基于信息系統(tǒng)的水面艦艇分布式協(xié)同作戰(zhàn)研究

李進軍 申戰(zhàn)勝

(海軍大連艦艇學(xué)院，遼寧 大連116018)

1 引言

水面艦艇是海軍遂行聯(lián)合登島作戰(zhàn)、封鎖作戰(zhàn)、聯(lián)合火力打擊等作戰(zhàn)任務(wù)中的主戰(zhàn)兵力，可以遂行對海突擊、對陸攻擊和防空作戰(zhàn)等多種作戰(zhàn)任務(wù)。在未來基于信息系統(tǒng)的體系作戰(zhàn)中，水面艦艇平臺之間通信和信息交互范圍不斷增大、能力大幅增強，艦艇所組成的編隊隊形配置將更為疏散。同時，隨著各類艦載武器射程不斷增大、精度不斷提高，艦載武器的作戰(zhàn)運用也必將更加靈活，傳統(tǒng)以平臺為中心的作戰(zhàn)理念和組織方式已經(jīng)難以滿足體系對抗的需求。在未來作戰(zhàn)過程中，水面艦艇的作戰(zhàn)使用必將打破嚴格依照任務(wù)區(qū)分組成編隊或戰(zhàn)術(shù)群的傳統(tǒng)模式，而是通過充分發(fā)揮信息系統(tǒng)的支撐保障作用，圍繞作戰(zhàn)任務(wù)要求，以作戰(zhàn)能力為中心，實現(xiàn)作戰(zhàn)組織過程的整體籌劃和組織［1］。本文針對未來信息化海戰(zhàn)的特點和需求，對基于信息系統(tǒng)的水面艦艇分布式協(xié)同作戰(zhàn)相關(guān)問題進行初步的研究和探討。

2 水面艦艇分布式協(xié)同作戰(zhàn)基本框架

2.1 水面艦艇分布式協(xié)同作戰(zhàn)基本思想

水面艦艇分布式協(xié)同作戰(zhàn)是指分散配置在一定范圍內(nèi)的水面艦艇作戰(zhàn)平臺，在信息系統(tǒng)的支撐下，圍繞統(tǒng)一的任務(wù)要求，根據(jù)整體統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)命令，對指定的目標協(xié)同打擊作戰(zhàn)。分布式協(xié)同作戰(zhàn)并非新概念，而是武器裝備和信息技術(shù)的發(fā)展對平臺和武器作戰(zhàn)運用提出的客觀要求。根據(jù)信息化條件下聯(lián)合作戰(zhàn)的需求和特點，美海軍率先提出了“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”“協(xié)同作戰(zhàn)能力”和“網(wǎng)絡(luò)中心作戰(zhàn)”等相關(guān)理論，其實質(zhì)是利用信息網(wǎng)絡(luò)對分散配置的作戰(zhàn)單元實施一體化的指揮控制，實現(xiàn)充分利用各類傳感器信息實現(xiàn)火力的靈活指揮和運用［2］。水面艦艇分布式協(xié)同作戰(zhàn)的基本思想正是以作戰(zhàn)任務(wù)為需求，以提高打擊能力為目標進行指揮控制，在信息系統(tǒng)支撐下，圍繞綜合戰(zhàn)場態(tài)勢，通過統(tǒng)籌規(guī)劃，實現(xiàn)對火力資源和信息資源的協(xié)調(diào)分配與綜合利用，從而充分發(fā)揮每個作戰(zhàn)單元的優(yōu)勢，實現(xiàn)整體作戰(zhàn)效能的提高，以滿足未來基于信息系統(tǒng)的體系對抗要求。

2.2 水面艦艇分布式協(xié)同作戰(zhàn)能力構(gòu)成要素

為實現(xiàn)水面艦艇分布式協(xié)同作戰(zhàn)能力，必須在傳統(tǒng)水面艦艇作戰(zhàn)能力構(gòu)成要素基礎(chǔ)上，針對分布式協(xié)同作戰(zhàn)的要求，進行必要的升級和改造。圍繞以作戰(zhàn)任務(wù)為中心作戰(zhàn)運用方式的要求，對水面艦艇分布式協(xié)同作戰(zhàn)能力構(gòu)成要素分析如下。

(1)實時提供作戰(zhàn)空間綜合戰(zhàn)場態(tài)勢的信息系統(tǒng)。實時感知作戰(zhàn)任務(wù)空間整體戰(zhàn)場態(tài)勢是水面艦艇分布式協(xié)同作戰(zhàn)能力形成的基礎(chǔ)。為實現(xiàn)水面艦艇分布式協(xié)同作戰(zhàn)，戰(zhàn)場一體化信息系統(tǒng)必須具備強大的信息獲取、融合和處理能力，為作戰(zhàn)空間內(nèi)的水面艦艇兵力提供實時準確的作戰(zhàn)空間整體戰(zhàn)場態(tài)勢信息，包括目標信息、環(huán)境信息和己方作戰(zhàn)平臺及武器裝備各種狀態(tài)信息等，為實現(xiàn)作戰(zhàn)空間內(nèi)火力資源和信息資源的整體籌劃和綜合利用提供基本依據(jù)。

(2)科學(xué)智能決策的任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)。水面艦艇分布式協(xié)同作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)的主要作用是在計算機技術(shù)和各類作戰(zhàn)輔助決策軟件支持下，完成戰(zhàn)場綜合態(tài)勢分析，在考慮作戰(zhàn)任務(wù)構(gòu)成要素要求的基礎(chǔ)上，確定作戰(zhàn)空間分布的艦艇平臺之間協(xié)調(diào)一致共同執(zhí)行任務(wù)的約束關(guān)系，并根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃指標，在跨平臺信息融合的基礎(chǔ)上，為各個作戰(zhàn)平臺和火力單元進行任務(wù)協(xié)同調(diào)度與分配，并確定火力單元作戰(zhàn)所需信息通道組織方案。

(3)開放式信息化火力單元。各種艦載火力單元是水面艦艇分布式協(xié)同作戰(zhàn)的實施終端，為適應(yīng)分布式協(xié)同作戰(zhàn)的要求，艦載火力單元需要進行相應(yīng)的改造，進一步提高信息化水平。一是應(yīng)具備開放式的數(shù)據(jù)接口，火力單元不局限于武器系統(tǒng)自身配套的觀測跟蹤器材提供目標數(shù)據(jù)支持，可以通過數(shù)據(jù)接口接收各級數(shù)據(jù)源發(fā)送的火控級目標數(shù)據(jù)完成火控解算;二是應(yīng)具備開放式指揮控制方式，可以根據(jù)不同作戰(zhàn)方式設(shè)定武器的指揮權(quán)限，實現(xiàn)火力單元指揮控制方式的多樣化，從而有效提高指揮控制效率。

(4)高速可靠的通信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。在分布式協(xié)同作戰(zhàn)過程中，協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)內(nèi)各平臺信息交換、種類繁多，包括各類戰(zhàn)場態(tài)勢信息、作戰(zhàn)指揮信息、協(xié)同信息、武器共用信息、戰(zhàn)勤保障信息、航海保障信息、自由文電信息等。為保證分布式協(xié)同作戰(zhàn)的順利實施，必須依照作戰(zhàn)行動對各類信息使用權(quán)限、時限和精度的要求，科學(xué)完成數(shù)據(jù)的管理、分發(fā)和傳輸，保證任務(wù)規(guī)劃方案和各種作戰(zhàn)行動的順利實施。

圖1 水面艦艇分布式協(xié)同作戰(zhàn)體系構(gòu)架示意圖

2.3 水面艦艇分布式協(xié)同作戰(zhàn)體系框架

水面艦艇分布式協(xié)同作戰(zhàn)是以高速可靠的信息共享和信息交互網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，在戰(zhàn)場綜合信息系統(tǒng)的支持下，依據(jù)戰(zhàn)場態(tài)勢和作戰(zhàn)任務(wù)要求，實現(xiàn)分布的信息和火力資源的科學(xué)運用，從而達成最佳的作戰(zhàn)效果，依據(jù)水面艦艇分布式協(xié)同作戰(zhàn)基本思想，構(gòu)建水面艦艇分布式協(xié)同作戰(zhàn)體系框架如圖1 所示。

水面艦艇分布式協(xié)同作戰(zhàn)體系構(gòu)架以綜合信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以協(xié)同作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)為核心，綜合偵察衛(wèi)星、岸基雷達、技偵、預(yù)警、引導(dǎo)通報以及各艦艇艦載傳感探測設(shè)備的探測信息形成局部戰(zhàn)場統(tǒng)一態(tài)勢，圍繞作戰(zhàn)任務(wù)和武器作戰(zhàn)使用的要求，優(yōu)化分配傳感器、武器及數(shù)據(jù)通信等資源，形成科學(xué)合理的指揮控制協(xié)同命令，協(xié)調(diào)分散配置的水面艦艇兵力協(xié)同高效完成作戰(zhàn)任務(wù)。

3 水面艦艇分布式協(xié)同作戰(zhàn)模式及指揮方式

3.1 水面艦艇分布式協(xié)同作戰(zhàn)基本模式

依據(jù)水面艦艇分布式協(xié)同作戰(zhàn)基本框架，在通信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的支持下，分布式配置的艦艇平臺之間實現(xiàn)可靠的互聯(lián)互通，并為各作戰(zhàn)單元提供互操作能力，從而可以將各種作戰(zhàn)資源構(gòu)成有機整體，根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)進行柔性重組，實時、靈活地調(diào)度傳感器和火力資源，在最短時間內(nèi)形成最佳的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)［3］。在分布式協(xié)同作戰(zhàn)體系框架下，作戰(zhàn)模式也更加靈活多樣。

(1)精確目指提示交戰(zhàn)模式。精確目指提示交戰(zhàn)是指艦載武器系統(tǒng)在綜合信息系統(tǒng)的支持下，為各艦艇艦載武器跟蹤傳感器提供精確目標指示，使其能在較遠的距離快速捕獲目標，從而擴大傳感器捕獲范圍，增加預(yù)警時間，提高武器系統(tǒng)反應(yīng)速度。

(2)跨平臺傳感器火力單元協(xié)同共用交戰(zhàn)模式?？缙脚_傳感器火力單元協(xié)同共用是指根據(jù)作戰(zhàn)平臺位置狀態(tài)信息與目標的分布情況，根據(jù)協(xié)同作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃結(jié)果，優(yōu)選對指定目標觀測跟蹤效果較好的火控觀測設(shè)備為處于其他作戰(zhàn)平臺的火力單元提供目標、環(huán)境和偏差量等火控級數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)跨平臺的傳感器和火力單元協(xié)同共用。在分布式協(xié)同作戰(zhàn)條件下，本平臺的觀測跟蹤器材可以為其他平臺的火力單元提供目標數(shù)據(jù)，本平臺的火力單元也可以通過接收其他平臺火控觀測跟蹤設(shè)備所傳輸?shù)膮?shù)完成作戰(zhàn)，從而有效提高了武器裝備的使用效率，特別是在激烈對抗條件下持續(xù)作戰(zhàn)的冗余性。

(3)多平臺利用傳感器網(wǎng)絡(luò)火控數(shù)據(jù)協(xié)同作戰(zhàn)。分布式協(xié)同作戰(zhàn)信息系統(tǒng)依照艦載武器作戰(zhàn)需要，提供高速率火控質(zhì)量目標數(shù)據(jù)、制導(dǎo)、偏差量觀測等信息，各作戰(zhàn)平臺的火力單元可以通過所在平臺的協(xié)同作戰(zhàn)接口獲取所需數(shù)據(jù)，完成對預(yù)定目標的火力運用和射擊校正。該作戰(zhàn)模式下，分散配置的水面艦艇信息資源和火力資源可以在協(xié)同作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)的統(tǒng)一管理和調(diào)度下，實現(xiàn)整體作戰(zhàn)效能的提升。

3.2 水面艦艇分布式作戰(zhàn)指揮方式

水面艦艇分布式協(xié)同作戰(zhàn)體系框架實現(xiàn)了分散配置的信息資源和火力資源的融合，各平臺可以通過分享協(xié)同作戰(zhàn)框架內(nèi)的傳感器、決策和交戰(zhàn)數(shù)據(jù)，從而達成充分發(fā)揮系統(tǒng)作戰(zhàn)效率和武器裝備性能的目的。在分布式協(xié)同作戰(zhàn)框架內(nèi)，作戰(zhàn)指揮方式也將發(fā)生相應(yīng)的變化［4］。

(1)自主交戰(zhàn)指揮。在精確目指提示交戰(zhàn)模式下，水面艦艇作戰(zhàn)指揮采用自主交戰(zhàn)指揮方式。精確目指提示交戰(zhàn)模式僅通過信息共享和融合提高目標指示的精度和范圍，并未改變艦載武器系統(tǒng)和傳感器的指揮控制權(quán)限，水面艦艇通過本艦指控系統(tǒng)，完成對本艦信息資源和火力資源的控制與指揮。

(2)自主協(xié)同交戰(zhàn)指揮。根據(jù)協(xié)同作戰(zhàn)任務(wù)，通過水面艦艇本艦指控系統(tǒng)對分布式艦載傳感器和火力資源進行間接的控制，達到協(xié)同探測和協(xié)同交戰(zhàn)目的的一種指揮方式。分布式協(xié)同作戰(zhàn)指揮節(jié)點制定具體的協(xié)同探測和武器協(xié)同共用方案，包括協(xié)同探測區(qū)劃定、投入探測傳感器資源的類型和數(shù)量、頻段使用要求、各傳感器使用時機及規(guī)則、隊形及協(xié)同模式等。然后下發(fā)至各艦的本指，由各艦本指對方案進行分解并形成具體控制命令實施具體控制。

(3)分布式協(xié)同交戰(zhàn)指揮。由分布式協(xié)同作戰(zhàn)指揮節(jié)點直接對各平臺參加協(xié)同的傳感器和火力資源實施直接的指揮控制，各平臺對本艦參與作戰(zhàn)的傳感器和火力資源狀態(tài)實施監(jiān)控。該指揮方式下，分布式協(xié)同作戰(zhàn)指揮節(jié)點依據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)和戰(zhàn)場統(tǒng)一態(tài)勢，完成態(tài)勢分析、威脅判斷，并形成分布式傳感器資源和火力資源使用的決策和任務(wù)分配，通過各艦分布式協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)向傳感器和火力資源下達相關(guān)指令，同時將控制狀態(tài)通知各平臺。

4 水面艦艇分布式協(xié)同作戰(zhàn)實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)需求

水面艦艇分布式協(xié)同作戰(zhàn)的實現(xiàn)是一項十分復(fù)雜的系統(tǒng)工程，包含水面艦艇作戰(zhàn)指揮關(guān)系和指揮流程改革、艦載軟硬火力單元與傳感器裝備改進、作戰(zhàn)指揮控制裝備及配套建設(shè)等諸多內(nèi)容。依據(jù)分布式協(xié)同作戰(zhàn)框架和能力構(gòu)成要素分析的結(jié)果，分布式協(xié)同作戰(zhàn)實現(xiàn)所需突破的關(guān)鍵技術(shù)主要牽涉到戰(zhàn)場信息綜合處理、分布式協(xié)同作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃、數(shù)據(jù)通信、火力單元與傳感器單元技術(shù)改進等多個方面，對需要重點研究和改進的關(guān)鍵技術(shù)需求分析如下。

4.1 戰(zhàn)場信息綜合處理技術(shù)

重點解決分布式協(xié)同作戰(zhàn)過程中戰(zhàn)場統(tǒng)一態(tài)勢生成與態(tài)勢分析的需求，保證分布式協(xié)同作戰(zhàn)平臺對目標的跟蹤精度、信息處理質(zhì)量、信息連續(xù)性和一致性的要求，其中需要解決的關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下兩個方面。

(1)分布式協(xié)同作戰(zhàn)平臺戰(zhàn)場綜合態(tài)勢生成技術(shù)。主要解決不同平臺各類傳感器戰(zhàn)場態(tài)勢信息的綜合處理和統(tǒng)一態(tài)勢生成。具體包括分布式點跡數(shù)據(jù)處理與融合、時空校準、航跡關(guān)聯(lián)、誤差估計與修正等理論方法及工程模型。

(2)戰(zhàn)場綜合態(tài)勢分析與處理技術(shù)。主要解決分布式協(xié)同作戰(zhàn)對戰(zhàn)場綜合態(tài)勢的分析判斷和處理。主要包括目標復(fù)合跟蹤與識別、威脅等級判斷與排序、協(xié)同交戰(zhàn)態(tài)勢處理、實時交戰(zhàn)態(tài)勢監(jiān)控判斷等理論方法及工程模型。

4.2 協(xié)同作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃技術(shù)

重點解決針對分布式協(xié)同作戰(zhàn)中依據(jù)平臺武器信息、目標信息、目標狀態(tài)和任務(wù)要求完成傳感器資源與火力資源的合理調(diào)度、組織、分配與協(xié)調(diào)控制，形成分布式協(xié)同作戰(zhàn)相關(guān)優(yōu)化決策和應(yīng)用規(guī)劃所需要的相關(guān)規(guī)則、模型和方法等技術(shù)支撐。

(1)傳感器與火力單元應(yīng)用規(guī)劃。主要解決分布式協(xié)同作戰(zhàn)的不同模式下，在不同時域?qū)Σ煌繕怂媾炌к浻不鹆卧姆峙涫褂靡约案魑淦魉枘繕诵畔⒈Ｕ腺Y源的組織與協(xié)調(diào)。包括協(xié)同作戰(zhàn)火力通道組織、多源復(fù)合跟蹤數(shù)據(jù)與火力單元適配選擇、武器協(xié)同共用、制導(dǎo)接力、火力交接等理論、方法、規(guī)則與模型。

(2)協(xié)同作戰(zhàn)探測組織管理規(guī)劃。主要解決分布式協(xié)同作戰(zhàn)中各平臺傳感器資源協(xié)同完成各類目標探測跟蹤的組織與管理。包括傳感器資源協(xié)同探測模式選擇、不同協(xié)同模式下空域時域的分配、跨平臺精確捕獲提示、跨平臺傳感器互引導(dǎo)等規(guī)則與模型。

(3)協(xié)同作戰(zhàn)決策優(yōu)化。主要解決基于效果的分布式協(xié)同作戰(zhàn)規(guī)劃優(yōu)化及交戰(zhàn)任務(wù)的分解和執(zhí)行。包括協(xié)同交戰(zhàn)效果評估、方案優(yōu)化、臨機交戰(zhàn)決策、跨平臺軟硬武器使用時序和時機優(yōu)選等規(guī)則與模型。

4.3 數(shù)據(jù)通信技術(shù)

重點結(jié)合分布式協(xié)同作戰(zhàn)需要，解決各作戰(zhàn)平臺節(jié)點之間數(shù)據(jù)分發(fā)、傳輸?shù)膶崟r性、可靠性和抗干擾性的要求。主要包括通信資源管理控制、動態(tài)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與組網(wǎng)、動態(tài)時隙分配規(guī)劃、多鏈路管理、資源動態(tài)調(diào)整等數(shù)據(jù)通信技術(shù)，以保證情報級與火控級數(shù)據(jù)實時共享、傳感器單元協(xié)同控制、火力單元協(xié)同共用信息的實時傳輸和交換。

5 結(jié)束語

隨著武器裝備信息化程度的提高，在信息系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下，未來水面艦艇使用方式和方法將更加靈活化和科學(xué)化。本文針對信息化條件下體系對抗的要求，對艦載武器分布式協(xié)同作戰(zhàn)基本框架和作戰(zhàn)指揮控制方式開展初步的研究，旨在為信息化條件下水面艦艇作戰(zhàn)基礎(chǔ)理論和艦載武器作戰(zhàn)使用相關(guān)領(lǐng)域研究人員提供參考和啟發(fā)。依據(jù)水面分布式協(xié)同作戰(zhàn)的基本思想和作戰(zhàn)模式，對不同模式下作戰(zhàn)組織流程及相關(guān)模型算法等具體問題，將另文進行研究和探討。

［1］ 李進軍，梁小平，王龍濤.基于信息系統(tǒng)的驅(qū)護艦編隊對岸作戰(zhàn)方式探討［J］.海軍大連艦艇學(xué)院學(xué)報，2013，36(2):4 -7.

［2］ 李進軍，王龍濤，郝紅芳.艦載武器分布式協(xié)同作戰(zhàn)問題初探［C］//海軍大連艦艇學(xué)院.第十一屆水面艦艇作戰(zhàn)理論研討會，2012.

［3］ 李進軍.基于武器協(xié)同共用的艦炮遠程打擊作戰(zhàn)研究［C］//瞿勤.多樣化軍事任務(wù)與軍事系統(tǒng)工程. 北京:海潮出版社，2009.

［4］ 鞠照群，張友華，侯琳.基于信息系統(tǒng)體系作戰(zhàn)指揮方式構(gòu)想［J］.重慶通信學(xué)院學(xué)報，2011，30(5):54 -55.