美軍協同交戰系統的發展啟示*

李 潔，羅 軍，馬 艷，趙東偉

(海軍研究院，北京 100036)

0 引 言

復雜的作戰環境、多變的作戰對象、靈活的作戰樣式、日益增強的武器打擊能力，對現代戰場作戰帶來了日益嚴峻的挑戰。單裝作戰、單兵力作戰甚至單系統作戰，已無力應對全域、全維度立體打擊的威脅。協同作戰是應對上述挑戰的有效手段，是未來體系化作戰的必然趨勢[1-3]。協同，是指兩個或兩個以上資源或者個體相互配合，協調一致地完成某一目標的行為或能力。協同探測，是兩個或兩個以上探測資源相互配合，協調一致地完成目標探測任務[4-5]。協同交戰，是基于協同探測，將編隊內各節點相互配合，協調一致地合力完成導引解算、交戰控制、導引中繼、終端照射等武器打擊火控流程[6]。協同具有以下特點：

一是平臺分布式。參與協同的傳感器和武器系統分布于不同的艦艇和飛機等運動平臺，包括同型、異型等，平臺分布于視距內或視距外。

二是資源可重組。面向任務，協同系統以任務為中心、以作戰效能最優為原則實現探測資源、火力資源動態重組。

三是控制自適應。信息處理與控制過程與環境、目標信息相匹配，根據獲得的環境和目標信息，采用實時的控制方式，對信息處理和火力分配進行動態調整，提升作戰效能。

四是協同多層次。可在多個層次上進行信息交換和信息綜合處理,可滿足不同層次作戰任務需求[7]。

從概念上分析，協同作戰相比單傳感器信息獲取、單兵獨立作戰存在以下優勢：

一是能量積累優勢。無論是現代化海戰中應對隱身目標威脅，還是反電磁壓制，終究歸結為能量的對抗。通過協同將傳感器資源綜合應用、能量積累，能夠提升隱身目標探測能力和復雜環境下目標探測能力。

二是空間分布式優勢。通過空間角度積累得益，以及不同作戰單元分布式部署形成的體系對抗能力，能夠提升整體作戰效能[8]。

三是資源靈活配置優勢。根據目標、環境和戰術使用，自適應調整資源配置，能夠提升從目標發現-目標跟蹤-火力分配-火力打擊全流程資源利用效率。

四是火力快速分配優勢。通過協同，形成全空域、高質量、快速及時的預警探測和武器信息保障態勢，能夠提升應對多方位飽和攻擊的火力快速分配和反應能力。

美軍在協同交戰系統研究、研制、部署和使用方面，均走在世界的前列。本文從研究美軍協同交戰系統出發，分析其特點，總結其發展建設對未來協同交戰系統的啟示。

1 美軍協同交戰系統發展歷程和典型系統

1.1 初步開展協同交戰概念研究

為了應對反艦導彈對海上編隊的威脅，美國海軍于20世紀70年代第一次提出了協同作戰的概念。本階段的典型系統為戰斗群防空協同(Battle Group Anti-Air Warfare Coordination,BGAAWC)計劃，于1975年啟動，1985年進行了基于搜索的遠程跟蹤發射(Remote Tracing local of search,RTLOS)試驗，利用Link-11數據鏈轉發雷達航跡數據，進行目標攔截協同作戰，奠定了協同交戰系統發展的基礎。

BGAAWC計劃在1991年“沙漠風暴”行動后演變為海軍防空協同技術計劃。該計劃用于開展協同交戰概念研究，通過提供統一防空態勢圖，對協同作戰資源進行高效控制，艦空導彈在空中平臺的協同下攔截超視距低空飛行目標。該計劃在CG-47“提康德羅加(Ticonderoga)”級巡洋艦上完成RTLOS技術驗證試驗。通過Link-11數據鏈進行目標打擊數據傳輸，驗證了協同作戰的可行性的同時，也暴露了Link-11數據鏈在帶寬、實時性方面不足以滿足實際協同作戰需求的問題。

在協同交戰概念研究階段，基于數據鏈帶寬和實時性等限制，僅能轉發目標航跡等有限探測數據，沒有標定時鐘的同步，第三方提供的目標航跡信息只能為本艦傳感器提供引導，目標截獲、跟蹤和火力打擊只能使用本艦傳感器。

1.2 啟動協同交戰系統裝備研制

基于協同交戰概念研究階段的研究基礎和實現局限性，美軍于1987年啟動協同交戰能力(Cooperative Engagement Capability,CEC)計劃，研制高帶寬、低延遲數據鏈支撐下的協同打擊應用系統。1990年，進行了CEC系統原型機的第一次海上試驗；1994年，先后進行了發展測試、基于航母戰斗群的非作戰性基本能力測試、基于航母編隊的實際交戰測試，均獲得了出色的試驗結果；1995年，CEC系統開始啟動采購計劃；1997年,進行了作戰測試和評估試驗，進一步確認了作戰有效性和適用性，但同時暴露出與“宙斯盾”系統、作戰指揮系統、戰術數據鏈之間互操作方面存在的問題。經過技術改進，上述問題初步解決。21世紀初，CEC系統完成體系建設，效能得到了充分驗證，并開始大量裝備驅逐艦、航母、艦載預警機等作戰平臺。

CEC系統是美國海軍研制的用于武器平臺之間協同作戰的系統。CEC系統通過高速寬帶數據鏈將各協同節點的傳感器、指控系統和武器系統等連接，形成無中心分布式網絡，實現網絡內傳感器和武器系統資源和信息共享[9-10]，支持識別監視、精確提示和協同交戰。系統內任一作戰或探測平臺均可獲取由所有節點的傳感器原始數據融合形成的目標統一態勢圖，每一個作戰或探測平臺稱為協同單元(Cooperative Unit，CU)。協同單元由三部分組成：協同作戰處理機(Cooperative Engagement Processor，CEP)、數據分發系統(Data Distribute System,DDS)、系統集成接口。CEC系統組成如圖1所示。CEC系統采用開放式架構，支持網絡自組織和用戶隨機接入。其中，CEP是CEC系統的核心處理系統，用于處理本平臺和系統內所有節點獲取的目標數據；DDS將系統內所有節點傳感器和武器系統聯網，在傳感器之間近乎實時的共享目標數據，所有節點獲得關于目標的一致信息，經各節點目標解算、威脅判斷、火力分配，對目標實施最有效的攔截。

圖1 CEC系統組成

1.3 持續開展技術和體制深化改進

為了進一步拓展協同作戰范圍，美軍在提出協同交戰概念后，陸續開展了協同探測、協同打擊等能力系統的研究，并開展相關裝備研制和試驗驗證，為持續提升協同交戰能力提供技術支撐。

在協同探測方面，為了解決CEC系統中對隱身目標的探測問題，美國海軍研究局(Office of Naval Research，ONR)于2011年開展了協同網絡化雷達項目，使用多部AN/SPY-1雷達在單頻點上同時發射長脈沖，同時接收后對本艦及他艦脈沖回波進行相參、非相參積累，通過多個艦船平臺的原始數據聯合檢測與航跡數據融合處理，提升隱身目標探測能力。同時，采用了NP兩步檢測法解決協同探測帶來的共享數據帶寬瓶頸問題。結果表明，針對SWⅡ類型目標，4部AN/SPY-1雷達協同探測獲得12 dB的總增益，是2部雷達情況下獲得增益的2倍。

在協同打擊方面，為有效利用編隊內各傳感器、指控系統、武器系統等作戰資源，美國海軍于2005年提出綜合火控概念(Integrated Fire Control，IFC)計劃，將傳感器、武器系統、指控系統之間的固定關系解耦，基于任務實現資源動態組合，形成最優虛擬作戰單元，擴大防空反導作戰范圍，提高資源使用效率和體系作戰效能。IFC系統中，導彈武器系統可以利用本艦或他艦傳感器信息完成目標指示和火力制導。

為提高多平臺、多系統間的協同作戰能力，目前美海軍正在重點開展海軍一體化防空火控系統(Naval Integrated Fire Control-Counter Air,NIFC-CA)能力建設。該系統的研究始于2000年左右，基于CEC、TTNT等數據鏈技術，接入航母驅護編隊、預警機、戰斗機、電子戰飛機、無人偵察打擊系統、無人戰斗機等陸海空天作戰平臺傳感器系統、電子戰系統、武器系統，實現傳感器、火控、武器三網合一，構建編隊內分布式探測-跟蹤-火控-打擊的防空攔截鏈，擴展單艦防御范圍，并基于多平臺協同探測、協同指揮、協同制導等手段，實現陸海空天協同作戰和超視距防空作戰能力。該系統也標志著美海軍編隊網絡化協同防空作戰體系更趨完善。根據規劃，NIFC-CA將首先配置于航母戰斗群，未來將在美海軍全面推廣。

2 美軍新型協同交戰系統NIFC-CA

為有效應對潛在對手不斷發展的反進入/區域拒止(Anti-Access/Area Denial，A2/AD)威脅，美國海軍近年來開展NIFC-CA能力建設，將新的傳感器、先進數據網絡、中遠程防空反導武器集成為一體，在更廣闊的戰場空間構建打擊網絡，實現對飛機和巡航導彈的內陸縱深防御能力。NIFC-CA系統是CEC系統的進一步延伸與拓展，其實現的功能包括傳感器組網、復合跟蹤與識別、自動化決策、分布式資源管理、協同作戰規劃與動態重規劃、分散作戰資源的協同運用等。

NIFC-CA采用系統之系統(System of Systems,SoS)的體系架構，在CEC、E-2D預警機、“宙斯盾”系統和“標準-6”導彈等已有技術與裝備基礎上，引入CMN-4、CTN、TTNT、MADL、Link-16等多種戰術數據鏈，形成了異構、分層次的一體化網絡體系架構，提供更多的節點接入能力，并基于協同探測、協同指控、協同打擊，構建預警-跟蹤-通信-指控-打擊的動態分布式殺傷鏈，實現編隊協同作戰，提升體系綜合作戰能力。

表1所示為NIFC-CA項目在不同時間段的進展情況，可以看出NIFC-CA系統隨著軍方提出的新要求，其集成域不斷迭代更新，逐漸囊括了四代機、電子戰飛機和無人機等多型裝備，具備多平臺協同作戰、組網協同探測和多組網構型等特征。

表1 NIFC-CA項目在不同時間段的進展情況

NIFC-CA通過體系擴容、動態集成，不斷吸收新型裝備作為體系節點，持續豐富功能和使用規程，實現海軍一體化防空火控能力，提升作戰空間的態勢感知及打擊范圍，形成海上殺傷鏈(From-The-Sea,FTS)、空中殺傷鏈(From-The-Air,FTA)和陸上殺傷鏈(From-The-Land,FTL)共三條殺傷鏈。NIFC-CA系統的典型構成見圖2，主要包括空中作戰平臺、海上作戰平臺、陸基作戰平臺、作戰網絡、武器系統等。

圖2 NIFC-CA系統典型構成

NIFC-CA體系中空中作戰平臺主要包括預警機、戰斗機、電子戰飛機等多型機種，分別承擔預警探測、空中攔截以及電子干擾等多種任務，是體系中的武器庫、主要攻擊平臺和重要數據源提供者，可跟蹤監視目標，為飛機或艦艇平臺發射遠程攔截導彈提供目標引導，面對高威脅時也可以對導彈進行末制導，并可生成通用戰場態勢，與體系其他節點實現信息共享，拓展NIFC-CA的體系感知范圍，滿足NIFC-CA體系中探測、打擊、指控、電子戰等多種作戰任務需求。典型空中平臺包括E-2D預警機、F-35戰斗機、F-18戰斗機以及EA-18G電子戰飛機等。

NIFC-CA體系中海上作戰平臺主要包括“宙斯盾”艦和航空母艦，是體系的重點探測打擊平臺和主要艦載機承載平臺。目前美國主要裝備“宙斯盾”系統的戰艦為“提康德羅加”級巡洋艦和“阿利·伯克(Arleigh Burke)”級驅逐艦，“宙斯盾”系統主要承擔對空探測跟蹤、復合跟蹤與識別、協同打擊指揮與控制、標準系列導彈發射與制導等任務，是NIFC-CA體系的關鍵節點。航空母艦主要作為艦載機的起飛降落平臺，是航母編隊的控制和管理中心。

NIFC-CA體系目前整合的陸基平臺主要包括TPS-59及G/ATOR地面雷達，主要負責對空探測。TPS-59雷達是世界上第一種全固態戰術三坐標雷達，其主要任務是對戰術空域進行遠程監視，也可用來完成地面控制攔截敵機和空中交通管制任務。G/ATOR陸基/空中任務定向雷達是一種S頻段3D 多功能有源相控陣雷達，可探測無人機、吸氣式目標等，采用開放式、可擴展架構，可通過軟件升級增加系統功能。G/ATOR的多種網絡功能確保了與美國國防部指揮和控制系統的兼容性，是NIFC-CA體系陸基關鍵探測節點之一。

在作戰網絡方面，CEC網絡早期NIFC-CA系統的“骨干”，將艦-艦、艦-機聯系起來。后來隨著NIFC-CA系統節點的增多，網絡組成越來越復雜，前突作戰及大容量數據對網絡提出了新的需求，為了將來自同一平臺的數據上傳到NIFC-CA網絡中，在CEC的基礎上，融入了Link-16、MADL等通信鏈路，讓整個NIFC-CA網絡具備了分層、互聯互通和穩健傳輸等能力。

在武器系統方面，NIFC-CA體系目前已經確定的武器系統主要包括“標準-6”導彈(SM-6)、先進中距空空導彈(Advanced Medium Range Air-to-Air Missile,AMRAAM)和AIM-120D陸基型導彈，具有雙向數據鏈能力，為體系協同制導奠定了基礎。

縱觀NIFC-CA發展歷程，其發展建設及典型應用歷經四個主要階段。

第一階段，擴展交戰區域，構建NIFC-CA初步總體架構。以預警機、遠程防空導彈、艦艇作戰系統、無人機、戰斗機、電子戰飛機等平臺和裝備為基礎，形成“分布式探測-跟蹤-火控-打擊”防空攔截鏈，構建具備編隊協同作戰和超視距防空作戰能力的總體架構，在時間和空間上擴大防空反導范圍，增加編隊區域防空反導作戰的防御層次和攔截成功率。

第二階段，形成海上打擊SoS，構建海上作戰能力。作戰艦艇“宙斯盾”系統升級為“基線-9”以后的新系統，配置具備遠程/超視距打擊能力的“標準-6”導彈。E-2D預警機/JLENS提供戰場空間完整的精確、高質量的目標跟蹤圖像，通過TTNT戰術數據鏈及時下傳至“宙斯盾”系統，銜接CEC協同作戰能力。

第三階段，形成海上、空中、陸地打擊SoS，深化多域協同作戰能力。以E-2D預警機/JLENS、“宙斯盾”系統、“標準-6”導彈及CEC協同數據鏈形成海上打擊SoS，以E-2D、F-18、帶主動導引頭的120D空空導彈和Link-16數據鏈形成空中打擊SoS，以E-2D預警機/JLENS、通用數據鏈及通用航空指揮與控制系統(Common Aviation Command & Control System,CAC2S)武控系統形成陸上打擊SoS。

第四階段，構建空海一體SoS，形成網絡中心戰能力。逐步納入F-35C、EA-18G、無人機等節點，以E-2D預警機為武器打擊的中心節點，獲得戰場空間高質量精確目標跟蹤圖像，并通過TTNT等多種戰術數據鏈供各平臺共享，供平臺超視距或防區外打擊(甚至E-2D直接制導)，做到“看到即能打”，形成NIFC-CA完全作戰能力。

NIFC-CA系統建設主要涉及三個方面的技術支撐。

一是具備數據融合和分享能力的升空平臺。升空平臺(E-2D預警機等)將空中飛機、編隊艦艇等各種平臺的傳感器探測數據融合為單一的實時、高質量目標航跡，共享到作戰網絡中的每個作戰單元，為其他平臺打擊提供“火控級”數據源。

二是采用開放式架構的作戰系統。“宙斯盾”系統采用了開放式架構，可接收其他平臺的目標數據制導；武器與傳感器解耦，可用其他任何傳感器(本平臺或其他平臺)數據進行發射和制導；改進了導彈導引頭(如“標準-6”)，為NIFC-CA海上打擊形成奠定打擊基礎。

三是可靠穩健的數據傳輸網絡。平臺間具有可傳輸火控級數據的戰術數據鏈。綜合運用TTNT、Link-16/CMN4以及CEC等構成異構、分層次的一體化網絡體系，具備建網速度快、動態組網、低延時、大帶寬等優勢，且抗干擾性能好，冗余度高，是形成NIFC-CA能力的關鍵支撐。

3 協同交戰系統發展趨勢

(1)采用開放式體系架構，持續建設，逐步升級

美軍采用邊建設、邊試驗、邊升級的發展建設模式，從無到有、從小到大、從淺到深，逐步進行體系規模的橫向擴展和技術的縱向深化。美國于20世紀70年代開始開展協同作戰技術探索，一方面，基于當時雷達技術、網絡技術、計算能力等技術基礎，建立了CEC系統，從最初基于有限數據傳輸能力、數據處理能力，具備重點目標等有限探測數據的共享融合能力，逐步發展為基于高速數據傳輸網絡的完整統一態勢的協同作戰能力；另一方面，從艦艦、艦機協同逐步擴展至作戰艦艇、預警機、戰斗機、無人機、偵察機、預警氣球等多類作戰平臺，系統規模逐步擴大，體系逐步完善，技術持續深化應用，能力逐步提升。

(2)網絡體系架構頂層設計，網絡資源統籌規劃

隨著規模擴展的軍事需要及其對體系架構的認識，NIFC-CA采用體系集成的手段，自頂向下開展體系的優化設計，聯合CEC形成了異構、分層次的一體化網絡體系架構,基于傳感器網、火控網、武器網的三網合一，實現了對戰斗機、無人機等多類節點的接入支持。

(3)支撐協同能力形成的技術和手段從淺到深、持續改進

隨著雷達技術、通信技術、計算能力的發展提升，美軍對支撐協同能力形成的網絡技術、探測技術同步深化研究，并在協同系統中驗證和應用，促進了能力的持續提升。例如在通信網絡建設中，在最初CEC專用數據分發系統和Link-16數據鏈的基礎上，通過升級TTNT高速網，實現對時敏目標的快速定位與火控殺傷；通過集成MADL等專用數據鏈，支持對F35C等新節點的協同作戰。基于NIFC-CA的可擴展性，在未來隨著FlexDAR(Flexible Distributed Array Radar)項目的發展及其在防空反導雷達(Air and Missile Defense Radar,AMDR)等下一代雷達上的研制應用，以及多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)、協同抗主瓣干擾等協同探測技術從理論到工程應用的研究不斷成熟，美國的協同探測能力將持續升級。

4 結束語

協同系統是一個復雜巨系統，其形成和發展，是作戰需求牽引、裝備優勢挖掘、關鍵技術推動、系統體系設計的結果，研制過程也是概念提出一點、系統設計一點、裝備改進一點、試驗驗證一點、裝備部署一點、性能提升一點，循環迭代，滾動發展。

美軍協同系統發展建設，帶給我們如下啟示：充分發揮后發優勢，瞄準其NIFC-CA等最先進研究成果，從四個方面同時著力。

一是強節點。提升各探測、武器、指控的單裝作戰能力，并考慮單平臺綜合一體化發展趨勢，提升單一作戰節點的任務能力。

二是建體系。基于單裝，兼容已有系統。自頂向下開展體系優化設計，構建全域、全要素、全空間、全天候的預警探測和協同作戰網絡，支持陸海空天潛全域作戰和超視距反導作戰。

三是立標準。基于體系設計，持續完善數據標準、接口標準、技術標準、網絡標準等，支持系統和體系不斷拓展，支持節點的隨機接入和退出。

四是重驗證。建立試驗床等可供開放的試驗環境和條件，技術攻關、試驗驗證、研制應用等多環節循環迭代，推進裝備技術在體系中的快速應用。