CC BY
107Перспективы применения технологий искусственного интеллекта в радиоэлектронной
борьбе
Полковник в отставке А.Н. СИДОРИН, кандидат военных наук
Подполковник А.Н. БЕЗРОДНЫЙ
АННОТАЦИЯ ABSTRACT
Обоснованы преимущества и достоинства технологий искусственного интеллекта при выполнении боевых задач автоматизированными комплексами радиоэлектронной борьбы по выявлению систем управления войсками (силами) и оружием противника и комплексного технического контроля эффективности мероприятий радиоэлектронной защиты, противодействия техническим средствам разведки противника и маскировки своих войск (сил).
Искусственный интеллект, технологии искусственного интеллекта, система поддержки принятия решений, радиоэлектронная борьба, вооружение, военная и специальная техника, когнитивные задачи, радиоэлектронные объекты, источники радиоизлучений, человек-оператор.
The paper substantiates the advantages and merits of artificial intelligence technologies in operational mission accomplishment by automated EW systems pinpointing adversary troop/force and weapon control systems and comprehensive technical control over the efficiency of electronic warfare measures, countering the technical reconnaissance assets of the adversary and camouflaging own troops/forces.
KEYWORDS
Artificial intelligence, artificial intelligence technologies, decision-making support system, electronic warfare, weapons, military and specialized hardware, cognitive tasks, electronic facilities, radio emission sources, human operator.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
СОВРЕМЕННЫЕ тенденции развития науки и техники характеризуются широким внедрением интеллектуальных систем (технических систем, реализующих когнитивные функции) в самые разнообразные сферы человеческой деятельности. Данный подход демонстрирует кратное повышение эффективности процессов в высокотехнологичных секторах экономики. Особенно наглядно это демонстрируется в таких областях, как общественная безопасность и безопасность дорожного движения (компьютерное зрение), голосовые интерактивные сервисы (компьютерный слух), банковские системы (кредитный скоринг, системы биометрической аутентификации) и другие.
Одним из важнейших аспектов развития военной науки и техники, по мнению военно-политического руководства ведущих армий мира, является применение технологий искусственного интеллекта (ТИИ). Так, например, по взглядам высшего военного руководства США, изложенным в «Стратегии по достижению превосходства в электромагнитном спектре» (2020), одной из задач является интеграция ТИИ в существующие и новые образцы военной техники1. Председатель коммунистической партии Китая также неоднократно отмечал важность внедрения ТИИ во все сферы жизнедеятельности государства, в том числе и в оборонную отрасль2.
В то же время Верховным Главнокомандующим Вооруженных Сил Российской Федерации на коллегии Министерства обороны 21 декабря 2020 года поставлена задача активно осваивать вооружение и технику с элементами искусственного интеллекта, в том числе роботизированные комплексы, беспилотные летательные аппараты и автоматизированные системы управления3.
Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии введены в действие ряд государственных стандартов в области искусственного интеллекта (ИИ), в которых дано определение искусственному интеллекту как способности технической системы имитировать когнитивные функции человека (включая самообучение и поиск решений без заранее заданного алгоритма) и получать при выполнении конкретных практически значимых задач обработки данных результаты, сопоставимые как минимум с результатами интеллектуальной деятельности человека4.
Таким образом, ТИИ можно определить как совокупность методологических и алгоритмических решений, позволяющих реализовать когнитивные функции в технической системе.
Философия искусственного интеллекта (ИИ) трактует следующие этапы развития ТИИ (рис. 1):
• слабый ИИ (Artificial Narrow Intelligence) — технологии, позволяющие решать одну или узкий спектр задач в конкретном контексте (ограниченные когнитивные функции);
• сильный ИИ (Artificial General Intelligence) — технологии, позволяющие решать большой спектр задач в широком диапазоне контекстов (универсальные когнитивные функции);
• супер ИИ (Artificial Super Intelligence) — технологии, позволяющие решать весь спектр задач во всем диапазоне контекстов (превосходящие когнитивные функции).
Весь спектр интеллектуальных задач принято разделять на три основные группы — восприятие информации, осмысление информации (принятие решения) и действие (реализация решения). В отношении слабого ИИ реализацию конкретной когнитивной (интеллектуальной) функции в конкретном контексте, по аналогии с математической терминологией, лежащей в основе ТИИ, принято называть задачей, а результат — решением.
Верховным Главнокомандующим Вооруженных Сил Российской Федерации на коллегии Министерства обороны 21 декабря 2020 года поставлена задача активно осваивать вооружение и технику с элементами искусственного интеллекта, в том числе роботизированные комплексы, беспилотные летательные аппараты и автоматизированные системы управления.
Рис. 1. Классификация технологий искусственного интеллекта
Важно понимать, что ТИИ не являются чем-то совсем новым и неизученным. В 50-х годах прошлого столетия Аланом Тьюрингом описаны принципы разумных вычислительных машин5. Основы технологий нейронных сетей сформулированы Фрэнком Розенбла-том в 1957 году под наименованием перцептрон, а уже в 1958 году им создано примитивное устройство, способное на изображениях 20 х 20 пикселей распознавать простейшие геометрические фигуры6. Позднее, в 70-х годах появились теоретические и практические работы, посвященные индукции решающих деревьев, которые лежат в основе современных систем поддержки принятия решений (СППР), кредитного скоринга и медицинских алгоритмов диагностирования.
В настоящее время технологии, позволяющие реализовать сильный и тем более супер ИИ, находятся на стадии теоретических разработок и до практической реализации по разным оценкам дистанция от десятков до сотен лет. Вместе с тем технологии слабого ИИ уже имеют глубокую научную базу и широкое практическое применение. Таким образом, о создании боевых систем ИИ, способных самостоятельно определять цели, планировать и вести
боевые действия, пока идут исключительно теоретические дискуссии. А вот внедрение отдельных интеллектуальных систем в боевые комплексы позволит существенно увеличить эффективность и боевые возможности вооружения, военной и специальной техники (ВВСТ) и процесса управления войсками (силами).
Радиоэлектронная борьба (РЭБ) как наиболее наукоемкий и технологичный вид боевого обеспечения остро нуждается во внедрении новейших достижений в области ИИ (рис. 2). Следует считать заблуждением устоявшееся мнение, что область применения ТИИ ограничивается автоматизированными системами управления войсками (АСУВ), в которых на любые вычислительные системы возлагаются задачи по проведению вспомогательных вычислений и информационного обмена. Практика показывает, что перенос однотипных, многократно повторяющихся когнитивных задач с операторов на ТИИ обеспечивает многократное повышение оперативности получения и точности результатов.
Сравнительный анализ возможностей человека-оператора и вычислительного комплекса с ТИИ при решении однотипных многократно
Рис. 2. Области применения ТИИ в радиоэлектронной борьбе
повторяющихся когнитивных задач восприятия информации позволяет выделить следующие преимущества последнего:
• искусственные нейронные сети по точности распознавания изображений (объектов на изображении) на текущий момент превосходят человеческие способности (рис. 3);
• в отличие от человека-оператора вычислительный комплекс с ТИИ может выполнять одну и ту же задачу непрерывно без потери качества 24 часа в сутки;
• вычислительный комплекс с ТИИ не подвержен субъективизму и одинаково точно классифицирует объекты вне зависимости от политического, социального и иного человеко-зави-симого фактора;
• любая обученная ТИИ в кратчайшие сроки может быть размножена на любое необходимое количес-
тво параллельно функционирующих вычислительных комплексов, в то же время необходимое количество людей-операторов надо обучать существенно более длительный период;
• качество результатов копии обученного экземпляра ТИИ точно соответствует оригиналу и не имеет индивидуальных характеристик, а каждый человек-оператор уникален и имеет свою индивидуальную результативность, которую заранее спрогнозировать затруднительно;
• оперативность представления результата человеком-оператором ограничена особенностями функционирования человеческого организма как биологической системы, оперативность представления результатов ТИИ ограничена только характеристиками вычислительной и коммуникационной систем и в настоящее время существенно выше.
Рис. 3. Динамика результатов ИНС в распознавании изображений
Таким образом, по совокупности требований к процессу управления (точность, оперативность, непрерывность, скрытность), в контексте управления комплексом РЭБ, спектр когнитивных задач восприятия ТИИ решается значительно эффективнее человека-оператора. Следовательно, применение ТИИ в автоматизированных комплексах РЭБ для выявления радиоэлектронных объектов (РЭОб) систем управления войсками (силами) и оружием противника и комплексного технического контроля (КТК) эффективности мероприятий радиоэлектронной защиты, противодействия техническим средствам разведки противника и маскировки своих войск (сил) обеспечит существенное увеличение боевых возможностей подразделений РЭБ по разведке и КТК.
Анализ когнитивных задач осмысления информации не несет в себе такой однозначности, как в случае когнитивных задач восприятия. Это обусловлено существенно большей разнородностью как самих задач осмысления информации, так и ситуационных контекстов, в рамках которых они решаются. Однако можно выделить ряд направлений, в которых
преимущества ТИИ очевидны по ряду объективных показателей:
• перевод текста (речи) с одного языка на другой (с учетом существенной степени формализации военной речи и терминологии) с применением ТИИ существенно дешевле и надежнее в реализации, нежели привлечение специалистов-переводчиков;
• выявление структуры системы управления войсками и оружием противника, а равно роли и места конкретного выявленного радиоэлектронного средства (РЭС) в системе управления с применением ТИИ существенно оперативнее и достовернее благодаря возможности одновременной обработки большого массива разнородной информации из различных источников;
• выявление демаскирующих признаков ВВСТ и действий войск эффективнее осуществляется с применением ТИИ ввиду возможности распознавания объектов по совокупности цифровых изображений различных спектров, методов получения и параметрической информации от средств радиотехнической разведки;
• применение ТИИ для синтаксического анализа текстового представления радиограмм, полученных
с помощью радиоразведки и радиоконтроля, позволят со значительно превосходящей возможности человека скоростью выявлять как нарушения безопасности связи в радиосетях своих войск, так и декодировать сигналы и команды в радиосетях противника;
• распознавание РЭС по совокупности параметрической информации позволит в условиях динамично меняющейся обстановки оперативно выявлять изменения положения в пространстве конкретных РЭОб;
• проведение атаки на сети обмена информацией противника с применением ТИИ позволит повысить оперативность выявления уязвимостей в системах безопасности благодаря возможности в существенно более короткие сроки проверять ранее известные «дыры», а также генетическими методами искать новые (ранее не выявленные) возможности для специального программного воздействия.
Следовательно, внедрение ТИИ, способных решать когнитивные задачи осмысления информации, в комплексы РЭБ позволит обойти биологические ограничения, такие как скорость реакции, невозможность длительно концентрировать внимание, ограничение объема воспринимаемой и запоминаемой оператором информации и подобные. Помимо того, снизится потребность в специалистах узкого профиля (переводчиках, криптоаналитиках и других), что в итоге обеспечит существенное повышение боевых возможностей и эффективность применения сил и средств РЭБ в целом.
Совокупность когнитивных задач восприятия и осмысления информации требуется решать в большей мере при оценке радиоэлектронной обстановки (РЭО), в то же время возрастающее насыщение поля боя радиоэлектронными средствами, расширение номенклатуры средств связи и управления, постоянное совер-
шенствование средств вооруженной борьбы за счет внедрения беспилотных и робототехнических комплексов приводит к экспоненциальному росту количества и сложности таких задач. Качество и полнота оценки РЭО находятся в прямой зависимости от объема обработанной информации, методов проведения оперативно-тактических расчетов. В настоящий момент для полной оценки РЭО с применением обычного программного обеспечения требуется от 2 часов на тактическом, до 6—8 часов на стратегическом уровне, в то же время руководящими документами установлены существенно более короткие временные рамки (на тактическом 0,4—0,8 часа, на оперативном 0,6—1 часа, на стратегическом уровне 1,5—2 часа). Для достижения требуемых временных показателей, учитывая биологические ограничения на физические и умственные способности человека, органами управления РЭБ зачастую применяются более приближенные методы оперативно-тактических расчетов и оценочных предположений. Помимо этого, значительная часть времени расходуется на подготовку графических материалов для визуализации РЭО (до 30 % общих временных затрат). Применение ТИИ для первичной обработки информации, ее классификации, категоризации и верификации, позволяет сократить время на оценку РЭО на 40—60 %. Интеграция ТИИ в программное обеспечение для проведения оперативно-тактических расчетов позволит наиболее точно рассчитать количественные и качественные характеристики радиоэлектронной обстановки и сформировать визуальное представление в существенно более короткие сроки.
Последующие этапы цикла управления, такие как определение порядка ведения РЭБ, планирование и организация взаимодействия в меньшей степени зависимы от проведения опера-
тивно-тактических расчетов. Вместе с тем объективная необходимость компьютерного моделирования боевых действий и тщательной организации взаимодействия сил и средств различных родов и видов войск, увеличивает требования к точности проводимых оперативно-тактических расчетов. Следовательно, внедрение технологий слабого искусственного интеллекта позволит сократить цикл управления в целом на 30—50 %, повысить точность оценки РЭО и моделирования боевого применения сил и средств РЭБ на 50—80 %.
Отдельно следует рассматривать когнитивные задачи действия. Ввиду нерешенных правовых, этических и моральных противоречий, возникающих в результате реализации решений, принятых ИИ, функцию принятия решения допустимо возлагать только на человека. Но внедрение в СППР ТИИ позволит моделировать сложные стохастические системы и процессы, протекающие в них, которыми являются современные операции (боевые действия).
Выбор оптимального распределения разнородного ресурса сил и средств РЭБ требует существенных временных затрат на проведение расчетов каждого отдельно взятого варианта для определения в последующем оптимального, при этом требуется применять различные методики для
разных средств РЭБ и разных задач, а результаты зачастую явно не обеспечивают возможность объективного сравнения. В то же время применение ТИИ для расчета эффективности применения разнородного ресурса сил и средств РЭБ позволит существенно сократить время на проведение расчетов и сконцентрировать усилия должностных лиц на выполнении управленческой функции.
С учетом ускоряющихся темпов компьютеризации ВВСТ, внедрения армиями иностранных государств боевых роботизированных комплексов, развития и применения сете-центрических принципов, теорий «многосферных» сражений и «мозаичных» боевых действий возрастает значение противостояния в кибернетическом пространстве. В этих условиях достижение превосходства с использованием только огневых средств маловероятно, необходимо применять специальное программное воздействие на коммуникационные сети, информацию, циркулирующую в них, и программное обеспечение средств автоматизации. Следовательно, решающее значение приобретает оперативность реагирования на изменения радиоэлектронной обстановки, адаптивность и гибкость методов воздействия на информацию и программное обеспечение противника, превосходящие
Внедрение ТИИ, способных решать когнитивные задачи осмысления информации, в комплексы РЭБ позволит обойти биологические ограничения, такие как скорость реакции, невозможность длительно концентрировать внимание, ограничение объема воспринимаемой и запоминаемой оператором информации и подобные. Помимо того, снизится потребность в специалистах узкого профиля (переводчиках, криптоаналитиках и других), что в итоге обеспечит существенное повышение боевых возможностей и эффективность применения сил и средств РЭБ в целом.
вычислительные и когнитивные (интеллектуальные) возможности. При этом, учитывая биологические ограничения возможностей человека, при реализации специального программного воздействия целесообразно оператору отвести роль целепола-гания (целераспределения), а выбор способа воздействия и реализацию атаки на вычислительные сети противника возложить на ТИИ.
Распространенное мнение, что внедрение ТИИ в комплексы РЭБ требует разработки принципиально новых средств РЭБ, также является заблуждением. Стоящая на вооружении техника РЭБ в большей части своей компьютеризирована. Встроенная ЭВМ обеспечивает управление, сбор, обобщение, анализ результатов непосредственной технической разведки и информации о состоянии комплекса РЭБ. Современные автоматизированные станции помех оборудуются от 2 до 5 ПЭВМ, с процессором типа Intel Core i5 (Intel Core i7), что обеспечивает суммарную производительность не менее 5х10п операций в секунду (500 GFlop/s), автоматизированные командные пункты оборудуются десятками ПЭВМ, что обеспечивает суммарную производительность в несколько триллионов операций в секунду (TFlop/s). При этом существующие программные продукты на основе ТИИ для своего функционирования требуют производительность на уровне единиц (десятков) миллиардов операций в секунду (в среднем 1 —10 GFlop/s). Это, в свою очередь, позволяет внедрять ТИИ путем обновления программного обеспечения встроенной ЭВМ как в ходе модернизации, так и непосредственно в процессе эксплуатации техники РЭБ.
Несмотря на теоретически обоснованный положительный эффект от внедрения ТИИ, в настоящее время отсутствует какой-либо практический
С учетом ускоряющихся темпов компьютеризации ВВСТ, внедрения армиями иностранных государств боевых роботизированных комплексов, развития и применения сетецентрических принципов, теорий «многосферных» сражений и «мозаичных» боевых действий возрастает значение противостояния в кибернетическом пространстве.
опыт применения интеллектуальных систем в реальных комплексах РЭБ, что не позволяет однозначно сформулировать техническое задание на разработку ТИИ для техники и органов управления РЭБ, соблюсти при этом баланс функциональной диверсификации между человеком-оператором и ТИИ. Решением данного противоречия может являться поэтапное внедрение ТИИ в технику РЭБ, от дополнения когнитивными функциями эксплуатируемых в настоящее время комплексов до разработки принципиально новых, интеллектуальных комплексов РЭБ. Данный подход обеспечит как повышение боевых возможностей подразделений РЭБ в краткосрочной перспективе, так и накопление практического опыта применения ТИИ для выполнения задач РЭБ. Итогом поэтапного внедрении ТИИ станет разработка перспективных комплексов РЭБ принципиально новой архитектуры (рис. 4).
Применение интеллектуальных систем позволит включать в состав комплексов РЭБ роботизированные многофункциональные автономные
Рис. 4. Вариант перспективной архитектуры комплекса РЭБ
модули помех, обеспечив следующие преимущества:
• существенное повышение боевых возможностей при сохранении существующей штатной численности подразделений РЭБ (рис. 5);
• снижение стоимостных и массо-габаритных характеристик станций помех (автоматизированных модулей помех с ТИИ) за счет исключения средств визуализации, системы жизнеобеспечения, рабочих мест и мест отдыха экипажа;
• снижение потерь личного состава подразделений РЭБ в ходе боя за счет возможности размещения у линии боевого соприкосновений войск автоматизированных модулей помех, а экипа-
жа, эксплуатирующего комплекс РЭБ, на пунктах управления в тылу;
• повышение мобильности и гибкости системы РЭБ в условиях современных динамичных боевых действий;
• унификацию модулей помех за счет модульного построения, реализации сменных полезных нагрузок (как в случае БПЛА, так и в случае подвижных модулей помех с ТИИ);
• возможность нанесения радиоэлектронного поражения противнику с территории, контролируемой противником, за счет заброса малогабаритных модулей помех с ТИИ разведгруппами, заблаговременной установкой и маскировкой модулей помех с ТИИ в полосе обеспечения;
Рис. 5. Соотношение боевых возможностей комплекса РЭБ современной и перспективной архитектуры
• возможность десантирования автоматизированных модулей помех с ТИИ для действий в составе тактических воздушных десантов беспосадочным способом.
Развитие СППР за счет дополнения технологиями ИИ неоднократно рассмотрено и обосновано в различных исследованиях, поэтому в рамках данной статьи целесообразно рассмотреть общесистемный эффект от внедрения ТИИ в систему управления силами и средствами РЭБ. Одним из главных сетецентри-ческих принципов, активно внедряемых в настоящее время в систему управления войсками и оружием, является построение единого информационного пространства, несущего по своей сути широкие коммуникативные функции, связывая источники и потребителей информации. Тем самым открываются широкие возможности для внедрения и использования ТИИ на всех уровнях управления от низшего (отдельно взятый комплекс РЭБ) до высшего (система РЭБ Вооруженных Сил), трансформируясь в интеллектуально-информационное пространство, сочетающее в себе коммуникативные и когнитив-
ные функции. Единое интеллектуально-информационное пространство РЭБ (ЕИИП РЭБ) позволит совместить преимущества ТИИ в решении «простых», но количественно объемных когнитивных задач и личного состава подразделений РЭБ в решении «сложных» задач анализа тактической, оперативной, стратегической обстановки, целеполагания (целерас-пределения) и управления.
Опыт внедрения ЕСУ ТЗ в систему управления общевойсковых соединений, в частности в систему управления силами и средствами РЭБ, показывает, что объективно сложной и времязатратной задачей на этапе планирования является формирование полного набора исходных данных оценки противника на основе прогнозирования его вероятного характера действий. В ходе СКШУ «Юг-2020» практически установлено, что, с одной стороны, имеющимся составом службы РЭБ в допустимые сроки не представляется возможным создать такой набор исходных данных и, как следствие, невозможно полноценно провести оперативно-тактические расчеты с применением информационно-расчетных задач из
Одним из главных сетецентрических принципов, активно внедряемых в настоящее время в систему управления войсками и оружием, является построение единого информационного пространства, несущего по своей сути широкие коммуникативные функции, связывая источники и потребителей информации. Тем самым открываются широкие возможности для внедрения и использования ТИИ на всех уровнях управления от низшего (отдельно взятый комплекс РЭБ) до высшего (система РЭБ Вооруженных Сил), трансформируясь в интеллектуально-информационное пространство, сочетающее в себе коммуникативные и когнитивные функции.
состава специального программного обеспечения. С другой стороны, выявляемые средствами РЭБ источники радиоизлучений (ИРИ) сопоставлять с конкретными радиоэлектронными объектами приходится вручную, что существенно снижает как оперативность принимаемых управленческих решений, так и боевые возможности сил и средств РЭБ, в целом увеличивая цикл управления. Данных недостатков ЕИИП РЭБ лишено, так как применением технологий «больших данных» верификация, нормализация и фильтрация исходных данных для проведения оперативно тактических расчетов может быть проведена без участия должностных лиц пункта управления РЭБ. Причем информация об ИРИ анализируется и вносит-
ся в информационное пространство уже в обработанном виде в привязке к сформированной модели радиоэлектронной обстановки, подтверждая, дополняя и корректируя ее.
Таким образом, внедрение ТИИ в систему РЭБ на всех уровнях позволит значительно повысить боевой потенциал, снизить потери войск и обеспечить превосходство в управлении не только в современных войнах и вооруженных конфликтах, но и в противостоянии будущим «мно-госферным сражениям», «сетецен-трическим» и «гибридным» войнам, «мозаичным» боевым действиям. Тем самым шаги по внедрению интеллектуальных технологий в системы вооружений сегодня вполне оправданы и обеспечивают мирное завтра.
ПРИМЕЧАНИЯ
1 Department of Defense. Electromagnetic Spectrum Superiority Strategy. October 2020. URL: https://media. defense.gov/2020/Oct/29/2002525927/-1/-1/0/electromagnetic_spectrum_ superiority_strategy.pdf (дата обращения: 12.07.2021).
2 Струкова П.Э. Искусственный интеллект в Китае: современное состояние отрасли и тенденции развития // Вестник Санкт-Петербургского университета. Востоковедение и африканистика. 2020. Т. 12. Вып. 4. С. 588—606. URL:
https://doi.org/10.21638/spbu13.2020.409 (дата обращения: 12.07.2021).
3 Расширенное заседание коллегии Минобороны. URL: http://www.kremlin. ru/events/president/transcripts/64684 (дата обращения: 12.07.2021).
4 ГОСТ Р 59276-2020 Системы искусственного интеллекта. Способы обеспечения доверия.
5 Turing A. Computing machinery and intelligence // Mind: журнал. Oxford University Press. 1950. № 59. C. 433—460.
6 Розенблат Ф. Принципы нейродина-мики: Перцептроны и теория механизмов мозга. М.: Мир, 1965. 480 с.
