中国指挥与控制学会会刊 
1 美军协同交战发展路线
从20世纪70年代末美军提出协同作战概念以来,协同作战技术应用快速发展,根据协同平台类型、协同控制要素、协同作战样式的演进过程和关键技术研发,分为四个阶段。
2)第二阶段:2002年~2014年,在CEC系统基础上,利用机载多功能先进数据链(MADL)、LINK16等,将战斗机、隐身机、电子战飞机、E-2D预警机、系留气球探测系统等空中平台纳入协同防空作战体系,集成新型舰空导弹、空空导弹、陆基防空导弹、舰载/机载多功能雷达、陆基防空雷达等要素,同步升级舰艇作战系统、机载任务系统等,实现海、空、陆作战平台对空协同探测、协同指控、协同拦截、协同对抗等要素级跨域协同和舰机前传交战模式,具备一体化火力制空能力[6⇓-8]。典型代表为美海军NIFC-CA系统项目,2012年,形成NIFC-CA系统基线版本,2014年完成能力确认、评估和性能验证。后续形成装备部署部队,并扩展引入无人机、F-35B/C战斗机等装备,研发新构型,实现更大范围、更为灵活的协同防空交战。
3)第三阶段:2014年~2018年,主要是通过研究多任务协同决策、分布式控制、大容量节点低时延可靠通信等技术,将无人蜂群、小型无人机、多功能无人机纳入协同作战体系,形成面向不同作战任务的有人/无人协同打击、无人自主协同打击能力,显著提升系统在区域拒止、高强度对抗环境下的综合作战效能。典型代表有美空军“拒止环境中协同作战”(CODE)项目、“忠诚僚机”等项目。目前,相关项目主要处于预先研究、演示验证阶段,未见具体装备形态。
4)第四阶段:2017年至今,主要是基于前续协同作战相关研究成果,利用新兴人工智能技术、新体制通信技术、先进无人机/无人艇制造技术,将多个不同类型的低成本、无人化作战单元进行信息化铰链,通过态势协同感知、任务协同分配、行动自主控制,构建基于不同作战任务的动态杀伤网,支持系统协同作战要素资源的灵活组织与应用,提高敌方决策判断难度,降低其防御对抗的作战效能。典型代表为美军“马赛克战”(MOSAIC)项目,目前,正处于理论研究与仿真推演验证阶段。美军典型协同作战系统研制发展路线如图1 所示。
2 美军典型协同交战项目及关键技术
2.1 项目概况
2.1.1 NIFC-CA组成
NIFC-CA杀伤链的基本构成如表1 所示。
表1 NIFC-CA杀伤链构成 |
| 体系 (杀伤链) | 传感器平台 | 传感器网络 | 武器控制系统 | 导弹 |
|---|---|---|---|---|
| FTS(海对空) | E-2D、JLENS、CV、 DDG、CG、FFG等 | CEC | AEGIS BASELINE9 系列(ACB12) | SM-2(初始阶段) SM-6(成熟阶段) |
| FTA (空对空) | E-2D、F/A-18E/F F-35(2016后)、EA-18G、 无人机(远期) | Link16 TTNT(后期) | F-18E/F | AMRAAM (AIM-120D) |
| FTL(地对空) | E-2D、JLENS TPS-59 G/ATOR | CTN | CAC2S | 低空补盲武器系统 (AIM-120D的陆基型) |
| AMRAAM:先进中程空空导弹(Advanced Medium Range Air-to-Air Missile)(AIM-120D) CEC:协同作战能力(Cooperative Engagement Capability) CTN:复合跟踪网络(USMC陆基机动车辆上的CEC网络)(Composite Tracking Network) CAC2S:通用航空指控系统(Common Aviation Command and Control System) G/ATOR:对地对空任务雷达(Ground/Air Task Oriented Radar) JLENS:气球载控制系统,属于联合对地攻击巡航导弹防御系统 | ||||
NIFC-CA主要由五大部分组成,如图2 所示。
NIFC-CA采用分布式系统结构图,其特点主要表现在:1)每个作战单元运行共同处理算法,完成协同交战功能;2)一个同辈节点定义为集成一个单元作战资源的C2节点;3)分布式节点“系统”,通过在对等(P2P)网络中共享信息,相互配合或协作。图3 为NIFC-CA的新构型。
2.1.2 关键技术
NIFC-CA在CEC的基础上,基于先进的数据网络,将先进的传感器、指挥与控制、远程防空武器等集成一体,实现航母、主战舰艇、舰载机等作战单元的无缝链接,综合运用协同探测侦察、协同指挥控制、协同火力拦截、协同电子对抗等多种方式,实现装备要素级协同防空反导,提升编队超视距态势感知和超视距防空反导能力。
在NIFC-CA项目中,涉及以下关键技术[1]。
1)分布式态势生成技术
基于一致通用算法的分布式态势生成技术各节点利用相同的信息源数据,采用统一的融合处理算法,生成一致防空态势。
2)分布式打击决策技术
在共享一致态势基础上,各节点通过构建统一的作战规则库,采用模板匹配查询的方式实时产生一致的交战决策建议。
3)软硬武器协同共用技术
NIFC-CA引入EA-18G电子战飞机,需突破软硬武器协同共用技术,利用有源、无源侦察手段的协同,扩展战场感知范围;利用电磁火力的协同,快速引导本方空空导弹、舰空导弹等武器进行硬杀伤,利用箔条、红外假目标等武器进行软杀伤,迟滞敌方导弹发射时机,降低敌方导弹发射距离和命中概率。
4)多链信息分发与管理技术
NIFC-CA融入新体制通信链路,需突破多链信息分发与管理技术,解决多种数据链互联互通、定向全向通信模式兼容、宽带窄带共存等难题,确保NIFC-CA网络具备分层、互联互通和稳健传输等能力,从而支撑海空、空空、陆空三条杀伤链构建。
2015年,NIFC-CA首次在“罗斯福”号航母打击大队实施作战部署;2016年9月12日,NIFC-CA进行了作战演习,“宙斯盾”作战系统利用F-35B提供的目标指示信息,发射“标准-6”导弹,成功拦截靶机。NIFC-CA项目扩展了侦察预警、目标指示和打击范围,为分布式作战提供了有力支撑。
2.2 “拒止环境中协同作战”项目
DARPA于2014年提出分布式空中作战概念,旨在将大型、昂贵、多功能有人战机的各类功能分解到大量低成本的自主无人机上,构建由少量高性能有人机和大量自主无人机组成的作战体系,并通过人工智能辅助开展指挥决策,能以较低成本实现更高的作战能力,对敌再次形成压制性作战优势。典型项目有拒止环境中协同作战(CODE)、忠诚僚机等。
2.2.1 项目概况
2014年,DARPA战术技术办公室(TTO)启动“拒止环境中协同作战”(CODE)项目,旨在研发先进的自主协同算法和监督控制技术以增强无人机(该项目无人机包括巡航导弹、诱饵无人机及其他无人机系统)在拒止环境的作战能力,同时降低对操作人员数量及成本的要求。DARPA希望未来无人机组可在一个指控人员的管理下协同工作,无人机可不断评估自身状态及周边环境,并为指控者提供无人机组行动建议,指控者可选择采纳、拒绝或让机组继续收集更多数据;在发现目标后,可按既定交战规则开展打击,可调用附近采用CODE项目相关技术的无人机[3]。如图4 、图5 所示。
2.2.2 关键技术
CODE项目旨在塑造现有无人系统能力,关键技术如下。
1)基于生物视觉认知机理的主客观信息智能识别与态势推理
深度剖析生物区域化、层次化的视觉认知机理,构建自监督网络学习的目标识别技术,将传感器初步识别结果和专家经验信息在统一框架下进行规范化表示,实现多粒度信息的有效融合。针对信源的高冲突问题,研究多源信息加权折扣融合推理规则,实现目标类型和行为意图的准确预测。
2)基于仿生智能算法的无人机静态航迹规划技术
无人机静态航迹规划是指在确定的战场环境下进行的航迹规划,即战场的各种威胁分布、地形等均已通过某些方法探明。国外公开报道中JurisVagners的文章[4]大量采用遗传算法(GA)、粒子群算法(PSO)、蚁群算法(CA)等仿生智能算法对航迹点进行编码,以任务执行效能最大的原则为目标函数,综合考虑地形、航行器物理、燃料等约束限制构建模型求解。
3)基于人工势场法的无人机动态航路规划技术
无人机动态航路规划是指不确定战场环境下,无人机实时地根据实际威胁情况规划突防航路。国外公开报道基于人工势场法(APF)的防撞规避思路应用于不确定威胁环境下的无人机航路规划技术,Hyo-Sang Shin等人[5]利用几何分析法对碰撞冲突进行了预测,其基本思想是将飞行器在规划空间中的运动看作一种在虚拟力场中的受力运动,障碍物或威胁区域对其产生排斥力,目标点对其产生吸引力,飞行器在合力的作用下朝目标点运动。
2.3 “马赛克战”项目
2.3.1 项目概况
2017年,美国DARPA下属的战略技术办公室(STO,Strategic Technology Office)提出了更高级的面向未来战争的“马赛克战”。“马赛克战”是对既有技术和概念特别是当前广泛使用的“系统之系统”的传承与创新。“马赛克战”设计了一种自下而上的组合能力,将各种传感器以及陆海空天网等成本低下、功能单一的武器传感器或者平台视为“马赛克碎片”,通过网络信息系统将这些“碎片”动态地组合起来,形成一个按需集成、弹性组合、灵活机动的系统,产生先前未预期的效果,彻底改变军事能力的时间周期和适应性。
2020年2月,DARPA发布了《马赛克战:利用人工智能和自主系统实施决策中心战》一文,系统介绍了马赛克战概念、理念、技术等内容。“马赛克战”概念及研究历程如图6 、图7 所示。
“马赛克战”的关键技术从平台和关键子系统的集成转变为作战网络的连接、命令和控制,依赖各类新技术支持按需组合、动态集成和提升互操作性。该技术能够实现向后兼容,并定制化创建所需的连接点,以新颖的方式连接庞大而有能力的子系统或系统实现新功能,并最终形成“马赛克战”持久、快速、开放的广泛适应性。
美军通过“马赛克战”编织一张大网,从而实现各种资源实时共享,各方各取所需,解决系统集成、平台协同、指挥控制、作战管理、互操作等一系列问题,大大提升美军自主式作战能力,支撑美军协同打击能力从NIFC-CA、SoSITE等固定协同打击链向根据战场态势和任务动态可重构的跨域协同打击体系演进。
2.3.2 关键技术
“马赛克战”项目需要解决的关键技术如下。
1)基于深度学习的异质多尺度信息融合识别技术
以图像、射频、网电和技侦等典型作战任务中的跨域信息为基础,研究数据质量定准、跨域信息相似性计算、多义性处理等理论与技术,完成跨模态信息关联处理。设计弱监督深度学习目标识别算法与样本动态可信扩充模型,克服先验知识的匮乏、有效标注样本等不足,完成目标数据的高效鲁棒融合识别。
2)基于在线辨识算法的态势预测技术
探索感知信息交互印证机理,设计信息冲突性和互补性度量估计方法,完成冲突信息消解与信源修正。利用目标历史数据对其行为模式集进行深度挖掘,并构建在线辨识算法实现目标行为意图的实时预测。挖掘群目标间的空间、电磁频谱及属性约束关系,建立层次化的约束推理模型,对预测信息进行全局修正,并获取完整、可靠的集群目标态势推理信息。
3)基于智能博弈的集群化作战资源规划技术
“马赛克战”下的决策空间维数因作战单元数量、作战资源要素的增加将出现数量级提升,决策复杂度急剧攀升,通过突破集群化异构平台要素级作战资源规划技术,结合人工智能算法优势,实现集群化异构平台条件下对各平台作战资源要素进行精确规划与分配,提升复杂对抗环境下灵活稳健、实时高效的决策控制能力。
4)高抗扰低时延柔性网络构建技术
针对复杂战场态势变化和打击链通信网络构建需求,通过突破高抗扰低时延柔性网络构建技术,动态分析网络性能,自主完成通信资源调度,提高数据交互能力,提升网络健壮性,解决战场高动态环境下近实时构建和动态重构并发子网随时随刻满足作战需求的技术难点,从而实现在高动态、高对抗的不确定网络环境中,以高概率保障通信的可靠性、低时延与安全性。
3 对我军协同交战装备发展的启示
从美军典型协同作战项目及关键技术的发展,可分析得出以下启示:
1)未来作战方式从兵力集中向火力集中转变,从兵力机动向火力机动转变;
2)编队协同模式从兵力级(平台级)协同向装备要素级协同转变;
3)编队协同领域由协同防空向协同搜攻潜、协同对海、协同对陆攻击转变;协同作战包含的平台类型由舰艇平台和预警机向岸海空天潜、有人/无人平台转变;
4)战斗力生成从多军兵种联合作战向深度协同、跨域联合作战转变;
5)智能水平从基于规则条例的低阶智能向基于数据和模型的高阶智能转变;
6)作战平台从有人平台为主向有人/无人并重转变。
为充分发挥海上编队各类作战资源的优势,实现多域协同作战,针对上述转变,对海上协同交战装备发展的启示如下。
1)按照由简到难,先平面协同、后立体协同的思路发展编队协同作战能力
要素级协同交战需要突破的关键技术较多,应按照由简到难的原则,先开展同类平台之间的单域协同交战研发,如舰舰协同防空、机机协同防空等。在此基础上,逐步扩展、纳入其他类型的平台,如空中、天基、岸基、有人/无人等平台,最终实现海空岸天、要素级立体协同交战。
2)按照顶层设计、试验验证、系统集成的思路,构建多域协同作战系统
首先开展顶层设计,规范架构及接口,开展性能指标研究、试验验证,然后按照验证好的顶层设计进行贯彻落实,构建对空、对潜、对海、对陆等编队多域协同作战系统。或者按照先实现单域协同作战、再实现多域协同作战的思路构建编队多域协同作战系统。
3)按照先基于规则决策、后基于数据/模型智能决策的思路发展智能指挥决策与行动控制
按照由易到难,先基于规则决策、后基于数据/模型的智能决策的思路发展智能指挥决策。不论是单方面协同交战还是多方面协同交战,都面临将指挥员的先验知识变成规则再变成知识图谱的问题,也将面临运用深度学习技术提高战场态势认知水平、运用机器博弈技术提升指挥辅助决策的可信任程度问题,还面临稀缺样本条件下如何进行深度学习的问题。需解决和突破这些关键问题和关键技术,逐步实现海上编队智能指挥决策与行动控制。