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指挥控制与仿真

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2025 , Vol. 47 >Issue 2: 1 - 9

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1673-3819.2025.02.001

专家视角

对“C4KISR”的再思考

  • 王洪迅 1 ,
  • 王洪雷 2 ,
  • 邓靖 1 ,
  • 向新 1 ,
  • 王嵘森 1
展开
  • 1 空军工程大学航空工程学院, 陕西 西安 710038
  • 2 中国人民解放军93149部队, 甘肃 酒泉 735018

王洪迅(1977—),男,副教授,研究方向为信息与通信工程、航空电子。

王洪雷(1979—),男,高级工程师。

Copy editor: 张培培

收稿日期: 2024-10-29

  修回日期: 2024-11-16

  网络出版日期: 2025-03-27

收起

Rethinking on the "C4KISR"

  • WANG Hongxun 1 ,
  • WANG Honglei 2 ,
  • DENG Jing 1 ,
  • XIANG Xin 1 ,
  • WANG Rongsen 1
Expand
  • 1 Aeronautical Engineering School, AFEU,Xi'an 710038, China
  • 2 Unit 93149 of PLA, Jiuquan 735018, China

Received date: 2024-10-29

  Revised date: 2024-11-16

  Online published: 2025-03-27

Fold

摘要

对“C4KISR/C4ISR”主体要素的传统认知无法体现计算机、通信与其他五项军事要素的关联。为此从体系架构、动态信息流两个视角对C4KISR进行辨析,构建了基本和多C4KISR体系架构,分析了信息流的动态过程,并且着重分析计算机、通信效能对体系的影响。从整个架构的视角,不能仅仅将“C4KISR”视为指挥控制体系,体系效能的增强需要各要素协同增强,否则可能形成体系的短板或堵点。上述研究对“C4KISR”体系合理构建有重要的参考价值。

关键词： C4KISR; 体系要素; 体系架构; 动态信息流; 体系能力

本文引用格式

王洪迅 , 王洪雷 , 邓靖 , 向新 , 王嵘森 . 对“C4KISR”的再思考[J]. 指挥控制与仿真, 2025 , 47(2) : 1 -9 . DOI: 10.3969/j.issn.1673-3819.2025.02.001

Abstract

The traditional perception of main elements of "C4KISR/C4ISR" cannot represent relationships between computers, communications and the other 5 military elements. A recognition of C4KISR system is proposed from the perspectives of architecture and dynamic information flow, basic and multi-C4KISR architectures are constructed, the dynamic process of information flow is analyzed, and computer and communication efficiency and their impact on the system are focused on. "C4KISR" cannot be regarded as just a command & control system from the perspective of the entire architecture; it is necessary to enhance the synergy of all elements to enhance the efficiency of the system, otherwise weaknesses or blockades of the system may be formed. Above research has important reference for rational construction of "C4KISR".

Key words： C4KISR; system elements; system architecture; dynamic information flow; system capabilities

C4KISR/C4ISR是现代战争信息战的基石。李威等人[1]对美军C4KISR基本内容、发展现状、作战实例进行了剖析和研究,阐述了C4KISR倍增器的作用。贺正求等人[2-8]采用多种方法对C4KISR系统建模,并对其可靠性以及效能进行了评估分析;张庭瑜等人[9-11]对软硬件结合的C4KISR可靠性及复杂度进行了初步分析。张兆晨等人[12-13]从智能化战争需求出发提出C4KISR的设计方法,并尝试导入人工智能[14];方胜良等人[15]对C4KISR功能以及成效进行了描述;黄谦等人[16-20]聚焦“C2(指挥与控制)”进行优化并联合;曹建平等人[21-22]则关注了ISR要素优化升级。上述文献从不同视角研究了C4KISR,反映出智能化、体系化、联合化、全域化的发展趋势,但都将重点放在其中部分要素上而不全面。
“C4KISR”术语中,侦察、监视、情报、指挥、控制、杀伤主要体现为军事任务要素,而计算机、通信体现为装备技术要素,它们简单并列未体现其各要素之间的关联以及C4KISR整体性,且迄今为止未见有文献对这一基本问题进行阐述和研究。在分析传统认知局限的基础上,本文重新审视了C4KISR要素及其架构,认为其中的“计算机与通信”更需引起重视。

1 传统“C4KISR”认知局限

“C4KISR”中,“C4”对应指挥(command)、控制(control)、通信(communication)、计算机(computer);“ISR”中,“I”对应情报(intelligence),“S”对应监视(surveillance),“R”对应侦察(reconnaissance);“K”对应杀伤(kill)。虽然后续又有术语“C5ISR”“C6ISR”,其中,增添了两个新“C”,即赛博防御(cyber defense)或/和作战系统(combat system),但尚未被广泛接受,“C4KISR”仍然沿用至今。其发展历程如图1、图2所示。
图1 C4KISR发展历程图

Fig.1 Development history of C4KISR

图2 C4KISR概念融合发展图

Fig.2 Concept developments of C4KISR

1.1 传统“C4KISR”要素概述

“C4KISR”涉及8个主体要素,根据文献[23-24]概要说明如下:
(1)指挥&控制(command & control)。“指挥”是指军队对所属的作战任务和军事行动进行规划、组织和协调的过程。“控制”是指挥人员驾驭所属部队和武器完成任务并使其行动符合自己意图的过程。常用“C2”代表“指挥&控制”。
(2)侦察&监视(reconnaissance & surveillance)。“侦察”是通过目视观察或其他探测方法获取有关敌方的活动和资源信息,或获取有关特定区域的气象、水文或地理特征的数据的任务。“监视”是指通过视觉、听觉、电子、摄影或其他方式对航空航天、赛博空间、地表或地下区域、地点、人或物所进行的系统观察。
(3)情报(intelligence)。它是“对外国、敌对或潜在敌对力量或其部门、实际或潜在作战地域的信息进行搜集、处理、综合、评估及诠释后得到的产品”;该术语还适用于获得此类产品的活动以及从事这些活动的组织”。
(4)杀伤(kill)。“杀伤”是运用各种武器资源,在作战中对敌人目标进行杀伤或者毁灭,挫败敌方意图,以消减敌人的作战能力。
(5)计算机&通信(computer & communication)。“计算机”是一种自动进行高速复杂的数值运算和逻辑判断并输出运算结果的电子设备。“通信”是发送者与接收者之间通过某种媒介、以某种方式进行的信息传递与交流。现代意义上的通信是电子通信,通过电信号以消息的形态传递信息。与前述“C2”对应,后续采用“ C 2 ¯”代表“计算机&通信”。

1.2 传统“C4KISR”功能描述

传统C4KISR系统被描述为如图3所示的9个功能和1个基础结构[1,15]。其中,C4KISR仅作为基础结构而存在,未体现其中的各要素关系。
图3 C4KISR系统功能结构图[1,15]

Fig.3 Functional structure of the C4KISR system[1,15]

1.3 传统认知局限

尽管“C4KISR”代表了体系中主体要素的集合,很多研究也都聚焦先进理念/技术或发展趋势[2-22],但未解答如下两个基本问题:
(1)C4KISR各要素如何关联?
(2)C4KISR整体性如何实现?
这从某个角度体现出C4KISR传统认知的局限。因此,我们需要对其架构进行基础性和理论性的辨析。

2 单C4KISR架构建模

本小节综合文献[25-27]及图4,在前述内容基础上探索C4KISR各要素的联系以及架构。
图4 未来战斗网络示例[25-27]

Fig.4 Example of future battle network operations

2.1 C4KISR基本架构

从作战侧来看,C4KISR架构作为一种军事架构体系,主要由侦察、监视、情报、指挥&控制和杀伤等6个主体军事任务要素构成。但仅这些要素是不够的,还需要两个基础装备技术要素将前述军事任务要素链接赋能,形成现代信息网络[28-31]。

2.1.1 C4KISR核心任务要素

对实际体系进一步抽象建模,本文作者认为融入 C 2 ¯的单C4KISR基本架构如图5所示。
图5 单C4KISR架构图

Fig.5 Structure of single C4KISR

(1)侦察&监视。在未知作战环境、敌我目标不明的情况下,要达成作战目的必先“侦察”;若要某些重点目标采取的军事行动更有针对性和有效性,必须通过“监视”连续采集来获取信息。
(2)情报。无论侦察还是监视,所采集的原始信息数据数量庞大、类型不一、真伪难辨,需研究人员将其去伪存真、去芜存菁,经过加工处理形成情报级的信息,才能为后续的指挥控制环节奠定基础。
(3)杀伤。其是体系效果的体现之一。“杀伤”的目的是作用于敌军事体系,削弱或消灭敌方C4KISR体系的资源,进而迫使敌军事体系效能降低,甚至失能。
(4)指挥&控制。通过指挥&控制,各资源的效用可以充分发挥。

2.1.2 C4KISR效能基础要素

图5所示基本架构中,计算机、通信支撑体系基础效能要素。5个核心军事任务效能的发挥都以计算机为基础,它们之间通过通信模块联系。现代 C 2 ¯共同支撑高效的C4KISR体系。
(1)在计算机资源的支撑下,各项核心军事任务突破人力资源的局限,可自动处理信息,使得单项任务的效能大大提升。计算机效能越高,对应核心任务效能越高。
(2)在现代通信资源对体系信息传递的加持下,核心任务之间的信息数据交互速率更快,信息量更大,信息类型更丰富,信息传递效能大大增强,尤其增加了信息传递的精准性和实时性。
一方面,C4KISR体系可根据其作战环境、敌我双方目标以及军事行动的变化通过指挥控制采取相应的措施,对所属的作战资源和正在实施的军事行动进行规划、组织、管理和协调。另一方面,军事信息的采集(侦察、监视)、传递(通信)、加工(情报)、评估与决策(指挥控制)、应用(杀伤)等均可高效自动完成。各主体要素作为信息处理的环节,任何一项要素效能的降低都会影响体系效能,不同要素效能组合会导致不同体系效能。

2.1.3 进一步思考

图5所示的C4KISR架构非常基础,但是也需要关注其对计算机和通信的要求在不同节点、不同阶段的基础需求的不同。
(1)5项军事任务中,侦察、监视主要体现为数据的采集,计算机重点关注信号处理,情报主要体现为信息,因此,计算机重点关注信息处理、效能预测以及效能预估;指挥控制主要体现为决策,计算机重点关注规划和控制,多输入多输出。杀伤主要体现为效能,计算机重点关注特定任务的实时性。在这种情况下,人们已经不仅仅关注计算机的软硬件构成,更加关注计算机的计算能力,因此,这里的“计算机”的概念应当升级为“算力(computing power)”。
(2)通信链接5项军事任务,在侦察形成情报、监视形成情报之间的通信涉及大量原始侦察、监视数据的交互,重点关注通信的宽带特性;情报与指挥之间的链路也关注通信的宽带特性,但相对于前者略有降低。指挥控制与其他各军事要素的通信关注链接的资源足够多,因此,比较关注通信的接入用户数量。杀伤与指挥控制、监视之间的通信,更加关注通信的实时性。通信的信息传递效能也尤为重要,后续将之简称为“通信力(communication power)”。

2.2 多C4KISR架构建模

不同军种、兵种、部队的C4KISR要素、任务、资源往往不同,不同C4KISR体系之间及其内部不同要素之间也存在协同、联合、合同关系。其主要有两种基本关系:并列、互补。

2.2.1 多C4KISR的并列架构

多C4KISR的并列架构如图6所示。其中,每一C4KISR都包括完整的核心作战要素,且都能独立在各自的作战域遂行作战任务,这种并列架构有两种基本构建方法。
图6 多C4KISR的并列架构示意图

Fig.6 Juxtaposition Schematic of multi-C4KISRs

(1)通过第三方要素建立联合。如通过更高层次的联合指挥控制把不同C4KISR体系要素链接在一起。这种联合指挥控制往往是构成该并列架构的核心链接要素和关键节点。
(2)通过指挥控制直接联合。不同作战域C4KISR体系各自的指挥控制资源之间直接建立联系,通过不同域的指挥控制资源的协同联合,实现两个C4KISR体系的协同联合。

2.2.2 多C4KISR的互补架构

多C4KISR的互补架构如图7所示。特定作战环境下若某C4KISR体系中一主体要素能力偏弱,可通过另一体系相关主体要素进行弥补。
图7 多C4KISR的互补架构示意图

Fig.7 Complementary schematic of multi-C4KISRs

例如,图7中第一个体系中的“侦察”弱,第二个体系中的“杀伤”弱,则它们可以建立体系之间的链接,互相补能,第二个体系中的侦察为第一个体系构建完整的能力主体要素,同理,第二个体系中的杀伤能力从第一个体系获得补充,使其达到足够的杀伤效果。这种互补架构是并列架构的特殊情景。

2.3 C4KISR“四性”体现

我们对于前述单、多C4KISR架构进行审视,可发现其具有相当的动态性和整体性以及联合性和复杂性。

2.3.1 单C4KISR的动态性和整体性

每一C4KISR体系的动态性和整体性主要体现如下:
(1)体系中隐含多个环路,包括侦察环、监视环、情报环、杀伤环,使得体系可以依据作战环境、敌我目标态势的变化有针对性地进行动态调整。
(2)各环路之间存在制约关系。在体系总资源有限的条件下,体系效能会随着要素的动态调整发生相应的变化。
(3)存在某种意义的效能最佳。体系动态变化过程中,按照某种准则,整个体系或某项效能达到最强,或者整个体系或某项效能降低。
(4)需要从体系角度考虑军事效能的提升。通常情况下增强某一单项主体要素可能会提升体系效能,但受其他要素的制约,再进一步增加、增强某个单项效能未必会进一步提升体系效能。

2.3.2 多C4KISR的联合性和复杂性

多C4KISR体系的联合性和复杂性主要体现如下:
(1)需要关注新联合要素,这些新要素是应联合的需求而产生的,例如联合指挥控制、联合情报、联合侦察、联合杀伤(例如空地一体战)等;
(2)出现更为复杂的链接关系。不同域C4KISR体系的跨域链接,形成更为复杂的网状架构。
(3)出现更高的效能需求。多C4KISR体系中的单项主体要素不仅要能处理本体系的信息数据,还要能处理跨体系的信息数据。这无疑极大地推升了对各域各层次C4KISR体系主体要素的能力需求,也推升了对算力的需求。

3 “C4KISR”深入辨析

传统“C4KISR”特别关注军事任务效能[27-29],尤其强调“C2”[30]对跨域多要素的指挥控制,以追求多个体系要素、环节的协同联动,因此,本文不再对其中的军事任务进行阐述,重点阐述“C4KISR”中的 C 2 ¯(通信和计算机)要素。

3.1 通信的效能与层次性

同一C4KISR体系内部、不同C4KISR体系之间的通信具有不同的效能、层次。

3.1.1 通信的效能性

C4KISR中不同要素、信息处理环节不同,对通信的需求也不同。概括如下:
(1)宽带通信。其往往存在于侦察与情报以及监视与情报之间。无论是侦察还是监视,各种传感器资源如SAR成像、红外成像、可见光成像、电子情报等都会产生大量的原始数据,这些数据需要进行高速率的传输。
(2)实时通信。现代杀伤多采用精确制导武器,这些精确制导武器运动速度快,机动灵活,尤其是作用于敏捷目标的情景时,对于数据的时效性、更新速率非常敏感。
(3)多用户通信。C2环节周边往往对通信接入容量提出需求。体系中的各种作战资源需要调整工作模式、状态、改变功能性能等,这就要求C2能够与各级、各类资源保持通信,在保持体系整体效能或某一方面效能最佳的情况下进行及时调配。
(4)远距通信。多要素之间的空间距离远近不一,对通信的传输距离提出需求。
(5)技术指标权衡。工程应用中,一定通信技术条件下,很多通信指标相互制约,例如宽带要求高,则往往要实时性弱化指标;若要求某个通信体系中用户最多,则需弱化用户个体带宽指标。通信各项指标需依据具体的应用场景进行综合权衡调配。

3.1.2 通信的层次

综合图5和图6可知,通信层次不一,会导致通信的地位、重要性不同。
(1)跨体系、跨域的通信各不相同。跨域通信往往存在于不同的C4KISR体系之间,链接其中不同的作战要素。指控跨域、情报跨域相对更重要。
(2)体系内的通信也各不相同。不同的要素链接相应的指标需求不同,在特定的技术条件下,虽然可以通过技术进步,使某一通信制式涵盖很多的应用场景,但是通常的技术条件下,单一的通信制式难以完全适用于所有要素之间的信息传递和信息交互。

3.2 算力的效能与支撑

算力不仅影响体系中的各单项任务,还影响跨体系效能。

3.2.1 单项任务的支撑

不同单项要素、不同的军事任务环节对C4KISR中算力的需求也不同。通常,算力分为通用和专用两种基本类型。
(1)通用算力。通用算力是指具有常规计算机的处理器、内存、接口等体现的计算效能,通过改变软件应用于不同应用场景。
(2)专用算力。专用算力是专门定制的计算机架构所体现的计算效能。例如专用于信号处理、多输入输出以及人工智能等用途的软硬资源等,以符合专门任务的需求。

3.2.2 跨域任务的支撑

跨C4KISR任务对算力提出了更高的需求。相对于单C4KISR,跨体系引入了更多变量、指标,需要评估的环节、要素更加细化,要克服传统意义上的算力不足以满足需求。为了支撑跨域军事效能,研究人员需要着眼于体系的数字化、智能化。
(1)数字化。其包括侦察监视数字化、情报数字化、指挥控制数字化、杀伤信息的数字化,通过通信完成信息的传递和交互,形成不同作战功用的信息流在C4KISR体系内以及多体系之间的传递、处理和应用。
(2)智能化。跨域体系中更多作战要素冗余互补,会导致“数据灾难”,使得传统的信息处理和分析无法完成,甚至“问题无解”。人工智能、大数据处理、深度学习等现代计算技术为解决这一问题提供了技术支撑。C4KISR体系的信息处理智能化、指挥控制智能化水平的提升可以为C4KISR体系找到最优解,即便是次优解,也能够为体系作战及时提供参考和支撑。

3.3 体系对抗的影响

在特定的条件下敌我C4KISR形成对峙,这种情景下C4KISR相对整体效能更加重要,这需要考虑某些现实影响。
(1)C4KISR各要素的分布部署。空间分布上距离的增加对通信的资源与信息传输效率提出了很高的要求。通信资源及其信息传输能力将形成有限的体系作用区域,也形成了有限的C4KISR体系效能。时间上的分布则对信息的时效性提出考验,瞬息万变的战场态势需要人们对信息有很强的处理能力。
(2)跨域的影响。多域作战体系或者全域作战需要考虑异域的信息关联和融合,从单域到多域需要更多的算力和通信力资源,这种需求往往超出既有的单域C4KISR体系算力和通信力。
(3)远距的影响。不论空间分布、时间分布的复杂性还是跨域的联通性,在远距的前提下,C4KISR体系的效能发挥和运用会被极大地束缚。C4KISR各作战要素的作用域总是有限的,且很多要素指标之间相互制约,远距会使C4KISR某些要素能力下降,体系效能降低,加剧体系的短板效应。

3.4 C 2 ¯聚优

从信息论的角度看,多C4KISR体系的情报形成不能仅仅是把各自ISR要素的数据简单叠加,这种联合所得的ISR数据出现了跨域的冗余和相关性。
C 2 ¯聚优的必要性体现为:仅从ISR联合/融合需求出发就需要加强 C 2 ¯:通信、算力。只有体系之间的通信力强,才能形成更强的体系内外要素的联动,这也是图6、图7中情报之间建立通信的原因。多体系ISR数据量通常与维度之积呈正比,这对算力提出了指数级的增长需求。其他要素功能性能的提升进一步推升了对 C 2 ¯的需求。因此,传统思路中仅强调传统C2(指挥&控制)的局限性很大[16-20,26-29],将使得 C 2 ¯更易形成局部劣势,进而制约了体系效能。因此,体系需要动态调整和变化,这意味着 C 2 ¯也需要聚优,以满足体系对抗需求。
C 2 ¯聚优的可行性体现为:其可以从技术侧、战术侧实现 C 2 ¯聚优。传统的思维都是从技术侧分析和改进 C 2 ¯,通过先进技术的采用和 C 2 ¯代次的功能提升,形成 C 2 ¯相对优势。这些措施非常必要,但仍不能避免 C 2 ¯在特定条件下构成局部劣势。现实中,很多先进系统在特定条件下失效、失能,使得体系效能降低甚至接近于无,这意味着仅从技术侧提升 C 2 ¯是不够的,还需要从战术侧提升 C 2 ¯。军事人员可通过战术实现 C 2 ¯资源的重新调集和再分配,进行局部聚优,达到改变 C 2 ¯局部劣势的效果,重夺 C 2 ¯优势,进而重新构成C4KISR体系优势。

4 所蕴含的作战理念和思想

无论是图5的基本架构还是图6、图7的联合架构,从基础理论上,其不仅蕴含基础OODA、杀伤链流程,还蕴含了各种新颖的作战概念。

4.1 作战流程的体现

(1)图5基本体系蕴含多个军事任务环路。两个整体OODA环路:一是ISR、指控;二是ISR、指控、杀伤。两个情报链:一是侦察、情报、指控,用于发现;二是监视、情报、指控,用于定位、跟踪。一个杀伤链——发现、定位、跟踪、瞄准、交战、评估,可以分别由不同层级的5个军事任务实现。精度链从侦察、情报、指控转换为监视、情报、指控,进而到监视、指控、杀伤。
(2)图6、图7联合架构表明,构成侦察链、情报链、杀伤链、精度链等涉及的某些功能要素未必是本体系之内的,也可以是其他体系同功能要素。这样就将“杀伤链”概念拓展到“杀伤网”。

4.2 不同视角的思想

从体系的视角看,整体上,人们追求的是军事体系资源整体效能更优,费效更低,体现了“体系战”“联合作战”的思想,作战的关键要素不仅仅是“杀伤”,还包括其他几个重要的作战要素:侦察监视、情报、指挥控制。各要素需要搭配合理,作战信息流能够及时可靠流转,使得各作战要素协同,进而形成体系效能。联合作战的效果体现在不同军兵种的协同配合,但这是两个体系之间的信息数据关联作用而产生的。
从信息的视角看,各军事任务要素主要体现了信息数据的采集、传输、处理、应用,体现“信息战”。其中,信息数据的关联节点很重要,可以通过附加要素进行关联,也可直接关联。在该体系中,火力只是效果,最重要的是信息数据的流转,信息数据可以使得各要素正确及时地协同,提升了火力的准确性和效能。
从网络的视角看,各军事要素之间形成不同的通信链路,构成了网络架构,人们要以网络思维看待作战,因此,体现了“网络战”。网络中心战中各种作战要素之间要构成信息通道,在物理上链接形成网络;从要素的角度看,入网就意味着可取得所需的信息数据,并把自己的数据通过网络提供给需要的节点。
从指控的视角来看,作战的评估与决策极其重要,体现了“决策中心战”。决策中心战是在网络中心战上衍生出来的新作战理论之一,因为网络使得作战要素链接起来,所形成的杀伤链空前增多,使得决策成为杀伤链闭合的堵点,需要人们以决策为焦点,解决决策的问题。
从算法的视角看,不同军事任务的数据处理效能、体系优化等取决于各层算法效能的发挥,军事人员可以凝结成“算法战”思想。这是从充分挖掘体系中数据效能的角度阐述的,人工智能、大数据等先进的算法可以大大提升作战体系的效能。
从构建体系的视角看,在作战体系构建过程中,按常规方式构建速度比较缓慢,尽管要素可以来自不同体系,但基于已有条件,系统可以用等价的要素代换,尽快构建形成比较完备的C4KISR体系,这就是“马赛克”战的思想。
从数据的视角看,无论是各个任务节点还是通信以及算法等,数据愈发重要,导致了“数据战”思想的出现。
从功能实现的视角看,体系变得庞大之后,各要素效能未必充分发挥,需要尽快对要素个体和相关要素的功能进行定义和整合、应用、评估等,因此,蕴含了“软件定义战”的思想。
综上所述,从不同的视角看待该作战体系,可以发现体系的盲点和短板,产生不同的作战思想和理念。

5 结束语

“C4KISR”术语蕴含了非常丰富的作战思想和理念,C4KISR体系信息交互效能取决于通信力资源,各项军事任务效能取决于算力资源。其中,各主体要素能力并非简单罗列和叠加,算力和通信力提升了C4KISR的自动化、一体化,为该体系整体效能提供了基础支撑。研究人员需结合对抗需求以及当前的技术水平,从体系效能角度出发,合理提升各单项军事能力的算力及其之间的通信力。本文虽然仅对“C4KISR”基本要素进行了探讨,未结合具体的、实际的装备与系统,但这种分析仍具有基础的参考意义和根本性的理论价值。

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