軍事智能化技術及應用

第1章　緒論………………………………………………………………………………………1
1．1　人工智能的定義與發(fā)展概況……………………………………………………………1
1．1．1　人工智能的定義…………………………………………………………………1
1．1．2　人工智能的起源…………………………………………………………………2
1．1．3　人工智能各學派的認知觀………………………………………………………3
1．1．4　人工智能的發(fā)展過程……………………………………………………………5
1．2　人類智能與人工智能……………………………………………………………………7
1．2．1　智能信息處理系統(tǒng)的假設………………………………………………………8
1．2．2　人類智能的計算機模擬………………………………………………………10
1．2．3　智能體（Agent）………………………………………………………………12
1．2．4　弱人工智能和強人工智能……………………………………………………14
1．3　人工智能的研究與應用領域…………………………………………………………15
1．3．1　智能感知………………………………………………………………………15
1．3．2　智能推理………………………………………………………………………18
1．3．3　智能學習………………………………………………………………………23
1．3．4　智能行動………………………………………………………………………28
1．4　人工智能發(fā)展展望……………………………………………………………………35
1．4．1　新一輪人工智能發(fā)展特征……………………………………………………35
1．4．2　新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃……………………………………………………37
第2章　軍用專家系統(tǒng)…………………………………………………………………………39
2．1　不確定性知識表示與推理……………………………………………………………39
2．1．1　主觀Bayes方法………………………………………………………………39
2．1．2　確定性理論……………………………………………………………………40
2．1．3　證據(jù)理論………………………………………………………………………41
2．1．4　模糊邏輯………………………………………………………………………42
2．2　專家系統(tǒng)概述…………………………………………………………………………43
2．2．1　專家系統(tǒng)的基本概念…………………………………………………………43
2．2．2　專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)…………………………………………………………46
2．2．3　專家系統(tǒng)知識獲取方式………………………………………………………49
2．2．4　專家系統(tǒng)推理機的構(gòu)建………………………………………………………50
2．3　軍事信息系統(tǒng)智能狀態(tài)分析…………………………………………………………51
2．3．1　狀態(tài)監(jiān)控與分析系統(tǒng)概述……………………………………………………51
2．3．2　狀態(tài)監(jiān)控與分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)……………………………………………………52
2．3．3　狀態(tài)分析子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)…………………………………………………………54
2．4　無人機故障診斷專家系統(tǒng)……………………………………………………………59
2．4．1　故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)………………………………………………………59
2．4．2　專家系統(tǒng)知識庫的建立………………………………………………………60
2．4．3　知識表的構(gòu)建…………………………………………………………………62
2．4．4　推理方法………………………………………………………………………65
2．4．5　故障診斷樣例…………………………………………………………………65
2．5　小結(jié)……………………………………………………………………………………66
第3章　智能情報獲取與應用…………………………………………………………………67
3．1　概述……………………………………………………………………………………67
3．1．1　情報信息需求…………………………………………………………………68
3．1．2　情報活動的特點………………………………………………………………68
3．1．3　智能情報系統(tǒng)的能力需求……………………………………………………69
3．1．4　情報偵察系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)與處理流程…………………………………………70
3．2　智能情報獲取與處理的關鍵技術……………………………………………………72
3．2．1　網(wǎng)絡信息的偵察技術…………………………………………………………72
3．2．2　自動目標跟蹤和識別技術……………………………………………………72
3．2．3　情報綜合與多傳感器融合技術………………………………………………76
3．2．4　戰(zhàn)場大數(shù)據(jù)情報分析…………………………………………………………79
3．3　情報智能支援…………………………………………………………………………82
3．3．1　信息精準服務…………………………………………………………………82
3．3．2　信息精準服務應用案例………………………………………………………89
3．3．3　信息精準服務質(zhì)量評估………………………………………………………92
3．4　智能情報系統(tǒng)發(fā)展趨勢………………………………………………………………93
第4章　智能武器系統(tǒng)…………………………………………………………………………95
4．1　概述……………………………………………………………………………………95
4．1．1　智能武器的基本概念…………………………………………………………95
4．1．2　智能武器系統(tǒng)的組成…………………………………………………………96
4．1．3　智能武器的作戰(zhàn)樣式…………………………………………………………100
4．1．4　智能武器系統(tǒng)的架構(gòu)…………………………………………………………102
4．2　智能武器系統(tǒng)中的人工智能技術……………………………………………………103
4．2．1　模式識別………………………………………………………………………103
4．2．2　專家系統(tǒng)………………………………………………………………………103
4．2．3　深度學習技術…………………………………………………………………103
4．2．4　智能控制技術…………………………………………………………………104
4．3　典型智能武器系統(tǒng)……………………………………………………………………104
4．3．1　智能導彈………………………………………………………………………104
4．3．2　智能炸彈………………………………………………………………………111
4．3．3　智能火炮………………………………………………………………………111
4．3．4　智能地雷………………………………………………………………………112
4．3．5　智能魚雷………………………………………………………………………113
4．3．6　智能水雷………………………………………………………………………113
4．3．7　軍用智能機器人………………………………………………………………114
4．4　智能武器的發(fā)展趨勢…………………………………………………………………115
第5章　智能規(guī)劃及軍事應用…………………………………………………………………117
5．1　規(guī)劃問題概述…………………………………………………………………………117
5．1．1　STRIPS語言……………………………………………………………………118
5．1．2　案例：積木世界問題描述……………………………………………………119
5．2　狀態(tài)空間搜索規(guī)劃……………………………………………………………………120
5．2．1　前向狀態(tài)空間搜索……………………………………………………………121
5．2．2　后向狀態(tài)空間搜索……………………………………………………………121
5．2．3　狀態(tài)空間搜索的啟發(fā)式………………………………………………………122
5．2．4　案例：機器人Shakey世界……………………………………………………123
5．3　非確定性規(guī)劃…………………………………………………………………………124
5．3．1　不確定性的規(guī)劃方法…………………………………………………………125
5．3．2　案例：家具油漆一致性問題…………………………………………………125
5．4　多Agent規(guī)劃…………………………………………………………………………126
5．4．1　合作：聯(lián)合目標和規(guī)劃………………………………………………………127
5．4．2　聯(lián)合規(guī)劃………………………………………………………………………128
5．4．3　協(xié)調(diào)機制………………………………………………………………………129
5．4．4　競爭……………………………………………………………………………130
5．5　無人機航路規(guī)劃………………………………………………………………………130
5．5．1　航路規(guī)劃的方法步驟…………………………………………………………130
5．5．2　常用的航路規(guī)劃算法…………………………………………………………131
5．5．3　航路規(guī)劃的實際算例…………………………………………………………132
5．5．4　無人機集群任務規(guī)劃技術展望………………………………………………133
5．6　作戰(zhàn)任務規(guī)劃系統(tǒng)……………………………………………………………………134
5．6．1　作戰(zhàn)任務規(guī)劃系統(tǒng)總體技術架構(gòu)……………………………………………134
5．6．2　戰(zhàn)場態(tài)勢研判及預測技術……………………………………………………136
5．6．3　作戰(zhàn)任務自動分配技術………………………………………………………136
5．6．4　作戰(zhàn)方案智能推演與評估技術………………………………………………137
5．7　小結(jié)……………………………………………………………………………………139
第6章　作戰(zhàn)智能輔助決策……………………………………………………………………141
6．1　概述……………………………………………………………………………………141
6．1．1　作戰(zhàn)指揮決策概述……………………………………………………………141
6．1．2　現(xiàn)代戰(zhàn)爭對作戰(zhàn)指揮輔助決策的需求………………………………………143
6．1．3　COMPASS………………………………………………………………………145
6．2　作戰(zhàn)指揮智能輔助決策系統(tǒng)…………………………………………………………147
6．2．1　作戰(zhàn)指揮輔助決策系統(tǒng)概述…………………………………………………147
6．2．2　作戰(zhàn)指揮智能輔助決策系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)……………………………………148
6．2．3　作戰(zhàn)指揮智能輔助決策系統(tǒng)的基本原理……………………………………149
6．2．4　艦艇指揮控制示例……………………………………………………………150
6．3　智能輔助決策應用案例………………………………………………………………152
6．3．1　潛艇對空戰(zhàn)術意圖識別………………………………………………………152
6．3．2　編隊防空輔助決策系統(tǒng)………………………………………………………155
6．3．3　空中軍事打擊智能決策支持系統(tǒng)……………………………………………160
6．4　基于大數(shù)據(jù)的軍事智能決策展望……………………………………………………164
6．4．1　基于大數(shù)據(jù)的決策分析概述…………………………………………………165
6．4．2　基于大數(shù)據(jù)的軍事決策措施…………………………………………………167
第7章　智能虛擬參謀…………………………………………………………………………173
7．1　Web技術………………………………………………………………………………173
7．1．1　Web 1．0…………………………………………………………………………174
7．1．2　Web 2．0…………………………………………………………………………175
7．1．3　Web 3．0…………………………………………………………………………177
7．2　機器閱讀理解…………………………………………………………………………178
7．2．1　機器閱讀理解評測數(shù)據(jù)集……………………………………………………178
7．2．2　機器閱讀理解的一般方法……………………………………………………179
7．3　聊天機器人……………………………………………………………………………181
7．3．1　聊天機器人應用場景…………………………………………………………181
7．3．2　聊天機器人系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及關鍵技術……………………………………184
7．3．3　智能客戶服務應用體系………………………………………………………186
7．3．4　聊天機器人研究存在的挑戰(zhàn)…………………………………………………187
7．4　智能虛擬參謀系統(tǒng)……………………………………………………………………189
7．4．1　智能虛擬參謀系統(tǒng)架構(gòu)………………………………………………………189
7．4．2　多模型綜合引擎………………………………………………………………190
7．5　美軍智能虛擬參謀項目………………………………………………………………195
7．5．1　指揮官虛擬參謀（CVS）………………………………………………………195
7．5．2　數(shù)字企業(yè)多源開發(fā)助手（MEADE）…………………………………………196
7．6　小結(jié)……………………………………………………………………………………197
第8章　機器人…………………………………………………………………………………199
8．1　概述……………………………………………………………………………………199
8．1．1　機器人的分類…………………………………………………………………199
8．1．2　機器人學的研究領域…………………………………………………………200
8．2　機器人系統(tǒng)……………………………………………………………………………201
8．2．1　機器人系統(tǒng)的組成……………………………………………………………201
8．2．2　機器人的工作空間……………………………………………………………203
8．2．3　機器人的性能指標……………………………………………………………205
8．3　社交機器人……………………………………………………………………………206
8．3．1　社交機器人的社會影響………………………………………………………206
8．3．2　社交機器人模擬人的行為……………………………………………………207
8．3．3　社交機器人檢測算法…………………………………………………………208
8．3．4　防范社交機器人的威脅………………………………………………………209
8．3．5　典型應用場景…………………………………………………………………210
8．4　腿式機器人……………………………………………………………………………212
8．4．1　腿式機器人的研制……………………………………………………………212
8．4．2　腿式機器人的高能效方法……………………………………………………216
8．4．3　人形機器人 Atlas………………………………………………………………217
8．4．4　四腿機器人“大狗”和“絕影”………………………………………………219
8．5　機器人作戰(zhàn)……………………………………………………………………………220
8．5．1　無人作戰(zhàn)系統(tǒng)…………………………………………………………………221
8．5．2　各國裝備軍用機器人…………………………………………………………221
8．5．3　人機交互可發(fā)揮最大作戰(zhàn)效能………………………………………………222
8．5．4　智能化戰(zhàn)爭大幕正在開啟……………………………………………………223
8．6　機器人發(fā)展趨勢………………………………………………………………………225
8．7　小結(jié)……………………………………………………………………………………226
第9章　無人地面車輛與智能駕駛技術………………………………………………………229
9．1　智能駕駛國內(nèi)外現(xiàn)狀…………………………………………………………………229
9．1．1　國外智能駕駛技術現(xiàn)狀………………………………………………………229
9．1．2　國內(nèi)智能駕駛技術現(xiàn)狀………………………………………………………231
9．1．3　典型應用場景…………………………………………………………………232
9．2　智能駕駛環(huán)境感知 ……………………………………………………………………233
9．2．1　環(huán)境感知功能系統(tǒng)構(gòu)成………………………………………………………233
9．2．2　傳感感知技術…………………………………………………………………235
9．2．3　定位與導航技術………………………………………………………………236
9．3　智能駕駛決策規(guī)劃……………………………………………………………………238
9．3．1　決策規(guī)劃技術體系結(jié)構(gòu) ………………………………………………………238
9．3．2　決策規(guī)劃系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)……………………………………………………240
9．3．3　全局規(guī)劃與局部規(guī)劃 …………………………………………………………242
9．3．4　路權(quán)分配技術…………………………………………………………………242
9．4　智能駕駛控制工程……………………………………………………………………243
9．4．1　自動駕駛控制核心技術組成…………………………………………………243
9．4．2　自動駕駛控制方法……………………………………………………………245
9．4．3　自動駕駛控制技術方案………………………………………………………246
9．5　無人駕駛車輛智能測試………………………………………………………………246
9．5．1　智能測試………………………………………………………………………247
9．5．2　路標識別攻擊…………………………………………………………………249
9．6　軍用無人地面車輛及作戰(zhàn)應用 ………………………………………………………250
9．6．1　無人地面車輛工作環(huán)境特點…………………………………………………250
9．6．2　美國未來戰(zhàn)爭無人地面車輛 …………………………………………………252
9．6．3　典型軍用自主車介紹…………………………………………………………253
9．7　小結(jié)……………………………………………………………………………………257
第10章　無人機系統(tǒng)及作戰(zhàn)運用………………………………………………………………258
10．1　無人機系統(tǒng)概述………………………………………………………………………258
10．1．1　無人機系統(tǒng)定義………………………………………………………………258
10．1．2　無人機系統(tǒng)的基本組成………………………………………………………259
10．1．3　無人機系統(tǒng)的分類……………………………………………………………260
10．1．4　無人機的主要特點……………………………………………………………261
10．1．5　典型無人機介紹………………………………………………………………262
10．2　無人機系統(tǒng)作戰(zhàn)運用…………………………………………………………………265
10．2．1　無人機的應用優(yōu)勢與問題……………………………………………………265
10．2．2　空天時代的無人機作戰(zhàn)運用…………………………………………………267
10．2．3　智能化作戰(zhàn)對自主控制的要求………………………………………………271
10．3　無人機協(xié)同作戰(zhàn)技術…………………………………………………………………273
10．3．1　無人機協(xié)同作戰(zhàn)模式…………………………………………………………273
10．3．2　無人機協(xié)同作戰(zhàn)關鍵技術……………………………………………………275
10．3．3　多無人機協(xié)同搜索原理………………………………………………………276
10．3．4　有人機與無人機協(xié)同指揮控制………………………………………………277
10．3．5　無人機集群技術典型項目……………………………………………………279
10．4　無人機對抗及裝備……………………………………………………………………282
10．4．1　無人機集群對抗研究的關鍵問題……………………………………………282
10．4．2　反無人機裝備…………………………………………………………………283
10．5　無人機系統(tǒng)發(fā)展方向…………………………………………………………………284
10．5．1　體系作戰(zhàn)，高度智能…………………………………………………………285
10．5．2　三維融合，性能卓越…………………………………………………………288
10．5．3　大小單群，通用集成…………………………………………………………290
第11章　無人艇系統(tǒng)及智能避碰………………………………………………………………293
11．1　無人艇系統(tǒng)概述………………………………………………………………………293
11．1．1　無人艇系統(tǒng)定義及特點………………………………………………………293
11．1．2　無人艇發(fā)展歷程………………………………………………………………295
11．1．3　無人艇系統(tǒng)組成及關鍵技術…………………………………………………298
11．1．4　無人艇典型應用………………………………………………………………301
11．2　無人艇系統(tǒng)環(huán)境感知技術……………………………………………………………305
11．2．1　雷達目標自動檢測系統(tǒng)………………………………………………………305
11．2．2　光電視頻圖像目標自主檢測識別系統(tǒng)………………………………………307
11．3　無人艇系統(tǒng)避碰規(guī)劃方法……………………………………………………………311
11．3．1　無人艇基本控制過程及自主避碰流程………………………………………311
11．3．2　全局規(guī)劃流程及算法原理……………………………………………………314
11．3．3　局部規(guī)劃的流程及算法原理…………………………………………………316
11．4　發(fā)展趨勢………………………………………………………………………………318
11．4．1　形成體系作戰(zhàn)能力……………………………………………………………318
11．4．2　利用知識圖譜擴展無人艇“腦”功能………………………………………319
11．5　小結(jié)……………………………………………………………………………………321
第12章　無人水下航行器………………………………………………………………………323
12．1　概述……………………………………………………………………………………323
12．2　無人水下航行器系統(tǒng)…………………………………………………………………326
12．2．1　航行器總體概念………………………………………………………………326
12．2．2　航行器系統(tǒng)組成和功能………………………………………………………328
12．2．3　航行器總體布置………………………………………………………………329
12．2．4　任務載荷布置…………………………………………………………………332
12．3　典型無人水下航行器…………………………………………………………………333
12．3．1　美國研制的UUV……………………………………………………………333
12．3．2　歐洲研制的UUV……………………………………………………………335
12．3．3　俄羅斯研制的UUV…………………………………………………………339
12．3．4　加拿大研制的UUV…………………………………………………………341
12．3．5　日本研制的UUV……………………………………………………………342
12．3．6　中國研制的UUV……………………………………………………………343
12．4　軍用無人水下航行器…………………………………………………………………344
12．4．1　UUV的軍事用途及基本功能………………………………………………344
12．4．2　軍用UUV的使命任務………………………………………………………345
12．4．3　軍用UUV的裝備分類及使用方式…………………………………………347
12．5　無人水下航行器裝備發(fā)展趨勢………………………………………………………348
第13章　基于智能體的作戰(zhàn)仿真………………………………………………………………353
13．1　Agent與對象的區(qū)別…………………………………………………………………353
13．2　Agent體系結(jié)構(gòu)………………………………………………………………………355
13．2．1　抽象體系結(jié)構(gòu)…………………………………………………………………355
13．2．2　實現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)…………………………………………………………………363
13．3　多Agent系統(tǒng)…………………………………………………………………………363
13．3．1　什么是多Agent系統(tǒng)…………………………………………………………363
13．3．2　家庭智能網(wǎng)絡實例……………………………………………………………365
13．3．3　特點……………………………………………………………………………366
13．4　基于多Agent的作戰(zhàn)仿真……………………………………………………………367
13．4．1　傳統(tǒng)的作戰(zhàn)分析方法…………………………………………………………367
13．4．2　復雜系統(tǒng)與基于多Agent的作戰(zhàn)仿真………………………………………368
13．4．3　多Agent系統(tǒng)在作戰(zhàn)仿真中應用的一般分析………………………………370
13．5　EINSTein系統(tǒng)介紹…………………………………………………………………371
13．5．1　戰(zhàn)場描述………………………………………………………………………372
13．5．2　Agent及其層次結(jié)構(gòu)…………………………………………………………373
13．5．3　Agent 的信息感知和交互范圍表示…………………………………………374
13．5．4　武器描述………………………………………………………………………374
13．5．5　Agent 的個性表示……………………………………………………………375
13．5．6　Agent 動作選擇邏輯…………………………………………………………375
13．5．7　EINSTein的運行實例………………………………………………………376
13．6　小結(jié)……………………………………………………………………………………377
第14章　人工智能安全與評測…………………………………………………………………379
14．1　人工智能軟件面臨安全性威脅………………………………………………………379
14．1．1　人工智能的惡意用途：預測、預防和緩解…………………………………379
14．1．2　人工智能失敗案例……………………………………………………………380
14．1．3　深度學習面臨的挑戰(zhàn)…………………………………………………………382
14．2　用戶態(tài)隱私泄露與保護………………………………………………………………384
14．2．1　用戶態(tài)隱私安全威脅…………………………………………………………384
14．2．2　用戶態(tài)隱私的自動化識別……………………………………………………385
14．2．3　用戶態(tài)隱私泄露檢測…………………………………………………………385
14．2．4　隱私數(shù)據(jù)保護…………………………………………………………………386
14．3　智能系統(tǒng)測評…………………………………………………………………………386
14．3．1　自動駕駛汽車致死案例………………………………………………………386
14．3．2　埃塞俄比亞航空航波音737 MAX墜毀案例………………………………387
14．3．3　智能系統(tǒng)測評面臨的挑戰(zhàn)……………………………………………………388
14．3．4　人機交互場景測試案例………………………………………………………390
14．4　人工智能倫理問題及對策……………………………………………………………391
14．4．1　人工智能系統(tǒng)的可信任性……………………………………………………391
14．4．2　人工智能魯棒性和倫理………………………………………………………393
14．4．3　構(gòu)建算法治理的內(nèi)外部約束機制……………………………………………397
14．4．4　歐盟建立適當?shù)膫惱砗头煽蚣堋?98
14．5　小結(jié)……………………………………………………………………………………400
第15章　未來戰(zhàn)爭發(fā)展趨勢：軍事智能化……………………………………………………401
15．1　對未來戰(zhàn)爭的預測……………………………………………………………………401
15．1．1　信息化戰(zhàn)爭面臨的挑戰(zhàn)………………………………………………………401
15．1．2　未來戰(zhàn)爭模式的設想…………………………………………………………402
15．1．3　無人機應用案例………………………………………………………………403
15．2　軍事智能化可破解和應對挑戰(zhàn)………………………………………………………404
15．2．1　智能化的特點及優(yōu)勢…………………………………………………………404
15．2．2　創(chuàng)新發(fā)展顛覆性軍事理論……………………………………………………405
15．2．3　適應變革性的組織形態(tài)………………………………………………………405
15．2．4　研發(fā)劃時代的武器裝備………………………………………………………406
15．2．5　創(chuàng)新革命性的作戰(zhàn)方法………………………………………………………407
15．2．6　推進智能化國防基礎建設……………………………………………………407
15．3　美軍人工智能發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢………………………………………………………408
15．3．1　DARPA人工智能重點項目…………………………………………………408
15．3．2　美國國防創(chuàng)新小組的人工智能項目…………………………………………410
15．3．3　美軍聯(lián)合人工智能中心的項目………………………………………………412
15．3．4　“知識積累”工程……………………………………………………………413
15．3．5　DARPA聚焦提高戰(zhàn)場“智慧”………………………………………………414
15．4　智能化軍事訓練和智能化人才培養(yǎng)…………………………………………………415
15．4．1　高等學校人工智能創(chuàng)新行動計劃……………………………………………415
15．4．2　加強官兵的智能化訓練………………………………………………………418
15．4．3　以智能無人作戰(zhàn)系統(tǒng)為例的人才培養(yǎng)………………………………………420
15．5　小結(jié)……………………………………………………………………………………422
后記………………………………………………………………………………………………423
參考文獻…………………………………………………………………………………………425