國外跨域協(xié)同海戰(zhàn)的發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)分析

劉倩，林永生，陳濤，黃子露，黃新俊

江西洪都航空工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司

本文介紹國外跨域協(xié)同海戰(zhàn)的發(fā)展現(xiàn)狀以及美國海軍舉行的“無人集成作戰(zhàn)問題” 21有人-無人聯(lián)合部隊(duì)軍事演習(xí)，分析跨域協(xié)同海戰(zhàn)的網(wǎng)絡(luò)化通信技術(shù)和態(tài)勢感知技術(shù)，闡述跨域智能指揮控制系統(tǒng)應(yīng)具備的能力，最后對跨域協(xié)同海戰(zhàn)的技術(shù)發(fā)展趨勢進(jìn)行展望。

隨著云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)的推陳出新及其在軍事領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，跨域無人系統(tǒng)協(xié)同技術(shù)在海戰(zhàn)中的應(yīng)用持續(xù)且迅速發(fā)展。世界諸多國家提出了基于人機(jī)交互技術(shù)的全新智能化海戰(zhàn)理念，以推進(jìn)無人空中系統(tǒng)、無人水面系統(tǒng)、無人水下系統(tǒng)在跨域協(xié)同海戰(zhàn)演習(xí)中的應(yīng)用，同時不斷加大跨域無人系統(tǒng)在海軍作戰(zhàn)力量體系中的比例，將傳統(tǒng)裝備與人工智能、異構(gòu)協(xié)同等技術(shù)相融合，提升裝備在強(qiáng)對抗環(huán)境下的戰(zhàn)場態(tài)勢感知、自主決策、路徑規(guī)劃、突防攻擊等作戰(zhàn)能力。智能化前沿海戰(zhàn)的主要特征是，陸、海、空、天、電、網(wǎng)等作戰(zhàn)平臺相互融合，各型無人系統(tǒng)最大限度地發(fā)揮作戰(zhàn)效能，人在回路對各平臺實(shí)施絕對控制，形成跨域智能化有人-無人協(xié)同作戰(zhàn)樣式，構(gòu)建全方位態(tài)勢感知網(wǎng)絡(luò)、強(qiáng)大的進(jìn)攻網(wǎng)絡(luò)和彈性化防御網(wǎng)絡(luò)，提高海軍裝備的整體作戰(zhàn)效能。

國外跨域協(xié)同海戰(zhàn)的發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用場景

無人空中、水面和水下系統(tǒng)的迅速發(fā)展，為海軍全方位智能海戰(zhàn)體系建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。在智能海戰(zhàn)中，各型無人系統(tǒng)根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)自動編隊(duì)，通過信息交互對敵展開作戰(zhàn)行動，以拓展深海作戰(zhàn)能力。智能海戰(zhàn)無人系統(tǒng)主要包括無人機(jī)（UAS）、無人水面艇（USV）、無人水下航行器（UUV）。這些無人系統(tǒng)具有機(jī)動性高、隱身性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，相互間建立跨域通信，成為作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，在有人平臺的指揮下執(zhí)行任務(wù)。

在跨域海戰(zhàn)場景中，無人機(jī)基于衛(wèi)星通信鏈路執(zhí)行預(yù)警、情報、偵察、監(jiān)視、態(tài)勢感知等任務(wù)，為反艦導(dǎo)彈及其他遠(yuǎn)程武器系統(tǒng)提供目標(biāo)引導(dǎo)，同時在有人平臺的指揮下，完成遠(yuǎn)程武器發(fā)射條件判斷與發(fā)射后制導(dǎo)控制、戰(zhàn)場毀傷評估、目標(biāo)打擊等任務(wù)；無人水面艇主要執(zhí)行情報監(jiān)視偵察、掃雷、搜索救援、移動目標(biāo)打擊等作戰(zhàn)任務(wù)；無人水下航行器執(zhí)行反潛作戰(zhàn)、水下防御作戰(zhàn)和自主作戰(zhàn)等任務(wù)。跨域協(xié)同海戰(zhàn)體系詳見圖1。

圖1 跨域協(xié)同海戰(zhàn)體系架構(gòu)圖。

國外跨域協(xié)同海戰(zhàn)軍事演習(xí)概況

目前，歐洲和美國相繼開展了多次跨域協(xié)同海戰(zhàn)軍事演習(xí)，演練無人系統(tǒng)發(fā)射回收、編隊(duì)控制、任務(wù)管理、跨域信息交互等任務(wù)，突破了跨域無人系統(tǒng)分布式控制、對抗環(huán)境下智能決策、任務(wù)規(guī)劃、協(xié)同作戰(zhàn)能力評估等關(guān)鍵技術(shù)，對跨域無人系統(tǒng)協(xié)同作戰(zhàn)的可行性進(jìn)行探索，加速推動跨域協(xié)同海戰(zhàn)理念的實(shí)戰(zhàn)化應(yīng)用。國外已開展的跨域協(xié)同海戰(zhàn)演習(xí)詳見表1。

表1 國外跨域協(xié)同海戰(zhàn)軍事演習(xí)統(tǒng)計表。

“無人集成作戰(zhàn)問題” 21軍事演習(xí)

2021年4月，美國海軍舉行大規(guī)模“無人集成作戰(zhàn)問題” 21（UxS IBP 21）有人-無人聯(lián)合部隊(duì)演習(xí)，展示了跨域無人系統(tǒng)的典型智能海戰(zhàn)場景。在演習(xí)期間，大量跨域無人系統(tǒng)和有人艦艇在海戰(zhàn)中協(xié)同打擊水面目標(biāo)。參與本次演習(xí)的系統(tǒng)詳見表2。

表2 參與“無人集成作戰(zhàn)問題” 21軍事演習(xí)的系統(tǒng)。

此次演習(xí)展示了無人機(jī)與驅(qū)逐艦協(xié)同作戰(zhàn)、基于無人系統(tǒng)導(dǎo)引的“標(biāo)準(zhǔn)”6實(shí)彈射擊、無人系統(tǒng)反潛戰(zhàn)三大場景。參加演習(xí)的部分系統(tǒng)詳見圖2至圖6。

圖2 在演習(xí)中，“阿達(dá)拉”（ADARO）無人系統(tǒng)與“奧克蘭”號（LCS-24）近海戰(zhàn)斗艦協(xié)同作戰(zhàn)。

圖3 操作人員準(zhǔn)備布放“卡瑞娜”無人水下滑翔機(jī)。

圖4 “朱姆沃爾”特級驅(qū)逐艦（DDG-1001）引領(lǐng)編隊(duì)航行。

圖5 “ 標(biāo)準(zhǔn)”6導(dǎo)彈發(fā)射瞬間。

圖6 MQ-9B“海上衛(wèi)士”無人機(jī)攜帶聲吶浮標(biāo)，飛過“科羅拉多”號近海戰(zhàn)斗艦。

在演習(xí)中，一艘模擬敵艦從LPD-23兩棲艦上被卸下，“阿力伯克”級驅(qū)逐艦DDG-113在遠(yuǎn)處航行，同時尋找模擬敵艦。無人機(jī)與無人水面艇在空中與海面交錯運(yùn)行，使用無源電子接收機(jī)接收敵方無線電頻率，無人水面艦艇艇群中的一艘無人艇使用拖曳聲吶浮標(biāo)陣列探測水下威脅。不久，MQ-9B“海上衛(wèi)士”無人機(jī)利用聲吶浮標(biāo)和其他傳感器探測靶船（該靶船配備了小型雷達(dá)發(fā)射器以及能發(fā)射電磁信號的模擬雷達(dá)），并將靶船的位置信息通過衛(wèi)星通信鏈路發(fā)送給驅(qū)逐艦DDG-113。在融合信息支持下，驅(qū)逐艦DDG-113發(fā)射了一枚“標(biāo)準(zhǔn)”6導(dǎo)彈，成功擊中遠(yuǎn)程超視距目標(biāo)靶船。“標(biāo)準(zhǔn)”6實(shí)彈射擊取得成功，證明了美國海軍可在不使用有源傳感器的情況下，利用無人系統(tǒng)協(xié)同通信網(wǎng)絡(luò)，共享目標(biāo)數(shù)據(jù)，形成了同一目標(biāo)打擊能力，同時證明了“標(biāo)準(zhǔn)”6導(dǎo)彈的射程大大超過受地球曲率限制的艦載雷達(dá)探測距離。

此次演習(xí)展示了美軍有人-無人協(xié)同作戰(zhàn)能力。MQ-9B“海上衛(wèi)士”無人機(jī)完成聲吶浮標(biāo)投放等各種反潛戰(zhàn)任務(wù)。聲吶浮標(biāo)將目標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給驅(qū)逐艦，當(dāng)“海神”P-8A有人海上巡邏機(jī)返回基地后，MQ-9B“海上衛(wèi)士”仍在持續(xù)監(jiān)視特定區(qū)域中的水下威助。與此同時，“洛杉磯”級攻擊型核潛艇的魚雷管發(fā)射并回收了一艘“艾弗” 4無人水下航行器。

跨域協(xié)同海戰(zhàn)的關(guān)鍵技術(shù)

國外跨域協(xié)同海戰(zhàn)演習(xí)以有人-無人作戰(zhàn)編隊(duì)為基礎(chǔ)，圍繞復(fù)雜多樣化任務(wù)，構(gòu)建具有以人為主、跨域協(xié)同、網(wǎng)絡(luò)共享等特征的整體作戰(zhàn)框架，展示了強(qiáng)大的海上戰(zhàn)場信息優(yōu)勢。為了形成成熟可靠的跨域協(xié)同海戰(zhàn)能力，網(wǎng)絡(luò)化通信、態(tài)勢感知、智能指揮控制等關(guān)鍵技術(shù)有待進(jìn)一步發(fā)展。

海戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)化通信技術(shù)

目前，有人機(jī)、無人機(jī)、導(dǎo)彈、艦船、潛艇等作戰(zhàn)單元僅作為相對獨(dú)立的系統(tǒng)在局部作戰(zhàn)區(qū)域中運(yùn)用。未來，具有不同功能的各型作戰(zhàn)單元及其組成的編隊(duì)將在海上戰(zhàn)場協(xié)同作戰(zhàn)，所有作戰(zhàn)單元都是整個作戰(zhàn)系統(tǒng)信息柵格中的一個節(jié)點(diǎn)，并與指揮系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)、互通。

海戰(zhàn)通信網(wǎng)絡(luò)以各型艦艇、飛機(jī)、導(dǎo)彈為通信節(jié)點(diǎn)，綜合運(yùn)用衛(wèi)星通信鏈路、視距數(shù)據(jù)鏈等無線通信手段，組成具有移動組織特點(diǎn)的海戰(zhàn)通信網(wǎng)絡(luò)。

按照信息精度和信息實(shí)時性等不同要求，海戰(zhàn)通信網(wǎng)絡(luò)可分為武器控制、兵力控制和計劃協(xié)調(diào)3個層次。海戰(zhàn)單元種類繁多，各單元協(xié)同作戰(zhàn)須要交互大量數(shù)據(jù)信息，通信網(wǎng)絡(luò)將按需求特點(diǎn)，使用不同的通信手段。因此，海戰(zhàn)通信網(wǎng)絡(luò)具有通信手段差異大、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓瘡?fù)雜、傳輸帶寬有限、容量可變、鏈路質(zhì)量不穩(wěn)定等特點(diǎn)。

針對跨域協(xié)同海戰(zhàn)通信網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，各型無人系統(tǒng)應(yīng)采用無線分布式動態(tài)多址接入、實(shí)時魯棒性傳輸、數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)頑存等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建作戰(zhàn)單元集群自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)體系，為實(shí)現(xiàn)實(shí)時、寬帶、安全的集群通信網(wǎng)絡(luò)提供技術(shù)支撐。

跨域協(xié)同海戰(zhàn)通信網(wǎng)絡(luò)中單一鏈路傳輸?shù)男盘柎嬖诓环€(wěn)定的問題，各型無人系統(tǒng)須要采用多跳中繼傳輸信息。由于多跳中繼動態(tài)變化，節(jié)點(diǎn)容量受限，各型無人系統(tǒng)須要將網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)與路由技術(shù)相結(jié)合，選擇編碼機(jī)會大的路徑傳輸信息，優(yōu)化基于網(wǎng)絡(luò)編碼的節(jié)點(diǎn)接入策略和多跳網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間信息傳輸策略，在不增加時延的情況下提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)大容量信息傳輸。

海戰(zhàn)態(tài)勢感知技術(shù)

戰(zhàn)場態(tài)勢感知是系統(tǒng)對作戰(zhàn)時間與空間內(nèi)各元素作戰(zhàn)意圖的理解，并對戰(zhàn)場發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測。在未來跨域協(xié)同海戰(zhàn)中，態(tài)勢感知技術(shù)將為整個軍事行動的指導(dǎo)與決策提供信息。如何利用已獲取的戰(zhàn)場信息和已知的作戰(zhàn)信息來構(gòu)建直觀的態(tài)勢模型，是未來海戰(zhàn)研究領(lǐng)域的一個重要課題。

現(xiàn)代海戰(zhàn)通常具有環(huán)境背景相對簡單，作戰(zhàn)單元種類繁多、數(shù)量龐大，多兵種協(xié)同程度高，戰(zhàn)場中的大型艦船數(shù)量較少，作戰(zhàn)單元配比較為固定等特點(diǎn)。

根據(jù)跨域協(xié)同海戰(zhàn)的發(fā)展趨勢，協(xié)同海戰(zhàn)態(tài)勢感知系統(tǒng)須采用以下主要技術(shù)。

（1）多類型、多功能、高性能傳感器技術(shù)

多傳感器協(xié)同技術(shù)為態(tài)勢感知提供了足夠的技術(shù)支持。海上戰(zhàn)場的復(fù)雜性決定了作戰(zhàn)系統(tǒng)須要使用多類型、多功能、高性能傳感器來廣泛收集目標(biāo)的多維特征，對目標(biāo)進(jìn)行探測，對目標(biāo)信息進(jìn)行分類和處理。

（2）多維信息融合技術(shù)

在跨域協(xié)同海戰(zhàn)中，通信網(wǎng)絡(luò)易遭受電子干擾和終端捕獲而發(fā)生通信中斷。為實(shí)現(xiàn)信息共享，態(tài)勢感知系統(tǒng)須具備多維信息獲取和處理能力，使得作戰(zhàn)系統(tǒng)能夠較好地克服所面臨的困難。

（3）傳感器管理技術(shù)

海戰(zhàn)態(tài)勢感知系統(tǒng)須對無人系統(tǒng)配置的多傳感器進(jìn)行感知建模，為各傳感器部署方案提供設(shè)計依據(jù)。同時，針對戰(zhàn)術(shù)偵察、電磁兼容性等要求，及時對各傳感器進(jìn)行集中管控。

（4）可量化戰(zhàn)場態(tài)勢信息技術(shù)

己方對傳感器獲取的海上戰(zhàn)場環(huán)境、敵方作戰(zhàn)單元數(shù)量和類型，已知的戰(zhàn)場部署和兵力配置等信息進(jìn)行建模，形成一個可視化戰(zhàn)場影像，為指揮人員的決策方案提供信息支持，或者建立一個可量化戰(zhàn)場模型，為戰(zhàn)場數(shù)字指揮系統(tǒng)的決策提供參考。

跨域協(xié)同海戰(zhàn)的智能指揮控制系統(tǒng)

有人-無人協(xié)同作戰(zhàn)是未來海戰(zhàn)的重要作戰(zhàn)樣式。它可實(shí)現(xiàn)平臺作戰(zhàn)能力互補(bǔ)，以及整個海戰(zhàn)武器系統(tǒng)內(nèi)部火力配置的高度融合。有人系統(tǒng)和無人系統(tǒng)在作戰(zhàn)中的任務(wù)定位可能會隨著不同無人系統(tǒng)的自主能力、戰(zhàn)場環(huán)境變化、作戰(zhàn)任務(wù)變化而發(fā)生改變。因此二者的功能須要動態(tài)地適應(yīng)作戰(zhàn)場景的變化。跨域協(xié)同海戰(zhàn)智能指揮控制技術(shù)研究須要充分利用有人、無人兩種系統(tǒng)的優(yōu)勢，平衡二者的能力，合理組建有人-無人編隊(duì)，發(fā)揮最大作戰(zhàn)效能。為滿足跨域有人-無人編隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)的需求，海戰(zhàn)智能指揮控制系統(tǒng)須具備以下能力。

（1）全域多維快速轉(zhuǎn)換能力

未來海戰(zhàn)將不會局限于海軍單兵種作戰(zhàn)，其作戰(zhàn)空間將由傳統(tǒng)的海面、淺海、空中進(jìn)一步拓展到深海、賽博等空間。這須要未來海戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)具備在不同作戰(zhàn)域間快速靈活切換的全域多維快速轉(zhuǎn)換能力。

（2）戰(zhàn)場快速決策能力

在未來海戰(zhàn)中，海量信息的復(fù)雜度增大，使信息處理量已遠(yuǎn)超人腦的運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷。而人工智能（AI）處理技術(shù)和算法可大幅提升海量戰(zhàn)場信息的處理速度。因此，智能指揮控制系統(tǒng)應(yīng)具備大數(shù)據(jù)分析和戰(zhàn)場態(tài)勢模型學(xué)習(xí)與訓(xùn)練功能，提升海量數(shù)據(jù)的快速運(yùn)算與處理能力，迅速做出指揮決策，為作戰(zhàn)部署提供有力支撐。

（3）精準(zhǔn)指揮控制能力

海戰(zhàn)跨域分布式對抗須要指揮控制系統(tǒng)對作戰(zhàn)環(huán)境、作戰(zhàn)資源、作戰(zhàn)流程等要素進(jìn)行快速組織、精確控制。因此，為實(shí)現(xiàn)所有作戰(zhàn)單元之間同時協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，智能指揮控制系統(tǒng)須具備準(zhǔn)確地執(zhí)行指揮意圖的能力。

（4）智能要素協(xié)同能力

無人系統(tǒng)在跨域協(xié)同海戰(zhàn)中承擔(dān)著多維感知、全域響應(yīng)、高效機(jī)動與精確打擊等作戰(zhàn)任務(wù)。無人系統(tǒng)在整個海戰(zhàn)武器系統(tǒng)中的占比將越來越大，無人系統(tǒng)之間、有人系統(tǒng)與無人系統(tǒng)之間的智能交互、認(rèn)知交互、意圖交互等協(xié)同能力對海戰(zhàn)智能指揮控制尤為重要。

技術(shù)發(fā)展趨勢

海下、海面、海洋上空等不同空間中的作戰(zhàn)單元越來越豐富，其作戰(zhàn)能力越來越強(qiáng)大，尤其是無人系統(tǒng)的自主能力正在快速提升。未來，海戰(zhàn)將向多平臺協(xié)同作戰(zhàn)，有人-無人協(xié)同作戰(zhàn)等方向發(fā)展。受當(dāng)前技術(shù)水平制約，整個海戰(zhàn)中的作戰(zhàn)單元還必須由人在回路實(shí)施控制，但隨著跨域協(xié)同技術(shù)的不斷發(fā)展，無人系統(tǒng)大量使用是未來海戰(zhàn)的發(fā)展趨勢。

通信網(wǎng)絡(luò)通用架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)建立

首先，海戰(zhàn)跨域網(wǎng)絡(luò)化通信系統(tǒng)須要建立一套適用于各型作戰(zhàn)系統(tǒng)的通用架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。這套標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該涵蓋操作、服務(wù)、數(shù)據(jù)和信息等層面的內(nèi)容，以確保多個作戰(zhàn)域中的各型系統(tǒng)保持指揮、控制和通信等要素同步，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多域和多系統(tǒng)之間的無縫協(xié)同。以數(shù)據(jù)和信息為例，通用架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包含基于通用語言編寫的通用數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)和模塊之間的信息交互。另外，隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化通信對網(wǎng)絡(luò)安全提出了更高要求，未來網(wǎng)絡(luò)通信須要不斷加強(qiáng)賽博防御機(jī)制，并發(fā)展靈活、高效的電子防御技術(shù)，確保網(wǎng)絡(luò)信息在傳輸過程中保持完整性、可靠性和可用性。

基于人工智能技術(shù)的自主性提升

人工智能技術(shù)是未來有人-無人協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展的核心驅(qū)動力，直接決定了作戰(zhàn)系統(tǒng)的自主能力。其中，無人系統(tǒng)自主性越高，將能執(zhí)行更加復(fù)雜的戰(zhàn)場任務(wù)，并在有人-無人協(xié)同作戰(zhàn)中承擔(dān)更重要的任務(wù)。而全自主無人系統(tǒng)將具有類似人類的智能，自主感知戰(zhàn)場態(tài)勢，自主決策任務(wù)。當(dāng)前，機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能算法正在快速發(fā)展，未來海戰(zhàn)研究應(yīng)關(guān)注如何將成熟的算法應(yīng)用到實(shí)戰(zhàn)場景。此外，由于海量信息運(yùn)算非常復(fù)雜，須要強(qiáng)大的計算能力，未來海戰(zhàn)須要解決云計算技術(shù)如何移植到無人系統(tǒng)的嵌入式硬件。

新的測評和驗(yàn)證技術(shù)開發(fā)

跨域協(xié)同海戰(zhàn)與傳統(tǒng)海戰(zhàn)之間存在明顯的差異性。因此，傳統(tǒng)技術(shù)測試、評估、校核和驗(yàn)證模型須要進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)，并采用新的開發(fā)、仿真等方法和技術(shù)。此外，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)等數(shù)字仿真平臺將為系統(tǒng)測試與驗(yàn)證、人機(jī)交互提供重要手段。

結(jié)束語

在未來跨域協(xié)同海戰(zhàn)中，各型無人系統(tǒng)將充分發(fā)揮優(yōu)勢，協(xié)助海軍在未來軍事作戰(zhàn)中完成使命，并與艦載裝備組成編隊(duì)執(zhí)行任務(wù)，顯著增強(qiáng)作戰(zhàn)體系的作戰(zhàn)效能。我軍海戰(zhàn)體系建設(shè)應(yīng)緊跟目前世界海戰(zhàn)的發(fā)展趨勢，加快有人-無人編隊(duì)部隊(duì)建設(shè)，大力發(fā)展海戰(zhàn)智能化關(guān)鍵技術(shù)。同時，我國海軍反跨域無人系統(tǒng)作戰(zhàn)研究迫在眉睫，只有形成強(qiáng)大的防御系統(tǒng)，才能提前有效地遏制敵方作戰(zhàn)意圖。 ■