跨域分布式防御作戰(zhàn)及關(guān)鍵技術(shù)研究 *

張文杰，郭峰，高謙，王世凱，李啟，鐘少康

（北京電子工程總體研究所，北京 100854）

0 引言

近年來，世界各軍事強國加速發(fā)展大機動隱身飛行器、高超聲速飛行器、彈道導彈等空襲裝備，不斷創(chuàng)新作戰(zhàn)概念，如網(wǎng)絡中心戰(zhàn)、多域戰(zhàn)、分布式作戰(zhàn)、馬賽克戰(zhàn)等［1］，涌現(xiàn)出有人-無人機編隊作戰(zhàn)、無人機集群作戰(zhàn)、體系網(wǎng)絡化跨域協(xié)同作戰(zhàn)等新興作戰(zhàn)模式［2-3］，對國土安全造成日益嚴重的影響，傳統(tǒng)的防空反導武器系統(tǒng)無法高效集成利用分布于不同區(qū)域不同平臺的傳感器資源，單一殺傷鏈易被“擊點斷鏈”，已無法全面應對日益嚴峻的空天威脅。因此，推動以分布式作戰(zhàn)模式為抓手、實現(xiàn)空地協(xié)同的跨域分布式作戰(zhàn)成為必然趨勢。空地跨域協(xié)同是指綜合利用陸基、空基等信息和要素，給予完成任務所需要的行動，空地之間形成互補增效，從而建立跨域聚能優(yōu)勢。跨域協(xié)同能夠?qū)⒖罩泻偷孛娌筷牭姆植际絺鞲衅骱蜕涫值纫叵噙B，通過在規(guī)模、速度和各層級的分布式任務式指揮，以任務為中心，以分布式作戰(zhàn)為手段，打破航空兵和地空導彈兵之間的界線，從空地作戰(zhàn)域中精選可用作戰(zhàn)要素進行靈活組網(wǎng)，快速構(gòu)建動態(tài)殺傷鏈，達到作戰(zhàn)效果最優(yōu)化，同時對作戰(zhàn)對手造成戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)上的多維打擊。分布式防御加強了各節(jié)點的網(wǎng)絡化，信息源的利用效率更高，且能夠形成多條殺傷鏈，具有“空地覆蓋、快速傳輸、能力共享、按需定制、動態(tài)調(diào)配、隨機接入”等顯著特點。相比傳統(tǒng)的作戰(zhàn)模式，具有更強的戰(zhàn)場適應性、使用靈活性和抗毀生存性［4］。

1 當前防御體系的不足

1.1 防御體系“樹狀”指揮架構(gòu)導致體系作戰(zhàn)資源靈活運用與抗毀性差

當前防御系統(tǒng)施行“樹狀”管理，如圖1 所示。下級防御系統(tǒng)的態(tài)勢信息須傳遞到上級，由上級進行統(tǒng)一處理再傳遞到下級，下級防御系統(tǒng)之間無法直接通信，作戰(zhàn)能力嚴重依賴指控系統(tǒng)，導致作戰(zhàn)資源靈活運用與殺傷鏈動態(tài)重組不夠靈活，難以滿足網(wǎng)絡化火力的指揮控制需求。

圖1 “樹狀”指揮架構(gòu)Fig. 1 "Tree" command structure

當前火力單元中心化和“樹狀”的指揮結(jié)構(gòu)使得一方只需對另一方任一環(huán)節(jié)進行打擊即可使其整個系統(tǒng)失去作戰(zhàn)效能。如美國對伊拉克的“沙漠風暴”行動中，在對伊拉克指控節(jié)點和雷達進行精確打擊后，便使伊拉克整個防空系統(tǒng)失效。此外，對于美國先進的薩德系統(tǒng)，只要摧毀其AN/TPY-2雷達，便會使整個武器系統(tǒng)失效。

1.2 當前高成本攔截彈藥難以持續(xù)應對敵分散化、低成本部署的作戰(zhàn)力量，且缺乏應對全譜威脅的一體化能力

隨著傳統(tǒng)氣動類目標和彈道類目標突防能力的不斷加強，防御武器的復雜度也隨之提高，成本不斷攀升，而敵方依舊存在大量低成本武器，如制導炸彈、火箭彈、無人機等，其可能以分散化多中心的方式實施打擊。而當前高成本攔截彈無法做到像衛(wèi)星制導炸彈等武器規(guī)模化的量產(chǎn)，因而難以持續(xù)應對敵分散化、低成本部署的作戰(zhàn)力量。此外，當前攔截系統(tǒng)大多針對典型目標進行作戰(zhàn)，如俄羅斯S300 遠程防空導彈武器系統(tǒng)，對于近距攻擊無人機，可能因為近界限制而無法實施攔截，缺乏應對全譜威脅的一體化能力。

1.3 地基雷達受地球曲率影響，探測存缺口

受地球曲率限制，嚴重制約了地基雷達對低空、超低空目標的探測能力，而作戰(zhàn)飛機使得雷達升空，提升了對低空目標的探測能力，與地面武器協(xié)同，能夠?qū)崿F(xiàn)對超低空突防目標的遠距離攔截。同時，地面武器作戰(zhàn)資源充足，通過與空中平臺協(xié)同共享態(tài)勢信息，可作為作戰(zhàn)飛機的彈藥庫，增加飛機的持續(xù)作戰(zhàn)能力。

1.4 網(wǎng)絡化體系下快速構(gòu)建動態(tài)殺傷鏈的能力不足

網(wǎng)絡化體系下作戰(zhàn)平臺跨域分散部署、載荷類型多樣、自主程度各異，火力打擊決策方案數(shù)量呈指數(shù)級增長，對指揮控制模型的處理能力和響應速度提出嚴峻挑戰(zhàn)。防空作戰(zhàn)對掌握制空權(quán)有著重要作用，其作戰(zhàn)指揮和裝備控制層次復雜，要想捕獲稍縱即逝的最佳戰(zhàn)機，必須建立一個囊括防空兵群內(nèi)所有作戰(zhàn)單元的信息系統(tǒng)，將系統(tǒng)獲得的各種情報加工處理，得到準確、及時、全面的戰(zhàn)場態(tài)勢信息，提供給防空兵群內(nèi)各作戰(zhàn)單元共享，實現(xiàn)防空兵群協(xié)同作戰(zhàn)，使得空空導彈、地空導彈、艦空導彈、便攜式導彈、近防炮等各類防御裝備實現(xiàn)海陸空一體化集成，充分發(fā)揮各型裝備的性能優(yōu)勢，快速構(gòu)建動態(tài)殺傷鏈，完成對目標的有效攔截。而當前還是以“各自為戰(zhàn)”的防空體系為主，即通過組織作戰(zhàn)飛機執(zhí)行空空攔截、組織地面防空武器執(zhí)行地空攔截、組織電子設備實施電磁干擾來達到抵御來襲目標的目的，多兵種聯(lián)合作戰(zhàn)、一體化指揮控制及殺傷鏈動態(tài)快速構(gòu)建能力存在不足［5-6］。

2 空地協(xié)同跨域分布式防御措施

2.1 以分布式網(wǎng)絡為中心，打造“分布式網(wǎng)絡中心戰(zhàn)”

對彈站架進行解耦，通過分散式部署，實現(xiàn)任意組合，武器系統(tǒng)能夠開發(fā)、集成和利用空基、地基等態(tài)勢信息和戰(zhàn)場資源，實現(xiàn)跨域信息的一體化融合。“分布式網(wǎng)絡中心戰(zhàn)”通過建立通用化的網(wǎng)絡，增強傳感器、攔截彈等各裝備之間的交聯(lián)互通，使得防御武器能夠利用系統(tǒng)內(nèi)的任意傳感器實施對目標的跟蹤，并選擇最優(yōu)的攔截時機、攔截路徑、攔截武器完成對目標的精確攔截，實現(xiàn)作戰(zhàn)資源的動態(tài)重組和聚合優(yōu)化，提升系統(tǒng)的抗毀能力。如美國的“一體化火力控制-防空系統(tǒng)”（naval integrated fire control-counter air，NFIC-CA），該項目采用分布式網(wǎng)絡系統(tǒng)，能夠快速集成、融合多源信息并進行決策，克服傳統(tǒng)防御武器信息交互方面的短板，實現(xiàn)防空反導一體化資源管控與協(xié)同分配［7］。

2.2 防御節(jié)點分散部署并增強分散節(jié)點的機動性

以分布式網(wǎng)絡為中心的信息系統(tǒng)增強了各裝備之間的交互能力，使得先進的傳感器、指控系統(tǒng)和武器裝備聯(lián)成一個網(wǎng)絡，能夠針對不同的作戰(zhàn)任務靈活定義指控系統(tǒng)，依據(jù)指揮關(guān)系重新定義火力單元。如美國的NFIC-CA 系統(tǒng)為海軍提供了一體化分布式部署能力，其中，CEC（cooperative engagement capability）系統(tǒng)為其提供實時、高數(shù)據(jù)率的數(shù)據(jù)傳輸能力，實現(xiàn)防御節(jié)點分散部署后的交聯(lián)互通［8］，分散化部署能夠增加系統(tǒng)的抗毀性。此外，增強分散部署節(jié)點的機動性，能夠提高防御節(jié)點的生存能力，擴大防御面積，并在重點保衛(wèi)方向形成夾逼之勢。

2.3 發(fā)射單元模塊化，具備同時裝載不同攔截彈的能力，從而實現(xiàn)分層防御

發(fā)射單元的模塊化將大大提升防御作戰(zhàn)的靈活性和攔截能力，如美國的多任務發(fā)射架，通用垂直發(fā)射系統(tǒng)等。攔截彈的混合裝載為防御作戰(zhàn)提供了更多的選擇性，如在THAAD（terminal high altitude area defense）武器系統(tǒng)中增加PAC-3 導彈，節(jié)省了系統(tǒng)資源，提高了信息源使用效率，實現(xiàn)了末段高低兩層反導。同時，通過對模塊化單元的分布式無人預置與部署，能夠適應高原、島礁等各種復雜地形的作戰(zhàn)使用需求［9-13］。

2.4 構(gòu)建攻防一體化的攔截系統(tǒng)，實現(xiàn)從“分布式防御”到“分布式殺傷”

傳統(tǒng)的反應式防御始終存在滯后，若在防御性武器中集成進攻性武器，利用防御武器的戰(zhàn)場態(tài)勢感知能力，獲取進攻武器的發(fā)射點信息，在下一波進攻前，對其發(fā)射基地進行摧毀，則能夠?qū)崿F(xiàn)從反應式防御到主動防御的轉(zhuǎn)變。同時，可以不斷提升攔截武器射程，拓展殺傷區(qū)遠界，在對方投彈前將其摧毀，達到以防代攻、攻防一體的目的。

2.5 采用集裝箱式的發(fā)射模塊，實現(xiàn)偽裝抑或高密度裝填

僅僅依靠裝備有限的機動能力實現(xiàn)分布式防御遠遠不夠，將發(fā)射裝置集裝箱化，通過真假虛實的結(jié)合，采用欺騙的“被動防御”手段，迷惑對手，從而實現(xiàn)分布式防御［14］，如圖2 所示。

圖2 集裝箱式發(fā)射架Fig. 2 Container launcher

3 空地協(xié)同跨域分布式防御關(guān)鍵技術(shù)

3.1 分布式跨域異構(gòu)資源協(xié)同融合技術(shù)

異構(gòu)資源信息協(xié)同融合運用技術(shù)是指防御系統(tǒng)接入分布式部署的跨域傳感器的探測信息，進行多源異構(gòu)信息共享和融合處理，將時間、空間上不連續(xù)的信息片段聚零為整，實現(xiàn)統(tǒng)一態(tài)勢信息和導彈制導信息場構(gòu)建，生成基于深度學習、大數(shù)據(jù)的目標綜合識別能力，基于分布式傳感器的數(shù)據(jù)融合能力。

3.2 基于大數(shù)據(jù)的戰(zhàn)場態(tài)勢推理認知技術(shù)

態(tài)勢感知是在廣闊的時空環(huán)境中感知所有有用元素，并以最快的速度辨識和理解敵方意圖。以信息技術(shù)為核心的高新技術(shù)在軍事領(lǐng)域的廣泛應用，使戰(zhàn)爭運行速度發(fā)生“質(zhì)”的變化，面對瞬息萬變的戰(zhàn)場環(huán)境和稍縱即逝的有利戰(zhàn)機，只有樹立“態(tài)勢推理”和“同步認知”的理念，才能實現(xiàn)傳感器到射手的有機連接和快速閉環(huán)，達到整體聯(lián)動的效果。因此，如何從海量的數(shù)據(jù)中獲取、傳輸、處理和利用正確的信息極其關(guān)鍵，主要包括基于大數(shù)據(jù)的戰(zhàn)場態(tài)勢感知技術(shù)、基于情報質(zhì)量的態(tài)勢層次化處理技術(shù)、基于貝葉斯網(wǎng)絡的態(tài)勢推理技術(shù)、基于知識特征的目標軌跡預測與意圖研判技術(shù)等。

3.3 基于任務驅(qū)動的作戰(zhàn)資源云化與智能重構(gòu)技術(shù)

針對資源云化涵蓋情報、偵察、監(jiān)視、打擊、機動、保障等多種作戰(zhàn)要素的現(xiàn)實問題，基于現(xiàn)代信息技術(shù)和人工智能技術(shù)，以任務為驅(qū)動，以面向分布式防御的作戰(zhàn)資源規(guī)劃與智能重構(gòu)為目標，全面分析跨域協(xié)同作戰(zhàn)要素，研究跨域協(xié)同作戰(zhàn)資源重構(gòu)中的作戰(zhàn)任務智能分解、各類云化資源的狀態(tài)精確監(jiān)測和能力標定、對網(wǎng)絡資源的柔性復用和網(wǎng)絡業(yè)務的動態(tài)適配、動態(tài)調(diào)整資源重組方案等，以此達到一體化跨域協(xié)同作戰(zhàn)能力倍增的目的。主要包括復雜作戰(zhàn)任務智能分解技術(shù)，任務驅(qū)動下的作戰(zhàn)資源分片優(yōu)化與智能重構(gòu)技術(shù)，業(yè)務需求導向的網(wǎng)絡異質(zhì)資源動態(tài)適配技術(shù)等。

3.4 多域一體化自適應分布式集群動態(tài)組網(wǎng)技術(shù)

未來空地協(xié)同跨域分布式防御作戰(zhàn)任務中，各火力作戰(zhàn)單元能夠?qū)崿F(xiàn)集群聯(lián)動，協(xié)同作戰(zhàn)環(huán)境下節(jié)點數(shù)量龐大，信息呈現(xiàn)異構(gòu)多元的特點，傳統(tǒng)的防御作戰(zhàn)難以滿足未來作戰(zhàn)需求，需搭建多域一體自適應的分布式防御架構(gòu)，進一步對整體的分布式體系架構(gòu)進行解耦設計，針對空地協(xié)同信息網(wǎng)絡大時空跨度網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)、動態(tài)網(wǎng)絡環(huán)境下的高速信息傳輸、稀疏觀測數(shù)據(jù)的連續(xù)反演與高時效應用等問題，研究大尺度時空約束下空間網(wǎng)絡及空間信息傳輸處理等機理，重點突破動態(tài)網(wǎng)絡容量優(yōu)化、高速信息傳輸及多維數(shù)據(jù)融合應用等技術(shù)。

3.5 基于動態(tài)精度閉合的殺傷鏈構(gòu)建技術(shù)

針對空地協(xié)同作戰(zhàn)中存在的信息源動態(tài)切換、信息質(zhì)量動態(tài)變化等約束，突破傳統(tǒng)地面防御武器殺傷區(qū)的限制，在不同品質(zhì)信息支援下，完成多目標、多彈型、多傳感器條件下的最佳信火匹配算法和時序優(yōu)化調(diào)度設計，實現(xiàn)動態(tài)殺傷鏈構(gòu)建，包括異構(gòu)高動態(tài)攔截裝備制導精度鏈閉合技術(shù)、異構(gòu)信息快速切換的組網(wǎng)制導控制技術(shù)等［15］。

4 空地協(xié)同跨域分布式防御發(fā)展建議

4.1 發(fā)展和完善數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，形成完備的數(shù)據(jù)鏈裝備體系，提高空地協(xié)同作戰(zhàn)能力

數(shù)據(jù)鏈能夠為聯(lián)合作戰(zhàn)提供一體化的信息支持，增加整個系統(tǒng)的實時信息傳輸能力和全維態(tài)勢感知能力，是提升空地協(xié)同作戰(zhàn)力量的倍增器。應著力發(fā)展高速率、大容量且抗干擾能力強的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，滿足大容量戰(zhàn)術(shù)信息和多武器平臺協(xié)同作戰(zhàn)的需要；同時發(fā)展多種傳輸信息、多種傳輸體制、多個數(shù)據(jù)鏈互操作的數(shù)據(jù)鏈體制，形成“通專結(jié)合、高低搭配”的數(shù)據(jù)鏈體制，滿足新老系統(tǒng)的兼容性、信息分發(fā)的實時性、網(wǎng)絡配置的合理性、應用的普及性以及系統(tǒng)的經(jīng)濟性等，形成完備的數(shù)據(jù)鏈裝備體系，豐富傳統(tǒng)的預警探測、跟蹤識別、指揮控制、發(fā)射決策等手段，全面提升空地協(xié)同作戰(zhàn)能力。

4.2 加強要素解耦，采用開放式的系統(tǒng)架構(gòu)，提升跨域分布式作戰(zhàn)能力

空地協(xié)同防御作戰(zhàn)中，武器系統(tǒng)平臺增多、任務難度增大，應著力提高武器系統(tǒng)要素的動態(tài)管理與功能重構(gòu)能力，以分布式通信和網(wǎng)絡信息技術(shù)為依托，通過系統(tǒng)內(nèi)各種傳感器、指控系統(tǒng)、發(fā)射單元等要素解耦，將各個要素聚合成高動態(tài)性、強適應性的防御體系，從而取得作戰(zhàn)優(yōu)勢。采用開放式可重構(gòu)的系統(tǒng)架構(gòu)、通用化的硬件平臺和可重復使用的軟件模塊，實現(xiàn)硬件模塊的可替代性、軟件復雜度的可裁剪性和整體結(jié)構(gòu)的可擴展性，通過參數(shù)配置和軟件重構(gòu)實現(xiàn)任務及功能的快速重構(gòu)，全面提升跨域分布式作戰(zhàn)能力。

4.3 通過傳感器網(wǎng)絡與平臺深度融合，動態(tài)調(diào)整感知和攔截資源，進一步提高體系化作戰(zhàn)能力

目前，傳統(tǒng)的防御武器系統(tǒng)發(fā)展迅猛，裝備體系作戰(zhàn)初具規(guī)模，但大多面向傳統(tǒng)領(lǐng)域，需進一步提升體系化作戰(zhàn)能力，具備復雜場景下的作戰(zhàn)能力。通過融入空基信息，形成由多源異構(gòu)預警探測信息系統(tǒng)、人機融合智能決策、分散部署作戰(zhàn)單元組成的空地協(xié)同防御體系，突破傳統(tǒng)時序編排，域間分明的局限，實現(xiàn)任意時間、任意空間動態(tài)構(gòu)建異構(gòu)資源條件下的殺傷鏈，形成主被動一體、跨域協(xié)同的新型作戰(zhàn)體系，提高聯(lián)合作戰(zhàn)能力與全局防御能力。

5 結(jié)束語

隨著網(wǎng)絡信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，空地協(xié)同跨域分布式作戰(zhàn)帶來的技術(shù)變革越發(fā)明顯。這種以開放式架構(gòu)為核心，系統(tǒng)配置可靈活裁剪，模塊化、多元化、通用化、協(xié)同化為特點的作戰(zhàn)模式將在未來復雜戰(zhàn)場中賦予裝備更強的防御能力。通過對空地協(xié)同跨域分布式防御作戰(zhàn)的闡述與分析，這種作戰(zhàn)效能高、抗毀效果強、成本低廉的新型作戰(zhàn)模式，將推動我軍進入新的軍事變革時代。大力發(fā)展分布式協(xié)同作戰(zhàn)技術(shù)，對整合我軍現(xiàn)有防御裝備，提升現(xiàn)有裝備作戰(zhàn)效能，降低裝備全壽命周期成本，推動我軍未來武器裝備和國防實力的發(fā)展，將具有重大意義。