[AI书房] 第14章 目标探测、跟踪与识别：ATR与多目标跟踪
人工智能战斗机，人工智能空军
第三部 AI如何学习战斗
第14章 目标探测、跟踪与识别：ATR与多目标跟踪
金京镇
高度两万五千英尺。座舱盖外的天空蓝得透亮。但那片宁静之下，潜伏着致命的紧张。雷达告警接收机开始发出嘀，，嘀，，的声响，意味着有人正在注视着我。战术显示屏上浮现出六个绿色光点。是敌机，是友机，还是路过的民航客机？无从判断。心跳加速。在时速一千公里的飞行中，如果这六个光点里有一个是冲我而来的敌机，留给我的时间不过几秒钟。
过去的战斗机飞行员在这一刻只能依赖自己的双眼和直觉。我们管它叫「Mk.1 Eyeball」，就是肉眼的意思。雷达即便捕捉到了什么，要搞清楚那到底是什么，还得亲眼去看。问题在于，等你飞近到能看清的时候，敌人的导弹可能已经发射了。用眼睛确认的那一刻，你就死了。这就是空战残酷的现实。
ATR正是在这个节点登场的。ATR是「自动目标识别（Automatic Target Recognition）」的缩写。说白了，就是机器自己找到目标，然后告诉你「那是敌机」或者「那是友军」。不需要人瞪大眼睛死盯雷达屏幕。人工智能替你看，替你判断。
ATR系统的核心是深度学习技术。深度学习是人工智能通过观看数百万张图片自行学会识别规律的方法。就像小孩子看了无数张狗的照片，突然有一天能指着一只狗说「那是狗！」一样，人工智能也在学习敌方坦克、敌方战斗机、敌方导弹发射架的形状和特征。炮塔的轮廓、机翼的角度、尾气的热信号，一遍又一遍地记忆。
来看看ATR在实际战场上是怎么运作的。有一种设备叫合成孔径雷达（SAR），它能穿透云层，在黑夜里、在雨中拍摄地面图像。不过SAR传回的图像和我们日常看到的照片不同，是一团灰黑交织、令人费解的画面。即便是训练有素的分析员，解读一张图也要花上好几个小时。但人工智能只需0.1秒就能给出答案：「阴影下面藏着的是一辆T-72坦克，炮塔旋转了15度，发动机处于运转状态。」
美国国防部的「Project Maven」向世界展示了这项技术的威力。过去，侦察无人机拍回来的数千小时影像，分析员们必须逐帧查看。
盯着屏幕看到眼花，注意力不可避免地下降，重要目标被漏掉也不稀奇。但人工智能不会疲倦。它二十四小时不间断地分析影像，把可疑画面筛选出来呈给人看。分析员们终于可以把精力集中在真正需要判断的环节上了。
F-35「闪电II」被称为「天空的统治者」，原因也在这里。
这款战斗机具备一种叫做传感器融合（Sensor Fusion）的能力。雷达、红外摄像头、电子战设备传来的各类数据，由人工智能整合成一幅统一的画面。在飞行员的头盔显示器上，敌机被标注为红色方框，方框下方还贴心地标注了机型和武装状态。「Su-35，推测挂载四枚空对空导弹。」飞行员不必再绞尽脑汁解读雷达显示屏了。
如果敌人不止一个呢？这就轮到多目标跟踪（Multi-Target Tracking）出场了。
现代战争中，敌人不会单独出现。几十架无人机像蜂群一样涌来，真正的战斗机藏在其中。有的是诱饵，有的才是真正的威胁。人脑一次很难追踪三四个以上的目标。屏幕上冒出二十个光点的时候，脑子瞬间一片空白。你还在犹豫该先对付哪一个，敌方的导弹已经飞过来了。
人工智能不一样。它能同时跟踪数百个目标。
给每个目标编上独立编号，计算速度和方向，预测它接下来会去哪里。就像一只长了一千只眼睛的怪物。2024年7月，美国空军启动了名为「ATA-AI（Advanced Tracking Architecture Using AI）」的项目，投入9900万美元（折合韩元超过1300亿），用于开发下一代目标跟踪技术，目的是应对隐身战斗机、高超音速武器、无人机蜂群这些极难探测的威胁。
想象一下无人机蜂群的场景。数百架小型无人机像蜂群一样扑面而来。哪一架是自杀式无人机，哪一架只是干扰诱饵，肉眼根本分不清。但人工智能会逐一分析每架无人机的飞行模式。「1号到80号是普通诱饵，没有热信号，只做直线飞行。但81号、95号、112号不同，它们在做规避机动，并且捕捉到了红外信号。这三个才是真正的威胁。」人工智能完成这套分析，连一秒钟都用不到。
这项技术的核心算法之一是卡尔曼滤波（Kalman Filter）。这是20世纪60年代开发的数学公式，用来预测运动物体的下一个位置。阿波罗飞船的导航系统就用过这项技术，渊源颇深。现代人工智能在此基础上更进一步，，通过学习敌机过往的行为模式，预测出「这个飞行员喜欢左转弯」或者「这个机型倾向于降低高度后发起攻击」。
洛克希德·马丁的臭鼬工厂（Skunk Works）正在开发导弹规避系统。当敌方导弹飞来时，系统瞬间判断它瞄准的是编队中的谁，并计算出最优规避机动方案。过去飞行员需要在多块显示屏之间来回切换才能做出判断。现在人工智能把所有信息汇总之后直接告诉你：「立刻右转，5G过载！」
中国在这场竞赛中也没有落后。歼-20战斗机正在整合精密的光电跟踪系统，并开发用于探测美国隐身战斗机F-22和F-35的算法。将量子雷达与人工智能结合、试图破解隐身技术的研究也在推进当中。
欧洲的FCAS（未来空战系统）项目追求的是「战斗云（Combat Cloud）」概念。战场上空所有飞行器连接成一个庞大的网络，各自看到的信息实时共享。有人驾驶战斗机没能发现的敌人，一旦被无人机捕捉到，情报立刻传递过来。这就像数百只眼睛连接在同一个大脑上。
空战的法则始终没有变过。先看到（First Look）、先开火（First Shoot）、先击杀（First Kill）的一方获胜。变化的是速度。人类的判断速度有生物学上的极限：眼睛看到，大脑识别，手做出动作，至少需要数百毫秒。而人工智能的运算速度不是毫秒级，是微秒级。人类还在「嗯？」的瞬间，人工智能已经完成了目标识别并解锁了导弹导引头。
但这并不意味着人类变得多余。机器再怎么能探测和分类大量目标，最终的决定权仍然属于人。如果人工智能把一架民航客机误判为敌机呢？必须有人能够喊出「不，那不是敌人」。人工智能是一条强悍的猎犬，而驾驭这条猎犬的猎人，就是未来战斗机飞行员的角色。