精確打擊武器集群作戰技術發展研究

程 進，盧 昊，宋 闖

(復雜系統控制與智能協同技術重點實驗室，北京 100074)

0 引言

人類的集群作戰起源于狩獵，其實不止人類，群居的獅子、狼也會用集群作戰的方式對付敵人。冷兵器時代，人們的自身格斗能力有限，只有群起而攻之才能取得最大的成果，有章法地向著一個目標攻擊顯然比胡戳亂砍的單打獨斗更有效率。

明代抗擊倭寇戰斗中，著名將領戚繼光創立了攻防兼宜的鴛鴦陣：“陣十二人，首一人居前為隊長，次二人夾盾，次二人夾枝兵，次四人夾長矛，次二人夾短兵，末一人為火兵居后，專事樵蘇。”在一個基層戰斗單位內長短兵器協同，始終保持長短相雜、刺衛兼合的作戰特點，揚長避短，充分發揮出各種兵器的效能，極大地提升了軍隊的戰斗力，成為蕩平東南沿海倭患的制勝因素之一[1]。

二戰初期，德國海軍利用狼群戰術攻擊英國商船隊，以少量的潛艇沉重打擊了英國的海上經濟生命線。這種潛艇集群戰術，將潛艇分散部署在海上游獵，一旦發現目標后用無線電召喚其余潛艇包圍目標形成口袋陣，白天躲避護航軍艦，占據有利陣位，連續在夜間發動突然襲擊，逐步消滅目標。狼群戰術隱蔽時充分發揮單艇的機動性，攻擊時集中火力以多打少，以分兵集火的集群作戰樣式實現了局部以弱勝強[2]。

人類集群作戰特點在于具有分工機制、溝通機制和決策機制，從各自為戰到集群作戰形式不斷進化是人類智慧的體現。

為了應對中俄軍事力量的崛起，特別是中國在反航母、反衛星、反預警、反信息節點等方面所謂的反介入/區域拒止能力的不斷增強，著眼于未來強對抗戰場環境下的軍事優勢，美軍提出了全新的分布式作戰理念。2014年以來，美國國防預先研究計劃局(Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA)通過“小精靈”(Gremlins)、“體系集成技術和試驗”(System of Systems Integration Technology and Experimentation，SoSITE)、“拒止環境中的協同作戰”(Collaborative Operations in Denied Environments，CODE)、“用于任務優化的動態適應網絡”(Dynamic Network Adaptation for Mission Optimization，DyNAMO)等一系列研究項目，對分布式作戰概念及關鍵技術開展了探索性研究[3-8]。

分布式作戰概念最先是由美國海軍陸戰隊提出，2004年羅伯特·E·施密德爾少將在海軍陸戰隊協會官網發表文章《分布式作戰：由海上》。2005年，美國海軍陸戰隊司令邁克爾·W·哈吉上將在《分布式作戰概念》中將分布式作戰描述為一種作戰途徑，通過有意識的分散、協同和相互支持來創造對敵優勢，通過增加獲取有用的支援，并增強小單位層級的作戰能力實現戰術使能。次年，美國海軍研究咨詢委員會進一步將其概念具體化為通過空間上分散小單元使之能夠影響大的作戰區域，能夠使用召喚的或直接的火力，并能接收和使用實時、直接的情報、監視與偵察(Intelligence, Surveil-lance, and Reconnaissance，ISR)[9]。

2014年，美國海軍戰爭學院進行了一次兵棋推演，藍方在擔任近海近距離作戰角色的瀕海戰斗艦上加裝了遠程反艦導彈，使其具有了較強的中遠程進攻能力。這一變化使得紅方不得不花費大量寶貴的ISR資源，試圖發現這些更具威脅的艦艇。由此，美國海軍于2015年正式提出了分布式殺傷(Distributed Lethality)的概念并作為戰略推行，把以平臺為中心的集中式艦船編隊向空間散開，使得作戰艦艇由編隊作戰時的各司其職轉變為獨立實現整個打擊鏈閉環，即水面上每艘艦艇均應給敵方構成威脅，“If it floats, it fights”[10]。

同期，美國空軍也相應開展了分布式作戰概念研究，其目的在于改變二戰以來形成的集中式控制/分散式執行的空中作戰模式。通過探索集中式指揮、分布式控制和分散式執行模型，重新獲得不對稱作戰優勢。

空中分布式作戰節點能夠獨立或與其他具有分散作戰能力的節點一起作戰。破壞、中斷、間歇和有限帶寬狀態可發生在任何節點處。鑒于當前可獲得的信息和資源，它們能夠以最佳能力做出決定和發揮作用，從而使得多個本地化空中任務命令獨立運行。結果是在通信切斷的情況下，與所有節點連續協同作戰，在正常24h空中任務命令周期之外，使用動態、自適應規劃和評估能力完成失去通信之前的已知指揮官意圖。例如，空中分布式作戰節點將知道它與多少個節點通信，能夠在已知的有效信息下估計負責哪些地理區域，并能夠以合理的精度預判其他節點如何在沒有可靠/常規通信的情況下繼續運行[11]。

美海軍的分布式殺傷與美空軍的分布式作戰的共性特點在于：1)分散部署的作戰單元根據上級意圖，協同完成作戰任務；2)強調前沿作戰單元具備獨立自主的作戰能力；3)突出網絡的中心地位，利用網絡互聯讓所有作戰力量實現信息共享。由此，分布式作戰概念的定義可以歸納為：在空間上分散的作戰單元通過網絡互聯互通，共享上級指令、情報信息和戰場態勢，通過群體協商一致、個體有限度自主決策，共同完成作戰任務的方式。充分依托網絡和智能兩大技術，獲取生存和殺傷兩方面的效能[12-18]。

中遠程精確打擊武器集群作戰作為分布式作戰中的一種形態，是基于網絡賦能的思想。通過網絡體系，保持精打武器間彼此共享信息形成作戰集群，具備協同編隊、協同偵察、協同制導等網絡化自主攻擊能力，是網絡中心戰作戰理論的重要抓手。

1 精確打擊武器集群智能化的需求分析

1.1 完善中遠程精確打擊體系的需求

美海軍由傳統的航母編隊作戰向分布式殺傷轉變，分布式殺傷讓更多水面艦船具備更強的中遠程打擊能力，同時以分散部署的形式，獨立地在廣闊洋面上作戰。原有的海上大編隊作戰力量化整為零的作戰方式，將迫使我方耗費寶貴的時間和大量的ISR資源用于搜索，大幅增加我方作戰行動的復雜性，從而大幅提高美海軍作戰力量的戰場生存性。

在分布式殺傷作戰概念的指導下，美海軍重點發展的DDG-1000驅逐艦和瀕海戰斗艦等新一代高隱身艦船，在外形、結構及材料等方面采用了先進的雷達隱身設計，雷達反射面積相比同量級艦船下降了10～15dB。以DDG-1000為例，具有萬噸級的排水量，其雷達反射截面積(Radar Cross Section，RCS)僅為220m2量級，相當于一艘百噸級漁船。

戰時只能通過先驗情報信息和技偵手段對目標位置進行粗略預測，目指散布范圍將達上百千米。新型高隱身艦船使雷達探測距離大幅壓縮，在現有目指精度下中末制導精度鏈無法閉合。根據俄羅斯蘇-35戰斗機雷達的公開資料顯示，該機的雷達能在400km距離上發現雷達反射截面積為50000m2的目標；如果要探測反射面積只有220m2的DDG-1000，那么其發現距離將縮小到50～100km。實際上，RCS為220m2的目標很容易混淆在大量海雜波中[19]。

因此，新一代精確打擊武器集群作戰亟待解決大散布和高隱身目標的指示問題，完善中遠程精確打擊體系。

1.2 增強中遠程精打武器體系對抗能力的需求

隨著中遠程精確打擊武器的快速發展，特別是超低空反艦巡航導彈能力的不斷提升，宙斯盾防空系統遭遇到了強力挑戰。因此，美軍從21世紀初就提出了“海軍一體化火控防空”(Naval Integrated Fire Control-Counter Air，NIFC-CA)的作戰概念，以“協同作戰能力”(Cooperative Engagement Capability，CEC)系統為核心，將先進的傳感器系統和新一代超視距面空導彈武器系統集成為一體，使美國海軍具備對飛機和巡航導彈的超視距對空防御能力。以此為戰略方針，推動了CEC系統和宙斯盾系統升級，以及E-2D和標準-6等新型裝備研制。

受地球曲率影響，艦載雷達對超低空來襲目標的探測距離僅約為30km，盡管標準-2導彈的最大射程已經達到200km左右，但對超低空反艦導彈的有效攔截距離僅為十幾千米。而且，標準-2導彈采用半主動雷達尋的末制導體制，飛行末端需要發射平臺的照射雷達對目標進行照射。對于多枚來襲導彈，照射雷達需要機械轉動天線實施分時照射，限制了其防御飽和攻擊的能力[20]。

E-2D高級鷹眼是NIFC-CA的中心節點，其雷達作用距離比E-2C雷達提高了50%，探測靈敏度提高了20dB。E-2D可將本機雷達系統獲得的高精度目標要素傳遞給宙斯盾艦艇，經CEC系統復合跟蹤處理，為宙斯盾艦艇上裝備的標準-6導彈提供火控數據，使宙斯盾艦艇能在自身雷達未發現目標的情況下發射標準-6導彈，實施超視距防空作戰。

標準-6導彈是NIFC-CA中的主要武器，其射程可達370km，最大射高33km，相較于前代均大幅提升。著力加強對低空和超低空巡航導彈的攔截能力，導引頭采用先進中程空空導彈AIM-120C的技術，制導方式為慣性制導加中段無線電指令修正，末端具有主動雷達尋的能力，使其可以不依賴發射平臺的雷達信息進行交戰[21]。

E-2D預警機和標準-6導彈的裝備，改變了原來艦空導彈只能接收艦載雷達制導信息，以及對低空目標只能在視距范圍內進行攔截的歷史，極大拓展了對低空目標的攔截距離。

美軍航母編隊依靠E-2D預警機、宙斯盾系統和CEC系統可以構成半徑約600～1000km的防空預警體系，能夠及時有效地發現隱身飛機、反艦巡航導彈等低RCS目標。在導彈攔截方面，標準系列導彈、海麻雀導彈、海拉姆導彈、密集陣、多型干擾甚至高性能激光武器，共同構建了遠、中、近、末段多層多次防御體系，攔截武器的射程越來越遠，作戰高度高空越來越高、低空越來越低，加大了精打武器的突防難度。

因此，面對多層次的體系防御能力，新一代精確打擊武器集群作戰需要提升協同突防性能，增強體系對抗能力。

1.3 低保障、復雜環境下自主作戰的需求

中遠程精確打擊武器具有射程遠、精度高、作戰使用靈活等特點，是現代戰爭執行精打要害，破擊體系作戰任務的首戰武器。隨著防御體系的完善和打擊目標的戰略后撤，也使得中遠程精確打擊任務呈現出大縱深、非結構化、強不確定性等特點?，F役精打武器的作戰模式為先保障、后發射，三維模型、基準圖、高程數據等保障條件復雜，只能適應有限的不確定環境，作戰觀察-判斷-決策-行動(Obseration，Orientation，Decision，Action，OODA)循環時間長。

主要表現在：1)待打擊目標的精確位置信息和高程信息等需在發射前裝定，若在飛行中通過衛星數據鏈路進行目標修正，易被干擾阻斷；2)導彈遠程飛行主要依靠地形匹配和景象匹配進行輔助導航，射前需要大量地理、圖像信息保障，約束條件多，航路規劃難度大，導致作戰準備時間長；3)自動目標識別對于基準數據保障以及中制導精度要求很高，并且對于陽光、云、霧、陰影等復雜戰場自然環境和煙霧、高溫熱源、目標遮擋等人工干擾環境的適應能力不足；4)美軍瀕海戰斗艦等高隱身艦船可能出現在近岸海域，與航道上或近海中的民用船只、島岸混雜交錯，需要精打武器具備目標的類型、敵我、軍民、關鍵部位等屬性信息的精細化識別能力。

未來作戰將面臨高強度對抗、有限信息支援、多任務需求的挑戰，戰場環境不確定性大幅增加，這些問題都給中遠程精確打擊武器在復雜戰場環境下的高效實戰能力生成提出了嚴峻挑戰。因此，需要提升精打武器在復雜動態環境下進行態勢感知和在線自主決策的能力，實現智能自主獨立作戰，能夠不依賴/低依賴大系統的保障，獨立深入高威脅區域，自主感知威脅并實現智能對抗與突防，自主完成對目標的大范圍探測、識別和精確打擊。

2 精確打擊武器集群智能化的發展方向

精打武器集群智能化協同作戰，由量變產生質變，是信息化條件下裝備由單打獨斗向聯合作戰、增強效能的發展方向。網絡技術與智能技術深度融合，使精打武器的保障需求降低，由適應確定性環境走向適應更大的不確定環境，即實戰能力的提升[22-23]。

2.1 遠程概略目指下的搜索識別能力

中遠程精確打擊武器集群作戰，可搭配不同類型的傳感器，實現全譜段探測感知。利用彈間數據鏈共享傳感器探測信息，借助時空配準、目標關聯、狀態估計、身份識別等多源信息融合手段，融合探測信息，擴大搜索視場，提高搜索效率，融合識別信息，提高識別的準確度和可靠性，進而構建起完整、準確的戰場態勢，取得信息優勢。

通過協同搜索識別降低對ISR、衛星以及數據鏈的依賴，實現以概略目指為前提，以大區域搜索-識別-打擊-偵察為特征的跨越式自主作戰能力提升。推動打擊模式從預先籌劃式向高效實時式轉變，即由先保障、后發射向即時發射、自主作戰方式轉變。

2.2 體系防御下的強突防能力和生存能力

2012年，美國海軍研究生院的一項關于無人機集群打擊效能的研究結果顯示，以8架無人機攻擊宙斯盾驅逐艦，平均有3.8架能夠成功突防；即使面對升級近防武器、電子干擾裝置及雷達誘餌裝置后的宙斯盾系統，也至少有1架能夠突防[24]。

集群協同制導與控制技術能夠使精打武器協同攻擊時形成特定的編隊構型，協調不同波次導彈的攻擊時間序列，同一波次導彈從不同角度、高度上的同時打擊，從而構建出彈與彈之間、集群與集群之間相互配合的協同攻擊模式，以多層次體系化的進攻突破敵方的體系化防御。

在封建社會，社會組織主要以血緣關系來維系。世家大族是社會的中堅，他們的活動與社會發展的各個方面息息相關甚至可以影響到社會進程。陳寅恪論及世家大族與學術的關系的時候說：“是以地方之大族盛門乃為學術文化之所寄托。中原經五胡之亂，而學術文化尚能保持不墜者，固由地方大族之力，而漢族之學術文化變為地方化及家門化矣。故論學術，只有家學之可言，而學術文化與大族盛門常不可分離也?！盵14]131項氏家族在鑒藏方面的成就正充分反映了學術文化與大族盛門常不可分離的狀況。

另外，精打武器集群在協同突防過程中利用高、低彈道兩種模式，長彈在高彈道對目標進行搜索和定位；基于協同導引信息，僚彈能夠保持低空靜默飛行抵近目標，避免了集群過早暴露，也能及時發現敵方威脅，盡早采取威脅規避措施，提高了集群突防的成功概率。

2.3 強干擾體系下的協同干擾對抗能力

艦船在實施干擾時，通常針對導彈來襲方向形成強干擾，受限于資源條件而無法在全部方向上均形成強干擾態勢。利用集群協同模式下的多角度觀測與電磁波照射優勢，可以避開敵方艦船最強干擾方向，獲得對干擾環境更優的空間能量抑制優勢，提高有源干擾對抗能力。

集群協同可構成空間大孔徑基線，通過不同方向距離維度的高精度觀測，能夠顯著提升干擾與目標的分辨能力，獲得對抗分辨能力優勢，提升對質心式干擾的識別對抗能力。

2.4 復雜對抗環境下的低作戰保障能力

精打武器集群具備自主隊形控制和編隊防撞能力，射前只需要進行一次協同航路規劃，相對于單彈作戰需要規劃每枚導彈的航路，將大幅提高地面任務規劃效率。利用彈間相對定位導航技術，可以在無全球定位系統(Global Positioning System，GPS)區域降低慣導漂移誤差[25-26]。

精打武器集群還具備在裝備體系降級或受到較大損失情況下的作戰能力，可快速應對戰場態勢變化，如一枚導彈失效，可通過任務重新分配，保障任務的繼續執行；群體中多個導彈失效時，通過任務容錯決策機制，減小局部個體損失帶來的影響，降級完成既定任務，任務完成的可靠性遠大于單彈獨立作戰。

3 精確打擊武器集群智能化的技術布局

針對低保障、復雜戰場環境下精確打擊武器集群智能作戰的需求，以集群作戰系統頂層設計為牽引，圍繞OODA作戰循環進行關鍵技術布局，與起基礎、支撐性作用的組網通信技術和仿真驗證技術進行協同攻關。

3.1 集群智能作戰系統頂層設計

研究精打武器集群智能化作戰的作戰體系、組織策略及作戰樣式等。通過開展作戰需求研究、作戰環境研究、技術指標體系研究及各關鍵技術之間的信息流設計等，不斷完善集群智能化作戰體系?；诩鹤鲬鹆鞒淘O計和作戰效能分析，對集群的組成策略、搜索策略、隊形變換策略、干擾及抗干擾策略等進行迭代優化，最終完成基于效能指標最優的集群作戰方案，實現從頂層角度設計精打武器集群如何進行智能化協同作戰。

3.2 智能感知技術

利用不同體制導引頭的光譜感知信息(可見光、紅外、合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar，SAR)圖像、寬譜帶雷達回波等)，實現對目標的精細化定位與識別。

研究深度學習、對抗生成網絡、遷移學習、小樣本學習、網絡模型可解釋性、對抗樣本攻擊等共性技術，建立基于人工智能的目標精細化感知技術體系，提高定位識別算法對不同場景的適應性和抗干擾能力，降低作戰保障要求，實現障礙物深度估計、目標類型識別、軍民識別、敵我識別和關鍵部位識別，提升復雜戰場環境下和多目標混雜條件下的精確打擊能力。對智能感知環節進行技術分解，建立小OODA閉環，技術體系如圖1所示。

圖1 智能感知技術體系Fig.1 Intelligent perception technology system

3.3 融合認知技術

基于精打武器集群的空間分布特性，可以獲取多維度的戰場態勢信息，利用信息融合理論，將群體中對戰場感知信息在品質、尺度、時序等方面的差異進行融合處理，提升對態勢的認知能力[27]。

研究主被動融合狀態估計技術、基于位置和特征的目標關聯技術、目標屬性融合技術、傳感器配置與構型設計等，實現位置、特征、屬性的決策級融合，剔除探測重疊區域的重復目標，提高復雜環境條件及干擾條件下的多目標數據關聯精度、定位精度及目標識別精度，建立動態更新的戰場態勢。建立融合認知環節的技術體系如圖2所示。

圖2 融合認知技術體系Fig.2 Cognitive fusion technology system

3.4 自主決策技術

針對集群協同作戰任務中的特定環節，基于領域知識，建立靜態先驗決策模型；根據戰場環境的變化情況和任務需求，實現對決策模型的動態推理調整，以及策略組合的快速優化決策。

研究任務調度架構設計、威脅評估技術、協同任務分配技術、協同航跡決策技術等，將結構化的任務轉換與不確定性的任務評估統一于模塊化的決策框架之下。通過在線全局/分布式優化實現對完成任務所需要的集群協同載荷使用情況及飛行航跡進行動態規劃決策，使集群作戰模式由依靠預先規劃任務序列的程序化作戰，逐漸提升到經驗知識與數據相結合、作戰使命驅動任務規劃的智能化作戰。建立自主決策環節的技術體系如圖3所示。

圖3 自主決策技術體系Fig.3 Autonomous decision making technology system

3.5 導航控制技術

戰場環境的強對抗性會導致出現通信質量惡化(存在延遲、丟包及拓撲變化等)、衛星導航拒止和個體故障等突發情況，這就要求導航控制技術具有強魯棒性[28-30]。

研究編隊控制技術、協同導引技術、相對導航技術、故障診斷與容錯控制技術等，實現組網動態特性約束下的編隊穩定控制、密集編隊下的安全避碰飛行、節點受損或故障時的安全離隊控制及編隊重構、時間-角度約束下的末段協同導引攻擊、基于數據鏈測距的相對導航等，支持精打武器集群作戰的高可靠任務執行。建立導航控制環節的技術體系如圖4所示。

圖4 導航控制技術體系Fig.4 Navigation and control technology system

3.6 網絡通信技術

針對復雜電磁環境下的無線信息可靠、高效傳輸應用問題，研究自適應傳輸技術、網絡功能體系結構、網絡協議設計、動態組網路由技術、網絡控制管理技術、共形天線設計技術等，實現異構平臺跨域協同組網、高精度時間同步、網絡資源自適應的靈活分配和優化調度，提升彈/機載數據鏈的多維域綜合抗干擾能力。

3.7 仿真驗證技術

按照集成驗證與體系評估并行的研究思路，搭建了精打武器集群協同作戰數學仿真環境和半實物仿真環境，研究了復雜戰場環境攻防對抗建模技術、戰場事件在線生成技術、基于仿真的集群協同作戰效能評估技術，構建了集群協同作戰效能評估指標體系，挖掘了影響作戰效能的關鍵因素。定量分析集群協同作戰樣式，對集群協同作戰方案進行迭代優化。通過旋翼無人機、固定翼無人機和導彈飛行試驗逐級進行技術集成及演示驗證。

4 結論與展望

本文從軍事需求、發展方向及技術布局這三個方面對未來中遠程精確打擊武器集群智能化技術的發展進行了分析及研究，可以得出以下三點結論：

1)發展精確打擊武器集群智能技術應緊緊圍繞OODA循環，通過頂層設計牽引，結合網絡與驗證技術，建立起集群智能化技術體系。

2)發展精確打擊武器集群智能技術的實質是最大限度地共享信息和使用數據，從而降低精打武器的保障需求，提升不確定環境下的適應能力。

3)發展精確打擊武器集群智能技術是應對美?？哲姺植际阶鲬鸢l展趨勢，取得未來戰爭主動權的必然選擇。

現階段武器裝備研制接近完成數字化，而網絡化設計剛開始起步。當前形勢要求發展智能化、集群作戰技術研究應堅持三步并行的研究思路，堅持求實推進的原則，大處著眼，小處著手，志存高遠設計發展目標，遵循科技發展規律，一步一個腳印扎實推進。