基于C4KISR的網絡瞄準系統體系結構研究

李相民， 黎子芬， 代進進， 張鳳霞

(1.海軍航空工程學院，山東煙臺 264001; 2.光電控制技術重點實驗室，河南洛陽 471009)

0 引言

網絡瞄準技術是美軍針對現有的武器裝備和技術在打擊地面活動目標(時間敏感性目標)時，能力方面存在實時性差、精度不高、易造成附帶損傷、己方人員易遭攻擊、作戰費用高等問題而提出的［1］。在文獻［2－3］中，也將其稱為“網絡中心制導技術”。

將過程、系統、技術、戰術結合起來通盤考慮，并將這種在偵察、指控、處理、傳輸與打擊之間實現深層次互聯的方式稱為“網絡瞄準”［4］。網絡瞄準技術利用廣域空間內的多種傳感器和武器，通過戰術數據鏈形成傳感器—傳感器和傳感器—武器之間的通信網絡，對時間敏感的、機動或移動目標進行快速地發現、識別、跟蹤、定位和精確打擊。在網絡瞄準體系中，通過一體化的傳感器指揮控制，使地域分散的多個傳感器協同工作，生成精確的目標瞄準信息，然后將信息直接發送給網絡化武器，在武器飛向目標途中，瞄準信息將不斷更新，從而確保精確打擊。

C4KISR系統是以信息網格為中心構建的指揮控制系統，是指控系統與火控系統一體化發展的產物。“網絡瞄準”是美軍為實現C4KISR而重點開發的技術［5－6］。

1 作戰想定

基本作戰想定:以基于預警機和干擾機的編隊對地協同攻擊C4KISR系統為戰場環境假設。在所假設的作戰環境中，主要的作戰子單元包括空間衛星、空基及地基等傳感器系統、空中指揮所、攻擊機、空地反輻射導彈、干擾機、地面指揮所、地面雷達站、地空導彈陣地、地空導彈等。在空對地作戰中，網絡瞄準技術能有效增大防區外的發射距離，減少為摧毀目標所需要的飛機出動架次，因此可以最大程度地減少對機組人員和設備的損傷，同時也就降低了附帶損傷和意外傷害［7］。

2 基于C4KISR的網絡瞄準系統設計的基本原則

基于C4KISR網絡瞄準系統的基本設計原則如下。

1)扁平化的信息共享結構。

信息共享結構是網絡瞄準系統的潛力得以發揮的基礎。在基于C4KISR的網絡瞄準系統中，各功能節點之間的信息傳輸是通過網絡實現的。盡量減少節點之間信息共享的層次，可以有效縮短系統的反應時間，提高作戰效率。在探測系統、指揮控制系統和武器系統之間直接實現信息共享，提高戰術層指控節點的權限，盡量減少需要越級處理的情況，實現信息共享的扁平化。

2)實現“集中指揮”與“分散控制”的平衡。

自“沙漠風暴”以來的幾場主要局部戰爭表明，雖然傳感器、武器以及信息交換技術已經取得了很大的進步，同時在一定程度上縮減了殺傷鏈的執行時間，但所采用的指揮控制方式仍然是造成殺傷鏈顯著延遲的主要因素［8］。圖 1［9］所示“沙漠風暴”、“科索沃戰爭”和“持久自由行動”這3場局部戰爭中，搜索、定位、識別、決策和攻擊5個階段所構成的殺傷鏈中各階段所占用時間比的變化情況。可以看出，隨著裝備技術的發展，決策階段所占的時間比重越來越大。

圖1 網絡瞄準殺傷鏈中各階段所占時間比重變化示意圖Fig.1 Relative networked targeting timelines in Desert Storm，Allied Force and Enduring Freedom

在基于C4KISR的網絡瞄準系統中，各作戰節點在地理位置上是分散的，節點之間的指揮關系呈現動態特征。準確把握好“集中指揮”與“分散控制”之間的平衡是發揮網絡瞄準系統潛力的關鍵;過度的“集中”會導致戰機延誤，并增加潛在的附帶損傷，過度的“分散”會增加整個戰場中戰術錯誤的風險。合理分配各級決策層的權限，盡量減少決策的層次是縮短導致“決策”時間的有效途徑。

3)系統反應時間最小化。

“時延”是實現網絡瞄準技術的決定性因素。可以說，針對網絡瞄準技術的各方面研究都與傳感器—武器循環周期的長短有關。美國空軍所提出的目標是:在10 min之內完成從發現到摧毀時間敏感性目標的全過程［10］。系統反應時間存在多方面的影響因素，包括:武器裝備的性能、參戰人員的綜合素質、作戰原則、指揮控制方式、通信延遲等。突出發展主要因素，協調多種因素的全面發展，才能有效縮短系統的反應時間。

4)無縫隙、安全可靠的互操作性。

互操作是實現系統間協同的有效形式，它使系統間及時而連貫地實現資源共享［11］。無縫隙的、安全可靠的互操作才能使網絡瞄準系統成為一個整體，各分系統之間相互提供一致的服務支持，并有效地協同工作。功能節點之間的信息交互是互操作性的關鍵。數據是表達信息的媒介。因此，數據屬性可理以解為獲得系統互操作性最關鍵的方面［12］。實現數據接口的統一對于基于C4KISR的網絡瞄準系統來說是至關重要的，同時也意味著功能節點之間能實現無縫隙的、安全可靠的作戰互操作。

5)功能節點之間快速便捷的自組網。

基于C4KISR的網絡瞄準作戰系統需要較高的靈活性和抗毀性，網絡規模也能根據作戰任務的需要方便快捷地自由組織。近年來，Ad Hoc網絡技術受到了廣泛的關注。Ad Hoc網絡是一組帶有無線收發裝置的移動終端組成的多跳臨時性自治系統，移動終端具有路由功能，可通過無線連接構成任意的網絡拓撲結構，能夠在沒有固定基站的地方進行通信［13］。Ad Hoc網絡的無中心網絡的自組性、動態變化的拓撲結構、網絡的分布式控制等特征使之脫穎而出，受到各國軍方的廣泛關注。美國國防高級研究計劃局已于2005年2月公布新的戰略規劃，其中將Ad Hoc等新型網絡技術列為重點研究內容［1］。為了實現各功能節點的自由進出，從而增強作戰指揮、情報通信和武器的控制能力，應積極開發靈活組網的數據鏈技術，為最終實現網絡瞄準技術提供保障。

3 基于C4KISR的網絡瞄準系統的體系結構及各功能節點的交互關系

3.1 基于C4KISR的網絡瞄準系統的邏輯結構模型

圖2 網絡瞄準系統的邏輯結構模型示意圖Fig.2 Logical model of networked targeting system

網絡中心戰作為一種新的作戰概念，在不同背景下的具體實現和應用不盡相同。基于C4KISR的網絡瞄準是網絡中心戰的一種表現形式，如圖2所示，關于網絡中心戰的邏輯模型［14］同樣適用于理解基于C4KISR的網絡瞄準系統的邏輯結構。

基于C4KISR的網絡瞄準系統在邏輯上由信息網格、傳感器網格和交戰網格3層結構組成。信息網格可以看成是整個系統的后連線板，是傳感器網格和交戰網格得以充分發揮各自效能的基礎。傳感器網格可視為安裝在信息網格上的傳感器外設及應用，它能快速生成整個戰場環境的同步態勢信息;交戰網格可視為在信息網格上進行操作的發射設備及應用，它借助于信息網格，充分利用傳感器網格提供的戰場態勢，使整個系統發揮出更強的作戰能力。

網絡瞄準系統所具備網絡化的作戰結構可提高信息共享水平，增強態勢感知能力，加快指揮決策速度，實現作戰協同，增強響應能力、殺傷能力和生存能力，從而極大提高作戰效能，縮短戰爭進程［15］。

3.2 基于C4KISR網絡瞄準系統中各節點之間的交互關系

從功能上，將網絡瞄準系統劃分為作戰決策節點、武器控制節點、制導節點、探測跟蹤節點以及武器節點。指控系統是各作戰分系統的核心組成部分，為了更清楚地說明網絡瞄準系統中各功能節點之間的信息走向關系，將指控網格從圖2中的3層網格中獨立出來進行分析。圖3中，信息網格的作用具體體現在各層網格及功能節點之間的關系上，圖中不再作具體演示。

圖3 網絡瞄準系統中的功能節點關系示意圖Fig.3 Relation model of function nodes of networked targeting system

1)傳感器網的組成和功能。

傳感器網絡是整個作戰系統的“眼睛”，是發現目標、獲取目標信息、進行目標定位的手段。傳感器網內的探測跟蹤節點還可細分為搜索節點、定位節點和識別節點。這3類節點的關系如圖4所示。

圖4 傳感器網功能節點關系圖Fig.4 Relation model of function nodes of sensor grid

在圖4中，搜索節點和定位節點的功能可集中于一個傳感器中，這兩種功能可由這種傳感器同時完成，如主動探測器。搜索節點和目標識別節點的功能也可集中于一個傳感器中，同樣，這兩種功能也可由這種傳感器同時完成，如無源傳感器。最后，將由搜索、識別和定位功能獲取的目標數據進行融合，即進行數據融合，從而獲得所需要的戰場態勢信息。傳感器網中各節點的功能具體如表1所示。

在所假設的編隊對地的作戰環境下，對基于C4KISR的網絡瞄準系統來說，在獲取目標信息的過程中，充分運用天基、空基和地基等多種傳感器平臺協同工作，不但能在獲取移動目標全維信息的同時縮短目標信息的獲取時間，而且能克服單個傳感器的缺點生成更高精度的數據信息，實現1+1＞2的效果。

2)指揮控制網的組成和功能。

指揮控制網是整個網絡瞄準系統的“神經中樞”，是獲取戰場主動權的重要因素，是傳感器網和交戰網協調有序運作的支柱。各節點功能具體如表2所示。

在編隊對地的網絡瞄準系統中，指揮控制網由各級指控中心組成，每個指控中心視為一個指控節點。根據C4KISR系統的“集中指揮，分散控制”的基本原則，將指揮控制網的節點從功能上分為兩類:作戰決策節點和武器控制節點。作戰決策節點側重于掌握源自于戰略、戰役和戰術偵察衛星、高空偵察機、空中預警系統等分布在全方位的傳感器節點獲取的總的空情、態勢，確定作戰原則，分配作戰任務。武器控制節點由各攻擊機的火控系統組成，主要包括火控計算分系統、空地導彈發射系統等，側重于作戰任務的執行控制。

3)武器網的組成和功能。

在過去的50多年里，制導武器的使用已改變了空地作戰的形式［6］。基于 C4KISR的網絡瞄準系統中的武器網主要由武器節點組成，即各類型的空地精確制導導彈，其主要功能就是根據制導節點提供的目標瞄準信息與目標交戰，直接摧毀敵方目標。

表1 傳感器網節點功能Table 1 Function nodes of sensor grid

表2 指控網節點功能Table 2 Function nodes of C2grid

4 基于C4KISR的網絡瞄準系統的作戰過程

基于C4KISR的網絡瞄準系統的作戰流程如圖5所示。

圖5 網絡瞄準系統作戰過程示意圖Fig.5 Operational procedure of networked targeting system

網絡瞄準系統的作戰過程現在被定義為6個階段，包括:搜索、定位、跟蹤、決策、交戰和評估［9，16］。該系統的整個作戰過程都是以C2節點的指導和所指定的優先權限為依據。在搜索階段，目標搜索指示系統在戰區內對目標進行搜索、探測。在定位階段，網絡瞄準系統根據搜索階段提供的信息，聚焦相應的傳感器，對可能的目標進行定位和身份識別，并計算有效時間。在跟蹤階段，指派相應的傳感器對定位識別階段確定的時間敏感性目標進行持續跟蹤，并再次計算有效時間。在決策階段，網絡瞄準系統對各時間敏感性目標進行攔截適應性檢測，威脅評定排序，確定我方可用資源的性能等，根據整個系統的狀態進行統一的任務分配和資源配置。在交戰階段，武器控制系統根據所接收到的作戰命令，為網絡化武器裝訂發射數據并進行發射，在武器飛向目標的途中，由多個不同視野的傳感器協同工作，生成唯一、相關、精確的目標瞄準信息，直接對武器進行精確制導引導武器飛向目標，從而提高打擊精度。在評估階段，首先對打擊效果進行評估，并將結果上報給C2節點，為下一步作戰行動提供信息支撐。

5 結束語

本文以基于預警機和干擾機的編隊對地協同攻擊C4KISR系統為戰場環境假設，對網絡瞄準系統進行了初步探討，對其體系結構和作戰過程進行了初步研究。對于網絡瞄準系統來說，該體系結構只是系統結構的一種高層抽象，要真正在空對地作戰環境中發揮網絡瞄準技術的效能，還有很多問題要進行深入研究，如，空天地一體化的組網技術、多傳感器的管理方法、數據鏈技術等。

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