艦載直升機(jī)-無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)研究

王慶國(guó)，謝福超

（1 中國(guó)人民解放軍海軍91404部隊(duì)，秦皇島，066001；2 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十研究所，西安 710068）

0 引言

隨著海上裝備要素的迅速發(fā)展，海上戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境變得日趨嚴(yán)峻。首先，隨著艦載反艦導(dǎo)彈射程的不斷增加，水面艦艇編隊(duì)進(jìn)行遠(yuǎn)程對(duì)海攻擊時(shí)，對(duì)遠(yuǎn)程目標(biāo)偵察及目標(biāo)指示提出了更高的要求[1]。其次，空襲兵器隨著科技的發(fā)展，具有飛行速度快，突防能力強(qiáng)等特點(diǎn)，能在很短的時(shí)間內(nèi)飛臨被攻擊目標(biāo)。同時(shí)，空襲兵力、兵器多采用低空、超低空、多方向、飽和攻擊等突防戰(zhàn)術(shù)，使得水面艦艇編隊(duì)對(duì)空防御的難度空前增大[2]。

目前水面艦艇主要依靠艦載雷達(dá)和艦載直升機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)空中、水面目標(biāo)的探測(cè)預(yù)警，但艦載雷達(dá)受地球曲率的影響，存在雷達(dá)低空盲區(qū)，使艦載雷達(dá)對(duì)超視距目標(biāo)的探測(cè)具有先天不足。傳統(tǒng)的超視距目標(biāo)的探測(cè)預(yù)警任務(wù)主要由陸基預(yù)警機(jī)、衛(wèi)星、艦載預(yù)警直升機(jī)等擔(dān)任。但在實(shí)際作戰(zhàn)使用中，受敵方防空攔截和續(xù)航能力影響，陸基預(yù)警機(jī)的實(shí)際偵察預(yù)警范圍會(huì)被壓縮，衛(wèi)星存在重返周期問題，不能對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)偵察，同時(shí)可能會(huì)受到敵方的干擾或摧毀而失去作用。艦載直升機(jī)探測(cè)距離遠(yuǎn)，搜索范圍廣，在很大程度上彌補(bǔ)了艦載雷達(dá)超視距探測(cè)預(yù)警的缺陷，但其造價(jià)高、靈活性差、出勤率低，且工作時(shí)易暴露水面艦艇的位置，不宜執(zhí)行高風(fēng)險(xiǎn)任務(wù)，不能滿足高強(qiáng)度海戰(zhàn)中水面艦艇對(duì)超視距目標(biāo)的探測(cè)預(yù)警需要[3]。

艦載無人機(jī)具有航程遠(yuǎn)、續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、隱身性能良好、偵察能力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)，可代替有人平臺(tái)執(zhí)行“枯燥的、惡劣的、危險(xiǎn)的、縱深的”（Dull，Dirty，Dangerous，Deep，4D）任務(wù)[4]。除雷達(dá)偵察裝備（SAR/GMTI）外，無人機(jī)攜帶的傳感器主要以無源探測(cè)設(shè)備為主，天然具備抗“電子對(duì)抗、反輻射導(dǎo)彈、隱身飛機(jī)和超低空突防”的能力。當(dāng)前主流水面艦艇已逐步裝備艦載無人機(jī)。但考慮到當(dāng)前無人機(jī)的自主能力發(fā)展水平，為充分利用無人機(jī)潛在作戰(zhàn)優(yōu)勢(shì)，克服無人機(jī)單平臺(tái)作戰(zhàn)能力的不足，無人機(jī)的作戰(zhàn)使用必然由單平臺(tái)逐步向有人機(jī)-無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)方向發(fā)展。因此，采用艦載直升機(jī)-無人機(jī)協(xié)同的方式來提升水面艦艇的作戰(zhàn)效能不失為一種行之有效的方法。

1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

目前世界范圍內(nèi)，裝備有艦載無人機(jī)的國(guó)家主要有美國(guó)、俄羅斯、英國(guó)、加拿大等國(guó)家，其中以美國(guó)的艦載無人機(jī)最具代表性。本文主要針對(duì)“非航母”類水面艦艇，因此主要介紹“先鋒”、“掃描鷹”、“火力偵察兵”等艦載無人機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀。

圖1 “先鋒”艦載無人偵察機(jī)

圖2 “掃描鷹”無人機(jī)

早在 1986年，美國(guó)海軍便首次在依阿華級(jí)戰(zhàn)列艦上部署了以色列生產(chǎn)的“先鋒”無人偵察機(jī)，用于炮火觀測(cè)。該無人機(jī)采用氣動(dòng)滑軌彈射或液體火箭助推器發(fā)射，艦上垂直網(wǎng)回收。在 1991年的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，“先鋒”艦載無人偵察機(jī)（見圖1）為戰(zhàn)列艦上的406毫米火炮提供了彈道修正，并向多國(guó)部隊(duì)提供戰(zhàn)場(chǎng)信息[5]?！皰呙楮棥睙o人機(jī)（見圖2）是由波音公司與英國(guó)因斯特公司聯(lián)合研制的小型艦載無人機(jī)，采用氣動(dòng)彈射發(fā)射，撞網(wǎng)回收。受限于無人機(jī)機(jī)身尺寸及載重能力，“掃描鷹”無人機(jī)不具備搭載重型載荷及長(zhǎng)時(shí)間續(xù)航能力，主要裝載光電或紅外攝像機(jī)，用于戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視和偵察任務(wù)[6]。

圖3 MQ-8B“火力偵察兵”無人機(jī)

“火力偵察兵”無人直升機(jī)是美軍當(dāng)前發(fā)展較為成功的艦載無人機(jī)，于 2000年開始由諾格公司研制，采用垂直起降的方式，行動(dòng)靈活，經(jīng)歷“RQ-A”、“MQ-8B”、“MQ-8C”三個(gè)不同系列。當(dāng)前較為成熟的是 MQ-8B（見圖 3），被廣泛部署到濱海戰(zhàn)斗艦上，其最高飛行高度6100m，最大航程為 1430km，有效載荷 272kg，可搭載光電/紅外掃描系統(tǒng)和激光測(cè)距儀、合成孔徑雷達(dá)/動(dòng)目標(biāo)指示雷達(dá)（SAR/GMTI）、通信情報(bào)與信號(hào)情報(bào)組件以及武器系統(tǒng)等，可以根據(jù)不同任務(wù)需求在機(jī)上進(jìn)行更換，用于執(zhí)行反艦、反潛、反水雷和中繼通信、目標(biāo)指示、情報(bào)監(jiān)視偵察等任務(wù)[7]。2012年，美國(guó)海軍組建了第一個(gè)由 MH-60R“海鷹”直升機(jī)和MQ-8B“火力偵察兵”無人直升機(jī)組成的混編直升機(jī)中隊(duì)，即第 35直升機(jī)海上攻擊中隊(duì)，為瀕海戰(zhàn)斗艦和太平洋艦隊(duì)的其他艦只提供支持。2014年美海軍同時(shí)在濱海戰(zhàn)斗艦上部署MH-60R“海鷹”直升機(jī)和MQ-8B“火力偵察兵”無人直升機(jī)，MQ-8B可充分發(fā)揮其機(jī)動(dòng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，為MH-60R與戰(zhàn)斗艦提供持續(xù)的態(tài)勢(shì)感知、精確目標(biāo)保障與補(bǔ)充，拓寬濱海戰(zhàn)斗艦與MH-60R的海上態(tài)勢(shì)感知能力[8]。2017年，“科羅拉多”號(hào)瀕海戰(zhàn)斗艦發(fā)射了一枚RGM-84D“魚叉”反艦導(dǎo)彈，MH-60S“海鷹”直升機(jī)和MQ-8B“火力偵察兵”無人直升機(jī)用雷達(dá)、光電和其他傳感器確定目標(biāo)位置，并通過數(shù)據(jù)鏈把瞄準(zhǔn)信息回傳到艦上以修正導(dǎo)彈打擊方案，使得“魚叉”導(dǎo)彈成功擊中遠(yuǎn)在戰(zhàn)艦視距范圍外的目標(biāo)。

2 艦載直升機(jī)-無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)應(yīng)用設(shè)想

針對(duì)裝備可見光照相機(jī)、電視攝像機(jī)、合成孔徑雷達(dá)、光電設(shè)備和紅外傳感器等中小型探測(cè)設(shè)備的非航母艦載無人機(jī)，艦載直升機(jī)-無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)模式可分為三種形式：

作戰(zhàn)模式 1：艦載直升機(jī)在敵防區(qū)外發(fā)射空艦或空空導(dǎo)彈，由艦載無人機(jī)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行精確定位和照射，支持艦載直升機(jī)靜默攻擊和艦載直升機(jī)-無人機(jī)接力制導(dǎo)，水面艦艇擔(dān)負(fù)指揮角色。

作戰(zhàn)模式 2：水面艦艇在敵防區(qū)外發(fā)射艦空或艦艦導(dǎo)彈，艦載直升機(jī)與艦載無人機(jī)組成混合編隊(duì)在威脅區(qū)域內(nèi)巡航，共同擔(dān)負(fù)探測(cè)、預(yù)警、搜索、定位等任務(wù)，水面艦艇擔(dān)負(fù)指揮角色。

作戰(zhàn)模式 3：艦載直升機(jī)與（或）水面艦艇在危險(xiǎn)區(qū)外圍，指揮和引導(dǎo)艦載無人機(jī)在威脅區(qū)域內(nèi)巡航、搜索并執(zhí)行時(shí)敏目標(biāo)打擊。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 艦載直升機(jī)-無人機(jī)協(xié)同探測(cè)

依據(jù)艦載直升機(jī)-無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)任務(wù)，利用艦載直升機(jī)、艦載無人機(jī)對(duì)目標(biāo)環(huán)境的認(rèn)知反饋信息，形成對(duì)探測(cè)信息質(zhì)量具有不同要求的協(xié)同探測(cè)任務(wù)，針對(duì)協(xié)同探測(cè)任務(wù)進(jìn)行資源優(yōu)化分配，將艦載直升機(jī)雷達(dá)、艦載無人機(jī)載雷達(dá)成像、紅外成像、ESM、GMTI等傳感器進(jìn)行有效鏈接，將獲得的多源異構(gòu)探測(cè)信息進(jìn)行分布式層次化融合與優(yōu)化處理，從空間、時(shí)間、頻率方面對(duì)所有傳感器搜索/跟蹤資源進(jìn)行使用規(guī)劃，從而實(shí)現(xiàn)分層協(xié)同探測(cè)，提高對(duì)目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)概率和識(shí)別正確率，對(duì)艦載/機(jī)載武器提供信息保障。

3.2 艦載有人機(jī)-無人機(jī)協(xié)同指揮控制

納入艦載無人機(jī)平臺(tái)后，需要對(duì)艦載無人機(jī)與艦載直升機(jī)以及艦上操控人員之間的交互機(jī)制、多個(gè)平臺(tái)之間的協(xié)作機(jī)制以及所必需的其它支撐技術(shù)進(jìn)行深入研究。幫助艦載無人機(jī)準(zhǔn)確快速實(shí)現(xiàn)操控人員控制意圖、充分發(fā)揮艦載無人機(jī)作戰(zhàn)效能，達(dá)到戰(zhàn)術(shù)任務(wù)目標(biāo)，主要包括艦載無人機(jī)自主決策機(jī)制、艦載直升機(jī)/艦上操控人員干預(yù)機(jī)制、艦上操控人員與艦載直升機(jī)指控權(quán)交接、艦載直升機(jī)/無人機(jī)可變自主監(jiān)督控制技術(shù)研究。

3.3 網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

當(dāng)前無人機(jī)測(cè)控與信息傳輸主要以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸為主，制約了偵察探測(cè)信息的大范圍共享應(yīng)用，不能很好的支持機(jī)間、艦機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)。為了滿足艦載無人機(jī)、艦載直升機(jī)以及水面艦艇的數(shù)據(jù)傳輸需求，應(yīng)深入研究網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，主要包括：跟蹤、測(cè)控、通信一體化信道綜合技術(shù)、視頻圖像編碼技術(shù)、測(cè)控與通信數(shù)據(jù)抗干擾傳輸技術(shù)、超視距中繼傳輸技術(shù)等。

3.4 導(dǎo)航與協(xié)同定位技術(shù)

艦載直升機(jī)-無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)能力實(shí)施的關(guān)鍵在于如何利用分布于整個(gè)戰(zhàn)區(qū)的傳感器信息來形成精確、實(shí)時(shí)、統(tǒng)一的敵我態(tài)勢(shì)圖，實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)共享及融合的前提是保持作戰(zhàn)成員間精確的時(shí)空統(tǒng)一，相對(duì)導(dǎo)航與協(xié)同定位技術(shù)則是實(shí)現(xiàn)時(shí)空統(tǒng)一的重要途徑。

3.5 實(shí)時(shí)任務(wù)規(guī)劃技術(shù)

實(shí)時(shí)任務(wù)規(guī)劃是在執(zhí)行任務(wù)過程中，戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)發(fā)生未知的、突然的威脅和目標(biāo)位置的變化時(shí)，對(duì)初始任務(wù)規(guī)劃進(jìn)行局部調(diào)整。隨著作戰(zhàn)任務(wù)的日趨復(fù)雜多變，對(duì)系統(tǒng)任務(wù)規(guī)劃能力的要求也越來也高。因此，需要對(duì)實(shí)時(shí)任務(wù)規(guī)劃技術(shù)進(jìn)行深入的研究。

4 結(jié)論

隨著無人機(jī)裝備的迅速發(fā)展，當(dāng)前主流水面艦艇已開始逐步裝備艦載無人機(jī)。在考慮艦載無人機(jī)的戰(zhàn)技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，本文給出了艦載直升機(jī)-無人機(jī)的典型作戰(zhàn)應(yīng)用模式，梳理了艦載直升機(jī)-無人機(jī)協(xié)同亟需解決的關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)一步促進(jìn)了艦載無人機(jī)融入水面艦艇作戰(zhàn)體系。