基于“作戰(zhàn)云”的防空反導(dǎo)體系架構(gòu)研究*

宋占福，趙全習(xí)，范成禮，胡 靜

（1.空軍工程大學(xué)防空反導(dǎo)學(xué)院，西安 710051；2.火箭軍工程大學(xué)基礎(chǔ)部，西安 710025）

0 引言

未來防空反導(dǎo)作戰(zhàn)是由陸、海、空等多兵種及其他防空力量共同參與的聯(lián)合作戰(zhàn)行動［1］。參戰(zhàn)力量多元、作戰(zhàn)裝備復(fù)雜、作戰(zhàn)協(xié)同困難，涉及陸、海、空、天、網(wǎng)、電、心理等眾多領(lǐng)域。從國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r看，面對日益嚴峻的空天威脅，現(xiàn)有的防空反導(dǎo)體系架構(gòu)不足以支撐未來多兵種聯(lián)合防空反導(dǎo)作戰(zhàn)行動，迫切需要一個合理的架構(gòu)，能夠從整體和全局的高度把握和指導(dǎo)防空反導(dǎo)體系的中長期建設(shè)。

1 防空反導(dǎo)體系發(fā)展現(xiàn)狀

近些年來，軍事強國致力于防空反導(dǎo)武器裝備的發(fā)展，在抗擊高超音速目標、隱身目標、彈道導(dǎo)彈等高技術(shù)空襲目標的研究上有了一定的收獲［2］，但大多數(shù)國家防空反導(dǎo)體系仍然建立在原有的體系架構(gòu)上，升級了“硬件”，但“軟件”的升級跟不上，就難以發(fā)揮“硬件”的優(yōu)勢，制約了整體作戰(zhàn)效能的提升。

1.1 態(tài)勢感知能力不足，信息流轉(zhuǎn)鏈路固定，致使體系融合能力偏弱

從美俄發(fā)展現(xiàn)狀看，防空反導(dǎo)體系對多樣化目標的預(yù)警能力有限，距離全面、實時、準確的標準還有一定差距，特別是對隱身、高超音速目標，不能做到及時發(fā)現(xiàn)，精準跟蹤，對于低、慢、小目標，還不能全部實現(xiàn)發(fā)現(xiàn)即入網(wǎng)。對于天基、空基、?；@取的信息和上級下發(fā)空情信息不能實現(xiàn)按需取用，制約了各級防空反導(dǎo)體系對整體態(tài)勢的把握。

各國防空反導(dǎo)體系采取集中式或分布式結(jié)構(gòu)，信息流基本按照指揮關(guān)系和作戰(zhàn)平臺相對獨立的縱向垂直流轉(zhuǎn)共享，跨兵種、跨系統(tǒng)、跨平臺的橫向流轉(zhuǎn)和裝備互聯(lián)互通互操作水平還不夠高［3］，導(dǎo)致信息流轉(zhuǎn)不及時，融合能力不強，難以應(yīng)對高節(jié)奏、多樣化的信息化空襲作戰(zhàn)。

1.2 指控系統(tǒng)不兼容，武器平臺交鏈困難，致使體系協(xié)同能力不強

體系對抗強調(diào)體系內(nèi)部各系統(tǒng)的高度協(xié)同，一體化作戰(zhàn)。但從各國發(fā)展?fàn)顩r看，由于諸軍兵種的防空指控系統(tǒng)一直處于獨立發(fā)展的狀態(tài)，甚至由于自身科技發(fā)展受限，防空反導(dǎo)體系內(nèi)包括其他國家防空反導(dǎo)裝備，致使各裝備間用戶協(xié)議、數(shù)據(jù)接口不統(tǒng)一，無法實現(xiàn)聯(lián)合防空反導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同作戰(zhàn)。即使美軍，防空武器的發(fā)展依然沒有形成標準化、統(tǒng)一化，各類防空武器入網(wǎng)交鏈大部分處于測試狀態(tài)，對于預(yù)警衛(wèi)星、作戰(zhàn)飛機等其他平臺傳來的空情信息，其他兵種防空武器可能無法直接使用，一體化協(xié)同作戰(zhàn)能力大打折扣。

1.3 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點過于集中，不能實現(xiàn)柔性重組，致使體系抗毀能力不高

雖然美軍提出了分布式作戰(zhàn)，馬賽克戰(zhàn)等先進作戰(zhàn)概念，理論研究相對成熟，但仍未形成成熟的實戰(zhàn)能力，常態(tài)部署的防空反導(dǎo)體系依然處于傳感器、武器平臺、指控系統(tǒng)的高度硬連接［4］。平時，根據(jù)預(yù)定的作戰(zhàn)任務(wù)組織作戰(zhàn)力量的固定編組演練，戰(zhàn)時，難以應(yīng)對大規(guī)模的空襲作戰(zhàn)和復(fù)雜的空天威脅，體系柔性重組能力不高，作戰(zhàn)效能發(fā)揮不明顯。無論平時還是戰(zhàn)時，信息通聯(lián)、指揮控制等關(guān)鍵節(jié)點都過于集中，一旦遭受打擊，防空反導(dǎo)體系作戰(zhàn)效能難以發(fā)揮最優(yōu)。

2 “作戰(zhàn)云”概念

2013 年1 月，為解決五代機與四代機互聯(lián)互通問題，美國空中作戰(zhàn)司令部司令邁克爾·霍斯蒂奇將軍首次提出“作戰(zhàn)云”概念［5］，通過美軍多次明確闡述和近十年的發(fā)展應(yīng)用，“作戰(zhàn)云”概念的特點及優(yōu)勢愈加突顯。

2.1 “作戰(zhàn)云”概念的內(nèi)涵

“作戰(zhàn)云”是指依托網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、虛擬化技術(shù)、分布式計算技術(shù)及負載均衡技術(shù)，將分散部署的作戰(zhàn)資源進行有機重組形成的一種彈性、動態(tài)、面向服務(wù)的作戰(zhàn)資源池［6］。核心是將陸、海、空、天、網(wǎng)、電等多域信息平臺融為一體，實現(xiàn)各類作戰(zhàn)要素的動態(tài)高效管理、快速分布式處理和數(shù)據(jù)的高度融合共享，并將各作戰(zhàn)要素匯集成“服務(wù)云”，建立作戰(zhàn)資源的網(wǎng)絡(luò)化互聯(lián)，達到戰(zhàn)場信息處理和多域協(xié)同的高效性。

2.2 “作戰(zhàn)云”模型

如圖1 所示，面向服務(wù)的“作戰(zhàn)云”可分為“打擊服務(wù)云”（C-K）、“指揮控制服務(wù)云”（C-CC）和“保障服務(wù)云”（C-ISR），基于分布式部署的各“服務(wù)云”，具有相同性質(zhì)的一類“服務(wù)云”可聚合形成“服務(wù)云類”，各“服務(wù)云類”在廣域范圍內(nèi)不斷自下而上的動態(tài)充實融合，并形成更具規(guī)模的“作戰(zhàn)服務(wù)云團”［6-7］。并交由云服務(wù)管理中心管理。

圖1 面向服務(wù)的“作戰(zhàn)云”概念模型Fig.1 Service-oriented“combat cloud”conceptual model

2.3 “作戰(zhàn)云”的特性

面向服務(wù)的信息智能管理?！白鲬?zhàn)云”依托云計算技術(shù)，將資源池內(nèi)的作戰(zhàn)資源實施統(tǒng)一管理，建立體制集約化、服務(wù)個性化、數(shù)據(jù)融合化、計算智能化、存取自主化的動態(tài)管理機制，發(fā)揮有限資源的最大效益。

全域全要素的動態(tài)聚合。“作戰(zhàn)云”通過網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、虛擬化技術(shù)將作戰(zhàn)域內(nèi)傳感器、指控系統(tǒng)、作戰(zhàn)平臺等作戰(zhàn)資源相互連接，構(gòu)成一個動態(tài)化、虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化的作戰(zhàn)體系。依托云計算技術(shù)、分布式計算技術(shù)對全域作戰(zhàn)資源進行關(guān)聯(lián)分析和形勢判斷，并利用負載均衡技術(shù)實現(xiàn)作戰(zhàn)資源的動態(tài)調(diào)配，完成對多源、分散、異構(gòu)平臺的動態(tài)聚合、按需分配和集中釋能。

彈性可擴的自適應(yīng)調(diào)節(jié)?！白鲬?zhàn)云”的“彈性”體現(xiàn)在作戰(zhàn)資源池可根據(jù)作戰(zhàn)進程的推進、態(tài)勢變化和作戰(zhàn)需求自主調(diào)整，通過大數(shù)據(jù)和云計算，突出關(guān)鍵信息?！白鲬?zhàn)云”的“可擴”體現(xiàn)在作戰(zhàn)資源池不僅可以擴充同種類型的作戰(zhàn)資源，更能對異構(gòu)平臺的不同作戰(zhàn)資源進行補充，并將擴充的作戰(zhàn)資源進行“池”化，為體系所用，進一步提高“作戰(zhàn)云”的容量。

高效靈活的分布式殺傷?！白鲬?zhàn)云”通過云技術(shù)實現(xiàn)對作戰(zhàn)資源池的融合、處理和管控，分布于作戰(zhàn)域的各作戰(zhàn)要素，可以根據(jù)作戰(zhàn)需要對池內(nèi)資源進行添加或取用，增加了高效性和靈活性，從而打破了以往武器系統(tǒng)之間的“硬鏈接”，構(gòu)建一個“探測、跟蹤、決策、打擊和評估”的分布式殺傷鏈。

3 基于“作戰(zhàn)云”的防空反導(dǎo)體系架構(gòu)

通過分析“作戰(zhàn)云”概念的特性及當(dāng)前世界防空反導(dǎo)體系的不足，著眼我軍空天一體，攻防兼?zhèn)涞哪繕?，可?gòu)建基于“作戰(zhàn)云”的防空反導(dǎo)體系架構(gòu)，依托柵格化網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，將各類防空反導(dǎo)作戰(zhàn)平臺融入“云作戰(zhàn)”體系，根據(jù)作戰(zhàn)需求，形成動態(tài)、靈活、智能、高效的殺傷鏈路，實現(xiàn)對空襲體系的分布式殺傷網(wǎng)和最優(yōu)殺傷方案。

3.1 體系架構(gòu)

如圖2，基于“作戰(zhàn)云”的防空反導(dǎo)體系架構(gòu)，分為云服務(wù)應(yīng)用層、云服務(wù)管理層和云服務(wù)裝備層，管理層包括指揮控制云類和作戰(zhàn)資源云團，作戰(zhàn)資源云團包括情報信息云類、信火打擊云類、評估云類和綜合保障云類。

圖2 基于“作戰(zhàn)云”的防空反導(dǎo)體系架構(gòu)Fig.2 Architecture of air defense antimissile system based on“combat cloud”

應(yīng)用層是指防空反導(dǎo)體系實施的一切作戰(zhàn)行動，裝備層是指提供云服務(wù)的實體作戰(zhàn)資源，管理層是指對作戰(zhàn)空間內(nèi)所有作戰(zhàn)資源進行實時動態(tài)管理的信息中樞。裝備層為云服務(wù)管理中心提供情報信息、信火打擊能力、效能評估、綜合保障等虛擬和實體作戰(zhàn)資源，形成作戰(zhàn)資源池，管理層根據(jù)應(yīng)用層的具體請求，通過自身輔助決策，動態(tài)組合云服務(wù)提供者，形成調(diào)用服務(wù)［8-10］。

指揮控制云類，首先，防空反導(dǎo)作戰(zhàn)指揮不能脫離基于指揮職能權(quán)限的指揮方式，防空反導(dǎo)云作戰(zhàn)體系內(nèi)的“指揮控制云類”，具備指揮決策、控制協(xié)同職能，并具有一定的獨立性和固定的信息流轉(zhuǎn)模式；其次，針對空地對抗作戰(zhàn)的復(fù)雜性和時效性，防空反導(dǎo)體系必須具備高效的信息融合處理和輔助決策能力，打破防空反導(dǎo)武器系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)、電子對抗系統(tǒng)和防護保障系統(tǒng)之間和內(nèi)部的屏障，將不同型號的武器平臺有機融合，實施一體化作戰(zhàn)。最后，信息化戰(zhàn)爭條件下，戰(zhàn)場信息量隨時間的推移呈指數(shù)增長，指揮控制云類能夠通過云服務(wù)快速提取關(guān)鍵信息，切實保證防空反導(dǎo)作戰(zhàn)的時效性和準確性。

情報信息云類，針對防空反導(dǎo)作戰(zhàn)中空域廣、環(huán)境復(fù)雜、目標隱身和強突防能力等問題，一方面，情報信息云類能夠融合天基預(yù)警、空基預(yù)警以及包括地監(jiān)哨等地基預(yù)警信息，共享和接收上級作戰(zhàn)情報云信息，掌握戰(zhàn)場態(tài)勢，為指揮預(yù)警提供關(guān)鍵信息。另一方面，還可以根據(jù)情報信息云類分析的戰(zhàn)場態(tài)勢和目標識別結(jié)果，依托電子對抗系統(tǒng)和信息對抗系統(tǒng)爭取信息權(quán)，保證空情信息獲取的及時性和準確性。

信火打擊云類，信息化空襲過程中，空襲目標具有多樣化、集群化、隱身化、精確化、智能化等特點，防空反導(dǎo)體系須通過網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)融合各類信息與火力作戰(zhàn)平臺，形成信火打擊云類，根據(jù)戰(zhàn)場態(tài)勢、空情信息和目標類型，利用負載均衡技術(shù)和優(yōu)化算法，對作戰(zhàn)資源內(nèi)的信息防空資源和火力防空資源進行合理調(diào)度，實現(xiàn)各作戰(zhàn)平臺無縫融合、功能互補、聯(lián)合一體的體系化對抗能力，發(fā)揮防空反導(dǎo)體系的最優(yōu)效能。

作戰(zhàn)評估云類，針對戰(zhàn)場內(nèi)武器裝備的打擊效果，可形成快速、準確、可靠的戰(zhàn)場內(nèi)所有目標毀傷評估信息，實時掌握敵情、我情以及防空反導(dǎo)作戰(zhàn)全過程，為跟蹤戰(zhàn)場態(tài)勢、優(yōu)化調(diào)整部署、接力跟蹤制導(dǎo)提供精準信息。

綜合保障云類，針對防空反導(dǎo)體系裝備分布廣、作戰(zhàn)資源消耗快、機動性要求高等特點，綜合保障云類能夠?qū)崟r感知空情信息和作戰(zhàn)裝備信息，對急需保障的單位或裝備提供及時、精準、可靠的氣象預(yù)測、陣地部署、偽裝防護、裝備維修、彈藥保障、機動保障、工化保障等。體系內(nèi)的各作戰(zhàn)單元也可根據(jù)自身權(quán)限對綜合保障云類內(nèi)的作戰(zhàn)資源進行取用或共享，實現(xiàn)作戰(zhàn)資源利用最大化。

3.2 體系特點

基于“作戰(zhàn)云”的防空反導(dǎo)體系架構(gòu)與基于網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的防空反導(dǎo)體系一脈相承，同時又具有“云作戰(zhàn)”的鮮明特征，具有信息資源智能管理、作戰(zhàn)平臺動態(tài)聚合、作戰(zhàn)資源自適應(yīng)調(diào)節(jié)、分布式信火打擊等特點，可實現(xiàn)“單點發(fā)現(xiàn)、全網(wǎng)共享、最優(yōu)攔截、彈性重構(gòu)”的智能化、網(wǎng)絡(luò)化、超視距、超低空的防空反導(dǎo)能力［11］，為反導(dǎo)、反隱、反臨等超高音速目標贏得更多的攔截窗口。

全維獲取、實時共享、按需提供的信息保障優(yōu)勢。基于“作戰(zhàn)云”的防空反導(dǎo)體系，可實時收集陸、海、空、天等各領(lǐng)域的雷達、技偵、電抗、氣象等數(shù)據(jù)信息，并通過云計算技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、負載均衡原理，實現(xiàn)了對激增的戰(zhàn)場信息量的高效管理，構(gòu)建了全面、準確、快速的全維情報信息資源池。云服務(wù)請求者可根據(jù)自身權(quán)限或申請訪問情報信息服務(wù)，為防空反導(dǎo)指揮決策、制導(dǎo)發(fā)射、作戰(zhàn)評估等提供了精準信息保障，提高了空地對抗的信息“非對稱”優(yōu)勢。

即插即用、系統(tǒng)集成、動態(tài)聚合的武器交鏈優(yōu)勢。作戰(zhàn)云將各類防空反導(dǎo)分系統(tǒng)通過云自然地實現(xiàn)融合，從而能夠?qū)㈥憽⒑?、空等各軍兵種的防空反導(dǎo)武器實現(xiàn)入網(wǎng)交鏈，形成聯(lián)合防空反導(dǎo)“一張網(wǎng)”。在防空反導(dǎo)作戰(zhàn)過程中，武器裝備可根據(jù)作戰(zhàn)需求和上級指示立即入網(wǎng)，即插即用。被空襲體系破壞的防空武器節(jié)點，可與其他武器平臺實施動態(tài)重組，或為其他防空作戰(zhàn)提供火力、情報、制導(dǎo)等額外保障，最大限度發(fā)揮武器裝備的利用率，提高了戰(zhàn)場的自我恢復(fù)能力［12］。

多域協(xié)同、整體聯(lián)動、信火一體的分布式殺傷優(yōu)勢?；凇白鲬?zhàn)云”的防空反導(dǎo)體系在整體把握空情的同時，可依托云資源服務(wù)進行指揮分布于多域的防空反導(dǎo)武器平臺進行協(xié)同作戰(zhàn)，尤其是對戰(zhàn)略導(dǎo)彈目標，利用中段，末段高層、低層反導(dǎo)系統(tǒng)對重大威脅目標進行協(xié)同攔截，確保國家重點目標安全。對于集群目標，通過“作戰(zhàn)云”提供的精準信息，依托云計算和輔助決策功能，實現(xiàn)來襲目標與武器平臺的最佳匹配，達成全網(wǎng)聯(lián)動、整體抗擊的信火一體分布式作戰(zhàn)。

4 基于“作戰(zhàn)云”防空反導(dǎo)體系典型作戰(zhàn)流程

基于“作戰(zhàn)云”的防空反導(dǎo)體系典型作戰(zhàn)流程如下頁圖3 所示，具體流程如下：當(dāng)作戰(zhàn)開始時，陸、海、空、天各領(lǐng)域的傳感器快速探測與跟蹤目標，進行敵我識別，并將信息上傳態(tài)勢感知云類，進行信息處理，為各要素提供戰(zhàn)場態(tài)勢。指揮控制云類利用云計算，對態(tài)勢信息進行快速威脅評估，并根據(jù)信火打擊云能力信息進行目標分配，按照目標類型，制定反編隊、反隱、反巡、反導(dǎo)、反無人目標等作戰(zhàn)指揮計劃。信火打擊云類根據(jù)態(tài)勢感知云類、指揮控制云類提供的指控信息，對來襲目標實施全程接力、精準制導(dǎo)的信火打擊，并將打擊效果信息上傳至作戰(zhàn)評估云類。云服務(wù)管理層時刻監(jiān)控防空反導(dǎo)體系內(nèi)各類作戰(zhàn)資源狀態(tài)，根據(jù)戰(zhàn)場態(tài)勢和作戰(zhàn)需求，命令綜合保障云類對防空反導(dǎo)體系實施通信、裝備、防護保障等作戰(zhàn)行動。

圖3 基于“作戰(zhàn)云”的防空反導(dǎo)體系典型作戰(zhàn)流程圖Fig.3 Typical operational flow chart of air defense and antimissile system based on"combat cloud"

整個作戰(zhàn)過程，建立了“云-端”網(wǎng)絡(luò)化防空反導(dǎo)體系，打破了原有的固定的殺傷鏈路，實現(xiàn)了作戰(zhàn)體系的動態(tài)重組、高效攔截、分布式殺傷，使得防空反導(dǎo)裝備在整個作戰(zhàn)過程中充分利用，以最小的消耗換取最大的作戰(zhàn)效能，為應(yīng)對未來復(fù)雜的空天威脅提供了戰(zhàn)略支撐。

5 結(jié)論

基于“作戰(zhàn)云”的防空反導(dǎo)體系架構(gòu)，立足未來作戰(zhàn)需求，依托云計算、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、分布式計算技術(shù)、負載均衡技術(shù)等，實現(xiàn)了作戰(zhàn)資源的高度融合，突顯了防空反導(dǎo)體系的信息共享、系統(tǒng)集成、動態(tài)聚合、多域聯(lián)動的分布式殺傷特性，為體系優(yōu)化發(fā)展提供理論支撐，對我軍防空反導(dǎo)體系發(fā)展建設(shè)具有一定的指導(dǎo)意義。