美國海軍協(xié)同作戰(zhàn)能力的幾項關鍵技術

賀文紅

(海軍裝備部，北京 100071)

美國海軍協(xié)同作戰(zhàn)能力的幾項關鍵技術

賀文紅

(海軍裝備部，北京 100071)

協(xié)同作戰(zhàn)能力（CEC）系統(tǒng)是美國海軍采用的最早集成了傳感器和武器系統(tǒng)的網(wǎng)絡中心系統(tǒng)之一。該系統(tǒng)在其他軍種的防空系統(tǒng)內成功集成之后，為單張綜合空域圖像系統(tǒng)以及聯(lián)合體系結構內的武器運用奠定基礎。本文將簡要說明主要 CEC 的幾項關鍵技術及其特點。

美國海軍；協(xié)同作戰(zhàn)能力；關鍵技術

0 引 言

21 世紀初，CEC 系統(tǒng)在作戰(zhàn)評估中取得巨大成功，使美國海軍的航母等艦艇和飛機最大限度地提升了現(xiàn)有傳感器和武器的效能，從而使作戰(zhàn)部隊對抗空中威脅的能力大幅提高。在 CEC 系統(tǒng)中，各作戰(zhàn)單元能夠共享雷達數(shù)據(jù)以及敵我識別（IFF）數(shù)據(jù)，所有作戰(zhàn)單元都能實時獲得火控圖像。CEC 系統(tǒng)提升了跟蹤精度、跟蹤連續(xù)性以及敵我識別同步性，從而使整個部隊的跟蹤圖像一致性獲得巨大改進。

CEC 系統(tǒng)的目的在于：一是使部隊的傳感器組成一套網(wǎng)絡，其組網(wǎng)方式能夠最大限度地提升傳感器的效能，同時對關注區(qū)域內的所有飛機和導彈維持連續(xù)跟蹤；二是在必要情況下，如果射手無法利用本地傳感器來跟蹤威脅，則由其中某個單元向另一個單元提供火控質量信息。這是一種極其有效的能力組合方式。

1 傳感器組網(wǎng)技術

1.1 技術概述

雷達自從問世以來，就一直是作戰(zhàn)部隊在其周圍空域內偵測和跟蹤飛機/導彈位置的首要傳感器。任何單個雷達都沒有能力始終偵測和跟蹤空域內的所有飛機和導彈。光是自然環(huán)境的影響就讓雷達無法偵測所有的空中目標，因為光線漸弱、多徑干擾、地形遮蔽等因素會影響雷達。部隊的雷達會在偵查區(qū)域內失去飛機的蹤跡。在實戰(zhàn)中，這意味著防空系統(tǒng)指揮官所看到的空中目標軌跡是斷斷續(xù)續(xù)且轉瞬即逝的，因此指揮官無法確認目標的身份。而一旦有威脅逼近，反應的時間就很倉促。

此外，由于各自使用的傳感器不同，每一個艦基、空基或陸基防空系統(tǒng)生成的空中目標跟蹤圖像都不一樣，無法對態(tài)勢達成一致意見，導致部隊在面臨威脅時很難協(xié)調做出反應。部隊欠缺協(xié)調會導致其無法有效地對抗威脅，降低部隊作戰(zhàn)的持久性和我方部隊的生存率。

傳感器組網(wǎng)能夠從根本上改變部隊交換信息的方式以及各單位處理信息的方式，從而最大限度地提升現(xiàn)有的和未來的雷達和其他傳感器的效能。CEC 系統(tǒng)不是在匯報目標軌跡，而是交換單個傳感器的測量信息，即過濾多個傳感器的測量信息。通常情況下，雷達需要掃描多次才能形成軌跡；某些時候，雷達無法對飛機或導彈進行足夠次數(shù)的掃描，因而無法形成軌跡。在其他情況下，即便形成了軌跡，但是在上文所述因素的影響之下，雷達又會失去目標蹤跡。CEC 系統(tǒng)能夠克服這種問題，因為所有雷達的傳感器測量信息被整合在同一個網(wǎng)絡內。如果部隊的某臺雷達偵測到某個威脅并形成目標軌跡，部隊中所有與該目標相關的雷達測量信息都能用來跟蹤該目標，即便最初偵測到目標的那臺雷達后來失去目標也無所謂。

如果其中 1 臺監(jiān)視雷達在 CEC 系統(tǒng)內確立目標軌跡，該雷達的信息就會“植入”整個網(wǎng)絡內，即在網(wǎng)絡內發(fā)布“開始跟蹤”通知，同時發(fā)布關于目標軌跡的關聯(lián)測量報告（AMR）。若目標軌跡具有一定的戰(zhàn)術意義，則部隊的其他雷達就會得到指示（或準許），繼而鎖定目標，即某處位置的雷達的信息處理敏感性度增強，從而增大鎖定目標的概率。與新目標軌跡相關聯(lián)的其他傳感器（AMR）也會發(fā)送雷達測量信息，這些信息會分發(fā)給其他所有單位，再結合這些單位的本地偵測數(shù)據(jù)來形成復合軌跡。此時，只要各臺雷達提供足夠的更新數(shù)據(jù)，那么即便任何 1 臺雷達都無法形成明確的軌跡，CEC 系統(tǒng)也能持續(xù)跟蹤飛機。

CEC 系統(tǒng)可確保傳感器組網(wǎng)流程能讓所有的單位都獲得連貫的跟蹤圖像，即采用共同校準流程、關聯(lián)流程和跟蹤流程，同時將關聯(lián)的測量信息分發(fā)給網(wǎng)絡內的所有單位。要想讓這套流程起作用，則每個單位接收的遠程數(shù)據(jù)的精度必須與提供數(shù)據(jù)的傳感器的精度相當。因此，必須要執(zhí)行極為精準的校準流程，接收數(shù)據(jù)的艦艇的坐標系才能進行遠程數(shù)據(jù)配準和調整。無論在密集跟蹤環(huán)境還是在稀疏跟蹤環(huán)境內，在各種戰(zhàn)術想定下對這些網(wǎng)格鎖定流程進行測試時，其性能都在容許限度以內。

傳感器組網(wǎng)技術充分利用了部隊各雷達所處的不同位置以及這些雷達的多種頻率、掃描速率和信號處理方式，從而克服了單臺雷達的局限性。網(wǎng)絡跟蹤流程可以讓部隊捕獲和利用那些本來會被單個傳感器丟棄的測量信息。因此，形成的跟蹤圖像更為連貫、完整、一致和精準。

1.2 技術特點

這套流程中的傳感器組網(wǎng)技術具有下述基本特征：

1）收集和分發(fā)主要的監(jiān)視雷達和火控雷達所生成的信息，因而傳感器生成的信息超集合可以讓網(wǎng)絡內所有的單位共享。

2）最先偵測到目標的傳感器的精度得以保持，從而強化信息關聯(lián)；而且如果精度足夠高，也可以支持武器部署。

3）各臺雷達彼此協(xié)調，共同提供偵測信息，因而可以獲得單臺雷達無法獨立獲得的信息。

4）綜合的跟蹤數(shù)據(jù)的質量（精度和持久性）遠遠超出單個信息源的數(shù)據(jù)質量。

CEC 的設計初衷是要融合傳感器組網(wǎng)技術的這些特性，從而克服單臺雷達的局限性。但即便如此，也仍然需要繼續(xù)提升雷達本身的性能。事實上，隨著艦隊引入全新的傳感器，傳感器組網(wǎng)技術可以讓網(wǎng)絡內的所有單位都充分利用新型傳感器所帶來的性能提升，即便少量的艦艇或飛機安裝這類傳感器也能提升性能。這正是傳感器組網(wǎng)技術所帶來的力量倍增效應之一。

2 綜合火控技術

2.1 技術概述

一旦 CEC 網(wǎng)絡形成復合軌跡圖像，就會將圖像發(fā)送給所有參戰(zhàn)單位的本地作戰(zhàn)系統(tǒng)。利用這種信息，網(wǎng)絡內的所有單位都可以協(xié)調做出反應，因而能以最優(yōu)方式利用現(xiàn)有裝備，以確保投入適度戰(zhàn)力來應對所有的空中威脅，而不會浪費導彈。CEC 系統(tǒng)采用的算法可以讓所有艦艇知道何時投入作戰(zhàn)。如此，在已射出的導彈的攻擊結果揭曉之前，其他單位不會攻擊飛機或導彈目標。但是，如果敵方目標靠近一定距離，其他艦艇也會攻擊該目標。

如果沒有其他艦艇提供的 CEC 數(shù)據(jù)，艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)就會有一種局限性：系統(tǒng)只能攻擊那些被本地火控質量雷達偵測和跟蹤的敵方飛機和導彈。裝備有滾體導彈或北約“海麻雀”防空導彈等自衛(wèi)系統(tǒng)的航空母艦或兩棲指揮艦只能攻擊那些已經(jīng)進入雷達視距的低空飛行目標。

CEC 系統(tǒng)的綜合火控功能可以讓艦艇克服這些局限性。如果與自衛(wèi)系統(tǒng)集成，則 CEC 系統(tǒng)可實施有指示作戰(zhàn)，即在敵方目標進入艦載雷達的視距之前，就利用 CEC 系統(tǒng)生成的來犯目標復合軌跡向自衛(wèi)系統(tǒng)告知目標的位置和身份。借助這種指示，艦艇指揮官可以提前攻擊目標，而自衛(wèi)系統(tǒng)火控雷達可以在視距內鎖定目標軌跡，因而可以最大限度延長首次攻擊的距離，甚至在必要時可以有足夠的時間來執(zhí)行第 2 次攻擊。如此可在敵方目標靠近艦艇之前大大增加命中目標的概率。

2.2 技術特點

借助宙斯盾系統(tǒng)等區(qū)域防御系統(tǒng)，CEC 系統(tǒng)就具有遠程攻擊能力，因而只要憑借遠方艦艇提供的火控質量雷達信息，1 艘艦艇就可以決定攻擊目標，啟動標準導彈、發(fā)射導彈、執(zhí)行導彈的飛行中段引導，并利用火控照明裝置對目標實施末段照明以實現(xiàn)導彈的末段制導。利用這種模式，在敵方目標進入雷達視距之前，開火的艦艇就能執(zhí)行所有的導彈控制功能。在敵方目標剛剛進入雷達視距且開火艦艇能夠照亮目標時，即可執(zhí)行最終攔截。

由于實現(xiàn)了遠程攻擊，艦艇對目標發(fā)起攻擊的時間遠遠早于正常情況下的攻擊時間（如果能發(fā)起攻擊），因而大大擴展了作戰(zhàn)空間。

在海軍綜合火控-防空等未來任務中，艦艇可依據(jù)遠距離單位發(fā)來的信息對視距以外的目標發(fā)射標準導彈。因此，海軍的遠程導彈或遠程（機載）火控照明裝置必須裝備主動導引頭，例如聯(lián)合陸上攻擊巡航導彈或高空組網(wǎng)傳感器浮空器，以確保標準導彈內的半主動導引頭將導彈導向目標。

3 復合識別技術

3.1 技術概述

必須利用空域的完整雷達圖像來支持防空作戰(zhàn)，但是雷達提供的信息并不足判定是否應該對疑似敵方飛機或導彈發(fā)起攻擊。在很多情況下，由于無法準確識別目標軌跡，艦艇無法及時對空中目標發(fā)起攻擊，或者艦艇向非敵方飛機發(fā)射了艦對空導彈。由于欠缺可靠的身份信息，部隊的數(shù)據(jù)鏈路在判讀航跡號時會出現(xiàn)諸多沖突。這類沖突是妨礙部隊協(xié)同作戰(zhàn)的一大因素。身份識別存在極大缺陷，甚至會導致各單位失去自衛(wèi)的能力。

身份識別信息的一個來源就是敵我識別數(shù)據(jù)。友軍飛機愿意回答敵我識別問題，而敵我識別系統(tǒng)會提供友軍飛機的信息。之所以發(fā)生身份判別失誤和沖突，原因之一就是敵我識別數(shù)據(jù)與雷達航跡之間的錯誤關聯(lián)。相比于雷達數(shù)據(jù)，敵我識別數(shù)據(jù)本質上是不精確的。在很多情況下，敵我識別系統(tǒng)反饋信息可能對應于雷達附近的多個不同目標。很多舊式作戰(zhàn)系統(tǒng)在處理身份關聯(lián)時會將敵我識別系統(tǒng)的反饋數(shù)據(jù)關聯(lián)到錯誤的目標上，或者將兩條交叉的雷達航跡所對應的敵我識別反饋信息張冠李戴，這就導致空中目標的身份判別發(fā)生錯誤。這會導致防空系統(tǒng)向錯誤的飛機發(fā)起攻擊。

部隊出現(xiàn)身份識別沖突的另一個原因就在于不同的艦艇和飛機采用不同的規(guī)則來判定空中目標的身份。這些規(guī)則涵蓋了各種因素，例如飛機向敵我識別系統(tǒng)做出的應答，飛機的位置、高度、速度和航向，也可能包括已知的出發(fā)地點。很顯然，如果戰(zhàn)斗群內的艦艇和飛機采用不同的規(guī)則來判別空中目標，則他們在判別目標身份時得出的結論必然會有所不同。這會導致數(shù)據(jù)鏈路內出現(xiàn)諸多身份判別沖突，進而不得不將鏈路中很大一部分帶寬用于消除身份判別沖突。

部隊內的艦艇采用不同的規(guī)則集來判定目標圖像的身份，這會造成影響。為了緩解這種影響，CEC 系統(tǒng)采用了一種適用于整個部隊的分布式作戰(zhàn)條令（自動執(zhí)行的規(guī)則）處理功能，這種功能讓戰(zhàn)斗群指揮官能夠分配一套適用于網(wǎng)絡內所有單位的共用作戰(zhàn)條令集。這種將敵我識別數(shù)據(jù)處理機制與全部隊自動執(zhí)行作戰(zhàn)條令處理機制整合為一體的方式被稱之為“復合識別”。

復合識別系統(tǒng)定期自動評估目標的整個文件，從而判定每個空中目標的身份。這種身份信息是整個CEC 網(wǎng)絡內共享的共用信息。在復合識別流程中，會向艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)提供一些身份識別建議，而作戰(zhàn)系統(tǒng)可以決定接受或修改身份信息。

3.2 技術特點

此系統(tǒng)的精度取決于規(guī)則的精度（在作戰(zhàn)條令集中確立這些規(guī)則）以及敵我識別信息的可用性。因此，復合識別系統(tǒng)識別友軍的精度要高于其識別敵軍的精度。盡管如此，復合識別系統(tǒng)的作用仍然十分巨大，因為此系統(tǒng)讓身份識別主管員的注意力集中在那些可能為敵機的未知目標上，而不是對所有的友軍飛機都進行識別。

4 傳感器組網(wǎng)輔助技術

4.1 技術概述

CEC 系統(tǒng)負責處理和分配雷達數(shù)據(jù)和敵我識別數(shù)據(jù)。雖然這樣可以形成質量極高的空域圖像，但是識別敵方飛機時的判別依據(jù)僅僅是“該飛機并非已知的友軍飛機”和“該飛機的飛行方式（飛行特征）十分可疑”。如果能引入其他類型的傳感器信息以及傳感器參數(shù)信息或信號信息，則情況會好很多，因為這類信息有助于識別飛機或者給目標飛機分類（即便不能識別其身份）。

精確的電子支援措施（ESM）系統(tǒng)能夠滿足這種需求，用以將 ESM 方位線和參數(shù)數(shù)據(jù)并入網(wǎng)絡中的傳感器能夠大幅提升這些數(shù)據(jù)的效能，且能夠更為精準地將這些數(shù)據(jù)關聯(lián)到戰(zhàn)術圖像，因而使部隊更加有把握在更遠的距離內識別敵方飛機和導彈。為了充分發(fā)揮傳感器組網(wǎng)技術的功能，CEC 系統(tǒng)必須加以擴展，以處理和分配雷達波形所提供的更多信息。未來的高分辨率雷達將能夠測量飛機主要結構部件的尺寸。是否能夠有效利用這種功能來識別飛機的類型，取決于雷達位置和飛機飛行方向之間的掃描角。一種傳感器負責將這類信息并入網(wǎng)絡，并將這種信息合并于其他單位的類似傳感器在不同掃描角獲取的信息。這種傳感器能夠極大地提升準確識別飛機類型的概率。圖 1 表明，準確識別飛機類型的概率取決于掃描角的數(shù)量。

圖 1 利用多方位高分辨率雷達圖像實現(xiàn)目標分類Fig. 1 Use multi-directional high-resolution radar images to achieve target classification

另一個不錯的方法是將 CEC 圖像提供給其他數(shù)據(jù)收集平臺，由這些平臺將通信情報和信號情報關聯(lián)到高保真度 CEC 戰(zhàn)術空域圖像。如此可確保其他系統(tǒng)能夠以高可信度識別敵方飛機。

4.2 技術特點

CEC 系統(tǒng)借助長距離中繼衛(wèi)星進行擴展或者低質量數(shù)據(jù)鏈路連接，在多個通信服務級別進行擴展。主要的技術障礙在于開發(fā)出一些算法，并利用這些算法將低質量數(shù)據(jù)源和鏈路提供的傳感器信息并入傳感器網(wǎng)絡內，而不會減損復合空中目標圖像和識別圖像的質量。必須通過原型設計和實景測試來驗證數(shù)據(jù)融合算法，以便確認這些算法對傳感器組網(wǎng)技術和復合戰(zhàn)術空域圖像質量所造成的影響。

針對未來艦載、機載和陸基防空系統(tǒng)設計的傳感器、作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)和武器系統(tǒng)，CEC 將傳感器組網(wǎng)視為核心組成部分。那些旨在與傳感器網(wǎng)絡協(xié)調使用的對空監(jiān)視傳感器在組合使用時將具有更為強大的功能，而不僅僅是將目標軌跡累積起來。利用傳感器信息進行指示或指揮的武器系統(tǒng)將會對敵方造成更為有效的殺傷。

作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)以最優(yōu)方式利用傳感器網(wǎng)絡提供的信息，而不能依賴本地傳感器。這種指揮系統(tǒng)更夠在敵方威脅到本方之前在遠距離內更為精確地識別和攻擊敵方的飛機和導彈。

5 結 語

本文介紹了美國海軍 CEC 的基本思路，并對其傳感器組網(wǎng)技術、綜合火控技術、復合識別技術進行了初步研究。CEC 系統(tǒng)的設計使作戰(zhàn)部隊得以實現(xiàn)網(wǎng)絡化作戰(zhàn)，從而最大限度地提升現(xiàn)有的和未來的傳感器和武器系統(tǒng)的效能。傳感器組網(wǎng)等技術使得 CEC 的協(xié)同能力得以充分發(fā)揮，是系統(tǒng)實現(xiàn)作戰(zhàn)能力的關鍵。

[1]The cooperative engagement capability[Z]. Johns Hopkins APL Technical Digit, 1995.

[2]O’DRISCOLL M J, KRILL J A. Cooperative engagement capability[J]. Naval Engineers Journal, 1997, 109(2): 43–57.

[3]CEC DT-IIG and DT-IIH (TECHEVAL) Final Report, Ser. TSC/S468, Program Executive Office for Theater Surface Combatants.

[4]Final Report, Joint Theater Air and Missile Defense Organization (JTAMDO), Phase 2 Joint Composite Tracking Network (JCTN Study).

[5]CARTIER J F, NICOLL J F. Building toward the single integrated air picture[C]//Proceedings of National Fire Control Symposium.

[6]RZEMIEN R. Development and use of a netted ID sensor data fusion testbed[C]//Proceedings of 2001 Military Sensing Symposium, National Symposium on Sensor and Data Fusion. San Diego, CA.

Several key technologies of us navy cooperative combat capability

HE Wen-hong

(Department of Navy Equipment, Beijing 100071, China)

The Cooperative Combat Capability (CEC) system is one of the earliest network-centric systems in the US Navy that integrates sensors and weapon systems. The system which has been successfully integrated in other services’ air defense systems, lays the foundation for a single common air picture system and the use of weapons within a joint architecture. This article will briefly describe the key CEC key technologies and their characteristics.

US Navy；cooperative combat capability；key technology

TP393

A

1672–7619(2016)12–0183–04

10.3404/j.issn.1672–7619.2016.12.038

2016–10–22

賀文紅(1969–)，男，高級工程師，研究方向為艦船指控裝備研制管理。