如今，新興技術(shù)推動了各行各業(yè)的發(fā)展，人工智能（AI）、機器學(xué)習(xí)（ML）、虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）等新名詞已經(jīng)頻繁出現(xiàn)在生活中。大量的資本投入促使了這些技術(shù)在民用領(lǐng)域的快速發(fā)展。民用領(lǐng)域的使用環(huán)境以合作環(huán)境為主，有利于新技術(shù)的發(fā)展。但是對于軍用領(lǐng)域來說，其中存在著戰(zhàn)爭迷霧和博弈對抗，還存在數(shù)據(jù)缺失的問題，并且將AI直接用于武器裝備也帶來了道德層面問題，所以將新技術(shù)首先用于軍事仿真訓(xùn)練領(lǐng)域是一種過渡辦法。在過去，工業(yè)部門參與軍方訓(xùn)練相關(guān)工作時，往往被要求為軍方用戶制造、交付硬件。如今，更多的交付物已從硬件（產(chǎn)品）轉(zhuǎn)移到軟件（服務(wù)），這是軍工行業(yè)的重大轉(zhuǎn)變。數(shù)據(jù)驅(qū)動的交付物可能會在技術(shù)需求上跟當(dāng)前有很大的不同，例如要求交付無形的源代碼給了新技術(shù)更多的施展空間，軟件產(chǎn)品的附加值和利潤反超了生產(chǎn)大型硬件產(chǎn)品，使得新技術(shù)得到重視和發(fā)展。通過近些年的快速發(fā)展，航空訓(xùn)練設(shè)備與實裝的一致性、訓(xùn)練效率以及設(shè)備小型化等方面已經(jīng)有了明顯的提升。

1. 用于戰(zhàn)術(shù)對抗訓(xùn)練

由專家把航空裝備在任務(wù)級、交戰(zhàn)級等不同顆粒度對抗中的基礎(chǔ)交戰(zhàn)規(guī)則進行抽取，將規(guī)則模型化，由人工智能技術(shù)在此基礎(chǔ)上進行組合和擴展，在一定的戰(zhàn)場環(huán)境中驅(qū)動實體進行交互，使其行為具有保真度。一種比較典型的算法框架為“遺傳模糊樹”，本質(zhì)上是基于演進式的推理系統(tǒng)，能夠利用人類作戰(zhàn)的專家知識庫，幫助其在多實體協(xié)同作戰(zhàn)中形成實時快速決策能力。

美國辛辛那提大學(xué)開發(fā)的人工智能多實體、中距空戰(zhàn)對抗系統(tǒng)，稱為“阿爾法”（ALPHA），已經(jīng)在公開的報道中擊敗了美軍經(jīng)驗豐富的退役飛行員。該系統(tǒng)作為紅方，控制4架F/A-18飛機從大約95千米處進入，對抗藍方由美軍退役飛行員駕駛的2架F/A-18飛機，藍方同時有預(yù)警機支援，在態(tài)勢上有優(yōu)勢。并且退役飛行員的武器數(shù)量和射程均優(yōu)于紅方。藍方飛機目標(biāo)是突破紅方在海岸線的防守，經(jīng)過多回合對抗，結(jié)果都是退役飛行員被擊落且紅方?jīng)]有損失。“阿爾法”具備了一定的容錯能力和強大的認(rèn)知能力，能做出清晰的判斷和準(zhǔn)確的操作，比人類快250倍。人工智能沒有情緒，很理性，反應(yīng)快，能預(yù)測人類飛行員的行為，迅速在進攻和防御之間切換。

圖1 “阿爾法”演示場景

這種使用AI驅(qū)動的系統(tǒng)非常適合用于飛行員的戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練，具有成本低、易部署、行為較為準(zhǔn)確的優(yōu)點。當(dāng)然，該技術(shù)也可以用于未來可預(yù)見的有人/無人協(xié)同作戰(zhàn)的場景的訓(xùn)練。通過類似于“阿爾法”這種人機對抗訓(xùn)練，首先能增強飛行員對AI的信任，采用由易到難的方式發(fā)展自主空戰(zhàn)能力及人類對飛行器自主能力的信任，通過不斷增強空中格斗算法的難度，由中距空戰(zhàn)向近距空戰(zhàn)發(fā)展。AI驅(qū)動的行為讓無人機具有一定更為復(fù)雜的自主能力，有人機飛行員可能會從傳統(tǒng)的飛機員變成機隊的指揮員，在編隊中指揮多個高自主的無人平臺作戰(zhàn)。

2. 用于機載訓(xùn)練系統(tǒng)

在和平時期開展航空兵的實裝、體系化對抗訓(xùn)練是一種能有效維持和提升戰(zhàn)斗力的手段。在超視距迎頭空戰(zhàn)中，假如雙方知道彼此的位置，很難在遠距離將對手擊落。想擊落對手，往往需要多次進入、發(fā)射、偏制、規(guī)避，比的就是誰失誤少，還有誰能抓住對手失誤來放大自己的優(yōu)勢。AI本身有著幾乎不失誤的優(yōu)勢，適合成為虛擬對手與人類飛行員開展超視距空戰(zhàn)訓(xùn)練。同樣對于近距格斗，盡管狗斗在未來可能發(fā)生的概率已經(jīng)不太大，但是也是一種必不可少的技能。機載訓(xùn)練系統(tǒng)在飛機的任務(wù)系統(tǒng)中增加了生成具有強對抗性的空中和地面虛擬目標(biāo)的能力，使飛機能隨時隨地的開展“實”對“虛”的對抗訓(xùn)練。傳統(tǒng)的訓(xùn)練系統(tǒng)采用實裝對抗的方式，訓(xùn)練中沒有加入虛擬目標(biāo)或者智能程度很低的單一目標(biāo)。將AI驅(qū)動的具有對抗性的數(shù)字實體和真實飛行的結(jié)合，將虛擬實體融入到機載傳感器后，飛行員可以按照裝備本身作戰(zhàn)飛行程序使用任務(wù)系統(tǒng)訓(xùn)練。

圖2 智能敵機架構(gòu)

隨著訓(xùn)練需求的發(fā)展，利用數(shù)據(jù)分析的結(jié)果進行訓(xùn)練優(yōu)化是提高訓(xùn)練效率和水平的有效解決方案。數(shù)據(jù)早已成為一個網(wǎng)絡(luò)熱詞，對數(shù)據(jù)的有效分析和利用對各行業(yè)能起到很大作用。在航空訓(xùn)練領(lǐng)域，數(shù)據(jù)已經(jīng)存在很長時間了，但是尚未充分利用這些數(shù)據(jù)使其能發(fā)揮潛力。這主要是因為涉及軍用數(shù)據(jù)的最大障礙是工業(yè)部門或者其它機構(gòu)的訪問權(quán)受限。缺少對所需數(shù)據(jù)的訪問權(quán)限可能會阻礙利用機器學(xué)習(xí)技術(shù)去開發(fā)解決方案。訓(xùn)練數(shù)據(jù)和仿真數(shù)據(jù)的敏感性相對較低，這使得機器學(xué)習(xí)技術(shù)有了施展空間。

機器學(xué)習(xí)算法需要學(xué)習(xí)一定規(guī)模的數(shù)據(jù)，因此隨著對正確數(shù)據(jù)的訪問增加，這些算法變得更智能。此外，大數(shù)據(jù)不一定比小數(shù)據(jù)好，重要的是要有正確的數(shù)據(jù)?；诟鞣N數(shù)據(jù)源的相關(guān)性，形成所需要的數(shù)據(jù)集后才能得出有意義的結(jié)論?；谟?xùn)練數(shù)據(jù)集的深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是目前一種比較主流的預(yù)測訓(xùn)練效果表現(xiàn)的方法，被證明具有實時預(yù)測訓(xùn)練表現(xiàn)的能力，可以更有效地修改訓(xùn)練內(nèi)容以保持學(xué)員的參與度，從而幫助轉(zhuǎn)移和保留必要的技能。

圖3 簡易桌面模擬器

它將使計算機能夠自動化那些完全客觀的過程。比如在練習(xí)密集編隊科目時，人類教練員不容易評估以英尺或毫秒為單位的偏差。但是用計算機自動評估工具可以測量、顯示，使評估標(biāo)準(zhǔn)化并跟據(jù)客觀標(biāo)準(zhǔn)分析實時數(shù)據(jù)，給出評價結(jié)論，從而使人類教練員有能力關(guān)注更多主觀因素。

有些學(xué)員學(xué)習(xí)得更快，有些學(xué)習(xí)得慢。通過數(shù)據(jù)分析，暴露出訓(xùn)練過程中存在的問題，根據(jù)個人能力水平評價結(jié)果進行調(diào)整，提高或降低訓(xùn)練復(fù)雜性，加快或放慢訓(xùn)練進度，為持續(xù)改進過程提供了直接和客觀的見解，從而可以優(yōu)化培訓(xùn)大綱。這種閉環(huán)訓(xùn)練系統(tǒng)實現(xiàn)個性化培訓(xùn)，適應(yīng)學(xué)員當(dāng)前的知識儲備，讓其保持最佳學(xué)習(xí)水平。

圖4 加拿大CAE公司 Rise數(shù)據(jù)分析工具

該技術(shù)還用于監(jiān)測、統(tǒng)計學(xué)員的生理特征，分析他們在面臨不同困難程度情況下的生理反應(yīng)。學(xué)員在心臟附近佩戴監(jiān)測傳感器，可測量心率、呼吸頻率、脈搏和血壓，查看學(xué)員對任務(wù)的反應(yīng)程度。例如，它可以檢測當(dāng)前科目是否對學(xué)員過于簡單或困難。當(dāng)學(xué)員遇到飛機單發(fā)失效或者任務(wù)臨時改變，或者遇到了惡劣天氣，敵方戰(zhàn)斗機或地空導(dǎo)彈來襲時，可以分析學(xué)員心理的變化。

大量基于XR（增強現(xiàn)實AR-混合現(xiàn)實MR-虛擬現(xiàn)實VR）的設(shè)備或軟件投入到了仿真訓(xùn)練中。MR處于虛擬現(xiàn)實（完全合成）和AR（完全現(xiàn)實）之間的中間地帶。VR應(yīng)用于訓(xùn)練領(lǐng)域相對較早，但在用于飛行員訓(xùn)練時由于看不見物理環(huán)境，飛行員無法與駕駛艙進行交互，缺乏觸覺反饋。如今，觸覺手套技術(shù)成為了發(fā)展方向之一，使開發(fā)者更容易將觸覺手套和動作整合到基于虛擬現(xiàn)實（VR）的培訓(xùn)解決方案中。這種緊湊型裝置重量輕，便于攜帶，利用力反饋和虛擬駕駛艙控制交互，以提高沉浸感和訓(xùn)練真實感，并可配置各種飛行和駕駛員控制器，價格遠低于傳統(tǒng)大型模擬器，提供較高的真實感和持久的訓(xùn)練效益。通過讓他們像在現(xiàn)實世界中那樣自然地使用雙手來提高肌肉記憶，這將改變未來模擬訓(xùn)練的方式。

MR的出現(xiàn)給這個難題帶來了另一種解決辦法，該系統(tǒng)使用物理接口和虛擬接口的組合，使人員可以從虛擬世界看見駕駛艙，解決了與物理駕駛艙交互的問題。

圖5 AR與MR區(qū)別

MR技術(shù)結(jié)合了物理環(huán)境和計算機生成（或虛擬）信息，在設(shè)備小型化的同時還具有讓眼部舒適的分辨率和視野。在某些情況下，這些利用MR技術(shù)的小型化、便攜式和可機動部署的訓(xùn)練系統(tǒng)將分擔(dān)當(dāng)前傳統(tǒng)訓(xùn)練系統(tǒng)（如全任務(wù)模擬器）上開展的一些訓(xùn)練任務(wù)，從而分擔(dān)了對這些高端的任務(wù)模擬器或者實裝的占用。

在接下來的10年中，MR將成為仿真訓(xùn)練重點關(guān)注的一項技術(shù)，對于航空兵訓(xùn)練而言，MR技術(shù)可以部分取代傳統(tǒng)的、笨重的、對場地要求高的球幕投影系統(tǒng)；對陸軍的單兵訓(xùn)練，MR這種頭戴式設(shè)備具有可移動的優(yōu)勢，可靈活部署用于戶外訓(xùn)練，而這是通過傳統(tǒng)的固定培訓(xùn)系統(tǒng)無法獲得的使用方式。

圖6 L3 Link BBXR混合現(xiàn)實模擬器

目前，頭戴式設(shè)備的運動跟蹤由放置在房間周圍的傳感器來感應(yīng)用戶的位置。在未來的幾年中，這種跟蹤方式逐步轉(zhuǎn)為內(nèi)置于頭戴式耳機中，它使用攝像頭來感應(yīng)用戶的位置，而無需在周圍空間中放置外部傳感器。

新技術(shù)使航空訓(xùn)練不斷發(fā)展以提高訓(xùn)練的效率和戰(zhàn)備狀態(tài)。新的訓(xùn)練方式從過去的集中訓(xùn)練在向基于云的分布式訓(xùn)練轉(zhuǎn)變；從以訓(xùn)練內(nèi)容為中心向以學(xué)員為中心轉(zhuǎn)變；訓(xùn)練系統(tǒng)中智能化、高保真的目標(biāo)是提升訓(xùn)練效果的關(guān)鍵因素。目前用機器學(xué)習(xí)方法開發(fā)的空戰(zhàn)程序已經(jīng)表現(xiàn)出了動作準(zhǔn)確、反應(yīng)快、信息處理快、以及最重要的在特定范圍內(nèi)幾乎不犯錯誤的優(yōu)勢；頭戴式訓(xùn)練設(shè)備其在視景上有較高的代入感，在成本上比傳統(tǒng)模擬器便宜得多，在物理尺寸和應(yīng)用程序成熟度方面也有優(yōu)勢。但是在短期內(nèi)，傳統(tǒng)高端模擬器憑借在觸感和人機界面方面有優(yōu)勢，不會被創(chuàng)新產(chǎn)品取代。后續(xù)，采用通用化硬件和定制化軟件的模擬器是提高效費比的好辦法，可以作為一種補充，能夠提供額外的準(zhǔn)備和訓(xùn)練時間，加快知識轉(zhuǎn)移，以便在高端的模擬器中進行更有針對性的訓(xùn)練。