、试验、训练、保障数据为基础的，以弹载软件与数据在线更新为主要手段的导弹认知决策能力持续迭代提升能力，实现导弹对任务、战场变化的敏捷适应；

2、本发明软件、算法、数据为模块化颗粒的下一代导弹认知与决策系统开放式架构是适应未来导弹自主认知决策需求的软件架构体系，实现较为全面的认知决策技术能力覆盖；

3、本发明降低数据算法与软件实现的耦合性，为机载武器装备提供体系化的认知决策技术支持体系，为后续先进算法、实装数据在装备能力提升需求方面提供技术支持。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为认知与决策系统开放式软件架构图；

图2为开放式软件架构内核——认知与决策系统表示图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明实施例公开了一种基于模块化颗粒的导弹认知与决策系统开放式架构，如图1和图2所示，为基于模块化颗粒的导弹认知与决策开放式软件架构，架构中所包含的各个认知层和决策层的软件模块需要实现的功能内容是该开放式软件架构的内核，用于直接实现认知与决策的功能；用于该系统设计的多种算法库、软件库、数据库、通信接口以及系统软件的测试环境是该软件架构的外延，用于快速设计并迭代认知与决策系统。

系统内核：体现架构的模块化，实现认知与决策功能。(1)由认知层和决策层两大部分组成；(2)其中认知层包括智能探测模块、智能侦查模块、智能通信模块和信息融合与识别模块；(3)决策层包括行为解译与构造模块、资源调度与控制模块、目标分配模块、弹道规划模块、电磁频谱决策模块以及智能干扰模块。

系统外延：体现架构的开放性，以模块化颗粒的形式实现快速设计并用于迭代该系统。软件架构外延包括算法库、软件库、数据库以及测试仿真环境。

本发明提供一种软件、算法、数据为模块化颗粒的下一代导弹认知与决策系统开放式架构，可高效利用导弹本身及战场、试验、训练、保障过程中随时产生的大量数据，实现导弹认知、决策能力对任务、战场变化的敏捷适应。

开放式框架以算法作为通用功能子模块、功能软件作为专用子模块，并基于试验过程中产生的各类数据，通过标准化的通用协议形成多个软件或算法子模块的接口，并构建辅助设计与测试平台，形成包含目标识别、目标选择、电磁对抗、弹道规划等多个功能的认知与决策软件总架构。

本发明的软件、算法、数据为模块化颗粒的下一代导弹认知与决策系统开放式架构是适应未来导弹自主认知决策需求的软件架构体系，实现较为全面的认知决策技术能力覆盖，降低数据算法与软件实现的耦合性，为机载武器装备提供体系化的认知决策技术支持体系，为后续先进算法、实装数据在装备能力提升需求方面提供技术支持。

为实现导弹认知与决策系统的功能，架构中所包含的各个认知层和决策层的软件模块需要实现的功能内容以及各个模块之间的数据通信接口是该开放式软件架构的内核，用于直接实现认知与决策的功能；用于该系统设计的多种算法库、软件库、数据库、通信接口提炼的多个标准协议以及系统软件的测试环境是该软件架构的外延，用于快速设计并迭代认知与决策系统。整体的认知与决策系统的开放式软件如下图1所示。

下面对其内核实现途径进行介绍，如图2所示为其初步构建的架构形式。软件架构的内核主要由认知层和决策层两大部分组成；其中认知层包括智能探测模块、智能侦查模块、智能通信模块和信息融合与识别模块；决策层包括行为解译与构造模块、资源调度与控制模块、目标分配模块、弹道规划模块、电磁频谱决策以及智能干扰模块。

首先介绍认知层的四个模块：

(1)智能探测模块：其功能为通过主动的探测实现对战场进行感知。功能实现载体是多种主动探测雷达。

(2)智能侦查模块：其功能为通过对战场环境的各种频段、多个空域的电磁信息进行侦查实现对战场进行感知。功能实现载体是多种侦查雷达。

(3)智能通信模块：其功能为通过电磁波作为载体实现导弹之间以及与其他信息源之间的信息交互。功能实现载体是战术数据链等。

(4)信息融合与识别模块：其功能为根据以上三个模块得到的信息进行融合，继而根据融合后的信息利用卷积神经网络、长短期记忆人工神经网络等智能算法对目标进行识别。

下面介绍决策层包含的六大模块：

(1)行为解译与构造模块：一方面根据我方的作战意图制定导弹在认知层所遵循的行为标准与策略，另一方面根据认知层对敌方探测到的信息进行分析，对敌方的行为进行解译与构造。

(2)资源调度与控制模块：根据认知层得到的信息，制定导弹的整体作战使命任务，并将任务分配，调度各弹上模块，控制整个导弹有效完成使命任务。

(3)目标分配模块：根据资源调度与控制模块给出的任务使命，以认知层得到的信息为基础，利用遗传算法、粒子群、多智能体强化学习算法等智能化的算法，将多目标进行攻击列表排序，给出攻击优先级，并指导制导控制系统引导导弹攻击相应优先级高的目标。

(4)弹道规划模块：根据资源调度与控制模块给出的任务使命，以认知层得到的信息为基础，利用遗传算法、粒子群、多智能体强化学习算法等智能化的算法，从突防、有效杀伤、制导精度等多个维度对导弹的弹道轨迹进行规划。

(5)电磁频谱决策模块：根据资源调度与控制模块给出的任务使命，以认知层得到的信息为基础，利用遗传算法、粒子群、多智能体强化学习算法等智能化的算法，以提升我方信息感知与交互能力，削弱敌方信息感知与交互能力为目的，通过电磁域中频域、时域、空域、极化域等多维度的电磁投放分配，自适应产生复合复杂战场电磁环境的电磁频谱决策。

(6)智能干扰模块：通过利用压制、欺骗等手段，以干扰的方式破坏敌方信息感知与交互的能力。其主要设备为各种干扰机。

下面对其外延进行介绍。

(1)算法库：包含多种通用化的智能算法以及通用化的检测、识别、控制和导航等算法。算法可以随时更新与补充。通过数据库获取外场试验、仿真试验等数据进行监督学习智能算法训练和验证。通过测试与仿真环境进行强化学习方法的不断交互和训练。

(2)软件库：提取各种通用算法设计具有专用功能的软件，例如分别适应于对地、对海背景环境的智能探测、通信、侦查软件；适应于空中目标、海上目标、陆地目标等目标的识别和认知软件；适应于弹群攻击、跨域协同攻击的智能决策软件。软件可以随时更新与补充。认知与决策系统通过提取各种专用功能软件建立。上述专用功能的软件库和算法库一样，通过数据库获取外场试验、仿真试验等数据进行监督学习智能算法训练和验证，通过测试与仿真环境进行强化学习方法的不断交互和训练。

(3)数据库：利用多种外场自主飞行、挂飞/跟飞、系统测试、单机测试、数字仿真、半实物仿真等，获得的具备标签标注的先验数据以及包括背景和目标特征的场景数据，构建开放式架构的数据库。数据库可以随时更新与补充。该数据库中具有标签标注的先验数据可用于监督学习等多种智能算法和软件的训练。同时数据库与测试与仿真环境进行交互，其场景数据可以用于构建测试与仿真环境，同时测试与仿真环境获得的数据可以进一步扩展原有数据库中的先验数据。

(4)测试与仿真环境：基于场景数据(环境背景、目标特性等)并依据各种导弹的自身参数(包括弹体气动外形、动力系统等参数)构建测试与仿真环境，用于软件架构内核的反复设计测试迭代。测试与仿真环境可以不断优化并配适于不同导弹。同时可以利用该环境对算法库和软件库中的算法和软件进行测试验证，不断优化算法和软件。同时将测试与仿真生产的数据发送至数据库。

本发明实施例还提供了一种基于模块化颗粒的导弹认知与决策系统开放式架构方法，包括如下步骤：步骤S1：通过模块化颗粒的形式建立并迭代认知与决策系统；步骤S2：通过认知与决策系统进行导弹认知与决策。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。