王 宇 郭興旺

（91404部隊 秦皇島 066000）

1 引言

無人系統(tǒng)集群作戰(zhàn)開啟了作戰(zhàn)新模式，將成為未來海上信息化戰(zhàn)爭常態(tài)模式。智能化海戰(zhàn)模式可分為三類：人工智能輔助人員的海戰(zhàn)模式、人工智能和人員高度融合的海戰(zhàn)模式以及人員輔助人工智能的海戰(zhàn)模式。第三類海戰(zhàn)模式其特點是由無人裝備、智能化指揮控制系統(tǒng)自主完成作戰(zhàn)行動，在整個作戰(zhàn)過程中人員不做任何干預(yù)或者僅在關(guān)鍵節(jié)點進行有限干預(yù)，是智能化海戰(zhàn)的終極目標(biāo)。無人系統(tǒng)可自主組成戰(zhàn)斗集群，運用無人系統(tǒng)集群戰(zhàn)法使得低成本的無人系統(tǒng)組合成高彈性的作戰(zhàn)力量。集群協(xié)同作戰(zhàn)更能發(fā)揮無人系統(tǒng)的優(yōu)勢，提高任務(wù)成功率，完成單個無人智能個體難以完成的任務(wù)。

無人裝備正在向高空、高速、深潛和小型、微型化兩個方向發(fā)展，作戰(zhàn)維度也向兩端擴展。一方面，高空、高速和深潛型無人作戰(zhàn)平臺，能夠?qū)嵤┒嗫臻g、多方向、多角度同時突破，實現(xiàn)了維度外擴。另一方面，小型、微型無人作戰(zhàn)平臺，可滲透到敵內(nèi)部空間，實施內(nèi)窺式偵察和微創(chuàng)式打擊，實現(xiàn)了維度內(nèi)擴。無人系統(tǒng)集群具有強大的戰(zhàn)場生存能力、環(huán)境適應(yīng)能力、突防能力，可用于集群協(xié)同偵察、快速強力突擊、全域集群對抗、精準(zhǔn)高效保障等任務(wù)。

2 無人系統(tǒng)集群作戰(zhàn)樣式

無人系統(tǒng)包括空中無人機系統(tǒng)、水面無人艇系統(tǒng)以及水下無人潛器系統(tǒng)等，將多個無人系統(tǒng)所構(gòu)建的集群應(yīng)用于海上作戰(zhàn)，為滿足作戰(zhàn)任務(wù)需求呈現(xiàn)出不同的作戰(zhàn)樣式。

2.1 無人機集群作戰(zhàn)

無人機集群作戰(zhàn)擁有單個無人平臺作戰(zhàn)無法比擬的優(yōu)勢，可在廣域搜索、偵察監(jiān)視、精準(zhǔn)打擊等任務(wù)中大顯身手，其作戰(zhàn)樣式主要包括：

1）攻—實施多域打擊。無人機編隊可以攜帶不同類型設(shè)備和彈藥，同時對敵方陸地、海上、空中和網(wǎng)絡(luò)等多個作戰(zhàn)域?qū)嵤┤轿?、多樣式的攻擊，從而破壞敵方的跨域?lián)合能力，以較小的代價實現(xiàn)作戰(zhàn)目的。

2）擾—進行戰(zhàn)術(shù)欺騙。無人機通過釋放大量假目標(biāo)，迷惑敵防空指揮系統(tǒng)，誘騙敵雷達開機，進而實現(xiàn)對關(guān)鍵目標(biāo)定位及摧毀。還可充當(dāng)掩護，無人機集群組成前沿電子戰(zhàn)編隊，對敵方的預(yù)警雷達、制導(dǎo)武器進行電子干擾、壓制、欺騙等，掩護己方核心作戰(zhàn)能力。

3）偵—掃描戰(zhàn)場環(huán)境。掛載各種偵察探測設(shè)備的無人機集群編隊，能夠輕易突破敵方防空雷達的偵測潛入對方防護嚴密的區(qū)域進行抵近偵察，并通過集群間的數(shù)據(jù)鏈，將情報中繼傳回，為作戰(zhàn)提供可靠的敵情保障。

4）聯(lián)—開展協(xié)同作戰(zhàn)。一種是人機聯(lián)合，大量低成本無人機攜帶大量各種類型的傳感器以及導(dǎo)彈，組成前沿作戰(zhàn)編隊，而有人駕駛飛機則從后方對集群無人機進行指揮控制，或與有人機組成編隊，由有人駕駛飛機控制無人機僚機編隊作戰(zhàn)。另一種是機群聯(lián)合，無人機集群可形成一個具備偵察、干擾和打擊能力的復(fù)合編隊，或由若干個無人機集群分別配置偵察、火力模塊，再組成一個大型突擊編隊。

下面以無人機集群作戰(zhàn)實例“蜂群戰(zhàn)法”來說明無人機集群海上作戰(zhàn)應(yīng)用。蜂群戰(zhàn)法是指由數(shù)十架小型無人機，根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)自行編組，形成攻擊蜂群，協(xié)同對敵發(fā)動攻擊的作戰(zhàn)方法。其核心是以小取勝、以量取勝、快速協(xié)同取勝，體現(xiàn)了動態(tài)聚能、精準(zhǔn)釋能、以量取勝的制勝思想，打通了“偵察-控制-打擊-評估”鏈路，融合了相關(guān)作戰(zhàn)要素，形成敏捷、高效、精確的新型無人化作戰(zhàn)體系。2015年4月，美海軍研究團隊對這一戰(zhàn)法進行了實驗驗證，模擬良好氣象條件下，一艘安裝“宙斯盾”系統(tǒng)的驅(qū)逐艦遭受5～10架來自不同方向無人機攻擊的情況。結(jié)果表明，蜂群戰(zhàn)法能夠突防目前海上綜合防御能力最強的“宙斯盾”系統(tǒng)。如圖1所示，大規(guī)模、低成本、多功能的無人機集群通過空中組網(wǎng)、自主控制、群智決策，完成對海上作戰(zhàn)目標(biāo)的偵察監(jiān)視、干擾和打擊。

圖1 無人機蜂群作戰(zhàn)系統(tǒng)示意圖

2.2 無人艇集群作戰(zhàn)

無人艇集群可廣泛執(zhí)行掃雷、反潛、信息作戰(zhàn)、偵察監(jiān)視、目標(biāo)指示、通信中繼和反恐攻擊等任務(wù)，其作戰(zhàn)樣式主要包括：

1）反水雷戰(zhàn)。用于淺海和極淺水域的水雷偵察和掃雷行動，執(zhí)行的任務(wù)包括遠程施放、拖曳、回收獵雷聲納；清查航道，提供海底圖像的細節(jié)；將視頻圖像和聲吶數(shù)據(jù)傳給反水雷艦，為反水雷艦艇進出港口提供港口護衛(wèi)。

2）反潛作戰(zhàn)。用于擴展海軍探測敵方潛艇的能力，可執(zhí)行海上防御、通道保護、港口偵查以及保護海軍水面戰(zhàn)斗群的反潛任務(wù)等。

3）支持海上信息作戰(zhàn)。通過攜帶不同功能載荷，抵近敵信息平臺，可以在危險海域執(zhí)行電子干擾、通信中繼、電子欺騙、海上反輻射攻擊等作戰(zhàn)任務(wù)。

4）支持水面艦艇作戰(zhàn)。用于為海上艦艇提供保護，執(zhí)行海上封鎖/攔阻、可疑目標(biāo)打擊、特種作戰(zhàn)、后勤支援與補給、戰(zhàn)場評估、取證等任務(wù)。

美國海軍于2014年和2016年分別進行了CARACaS（機器人自主指揮與感知的控制體系結(jié)構(gòu)）技術(shù)演示驗證。如圖2所示，2016年演示驗證成功使無人艇集群協(xié)同、自主地實施了巡邏任務(wù)，任務(wù)執(zhí)行過程只有遠程人員監(jiān)控，沒有直接的人員操控。2014年演示驗證中所有無人艇都預(yù)置同樣程序，但因缺乏協(xié)同規(guī)劃造成多艇蜂擁而至的行為，2016年的實驗顯示CARACaS新增了協(xié)同任務(wù)分配、更多的行為和戰(zhàn)術(shù)以及自動艦船識別等能力。集群無人艇能夠制定計劃、進行任務(wù)分工，采用的行為引擎（Behavior Engine）能使編程人員創(chuàng)建一個復(fù)雜行為模式庫，更容易使CARACaS軟件進行行為更新，集群無人艇最終將能執(zhí)行大量不同任務(wù)。

2.3 無人潛器集群作戰(zhàn)

近年來水下沖突的可能性越來越大，無人潛器將從秘密探測器和追蹤器，轉(zhuǎn)變?yōu)樗鹿粑淦骱蛥f(xié)同作戰(zhàn)裝置，無人潛器集群作戰(zhàn)也將成為可能，其作戰(zhàn)樣式主要包括：

1）協(xié)同感知行動。無人潛器集群利用多型水下傳感器，按照任務(wù)分工、編成與部署，發(fā)揮傳感器的各自優(yōu)勢、傳感器相互配合，完成復(fù)雜條件下對水下目標(biāo)的檢測與定位和水文、地理環(huán)境的感知，為水下作戰(zhàn)提供情報信息。

圖2 無人艇集群執(zhí)行巡邏任務(wù)

2）協(xié)同干擾行動。無人潛器集群利用艇載干擾設(shè)備，通過協(xié)同各自的航線、節(jié)點和干擾信號，干擾對方水下武器覆蓋區(qū)，使其短時間內(nèi)無法正常工作，為己方水下武器裝備行動創(chuàng)造條件。

3）協(xié)同誘騙行動。無人潛器集群利用艇載誘餌裝置，根據(jù)指控系統(tǒng)指令適機欺騙對手的感知系統(tǒng)，引誘敵方水下火力開火、攻擊錯誤目標(biāo)、使其消耗彈藥，為水下有人/無人攻擊編隊行動創(chuàng)造條件。

4）協(xié)同伏擊行動。無人潛器集群使用艇載彈藥等，按照指控系統(tǒng)指令啟動預(yù)先蟄伏部署的兵力，或與有人潛艇配合使用，從多個陣位、多個角度對敵方單個或多個水下目標(biāo)實施伏擊。

5）協(xié)同水面行動。無人潛器集群利用傳感器、通信設(shè)備，根據(jù)預(yù)定程序或指控系統(tǒng)臨時指令，為水上己方艦船發(fā)送水下情報信息，引導(dǎo)其排雷、反潛攻擊行動。

6）協(xié)同空海行動。無人潛器集群利用傳感器、通信設(shè)備，根據(jù)預(yù)定程序或指控系統(tǒng)臨時指令，向空中待戰(zhàn)的航空器、海上待戰(zhàn)的反潛艦船發(fā)送水下情報信息，引導(dǎo)其攻擊敵方水下目標(biāo)行動。

7）集群對抗行動。無人潛器集群根據(jù)指控系統(tǒng)指令，使用所有艇載傳感器、信息戰(zhàn)設(shè)備、通信設(shè)備、各種彈藥，與敵方的無人潛器集群和敵方空中、海上反潛武器展開偵察與反偵察、干擾與反干擾、欺騙與反欺騙、攻擊與反制等對抗行動。

美軍正在構(gòu)建一支新型的水下無人作戰(zhàn)部隊，2020年將擁有至少1000套水下機器人，2025年達到2000套。屆時，水下作戰(zhàn)任務(wù)將更多由無人作戰(zhàn)系統(tǒng)承擔(dān)。圖3是美軍已建成的無人潛器集群，各型無人潛器可參與集群協(xié)同作戰(zhàn)。

圖3 無人潛器集群作戰(zhàn)示意圖

3 無人系統(tǒng)集群作戰(zhàn)的技術(shù)特點

通過對無人系統(tǒng)集群作戰(zhàn)樣式的分析，可知集群作戰(zhàn)具有以下幾個技術(shù)特點。

1）作戰(zhàn)功能分布化

分布式探測。將單個完備作戰(zhàn)平臺所具備的各項能力化整為零，分散到大量低成本、功能單一的作戰(zhàn)平臺中，系統(tǒng)的倍增效應(yīng)將使無人系統(tǒng)集群具備遠超單一平臺的作戰(zhàn)能力。廣域分布的多平臺能夠相互協(xié)作、相互驗證及融合判斷，完成對戰(zhàn)場目標(biāo)的精準(zhǔn)定位，提高整體探測能力。無人系統(tǒng)集群內(nèi)各作戰(zhàn)平臺聯(lián)網(wǎng)行動，能夠?qū)崿F(xiàn)平臺間的數(shù)據(jù)信息共享，可以達到“一點發(fā)現(xiàn)、全網(wǎng)皆知”，為實現(xiàn)協(xié)同作戰(zhàn)奠定基礎(chǔ)。

分布式生存。無人系統(tǒng)集群具有無中心和自主協(xié)同的特性，集群中的個體并不依賴于某個實際存在的、特定的節(jié)點來運行。在對抗過程中，部分隨機個體的失能并不會破壞整個集群的功能完整性，集群仍可繼續(xù)執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)。

分布式打擊。集群作戰(zhàn)方式下，將偵察監(jiān)視、誘騙干擾、火力毀傷、效果評估等緊密藕合、相互銜接的各項能力，分散到低成本、功能單一的作戰(zhàn)平臺中，形成大量結(jié)構(gòu)各異、功能互補的個體單元，通過交互協(xié)作實現(xiàn)原本復(fù)雜的聯(lián)合作戰(zhàn)功能，對威脅目標(biāo)進行靈活打擊，防御方需要消耗數(shù)十倍甚至上百倍的成本來進行防御。

2）作戰(zhàn)行為智能化

集群智能是實現(xiàn)無人集群戰(zhàn)法的基礎(chǔ)條件，其優(yōu)勢為：一是系統(tǒng)單個個體的能力和行為規(guī)則非常簡單，便于個體的模塊化設(shè)計生產(chǎn)和集群系統(tǒng)的組織實現(xiàn)；二是集群智能為分布式無中心的控制方式，集群中每個個體既彼此自治又高度連接，隨著群體數(shù)量的增大，通信開銷的相對增幅較小，集群規(guī)模具有較好的可擴充性；三是集群表現(xiàn)出來的復(fù)雜行為是通過簡單個體的交互過程突現(xiàn)出來的智能，這使得集群在適當(dāng)?shù)倪M化機制下可以實現(xiàn)單個智能個體無法實現(xiàn)的功能。

3）作戰(zhàn)效能涌現(xiàn)“1+1＞2”效應(yīng)

無人集群通過實時動態(tài)編組，在線任務(wù)分配、集群協(xié)同突防的方式，實現(xiàn)了以量取勝、動態(tài)聚能、精準(zhǔn)釋能的飽和攻擊，整體效能大于單個效能的累加和。這主要體現(xiàn)在：集群將原本造價高昂的多任務(wù)系統(tǒng)分解為若干低成本的小型作戰(zhàn)平臺，比傳統(tǒng)武器系統(tǒng)更具成本效益；集群能夠多維感知戰(zhàn)場態(tài)勢，自主執(zhí)行作戰(zhàn)計劃，精確選擇打擊目標(biāo)，自行分配進攻任務(wù)，聯(lián)合進行火力打擊，可以短時間內(nèi)從多角度、多方向發(fā)起集群進攻。

4 無人系統(tǒng)集群作戰(zhàn)過程中的技術(shù)難題

通過對無人系統(tǒng)集群作戰(zhàn)過程的梳理分析，可知其主要面臨以下技術(shù)難題。

1）態(tài)勢感知與數(shù)據(jù)融合。無人系統(tǒng)集群的感知與認識能力是其控制與決策的依據(jù)。目前集群感知手段主要有基于自身攜帶傳感器主動獲取戰(zhàn)場環(huán)境的態(tài)勢感知，基于數(shù)據(jù)鏈接收集群其他個體的態(tài)勢共享信息并形成統(tǒng)一的通用操作視圖。其相關(guān)技術(shù)包括多源異質(zhì)傳感器分布式信息融合、集群態(tài)勢共享與通用作戰(zhàn)視圖、目標(biāo)協(xié)同檢測-識別-跟蹤技術(shù)、突發(fā)威脅協(xié)同探測與定位技術(shù)等。無人系統(tǒng)集群中的多個體功能、空間位置的協(xié)同分布為集群態(tài)勢感知提供了更多可能性，針對不同的協(xié)同態(tài)勢感知方式和架構(gòu)，需要采用不同的模型，針對性地采用不同的數(shù)據(jù)融合技術(shù)。

2）協(xié)同任務(wù)規(guī)劃與決策。無人系統(tǒng)集群的規(guī)劃與決策能力是其作戰(zhàn)過程的核心能力。不同的任務(wù)在作戰(zhàn)目標(biāo)、時序約束、任務(wù)要求等方面存在顯著的差異性，并且任務(wù)之間可能存在約束關(guān)系，因此如何規(guī)劃最優(yōu)作戰(zhàn)策略顯得尤為關(guān)鍵。無人系統(tǒng)集群在不確定環(huán)境中和最少的人工干預(yù)下，通過集群協(xié)同決策，促使各個個體自適應(yīng)地采取某種機動策略，使無人系統(tǒng)集群涌現(xiàn)出更有效的智能行為。針對高對抗、強不確定及時間敏感的環(huán)境中隨時可能出現(xiàn)的包括任務(wù)目標(biāo)改變、威脅和環(huán)境變化、集群成員損傷等突發(fā)情況，需要無人機集群具備實時任務(wù)調(diào)整和重規(guī)劃的能力，快速響應(yīng)外界環(huán)境的變化，提高任務(wù)效率和使用靈活性。

3）信息交互與自主協(xié)同控制。無人系統(tǒng)集群的信息交互與自主協(xié)同控制能力是完成作戰(zhàn)任務(wù)的前提。協(xié)同控制是指在執(zhí)行任務(wù)過程中，如何形成并保持一定的幾何構(gòu)型，以適應(yīng)平臺性能、任務(wù)環(huán)境、戰(zhàn)術(shù)任務(wù)等要求，主動解決編隊生成與保持、智能避障和不同環(huán)境下編隊構(gòu)型的動態(tài)調(diào)整和重構(gòu)等問題。集群控制技術(shù)挑戰(zhàn)在于集群中無人個體數(shù)量越多難度越大、集群間的避碰控制、隊形自組織和拆分/重組等、集群協(xié)同航行控制技術(shù)。集群系統(tǒng)具有高度復(fù)雜性、行為多樣性，需要多種控制策略的組合來滿足協(xié)同控制需求。

5 無人系統(tǒng)集群對抗技術(shù)難點與挑戰(zhàn)

無人集群系統(tǒng)對抗將成為越來越重要的一種作戰(zhàn)樣式，集群對抗技術(shù)將成為智能化戰(zhàn)爭的核心關(guān)鍵技術(shù)，其面臨的技術(shù)難點和挑戰(zhàn)還很多，主要表現(xiàn)在：

1）群體對抗建模方面。一是對群體智能的演化、學(xué)習(xí)、自組織基本原理的認識仍不充分；二是在建模具體方法上需深入研究大規(guī)模無人集群協(xié)同體系對抗的動態(tài)自適應(yīng)模型；三是需研究雙方甚至多方集群對抗過程的演化機理、定量和定性分析。

2）集群協(xié)同決策與規(guī)劃方面。一是深化集群架構(gòu)的研究，并從理論上探索新型的群體智能協(xié)同組織架構(gòu)與方法；二是研究在實際應(yīng)用中如何在有限、甚至不可靠的通信、計算等資源下，進行有效、可靠的協(xié)同決策；三是使群體決策的結(jié)果具有可解釋性。

3）集群智能控制方面。一是底層的運動控制，二是邏輯結(jié)構(gòu)與關(guān)系的可控性，三是功能的優(yōu)化與控制。集群對抗過程個體存在不確定性，但通過集群的組織和控制，實現(xiàn)集群整體的可控，對集群控制規(guī)則的深度和廣度進行量化研究，研究適應(yīng)于集群對抗的智能控制方法是將無人集群系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用于實戰(zhàn)所必須攻克的難題與挑戰(zhàn)。

6 結(jié)語

具有“平臺簡單、高度協(xié)調(diào)、完全自主、群體智能”特點的無人系統(tǒng)集群的應(yīng)用改變了海上作戰(zhàn)的作戰(zhàn)樣式，無人作戰(zhàn)平臺憑借其自主交互和聯(lián)動響應(yīng)的優(yōu)勢，實現(xiàn)橫向聯(lián)通、縱橫一體，大大提高海上作戰(zhàn)指揮控制的效率，將引發(fā)新一代戰(zhàn)爭模式的顛覆性變革。無人系統(tǒng)集群必將成為未來海戰(zhàn)場中的重要作戰(zhàn)力量，在海洋戰(zhàn)爭及海陸空協(xié)同作戰(zhàn)中扮演重要角色。本文分析了無人系統(tǒng)集群海上作戰(zhàn)應(yīng)用的作戰(zhàn)樣式、技術(shù)特點、技術(shù)難題以及集群對抗技術(shù)難點與挑戰(zhàn)，還需深入研究無人系統(tǒng)集群作戰(zhàn)方法，以在未來戰(zhàn)場中取得對抗優(yōu)勢，實現(xiàn)集群作戰(zhàn)效能最大化。