單兵班組多平臺(tái)協(xié)同作戰(zhàn)應(yīng)用研究

原大川，王 濤，李麗君，張鐘錚，段志強(qiáng)

（1.北方自動(dòng)控制技術(shù)研究所，太原 030006；2.解放軍32180部隊(duì)，北京 100000）

0 引言

隨著軍民融合思想的不斷深入和信息化水平的逐步提高，我國單兵綜合作戰(zhàn)系統(tǒng)信息處理、網(wǎng)絡(luò)通信、指揮控制的能力不斷突破，部分火力輕武器平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了信息化接入，智能彈藥、無人作戰(zhàn)平臺(tái)等多平臺(tái)武器投入了使用，作戰(zhàn)要素呈現(xiàn)出多元化的趨勢(shì)。未來這些輕武器平臺(tái)將具有較強(qiáng)的情報(bào)偵察能力，火力打擊能力、自主及伴隨能力［1］。但是目前，各類型的地面、空中無人作戰(zhàn)系統(tǒng)，智能彈藥系統(tǒng)，信息化輕武器平臺(tái)等各作戰(zhàn)平臺(tái)仍然各自為戰(zhàn)，彼此之間缺乏協(xié)同能力。因此，在研究單兵武器防具、光電瞄具、軟硬件設(shè)備等裝備和技術(shù)的同時(shí)，研究如何應(yīng)用單兵班組與多平臺(tái)的協(xié)同作戰(zhàn)，也將是未來單兵作戰(zhàn)適應(yīng)信息化作戰(zhàn)的關(guān)鍵需求所在。

1 協(xié)同作戰(zhàn)對(duì)象

1.1 數(shù)字化單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)

我國目前已經(jīng)開始了新一代單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)的研制工作，利用信息化為主導(dǎo)的高科技對(duì)單兵武器、信息通信、光電偵察、綜合防護(hù)等裝備進(jìn)行整合集成，并根據(jù)與各輕武器平臺(tái)的協(xié)同應(yīng)用需求構(gòu)建系統(tǒng)接口，是融入信息化戰(zhàn)場(chǎng)的核心裝備。并且在網(wǎng)絡(luò)為中心的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，隨著單兵計(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)處理信息的能力不斷提升，未來數(shù)字化單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)將具備與多平臺(tái)偵指打一體化協(xié)同作戰(zhàn)的能力。

1.2 地面、空中無人作戰(zhàn)平臺(tái)

無人作戰(zhàn)平臺(tái)能夠在危險(xiǎn)復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下執(zhí)行監(jiān)視與偵察、目標(biāo)打擊、排爆救援、通信中繼和電子干擾等任務(wù)，尤其空中無人作戰(zhàn)平臺(tái)具有較高的機(jī)動(dòng)靈活性。但是單一平臺(tái)的任務(wù)執(zhí)行能力有限，例如，地面無人作戰(zhàn)平臺(tái)的信息感知能力僅限于近距離的一些戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作，中遠(yuǎn)距離的環(huán)境信息感知?jiǎng)t需要其他平臺(tái)的情報(bào)支撐，為地面無人平臺(tái)提供下一步行進(jìn)的方向。因此，無人與有人系統(tǒng)之間，不同類型無人系統(tǒng)之間的協(xié)同作戰(zhàn)能力決定了無人平臺(tái)的作戰(zhàn)效能［2-3］。

1.3 智能彈藥技術(shù)

智能彈藥具有信息感知處理、推理判斷決策，以及執(zhí)行某種特定任務(wù)的功能。單兵巡飛彈就是一種能夠快速飛抵目標(biāo)區(qū)，能在敵方上空?qǐng)?zhí)行偵察監(jiān)視、指引目標(biāo)位置、毀傷效果評(píng)估和打擊為一體的精確制導(dǎo)武器。與無人機(jī)相比，巡飛彈便捷、射程遠(yuǎn)、速度快，可以像常規(guī)導(dǎo)彈一樣，由多種武器平臺(tái)投放發(fā)射，是實(shí)現(xiàn)快速打擊和縮短殺傷鏈的關(guān)鍵技術(shù)。雖然相比傳統(tǒng)的武器彈藥，智能彈藥的打擊速度、效果、命中率都有質(zhì)的提升，但是在戰(zhàn)場(chǎng)緊迫的時(shí)間下，如果對(duì)遠(yuǎn)程目標(biāo)的定位模糊，僅僅依靠其自身擁有的感知和判斷能力并不能實(shí)現(xiàn)其理想的打擊效果。因此，無人作戰(zhàn)平臺(tái)與智能彈藥的協(xié)同配合就顯得至關(guān)重要，不僅能夠?yàn)檠诧w彈的火力打擊提供更加動(dòng)態(tài)清晰的“視野”，還能夠保障無人作戰(zhàn)平臺(tái)更加安全地深入偵察和火力打擊［4］。

2 協(xié)同作戰(zhàn)模式

2.1 作戰(zhàn)需求

單兵班組需要在快速機(jī)動(dòng)、適當(dāng)火力、自我保障等能力基礎(chǔ)上，完成突擊進(jìn)攻、防御作戰(zhàn)、城市作戰(zhàn)、維穩(wěn)控局等；需要滿足在高寒多山、高原、叢林、城市等地區(qū)遂行中等以下規(guī)模及強(qiáng)度的突擊、阻撓、牽制等戰(zhàn)斗行動(dòng)；需要深入敵后偵察、定點(diǎn)清除、即察即打等。但是，敵方微型無人機(jī)偵察平臺(tái)、衛(wèi)星圖像，以及公共社交網(wǎng)絡(luò)等的存在，使得單兵班組很容易在短時(shí)間內(nèi)被敵方偵察識(shí)別，失去先機(jī)。因此，單兵班組需要更快速更精確地偵察和打擊能力，能夠補(bǔ)充單兵的視距偵察和體能缺陷，能夠在各種條件嚴(yán)苛信號(hào)拒止的復(fù)雜環(huán)境下執(zhí)行偵察打擊任務(wù)，能夠始終按隊(duì)形有組織地行進(jìn)，并有能力掌握和控制周邊戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)。

2.2 傳統(tǒng)作戰(zhàn)模式

在傳統(tǒng)作戰(zhàn)模式下，以步兵戰(zhàn)車、突擊車等高機(jī)動(dòng)強(qiáng)防護(hù)的裝備平臺(tái)為中心，單兵班組依車或者下車進(jìn)行作戰(zhàn)，雖然能夠依托機(jī)動(dòng)平臺(tái)或者數(shù)字化單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)班組成員之間，班組與班組之間，班組與上級(jí)之間話音、數(shù)據(jù)等信息的共享，但是情報(bào)偵察、信息搜集和火力打擊的能力僅僅依靠單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)，還難以滿足信息情報(bào)時(shí)間的敏感性和武器火力的交聯(lián)能力，無法達(dá)到未來信息化作戰(zhàn)的需求。單兵巡飛彈，無人武器平臺(tái)等新技術(shù)的加入雖然能夠在能力上與單兵班組相互補(bǔ)充，但是目前各平臺(tái)并沒有實(shí)現(xiàn)與單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)的信息集成。地面、空中無人武器平臺(tái)依然多是由單兵遠(yuǎn)程遙控，獨(dú)立執(zhí)行偵察、打擊任務(wù)，沒有真正實(shí)現(xiàn)與單兵班組的自主伴隨作戰(zhàn)；巡飛彈等火力打擊平臺(tái)則自成體系，單獨(dú)接受指揮，對(duì)于單兵班組的火力請(qǐng)求響應(yīng)較慢，而且其他平臺(tái)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的態(tài)勢(shì)信息也無法向智能彈藥提供協(xié)同輔助。

2.3 協(xié)同作戰(zhàn)模式

微型空中無人作戰(zhàn)平臺(tái)、地面無人作戰(zhàn)平臺(tái)、單兵巡飛彈等多種未來重點(diǎn)發(fā)展的輕武器平臺(tái)，將會(huì)是未來戰(zhàn)場(chǎng)的重要作戰(zhàn)資源，想要各作戰(zhàn)要素都能充分發(fā)揮其最大效能，必須以協(xié)同作戰(zhàn)為切入點(diǎn)，立足單兵班組的作戰(zhàn)需求，研究全新的協(xié)同作戰(zhàn)模式。下頁圖1即單兵班組多平臺(tái)協(xié)同作戰(zhàn)構(gòu)想視圖［5］。

單兵班組多平臺(tái)協(xié)同作戰(zhàn)模式要點(diǎn)：

圖1 單兵班組多平臺(tái)協(xié)同作戰(zhàn)構(gòu)想

1）地面、空中無人平臺(tái)等與單兵班組組建自主伴隨協(xié)同網(wǎng)，以群體目的性進(jìn)行航路點(diǎn)的選擇，形成各自偵察路徑，并可以在無北斗定位服務(wù)的惡劣環(huán)境下，通過與無人平臺(tái)的協(xié)同交互提高定位精度范圍，可靠地按隊(duì)形前進(jìn)；

2）通過單兵裝備、無人平臺(tái)等配備的多傳感器智能探測(cè)、單兵雷達(dá)、多源融合信息處理等技術(shù)，保證行軍過程中的視距和非視距動(dòng)態(tài)偵察范圍，實(shí)現(xiàn)全方位的危險(xiǎn)預(yù)警；

3）在偵察范圍的一定距離內(nèi)，通過分布的認(rèn)知電子作戰(zhàn)平臺(tái)進(jìn)行靜態(tài)打擊，使敵方的指揮控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和無人平臺(tái)資源失效；

4）地面、空中無人平臺(tái)等與士兵班組共享指揮控制和態(tài)勢(shì)，構(gòu)建火力傳感器網(wǎng)絡(luò)，在動(dòng)態(tài)偵察和精確定位的支持下指示目標(biāo)，火力引導(dǎo)，間接打擊，從而實(shí)現(xiàn)地面、空中無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的精確遠(yuǎn)程火力支援，打擊復(fù)雜環(huán)境下的特定目標(biāo)。

3 偵指打一體化的協(xié)同作戰(zhàn)

協(xié)同作戰(zhàn)模式的應(yīng)用就是將作戰(zhàn)要素一體化的過程，也是偵指打一體化的過程，必須在偵察、指揮、打擊3個(gè)環(huán)節(jié)都實(shí)現(xiàn)單兵班組和各平臺(tái)的協(xié)同作戰(zhàn)。

如圖2所示，“偵察”包括情報(bào)探測(cè)、情報(bào)接入、情報(bào)融合等功能，“偵察”環(huán)節(jié)由目標(biāo)探測(cè)、跟蹤、定位、識(shí)別、威脅判斷5個(gè)過程組成，這些過程形成情報(bào)偵察信息鏈。

“指揮控制”包括戰(zhàn)場(chǎng)統(tǒng)一態(tài)勢(shì)生成、任務(wù)規(guī)劃、行動(dòng)控制、資源管控等功能。行動(dòng)控制側(cè)重于對(duì)單兵班組及其行動(dòng)的控制，資源管控側(cè)重于對(duì)偵察資源、保障資源、武器資源等的管控。控制過程包括領(lǐng)受任務(wù)、戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)評(píng)估、任務(wù)規(guī)劃、行動(dòng)指揮、武器發(fā)射控制等，這些控制過程構(gòu)成了指揮控制信息鏈。

圖2 偵指打一體化結(jié)構(gòu)示意圖

“打擊”是指武器系統(tǒng)，包括不同種類、不同性能的信息化輕武器裝備，具有偵察信息直接驅(qū)動(dòng)打擊能力的武器等，打擊過程包括輕武器打擊控制、無人平臺(tái)控制等，這些過程構(gòu)成了武器打擊信息鏈。

只有實(shí)現(xiàn)單兵班組多平臺(tái)的協(xié)同作戰(zhàn)，才能形成高效敏捷的偵指打3個(gè)環(huán)節(jié)一體化的情報(bào)偵察信息鏈、指揮控制信息鏈，以及武器打擊信息鏈。

3.1 協(xié)同偵察與信息融合

未來的地面、空中無人作戰(zhàn)平臺(tái)將呈現(xiàn)出數(shù)字化、系統(tǒng)化和智能化的發(fā)展趨勢(shì)，具備偵察模塊的無人作戰(zhàn)平臺(tái)能夠?qū)刹斓降膱D形圖像進(jìn)行目標(biāo)智能識(shí)別、自動(dòng)提取和定位跟蹤，對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行時(shí)空配準(zhǔn)、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、降噪處理、威脅判斷等融合處理。對(duì)偵察到的目標(biāo)或者上級(jí)下發(fā)的目標(biāo)信息，在態(tài)勢(shì)圖上實(shí)時(shí)顯示，并發(fā)出預(yù)警時(shí)間、類型、等級(jí)、內(nèi)容等屬性的危險(xiǎn)預(yù)警信息提醒各作戰(zhàn)平臺(tái)［6-10］。

3.1.1 協(xié)同偵察

協(xié)同偵察是高效獲取敵方情報(bào)，全面了解戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)全方位危險(xiǎn)預(yù)警的前提條件，是對(duì)單兵班組信息情報(bào)時(shí)間敏感性的最佳響應(yīng)。協(xié)同偵察的實(shí)現(xiàn)是由單兵班組長指揮己方班組、控制自主伴隨的無人作戰(zhàn)系統(tǒng)，按照規(guī)劃的路徑、相應(yīng)的偵察隊(duì)形對(duì)指定搜索目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行協(xié)同偵察，并對(duì)偵察到的目標(biāo)進(jìn)行信息融合、態(tài)勢(shì)展現(xiàn)。其中路徑規(guī)劃并不是針對(duì)每個(gè)作戰(zhàn)單元分別規(guī)劃相應(yīng)的偵察路徑單獨(dú)行動(dòng)，而是單兵班組、地面、空中無人作戰(zhàn)系統(tǒng)等作戰(zhàn)平臺(tái)之間以協(xié)同的方式呈隊(duì)形行進(jìn)，即有某種群體目的性地進(jìn)行航路點(diǎn)的選擇，形成各自偵察路徑，構(gòu)建全方位的預(yù)警環(huán)境。

然而，協(xié)同偵察不僅僅以自主伴隨的形式實(shí)現(xiàn)。處置突發(fā)事件、對(duì)任務(wù)地點(diǎn)周邊環(huán)境信息了解匱乏的情況時(shí)有發(fā)生，由于無法預(yù)先完成部署，快速機(jī)動(dòng)的偵察能力就成為捕捉戰(zhàn)機(jī)、爭取主動(dòng)、安全完成作戰(zhàn)任務(wù)的重要前提。微小型無人作戰(zhàn)平臺(tái)作為高機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)偵察系統(tǒng)，單兵班組可以優(yōu)先派出，以規(guī)劃的路徑和動(dòng)態(tài)的偵察隊(duì)形實(shí)現(xiàn)輕武器平臺(tái)之間的協(xié)同偵察，為作戰(zhàn)部隊(duì)探明前方戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境和敵方火力部署情況。

3.1.2 信息融合

單武器平臺(tái)的探測(cè)、跟蹤能力有限，各個(gè)武器平臺(tái)配備的探測(cè)傳感器種類不一，探測(cè)能力和目標(biāo)識(shí)別能力也各有利弊，如圖3所示，單節(jié)點(diǎn)的感知數(shù)據(jù)僅能描繪目標(biāo)的部分特性，但是經(jīng)過對(duì)紅外探測(cè)、聲波探測(cè)、回波特性圖的融合分析，不僅可以準(zhǔn)確鎖定作戰(zhàn)對(duì)象的所在位置，還可以探測(cè)到威脅目標(biāo)的火力武裝情況。因此，利用班組內(nèi)多平臺(tái)協(xié)同的分布式數(shù)據(jù)融合技術(shù)，將各途徑收集到的偵察信息進(jìn)行班組多源情報(bào)信息處理，包括戰(zhàn)場(chǎng)局部三維態(tài)勢(shì)的構(gòu)建、多視角異種圖像傳感器的目標(biāo)識(shí)別，目標(biāo)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)融合等，可以有效克服單個(gè)傳感器的不確定性和局限性，是提高探測(cè)和跟蹤能力的一種有效途徑。

圖3 多源信息融合技術(shù)

3.2 協(xié)同指揮與信息交互

協(xié)同偵察近乎實(shí)時(shí)高效地不斷更新戰(zhàn)場(chǎng)統(tǒng)一態(tài)勢(shì)及威脅分布情況，為指揮和打擊環(huán)節(jié)提供了有利的條件。協(xié)同作戰(zhàn)指揮主要根據(jù)偵察所得的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，監(jiān)視當(dāng)前戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)動(dòng)向，根據(jù)作戰(zhàn)行動(dòng)任務(wù)目的和敵我雙方作戰(zhàn)信息完成戰(zhàn)場(chǎng)任務(wù)規(guī)劃分配，并下達(dá)指揮命令。面對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)頻發(fā)的突發(fā)情況，協(xié)同指揮以規(guī)劃的任務(wù)為行動(dòng)鏈條，進(jìn)行己方部隊(duì)行動(dòng)控制和戰(zhàn)場(chǎng)資源管控，包含人在回路，打破現(xiàn)有作戰(zhàn)編隊(duì)部署，對(duì)各作戰(zhàn)要素進(jìn)行臨時(shí)組合，形成“虛擬編組”，動(dòng)態(tài)調(diào)整協(xié)同作戰(zhàn)方案，完成特定的作戰(zhàn)任務(wù)，快速實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化“動(dòng)態(tài)聚能”。

偵指打一體化協(xié)同作戰(zhàn)交互的信息主要有：作戰(zhàn)指揮信息、態(tài)勢(shì)信息、狀態(tài)信息、目標(biāo)圖像信息、高清視頻信息、控制信息、火力請(qǐng)求信息、火力引導(dǎo)信息等，圖4中展示了作戰(zhàn)協(xié)同情形下信息交互的主要流程。

圖4 單兵班組多平臺(tái)協(xié)同作戰(zhàn)信息流程

3.3 多火力平臺(tái)協(xié)同打擊

偵指打一體化中的打擊環(huán)節(jié)注重的是多火力平臺(tái)的協(xié)同打擊，實(shí)現(xiàn)各個(gè)作戰(zhàn)系統(tǒng)之間的協(xié)同配合，達(dá)到精確快速的目標(biāo)指示、超視距打擊、平臺(tái)聯(lián)合協(xié)同打擊等效果。自主伴隨的地面、空中無人作戰(zhàn)系統(tǒng)可以為火力打擊平臺(tái)提供精確的目標(biāo)指示和實(shí)時(shí)精確的態(tài)勢(shì)信息。發(fā)現(xiàn)大型目標(biāo)需要遠(yuǎn)程火力摧毀時(shí)，傳統(tǒng)作戰(zhàn)模式往往難以實(shí)現(xiàn)，在信息化數(shù)字化的多火力平臺(tái)協(xié)同作戰(zhàn)模式下，單兵班組以及無人作戰(zhàn)系統(tǒng)傳感器可以定位敵方目標(biāo)，將目標(biāo)信息發(fā)給其他作戰(zhàn)單元，通過目標(biāo)指引、引導(dǎo)交接，提高打擊的準(zhǔn)確度和有力度，從而實(shí)現(xiàn)單一平臺(tái)無法完成的超視距打擊。執(zhí)行大型作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)，多部隊(duì)之間的單兵班組有時(shí)需要聯(lián)合作戰(zhàn)以完成任務(wù)，平臺(tái)聯(lián)合協(xié)同打擊就是要在戰(zhàn)場(chǎng)中發(fā)現(xiàn)多個(gè)目標(biāo)，依據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)圖或指揮命令，交聯(lián)跨部隊(duì)間的武器平臺(tái)進(jìn)行打擊，從而達(dá)到聯(lián)合協(xié)同作戰(zhàn)的目的，既避免了資源的浪費(fèi)，又提高了整體作戰(zhàn)效能。

4 關(guān)鍵技術(shù)分析

4.1 協(xié)同作戰(zhàn)總體技術(shù)

隨著技術(shù)的發(fā)展，可編配的平臺(tái)種類還會(huì)繼續(xù)擴(kuò)充，協(xié)同作戰(zhàn)的內(nèi)容將更加復(fù)雜，協(xié)同難度不斷加大，必須構(gòu)建一個(gè)科學(xué)合理有針對(duì)性的協(xié)同作戰(zhàn)體系架構(gòu)，才能使諸多要素快速高效地協(xié)同配合。這就需要對(duì)協(xié)同作戰(zhàn)指揮流程、信息流程進(jìn)行分析、描述和建模，對(duì)班組內(nèi)、班組間、班組與友鄰軍的外部協(xié)同，以及臨時(shí)編組變更和自主伴隨的實(shí)施流程和信息交互內(nèi)容進(jìn)行深入研究，提出基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同作戰(zhàn)的規(guī)范化方法。

4.2 協(xié)同作戰(zhàn)模型技術(shù)

協(xié)同作戰(zhàn)技術(shù)的核心是班組協(xié)同作戰(zhàn)模型，包括各平臺(tái)火力數(shù)據(jù)模型、威脅價(jià)值度排序、目標(biāo)分配、任務(wù)執(zhí)行方案、彈道規(guī)避、禁射界和禁入?yún)^(qū)、協(xié)同火力毀傷評(píng)估等多種模型，支撐單兵班組多平臺(tái)協(xié)同的戰(zhàn)前籌劃和作戰(zhàn)活動(dòng)中功能的實(shí)現(xiàn)。

4.3 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)融合技術(shù)

在復(fù)雜多變、戰(zhàn)機(jī)轉(zhuǎn)瞬即逝的作戰(zhàn)活動(dòng)中，協(xié)同偵察帶來了更加快速全面的戰(zhàn)場(chǎng)情報(bào)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)融合不僅能夠在現(xiàn)有數(shù)據(jù)上得到更有價(jià)值的情報(bào)，提高班組探測(cè)和跟蹤能力，其實(shí)時(shí)性也為后續(xù)的協(xié)同指揮和決策提供時(shí)間敏感性的支持，是實(shí)現(xiàn)偵指打一體化的協(xié)同作戰(zhàn)必不可少的關(guān)鍵技術(shù)。

5 結(jié)論

隨著技術(shù)與裝備等的發(fā)展，單兵班組、無人作戰(zhàn)平臺(tái)、智能武器系統(tǒng)等各種輕武器作戰(zhàn)平臺(tái)將成為統(tǒng)一的綜合體。同時(shí)，隨著協(xié)同對(duì)象不斷增多、協(xié)同任務(wù)不斷加強(qiáng)、協(xié)同運(yùn)用范圍不斷擴(kuò)大，協(xié)同作戰(zhàn)技術(shù)的研究與運(yùn)用將進(jìn)一步提升整體作戰(zhàn)效能，為復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)提供透明實(shí)時(shí)的全維戰(zhàn)場(chǎng)感知能力，精確高效和智能化的指揮控制能力，偵察指揮打擊一體化的快速殺傷能力等。