費(fèi)愛國 張陸游 董洪樂

1.解放軍93216 部隊(duì)北京100085

信息化條件下的空戰(zhàn)是敵對雙方作戰(zhàn)平臺在各自的地面指揮所、空中預(yù)警指揮機(jī)、電子干擾機(jī)等信息和火力支援下在空中進(jìn)行的多機(jī)種、多機(jī)群協(xié)同戰(zhàn)斗行動(dòng).圖1 是網(wǎng)絡(luò)化空戰(zhàn)的示意圖.網(wǎng)絡(luò)化的作戰(zhàn)結(jié)構(gòu)可提高信息共享水平,增強(qiáng)態(tài)勢感知能力,加快指揮決策速度,從而極大提高作戰(zhàn)效能,縮短戰(zhàn)斗進(jìn)程.

隨著我軍使命任務(wù)由國土防空向遠(yuǎn)程遠(yuǎn)海轉(zhuǎn)變,提升飛機(jī)編隊(duì)自主空戰(zhàn)能力是必然選擇.

1 挑戰(zhàn)和問題

提升飛行編隊(duì)自主空戰(zhàn)能力面臨以下挑戰(zhàn)和問題:

1)使命任務(wù):“國土防空”向“空天一體、攻防兼?zhèn)洹毙蛻?zhàn)略轉(zhuǎn)型,未來遠(yuǎn)程作戰(zhàn)/訓(xùn)練將成為常態(tài).

①南海問題.行使主權(quán)要跨越南北數(shù)千公里縱深以上.

②東海問題.抵達(dá)第二島鏈需要東西橫跨數(shù)千公里左右.

③中印邊界問題.中印邊界屬于高原荒漠地區(qū),部署地面信息保障設(shè)施很困難.

為有效履行我軍使命任務(wù),需要飛機(jī)具有強(qiáng)大的自主作戰(zhàn)能力.

2)作戰(zhàn)樣式轉(zhuǎn)變:飛機(jī)編隊(duì)自主空戰(zhàn)將是未來航空兵作戰(zhàn)的主要樣式.

隨著新一代作戰(zhàn)飛機(jī)、機(jī)載武器、機(jī)載通信等裝備的立項(xiàng)研制,將使作戰(zhàn)飛機(jī)平臺嵌入強(qiáng)大的指揮、控制、通信、計(jì)算機(jī)以及情報(bào)、監(jiān)視與偵察能力,成為分布式空戰(zhàn)系統(tǒng)中的強(qiáng)節(jié)點(diǎn).飛機(jī)編隊(duì)自主空戰(zhàn)將是未來航空兵作戰(zhàn)的主要作戰(zhàn)樣式[1-2].

3)當(dāng)前裝備能力現(xiàn)狀:現(xiàn)役飛機(jī)需要依托指揮所進(jìn)行信息保障,自主作戰(zhàn)能力有待提高.

4)未來航空技術(shù)發(fā)展趨勢:航空技術(shù)的發(fā)展為飛機(jī)編隊(duì)自主作戰(zhàn)提供了物質(zhì)基礎(chǔ).

隨著航空技術(shù)的發(fā)展,新一代作戰(zhàn)飛機(jī)傳感器、機(jī)載武器和機(jī)載通信裝備在信息獲取能力、攻擊范圍、信息傳輸容量等方面已大幅提升.以俄羅斯蘇-35飛機(jī)為例,該飛機(jī)裝備數(shù)據(jù)通信終端與“決斗”系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)信息收集、目標(biāo)自動(dòng)分配等編隊(duì)協(xié)同自動(dòng)化,編隊(duì)成員之間能夠迅速達(dá)成戰(zhàn)場態(tài)勢統(tǒng)一、信息共享、行動(dòng)決策,飛機(jī)編隊(duì)已具備一定的自主作戰(zhàn)能力.

圖1 網(wǎng)絡(luò)化空中作戰(zhàn)示意圖

圖2 多平臺傳感器組網(wǎng)探測與數(shù)據(jù)融合

2 飛機(jī)編隊(duì)自主作戰(zhàn)關(guān)鍵技術(shù)

飛機(jī)編隊(duì)自主作戰(zhàn)提升需要在充分利用編隊(duì)內(nèi)各種傳感器、武器、通信等各類作戰(zhàn)資源的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)突破信息獲取和融合、自主引導(dǎo)、編隊(duì)協(xié)同、智能決策等關(guān)鍵技術(shù),使得飛機(jī)編隊(duì)形成一個(gè)小的“作戰(zhàn)體系”,從而為飛機(jī)編隊(duì)自主作戰(zhàn)賦能.

2.1 信息獲取和融合

2.1.1 單平臺多源情報(bào)獲取和融合

目前單一平臺裝備的傳感器類型和數(shù)量逐步增加,如火控雷達(dá)、紅外搜索跟蹤、ESM 裝備、激光探測裝置、電視探測裝置、通信導(dǎo)航識別傳感器.進(jìn)行機(jī)載多傳感器的數(shù)據(jù)融合,可實(shí)現(xiàn)對多個(gè)傳感器探測信息的綜合、分析和處理,達(dá)到資源共享,功能、性能相互彌補(bǔ),得到目標(biāo)狀態(tài)、屬性等精確戰(zhàn)場態(tài)勢信息,取得傳統(tǒng)單平臺單傳感器無法完成的功能和效果[3].

2.1.2 多平臺傳感器組網(wǎng)數(shù)據(jù)融合

來源于不同作戰(zhàn)平臺不同傳感器的戰(zhàn)場信息對作戰(zhàn)起到了信息倍增的效果,但同時(shí),多源信息的冗余和數(shù)據(jù)的時(shí)空不同步等特性也給信息的作戰(zhàn)應(yīng)用帶來了一定的麻煩[4-5].要想得到精確、統(tǒng)一、唯一和完備的戰(zhàn)場信息,必須進(jìn)行多平臺信息融合處理.圖2 是多平臺傳感器組網(wǎng)探測與數(shù)據(jù)融合示意圖.多平臺傳感器組網(wǎng)探測與數(shù)據(jù)融合涉及的關(guān)鍵技術(shù):

1)多平臺傳感器管理.

2)多平臺數(shù)據(jù)的時(shí)空配準(zhǔn).

3)多平臺航跡相關(guān).

4)多目標(biāo)屬性信息與狀態(tài)信息的相關(guān)匹配.

5)多目標(biāo)屬性融合判決.

2.2 自主引導(dǎo)

根據(jù)飛機(jī)/武器性能以及態(tài)勢,實(shí)現(xiàn)航跡規(guī)劃和自主引導(dǎo),能夠控制飛機(jī)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)按規(guī)定航向進(jìn)入指定固定點(diǎn)或相對于空中目標(biāo)的給定點(diǎn)[6-8].自主引導(dǎo)要實(shí)現(xiàn)以下功能:

1)建立飛機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡,包括編隊(duì)飛行時(shí)的軌跡.

2)根據(jù)燃油儲量、給定的任務(wù)和飛機(jī)的狀態(tài),確定飛行的最優(yōu)航跡規(guī)劃.

3)實(shí)現(xiàn)殲擊機(jī)控制的自動(dòng)化,使飛機(jī)能夠高精度地進(jìn)入和退出.

4)實(shí)現(xiàn)飛行控制的自動(dòng)化,減輕飛行員的工作負(fù)擔(dān),保證飛行剖面的優(yōu)化和提高航空武器裝備的作戰(zhàn)能力.

自主飛行引導(dǎo)實(shí)現(xiàn)面臨的技術(shù)難題:

1)飛控(高度、速度、航向、油門桿的控制)算法非常復(fù)雜.

2)對程序各航段進(jìn)行切換時(shí)涉及的邏輯運(yùn)算量大,控制律比較和選擇運(yùn)算量大.

3)在形成給定的航跡參數(shù)和控制信號時(shí),計(jì)算精度要求高.

4)算法和設(shè)備的抗干擾能力要求高.

5)完成自主引導(dǎo)飛機(jī)機(jī)動(dòng)時(shí),防止飛機(jī)相撞和超出極限,保證飛行安全.

2.3 編隊(duì)協(xié)同

編隊(duì)行動(dòng)通常是指兩架或更多架飛機(jī)按照總的計(jì)劃為達(dá)到一個(gè)目的進(jìn)行的聯(lián)合飛行.既包括基于復(fù)雜作戰(zhàn)任務(wù)的作戰(zhàn)、保障等多種機(jī)型組成的大型編隊(duì)行動(dòng),也包括由多架戰(zhàn)斗機(jī)組成的小編隊(duì)行動(dòng).編隊(duì)行動(dòng)需通過數(shù)據(jù)通信或話音進(jìn)行信息協(xié)同、任務(wù)協(xié)同、火力協(xié)同、干擾協(xié)同.

2.3.1 信息協(xié)同

編隊(duì)成員按照各自承擔(dān)的角色,自動(dòng)交換飛行數(shù)據(jù)、武器狀態(tài)、探測目標(biāo)等信息.每個(gè)作戰(zhàn)平臺除掌握本機(jī)看到的目標(biāo)和自身狀態(tài)外,還能獲知友機(jī)以及整個(gè)編隊(duì)的情況參戰(zhàn)各平臺之間變成了一個(gè)真正的整體[9].未來要基于大容量機(jī)載通信終端實(shí)現(xiàn)編隊(duì)火控級態(tài)勢共享.信息協(xié)同涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括大容量高速通信技術(shù)、高動(dòng)態(tài)自組網(wǎng)技術(shù)、智能信息分發(fā)與服務(wù)技術(shù)等.

2.3.2 任務(wù)協(xié)同

編隊(duì)長機(jī)根據(jù)執(zhí)行的任務(wù)要求、目標(biāo)重要性、威脅排序和敵我編隊(duì)的作戰(zhàn)能力、戰(zhàn)術(shù)位置等情況,及時(shí)給出任務(wù)分配建議,飛行員確認(rèn)后分發(fā)給僚機(jī)執(zhí)行.任務(wù)協(xié)同涉及作戰(zhàn)規(guī)則和經(jīng)驗(yàn)的數(shù)字化實(shí)現(xiàn)、目標(biāo)威脅估計(jì)、編隊(duì)作戰(zhàn)能力計(jì)算、目標(biāo)分配的原則和方法等關(guān)鍵技術(shù)[10-11].

2.3.3 火力協(xié)同

在攻擊階段,編隊(duì)飛機(jī)在長機(jī)的統(tǒng)一指揮下,分工合作、互相支持、密切協(xié)同,使用各機(jī)攜帶的武器,以最合理的火力分配,最合適的攻擊和機(jī)動(dòng)方式,最有效地消滅敵機(jī),保存自己[12].火力協(xié)同的基本過程包括協(xié)同搜索、協(xié)同跟蹤、協(xié)同占位、協(xié)同制導(dǎo)等.

2.3.4 干擾協(xié)同

干擾協(xié)同是指不同飛機(jī)平臺間通過組網(wǎng)交互載機(jī)和威脅目標(biāo)的信息,合理分配干擾資源,以最大限度地降低敵機(jī)雷達(dá)跟蹤和導(dǎo)彈攻擊的效能[13].在空戰(zhàn)中,無論是進(jìn)攻還是防御,都應(yīng)當(dāng)協(xié)調(diào)編隊(duì)飛機(jī)干擾資源的使用,破壞敵方的情報(bào)收集和導(dǎo)彈攻擊.干擾協(xié)同主要有兩種模式:

1)多機(jī)協(xié)同自衛(wèi)干擾模式.

2)多機(jī)協(xié)同支援干擾模式.

2.4 智能決策

當(dāng)前,世界上已有70 多個(gè)國家的軍隊(duì)在發(fā)展無人化系統(tǒng)平臺.其中,美軍已經(jīng)擁有8 00 多個(gè)空中無人系統(tǒng),地面無人系統(tǒng)更是超過1.5 萬個(gè),這些系統(tǒng)已經(jīng)成為美軍行動(dòng)不可或缺的重要組成部分.2016年6月,美軍空戰(zhàn)Alpha 對戰(zhàn)人類頂尖飛行員,以絕對優(yōu)勢獲勝.空戰(zhàn)Alpha 通過傳感器搜集信息,然后作出正確反應(yīng),整個(gè)過程小于1 ms,在空戰(zhàn)格斗中快速協(xié)調(diào)戰(zhàn)術(shù)計(jì)劃的速度比人快250 倍,而空戰(zhàn)Alpha的硬件成本僅需500 美元[14].圖3 為空戰(zhàn)Alpha 項(xiàng)目中的人機(jī)對抗畫面.

圖3 空戰(zhàn)Alpha 項(xiàng)目中的人機(jī)對抗

人工智能技術(shù)的突破為研究空戰(zhàn)智能決策問題提供了新動(dòng)力、新思路,人工智能技術(shù)將推動(dòng)空戰(zhàn)樣式從信息化空戰(zhàn)向智能化空戰(zhàn)轉(zhuǎn)變,最終實(shí)現(xiàn)飛機(jī)自主空戰(zhàn)[15-16].

3 結(jié)論

1)深化基于信息的空中自主作戰(zhàn)應(yīng)用技術(shù)研究.飛機(jī)自主作戰(zhàn)與機(jī)載武器系統(tǒng)性能、戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法、機(jī)載通信裝備性能,以及飛行員操作緊密相關(guān),建議針對不同機(jī)型機(jī)載傳感器、武器以及通信裝備的性能,從協(xié)同作戰(zhàn)模式、決策控制方法、裝備改進(jìn)研制以及協(xié)同作戰(zhàn)原則4 個(gè)方面,全面深化飛機(jī)自主作戰(zhàn)應(yīng)用技術(shù)研究,逐步形成高效的編隊(duì)自主作戰(zhàn)能力.并以此為基礎(chǔ),完善機(jī)載通信及飛機(jī)航電系統(tǒng)改進(jìn)需求,牽引后續(xù)航空裝備改進(jìn)和立項(xiàng)研制工作.

2)以機(jī)載通信裝備建設(shè)為抓手,分階段構(gòu)建飛機(jī)自主作戰(zhàn)能力.要兼顧時(shí)間成本和軍事效益,在開展現(xiàn)役機(jī)載通信改進(jìn)以及后續(xù)新型機(jī)載通信研制過程中,不斷嵌入和形成飛機(jī)自主空戰(zhàn)能力.

3)以系統(tǒng)工程學(xué)的方法狠抓飛機(jī)自主空戰(zhàn)能力建設(shè).飛機(jī)自主空戰(zhàn)能力建設(shè)除了與機(jī)載通信系統(tǒng)密切相關(guān)外,還必須同步提升飛機(jī)平臺的目標(biāo)探測、飛行引導(dǎo)、信息融合和編隊(duì)協(xié)同、智能決策等技術(shù)能力,這涉及到機(jī)載通信、機(jī)載傳感器、機(jī)載武器、機(jī)載火控系統(tǒng)、機(jī)載電子戰(zhàn)系統(tǒng)以及飛機(jī)平臺的改進(jìn)升級,需要軍方各裝備主管部門、軍方研究所、中航集團(tuán)、中電集團(tuán)等多家單位的密切配合.各單位只有打破原有專業(yè)壁壘,齊心協(xié)力,精誠合作,才能把飛機(jī)編隊(duì)自主作戰(zhàn)能力建設(shè)搞好.