孫海文，于邵禎，孟祥堯，周 末，李 丹，唐嘉鈺

(海軍研究院,北京 102442)

從1917年英國研制第一架無人飛行器至今,無人機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展已有百年歷史,從長航時高空戰(zhàn)略無人機(jī)到戰(zhàn)役戰(zhàn)術(shù)小微型無人機(jī),都離不開無人機(jī)指揮控制系統(tǒng)的指揮決策和行動控制,因此，無人機(jī)指揮控制系統(tǒng)是無人機(jī)系統(tǒng)的核心中樞。近年來，無人機(jī)及蜂群在海上作戰(zhàn)的運(yùn)用越來越廣泛,其零傷亡、續(xù)航時間長、隱身性能好、靈活性強(qiáng)、可攜帶各類載荷等特點(diǎn),使其具備超視距預(yù)警探測、通信中繼、毀傷評估等能力,還可以參與執(zhí)行反艦突擊、協(xié)同防空、兩棲登陸等作戰(zhàn)任務(wù)。這都需要無人機(jī)指揮控制系統(tǒng)擔(dān)負(fù)態(tài)勢信息感知、數(shù)據(jù)處理、態(tài)勢分析、任務(wù)規(guī)劃、行動控制等職能,協(xié)同控制各類無人機(jī)平臺完成作戰(zhàn)任務(wù)。隨著無人技術(shù)、人工智能技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展,無人機(jī)指揮控制系統(tǒng)正在向著通用化、系列化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展。世界各國正在大力推進(jìn)無人機(jī)及蜂群指揮控制系統(tǒng)研發(fā),其中,美國無人機(jī)指揮控制系統(tǒng)的研發(fā)工作一直走在世界前列。

本文分析了無人機(jī)及蜂群海上作戰(zhàn)運(yùn)用的特點(diǎn),介紹了美國無人機(jī)及蜂群作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)發(fā)展情況,在此基礎(chǔ)上,對無人機(jī)及蜂群海上作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)未來發(fā)展方向提出了一些啟示建議。

1 無人機(jī)及蜂群海上作戰(zhàn)運(yùn)用研究

隨著無人機(jī)及蜂群指揮控制技術(shù)的不斷發(fā)展,其在海上作戰(zhàn)運(yùn)用也越來越廣泛,催生出各種海上作戰(zhàn)樣式。各類無人機(jī)蜂群根據(jù)各自戰(zhàn)技性能完成海上作戰(zhàn)任務(wù)，具體有以下3個方面的作戰(zhàn)任務(wù)。

1.1 無人機(jī)蜂群協(xié)同攻擊水面艦艇

水面艦艇目標(biāo)價值高,而無人機(jī)蜂群價值相對較低,采用無人機(jī)蜂群攻擊水面艦艇具有較高的效費(fèi)比;此外,水面艦艇特征明顯、行動相對遲緩,便于無人機(jī)蜂群機(jī)動打擊,如圖1所示。預(yù)警探測、通信中繼無人機(jī)在空中組成無人機(jī)蜂群編隊,可在遠(yuǎn)距離進(jìn)行預(yù)警探測,發(fā)現(xiàn)敵方水面艦艇后,將信息回傳給無人機(jī)及蜂群作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng),指控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合信息處理,獲取目標(biāo)指示信息,結(jié)合戰(zhàn)場態(tài)勢信息和指揮員作戰(zhàn)意圖,進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃,控制無人機(jī)蜂群對敵展開攻擊。在敵艦艇防區(qū)外投放無人機(jī)蜂群,蜂群進(jìn)行超低空突防,抵近目標(biāo)后,進(jìn)行超飽和式攻擊,既可以消耗敵方防空火力資源，又可以利用自身的戰(zhàn)斗部毀傷敵方雷達(dá)、光電等預(yù)警探測設(shè)備,降低敵方艦艇防空預(yù)警能力,便于巡航導(dǎo)彈等武器突防打擊。

圖1 無人機(jī)蜂群協(xié)同攻擊水面艦艇

1.2 無人機(jī)蜂群協(xié)同編隊防空作戰(zhàn)

在編隊遠(yuǎn)航作戰(zhàn)中,無人機(jī)蜂群可以協(xié)同編隊防空系統(tǒng)遂行防空作戰(zhàn)任務(wù),蜂群無人機(jī)可以根據(jù)需要具備多種功能,其中包括預(yù)警偵察、欺騙干擾、攜彈打擊、感應(yīng)式自毀傷等,可以協(xié)同防空系統(tǒng)進(jìn)行空襲目標(biāo)攔截。預(yù)警偵察無人機(jī)可將超視距空襲目標(biāo)信息及時回傳給無人機(jī)及蜂群指揮控制系統(tǒng),指控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、決策分析,向各作戰(zhàn)單元下達(dá)作戰(zhàn)指令,指揮控制各類無人機(jī)蜂群到達(dá)指定作戰(zhàn)地點(diǎn),按照作戰(zhàn)指令對空襲目標(biāo)進(jìn)行電子干擾、紅外致盲、火力打擊等作戰(zhàn)任務(wù),盡可能在遠(yuǎn)距離對空襲目標(biāo)進(jìn)行攔截,減輕防空導(dǎo)彈系統(tǒng)壓力,提高編隊防空攔截能力。

1.3 無人機(jī)蜂群協(xié)同兩棲登陸作戰(zhàn)

艦載平臺或機(jī)載平臺發(fā)射投放偵察無人機(jī)蜂群,可對登陸區(qū)域海岸及腹地、周邊海域進(jìn)行偵察探測,掌握水雷、登陸障礙設(shè)置、岸灘火力配置等信息,并回傳指揮控制系統(tǒng),指揮控制系統(tǒng)根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)和態(tài)勢信息,制定作戰(zhàn)任務(wù)方案,控制干擾型無人機(jī)蜂群對岸基敵方雷達(dá)光電等預(yù)警探測設(shè)備進(jìn)行干擾壓制,攻擊型無人機(jī)蜂群進(jìn)行低空突擊,對登陸障礙、防空火力系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同打擊，并對登陸火力點(diǎn)進(jìn)行定點(diǎn)清除,利用其數(shù)量優(yōu)勢、隱蔽性優(yōu)勢進(jìn)行超飽和式突襲,對岸上有生力量進(jìn)行清除,便于后續(xù)作戰(zhàn)力量執(zhí)行登陸作戰(zhàn)。

根據(jù)上述無人機(jī)蜂群海上作戰(zhàn)運(yùn)用分析可知,無人機(jī)蜂群在海上執(zhí)行各類作戰(zhàn)任務(wù)時,均離不開指揮控制系統(tǒng),需要指揮控制系統(tǒng)進(jìn)行高效態(tài)勢分析和作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃,同時下達(dá)作戰(zhàn)控制指令,協(xié)同蜂群無人機(jī)之間、無人機(jī)蜂群之間的作戰(zhàn)行動,效益最大化地完成既定作戰(zhàn)任務(wù)。

2 美國無人機(jī)及蜂群作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)發(fā)展情況

2017年8月，美國國防部高級研究計劃局(DARPA)首次提出“馬賽克戰(zhàn)”概念,利用動態(tài)、協(xié)調(diào)和具有高度自適應(yīng)性的可組合力量,像搭積木一樣,將低成本、低復(fù)雜度的系統(tǒng)連接到一個網(wǎng)絡(luò)中。其中,無人機(jī)及蜂群作戰(zhàn)是“馬賽克”作戰(zhàn)體系中的重要組成部分。而無人機(jī)及蜂群作戰(zhàn)運(yùn)用離不開無人機(jī)及蜂群指揮控制系統(tǒng),其是無人機(jī)及蜂群大規(guī)模作戰(zhàn)的神經(jīng)中樞,具備數(shù)據(jù)融合、態(tài)勢生成、決策分析、任務(wù)規(guī)劃、行動控制以及系統(tǒng)監(jiān)控、評估、顯示等功能,如圖2所示。

圖2 無人機(jī)指揮控制結(jié)構(gòu)圖

無人機(jī)及蜂群作戰(zhàn)指揮控制分為三個層級,分別是無自主時空指揮控制、半自主編組指揮控制、全自主任務(wù)指揮控制。近幾年,美國無人機(jī)及蜂群裝備技術(shù)和相應(yīng)的指揮控制系統(tǒng)等均引領(lǐng)世界無人機(jī)技術(shù)發(fā)展,美MQ-9指揮控制系統(tǒng)如圖3所示。但其無人機(jī)指揮控制技術(shù)還處在半自主編組指揮控制階段,美國正在加大投入向全自主任務(wù)指揮控制發(fā)展。

圖3 MQ-9指揮控制系統(tǒng)

1)美海軍戰(zhàn)術(shù)控制系統(tǒng)(Tactical Control System,TCS)

美國海軍通用的無人機(jī)指揮控制系統(tǒng)是戰(zhàn)術(shù)控制系統(tǒng)，由美國海軍無人控制系統(tǒng)項目辦公室(PMA-263)和雷聲公司聯(lián)合研發(fā),能夠聯(lián)合操作多種類型的海上/岸上計算機(jī),對各類傳感器信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,實現(xiàn)態(tài)勢分析、指揮決策、任務(wù)規(guī)劃、信息接收/分發(fā)等功能,可控制“全球鷹”、“火力偵察兵”、“海神”等多種類無人機(jī)完成既定作戰(zhàn)任務(wù)。未來TCS的逐漸發(fā)展將有望使美海軍所有海上作戰(zhàn)無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈信息互相兼容,實現(xiàn)海上各類無人機(jī)互聯(lián)、互通、互操作。

2)美陸軍一體化控制系統(tǒng)(One System Ground Control Station,OSGCS)

美陸軍通用的無人機(jī)地面指揮控制系統(tǒng)是一體化控制系統(tǒng),該系統(tǒng)由AAI公司研發(fā),用于指揮控制美陸軍使用的“影子200”、“獵人”、“先鋒”、“勇士”等各型無人機(jī),遂行作戰(zhàn)任務(wù)。該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的兼容性,除了能夠控制多類型無人機(jī)平臺外,還可以與北大西洋公約組織成員國無人機(jī)指控數(shù)據(jù)鏈兼容,實現(xiàn)無人機(jī)平臺互操作。

3)美國空軍先進(jìn)作戰(zhàn)管理系統(tǒng)(ABMS)

美空軍為了應(yīng)對強(qiáng)對抗條件下的作戰(zhàn),開發(fā)了新一代的作戰(zhàn)管理指揮控制系統(tǒng),其是一個多域指揮控制系統(tǒng),可以支持陸、海、空、天、網(wǎng)多域聯(lián)合作戰(zhàn),具備自主多域信息融合能力以及自主目標(biāo)識別、跟蹤、威脅評估、自主決策、行動控制等能力,其可以控制XQ-58“瓦爾基里”型隱形無人機(jī)進(jìn)行協(xié)同作戰(zhàn)。

4)美國空軍“天空博格人”控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)以XQ-58A“女武神”和MQ-20“復(fù)仇者”無人機(jī)為基礎(chǔ),能夠把低成本無人機(jī)平臺與自主能力相結(jié)合,實現(xiàn)有人機(jī)-無人機(jī)編隊協(xié)同作戰(zhàn),如圖4所示,其不僅降低了制造和維護(hù)保障成本,而且當(dāng)面對全新威脅時，可開展快速的軟件升級。模塊化設(shè)計使其可攜帶多種傳感器和武器,以適應(yīng)不同作戰(zhàn)環(huán)境,并與其他平臺聯(lián)合編組,執(zhí)行戰(zhàn)場預(yù)警偵察、自殺式攻擊、搜索跟蹤等任務(wù)。

圖4 天空博格人指揮控制系統(tǒng)實現(xiàn)有人無人協(xié)同

5)小精靈蜂群無人機(jī)指揮控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)是由“拒止環(huán)境中的協(xié)同作戰(zhàn)”項目(CODE)開發(fā),可以完成小精靈無人機(jī)蜂群大規(guī)?？刂茟?zhàn)術(shù)行動，推進(jìn)任務(wù)規(guī)劃，與無人機(jī)交互，感知當(dāng)前和未來狀態(tài),支持自主任務(wù)規(guī)劃執(zhí)行，如圖5所示。

圖5 小精靈蜂群無人機(jī)作戰(zhàn)

6)美國“拒止環(huán)境中協(xié)同作戰(zhàn)”(Collaborative Operations in Denied Environment,CODE)

該項目由美國雷聲公司承接,項目第3階段的目的是在美軍遭受電子干擾、通信阻塞等惡劣電磁環(huán)境下,通過開展無人機(jī)自主、集群自主等關(guān)鍵技術(shù)研究驗證,實現(xiàn)復(fù)雜電磁環(huán)境下的偵察、打擊任務(wù)分配和集群自主協(xié)同控制能力,從而提升美軍在惡劣條件下的作戰(zhàn)能力。

7)美國“分布式作戰(zhàn)管理”(Distributed Battle Management,DBM)

該項目由美國洛克希德·馬丁公司和BAE系統(tǒng)公司聯(lián)合承接,該項目目的是提升美軍在未來拒止作戰(zhàn)環(huán)境中的協(xié)同作戰(zhàn)能力,在各無人機(jī)上安裝分布式輔助決策軟件,使得無人機(jī)集群在通信干擾的情況下,可以自主持續(xù)地完成既定作戰(zhàn)任務(wù)。

此外,通用戰(zhàn)術(shù)控制系統(tǒng)(UCS)和多飛行器指揮控制系統(tǒng)(MVCS)均是針對小型無人機(jī)指揮控制設(shè)計研發(fā)的,其可以同時指揮控制8架小型無人機(jī)進(jìn)行協(xié)同作戰(zhàn)行動。

從上述美國無人機(jī)及蜂群指揮控制系統(tǒng)的研發(fā)情況來看,其指揮控制系統(tǒng)正在向著通用化、系列化、全自主化方向發(fā)展,能夠控制不同類型的大規(guī)模的無人機(jī)蜂群在復(fù)雜電磁環(huán)境下,完成各類作戰(zhàn)任務(wù),提升美軍在拒止環(huán)境下的作戰(zhàn)能力。

3 發(fā)展啟示

本文根據(jù)海上無人機(jī)蜂群作戰(zhàn)運(yùn)用的需求以及美國無人機(jī)及蜂群作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)發(fā)展情況,對未來無人機(jī)及蜂群作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)的發(fā)展提出以下4個方面的啟示。

3.1 通用化、系列化、模塊化發(fā)展

海上作戰(zhàn)無人機(jī)類型眾多,性能各異,且型號還會不斷增加,與之相應(yīng)的無人機(jī)指揮控制系統(tǒng)也是“煙囪”聳立,各自獨(dú)立,自成體系,無法實現(xiàn)互聯(lián)、互通、互操作。未來海上無人機(jī)指揮控制系統(tǒng)要向著通用化、系列化、模塊化發(fā)展。

1)通用化

未來海上無人機(jī)指揮控制系統(tǒng)需要整合、控制全類型海上作戰(zhàn)無人機(jī)資源,各類型無人機(jī)數(shù)據(jù)通信模塊及協(xié)議要統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化,數(shù)據(jù)鏈相互兼容,信息能夠相互共享,當(dāng)某一平臺指控臺損壞時,其他無人機(jī)指控臺可繼續(xù)執(zhí)行指揮控制任務(wù),提高無人機(jī)指揮控制的可靠性。

2)系列化

隨著無人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,海上無人機(jī)指控系統(tǒng)要形成系列化產(chǎn)品譜系,在原有產(chǎn)品基礎(chǔ)上迭代升級,提升性能,可以有效地節(jié)約時間和經(jīng)濟(jì)成本,并能夠提高系統(tǒng)的維護(hù)效率,降低維護(hù)成本。

3)模塊化

指揮控制系統(tǒng)要采用開放式模塊化設(shè)計思想,預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)化軟硬件接口,可以在岸基或艦載、機(jī)載平臺上根據(jù)實際需要靈活添加補(bǔ)充、升級、完善指揮控制系統(tǒng)的各功能模塊。

3.2 綜合指揮控制集群式作戰(zhàn)

從美國的“小精靈”“郊狼”“山鶉”等蜂群無人機(jī)項目發(fā)展來看,美國正在研發(fā)無人機(jī)蜂群作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)。未來海上作戰(zhàn)無人機(jī)指揮控制系統(tǒng)不僅能夠控制戰(zhàn)略大型無人機(jī)遂行作戰(zhàn)任務(wù),還可以對大規(guī)模多編組無人機(jī)蜂群進(jìn)行協(xié)同控制,執(zhí)行海上作戰(zhàn)任務(wù)。這需要無人機(jī)指揮控制系統(tǒng)能夠快速高效地處理龐大數(shù)量的各類信息資源,滿足大規(guī)模無人機(jī)協(xié)同目標(biāo)探測跟蹤、威脅評估、任務(wù)規(guī)劃、協(xié)同控制、毀傷評估等需求,單靠人工處理操作已無法滿足,需要引入人工智能技術(shù),包括動態(tài)自適應(yīng)分配技術(shù)、態(tài)勢認(rèn)知技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)等,提升系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理、決策分析、人機(jī)交互等能力,輔助指揮操作人員在時敏環(huán)境下能夠快速制定決策,完成大規(guī)模蜂群協(xié)調(diào)海上作戰(zhàn)任務(wù)分配。

3.3 網(wǎng)絡(luò)化、自主化指控系統(tǒng)設(shè)計

當(dāng)前，無人機(jī)及蜂群作戰(zhàn)智能化水平較低,還需要依賴各指揮控制平臺進(jìn)行遙控和預(yù)編程控制,無法適應(yīng)復(fù)雜的海上作戰(zhàn)環(huán)境。隨著海上大規(guī)模無人機(jī)蜂群的作戰(zhàn)運(yùn)用,除了岸基、艦載、機(jī)載無人機(jī)指揮控制系統(tǒng)之外,還要大力發(fā)展無人機(jī)蜂群網(wǎng)絡(luò)化、自主化控制系統(tǒng),例如無中心自組網(wǎng)技術(shù),采用該技術(shù)聯(lián)合人工智能技術(shù),實現(xiàn)無人機(jī)蜂群在脫離地面控制站指控的情況下,蜂群無人機(jī)之間、無人機(jī)蜂群之間自組網(wǎng)控制,具備自主決策、協(xié)同控制,能夠根據(jù)實際作戰(zhàn)環(huán)境需要,靈活調(diào)整作戰(zhàn)方案,完成既定作戰(zhàn)任務(wù)。當(dāng)部分無人機(jī)損毀時,剩余無人機(jī)仍然可以重新組網(wǎng),繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)分配,協(xié)同完成既定作戰(zhàn)任務(wù),這將會極大提高大規(guī)模蜂群作戰(zhàn)抗干擾毀傷能力,減輕指揮和操作人員壓力。

3.4 全域互聯(lián)互通互操作

未來無人機(jī)指揮控制系統(tǒng)可以與無人水面船、水下潛航器、兩棲無人車等無人指揮控制系統(tǒng)實現(xiàn)互聯(lián)、互通、互操作,協(xié)同完成海上作戰(zhàn)任務(wù)。無人機(jī)指揮控制系統(tǒng)與其他無人裝備指揮控制系統(tǒng)建立異構(gòu)平臺通用協(xié)議,規(guī)范各指控系統(tǒng)之間通信協(xié)議、信息傳輸方式,實現(xiàn)平臺與指揮控制系統(tǒng)的解耦,實現(xiàn)陸、海、空、天、潛全域無人裝備互聯(lián)、互通、互操作。此外,進(jìn)一步發(fā)展各無人裝備指揮控制系統(tǒng)與編隊指揮信息系統(tǒng)互聯(lián)、互通、互操作,使得編隊指揮信息系統(tǒng)能夠統(tǒng)一調(diào)度有人/無人裝備資源進(jìn)行聯(lián)合探測、進(jìn)攻、防御等作戰(zhàn)任務(wù),構(gòu)建海上編隊聯(lián)合作戰(zhàn)體系,實現(xiàn)編隊一體化有人/無人平臺協(xié)同作戰(zhàn),提升編隊整體作戰(zhàn)能力，如圖6所示。

圖6 有人/無人協(xié)同指揮控制

4 結(jié)束語

隨著無人機(jī)在海上作戰(zhàn)中的廣泛應(yīng)用,迫切需要發(fā)展通用化、系列化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、自主化無人機(jī)及蜂群作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng),提升無人機(jī)及蜂群海上作戰(zhàn)指揮控制能力,從而提高編隊海上作戰(zhàn)整體效能。本文通過分析無人機(jī)及蜂群海上作戰(zhàn)運(yùn)用特點(diǎn)和介紹當(dāng)前美國無人機(jī)及蜂群作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng),對新一代海上無人機(jī)及蜂群作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)提出了4個發(fā)展思路,為后續(xù)無人機(jī)及蜂群作戰(zhàn)綜合指揮控制系統(tǒng)提供借鑒。