跨域分布式防御作战及关键技术研究 *

张文杰，郭峰，高谦，王世凯，李启，钟少康

（北京电子工程总体研究所，北京 100854）

0 引言

近年来，世界各军事强国加速发展大机动隐身飞行器、高超声速飞行器、弹道导弹等空袭装备，不断创新作战概念，如网络中心战、多域战、分布式作战、马赛克战等［1］，涌现出有人-无人机编队作战、无人机集群作战、体系网络化跨域协同作战等新兴作战模式［2-3］，对国土安全造成日益严重的影响，传统的防空反导武器系统无法高效集成利用分布于不同区域不同平台的传感器资源，单一杀伤链易被“击点断链”，已无法全面应对日益严峻的空天威胁。因此，推动以分布式作战模式为抓手、实现空地协同的跨域分布式作战成为必然趋势。空地跨域协同是指综合利用陆基、空基等信息和要素，给予完成任务所需要的行动，空地之间形成互补增效，从而建立跨域聚能优势。跨域协同能够将空中和地面部队的分布式传感器和射手等要素相连，通过在规模、速度和各层级的分布式任务式指挥，以任务为中心，以分布式作战为手段，打破航空兵和地空导弹兵之间的界线，从空地作战域中精选可用作战要素进行灵活组网，快速构建动态杀伤链，达到作战效果最优化，同时对作战对手造成战略、战术上的多维打击。分布式防御加强了各节点的网络化，信息源的利用效率更高，且能够形成多条杀伤链，具有“空地覆盖、快速传输、能力共享、按需定制、动态调配、随机接入”等显著特点。相比传统的作战模式，具有更强的战场适应性、使用灵活性和抗毁生存性［4］。

1 当前防御体系的不足

1.1 防御体系“树状”指挥架构导致体系作战资源灵活运用与抗毁性差

当前防御系统施行“树状”管理，如图1 所示。下级防御系统的态势信息须传递到上级，由上级进行统一处理再传递到下级，下级防御系统之间无法直接通信，作战能力严重依赖指控系统，导致作战资源灵活运用与杀伤链动态重组不够灵活，难以满足网络化火力的指挥控制需求。

图1 “树状”指挥架构Fig. 1 "Tree" command structure

当前火力单元中心化和“树状”的指挥结构使得一方只需对另一方任一环节进行打击即可使其整个系统失去作战效能。如美国对伊拉克的“沙漠风暴”行动中，在对伊拉克指控节点和雷达进行精确打击后，便使伊拉克整个防空系统失效。此外，对于美国先进的萨德系统，只要摧毁其AN/TPY-2雷达，便会使整个武器系统失效。

1.2 当前高成本拦截弹药难以持续应对敌分散化、低成本部署的作战力量，且缺乏应对全谱威胁的一体化能力

随着传统气动类目标和弹道类目标突防能力的不断加强，防御武器的复杂度也随之提高，成本不断攀升，而敌方依旧存在大量低成本武器，如制导炸弹、火箭弹、无人机等，其可能以分散化多中心的方式实施打击。而当前高成本拦截弹无法做到像卫星制导炸弹等武器规模化的量产，因而难以持续应对敌分散化、低成本部署的作战力量。此外，当前拦截系统大多针对典型目标进行作战，如俄罗斯S300 远程防空导弹武器系统，对于近距攻击无人机，可能因为近界限制而无法实施拦截，缺乏应对全谱威胁的一体化能力。

1.3 地基雷达受地球曲率影响，探测存缺口

受地球曲率限制，严重制约了地基雷达对低空、超低空目标的探测能力，而作战飞机使得雷达升空，提升了对低空目标的探测能力，与地面武器协同，能够实现对超低空突防目标的远距离拦截。同时，地面武器作战资源充足，通过与空中平台协同共享态势信息，可作为作战飞机的弹药库，增加飞机的持续作战能力。

1.4 网络化体系下快速构建动态杀伤链的能力不足

网络化体系下作战平台跨域分散部署、载荷类型多样、自主程度各异，火力打击决策方案数量呈指数级增长，对指挥控制模型的处理能力和响应速度提出严峻挑战。防空作战对掌握制空权有着重要作用，其作战指挥和装备控制层次复杂，要想捕获稍纵即逝的最佳战机，必须建立一个囊括防空兵群内所有作战单元的信息系统，将系统获得的各种情报加工处理，得到准确、及时、全面的战场态势信息，提供给防空兵群内各作战单元共享，实现防空兵群协同作战，使得空空导弹、地空导弹、舰空导弹、便携式导弹、近防炮等各类防御装备实现海陆空一体化集成，充分发挥各型装备的性能优势，快速构建动态杀伤链，完成对目标的有效拦截。而当前还是以“各自为战”的防空体系为主，即通过组织作战飞机执行空空拦截、组织地面防空武器执行地空拦截、组织电子设备实施电磁干扰来达到抵御来袭目标的目的，多兵种联合作战、一体化指挥控制及杀伤链动态快速构建能力存在不足［5-6］。

2 空地协同跨域分布式防御措施

2.1 以分布式网络为中心，打造“分布式网络中心战”

对弹站架进行解耦，通过分散式部署，实现任意组合，武器系统能够开发、集成和利用空基、地基等态势信息和战场资源，实现跨域信息的一体化融合。“分布式网络中心战”通过建立通用化的网络，增强传感器、拦截弹等各装备之间的交联互通，使得防御武器能够利用系统内的任意传感器实施对目标的跟踪，并选择最优的拦截时机、拦截路径、拦截武器完成对目标的精确拦截，实现作战资源的动态重组和聚合优化，提升系统的抗毁能力。如美国的“一体化火力控制-防空系统”（naval integrated fire control-counter air，NFIC-CA），该项目采用分布式网络系统，能够快速集成、融合多源信息并进行决策，克服传统防御武器信息交互方面的短板，实现防空反导一体化资源管控与协同分配［7］。

2.2 防御节点分散部署并增强分散节点的机动性

以分布式网络为中心的信息系统增强了各装备之间的交互能力，使得先进的传感器、指控系统和武器装备联成一个网络，能够针对不同的作战任务灵活定义指控系统，依据指挥关系重新定义火力单元。如美国的NFIC-CA 系统为海军提供了一体化分布式部署能力，其中，CEC（cooperative engagement capability）系统为其提供实时、高数据率的数据传输能力，实现防御节点分散部署后的交联互通［8］，分散化部署能够增加系统的抗毁性。此外，增强分散部署节点的机动性，能够提高防御节点的生存能力，扩大防御面积，并在重点保卫方向形成夹逼之势。

2.3 发射单元模块化，具备同时装载不同拦截弹的能力，从而实现分层防御

发射单元的模块化将大大提升防御作战的灵活性和拦截能力，如美国的多任务发射架，通用垂直发射系统等。拦截弹的混合装载为防御作战提供了更多的选择性，如在THAAD（terminal high altitude area defense）武器系统中增加PAC-3 导弹，节省了系统资源，提高了信息源使用效率，实现了末段高低两层反导。同时，通过对模块化单元的分布式无人预置与部署，能够适应高原、岛礁等各种复杂地形的作战使用需求［9-13］。

2.4 构建攻防一体化的拦截系统，实现从“分布式防御”到“分布式杀伤”

传统的反应式防御始终存在滞后，若在防御性武器中集成进攻性武器，利用防御武器的战场态势感知能力，获取进攻武器的发射点信息，在下一波进攻前，对其发射基地进行摧毁，则能够实现从反应式防御到主动防御的转变。同时，可以不断提升拦截武器射程，拓展杀伤区远界，在对方投弹前将其摧毁，达到以防代攻、攻防一体的目的。

2.5 采用集装箱式的发射模块，实现伪装抑或高密度装填

仅仅依靠装备有限的机动能力实现分布式防御远远不够，将发射装置集装箱化，通过真假虚实的结合，采用欺骗的“被动防御”手段，迷惑对手，从而实现分布式防御［14］，如图2 所示。

图2 集装箱式发射架Fig. 2 Container launcher

3 空地协同跨域分布式防御关键技术

3.1 分布式跨域异构资源协同融合技术

异构资源信息协同融合运用技术是指防御系统接入分布式部署的跨域传感器的探测信息，进行多源异构信息共享和融合处理，将时间、空间上不连续的信息片段聚零为整，实现统一态势信息和导弹制导信息场构建，生成基于深度学习、大数据的目标综合识别能力，基于分布式传感器的数据融合能力。

3.2 基于大数据的战场态势推理认知技术

态势感知是在广阔的时空环境中感知所有有用元素，并以最快的速度辨识和理解敌方意图。以信息技术为核心的高新技术在军事领域的广泛应用，使战争运行速度发生“质”的变化，面对瞬息万变的战场环境和稍纵即逝的有利战机，只有树立“态势推理”和“同步认知”的理念，才能实现传感器到射手的有机连接和快速闭环，达到整体联动的效果。因此，如何从海量的数据中获取、传输、处理和利用正确的信息极其关键，主要包括基于大数据的战场态势感知技术、基于情报质量的态势层次化处理技术、基于贝叶斯网络的态势推理技术、基于知识特征的目标轨迹预测与意图研判技术等。

3.3 基于任务驱动的作战资源云化与智能重构技术

针对资源云化涵盖情报、侦察、监视、打击、机动、保障等多种作战要素的现实问题，基于现代信息技术和人工智能技术，以任务为驱动，以面向分布式防御的作战资源规划与智能重构为目标，全面分析跨域协同作战要素，研究跨域协同作战资源重构中的作战任务智能分解、各类云化资源的状态精确监测和能力标定、对网络资源的柔性复用和网络业务的动态适配、动态调整资源重组方案等，以此达到一体化跨域协同作战能力倍增的目的。主要包括复杂作战任务智能分解技术，任务驱动下的作战资源分片优化与智能重构技术，业务需求导向的网络异质资源动态适配技术等。

3.4 多域一体化自适应分布式集群动态组网技术

未来空地协同跨域分布式防御作战任务中，各火力作战单元能够实现集群联动，协同作战环境下节点数量庞大，信息呈现异构多元的特点，传统的防御作战难以满足未来作战需求，需搭建多域一体自适应的分布式防御架构，进一步对整体的分布式体系架构进行解耦设计，针对空地协同信息网络大时空跨度网络体系结构、动态网络环境下的高速信息传输、稀疏观测数据的连续反演与高时效应用等问题，研究大尺度时空约束下空间网络及空间信息传输处理等机理，重点突破动态网络容量优化、高速信息传输及多维数据融合应用等技术。

3.5 基于动态精度闭合的杀伤链构建技术

针对空地协同作战中存在的信息源动态切换、信息质量动态变化等约束，突破传统地面防御武器杀伤区的限制，在不同品质信息支援下，完成多目标、多弹型、多传感器条件下的最佳信火匹配算法和时序优化调度设计，实现动态杀伤链构建，包括异构高动态拦截装备制导精度链闭合技术、异构信息快速切换的组网制导控制技术等［15］。

4 空地协同跨域分布式防御发展建议

4.1 发展和完善数据链系统，形成完备的数据链装备体系，提高空地协同作战能力

数据链能够为联合作战提供一体化的信息支持，增加整个系统的实时信息传输能力和全维态势感知能力，是提升空地协同作战力量的倍增器。应着力发展高速率、大容量且抗干扰能力强的数据链系统，满足大容量战术信息和多武器平台协同作战的需要；同时发展多种传输信息、多种传输体制、多个数据链互操作的数据链体制，形成“通专结合、高低搭配”的数据链体制，满足新老系统的兼容性、信息分发的实时性、网络配置的合理性、应用的普及性以及系统的经济性等，形成完备的数据链装备体系，丰富传统的预警探测、跟踪识别、指挥控制、发射决策等手段，全面提升空地协同作战能力。

4.2 加强要素解耦，采用开放式的系统架构，提升跨域分布式作战能力

空地协同防御作战中，武器系统平台增多、任务难度增大，应着力提高武器系统要素的动态管理与功能重构能力，以分布式通信和网络信息技术为依托，通过系统内各种传感器、指控系统、发射单元等要素解耦，将各个要素聚合成高动态性、强适应性的防御体系，从而取得作战优势。采用开放式可重构的系统架构、通用化的硬件平台和可重复使用的软件模块，实现硬件模块的可替代性、软件复杂度的可裁剪性和整体结构的可扩展性，通过参数配置和软件重构实现任务及功能的快速重构，全面提升跨域分布式作战能力。

4.3 通过传感器网络与平台深度融合，动态调整感知和拦截资源，进一步提高体系化作战能力

目前，传统的防御武器系统发展迅猛，装备体系作战初具规模，但大多面向传统领域，需进一步提升体系化作战能力，具备复杂场景下的作战能力。通过融入空基信息，形成由多源异构预警探测信息系统、人机融合智能决策、分散部署作战单元组成的空地协同防御体系，突破传统时序编排，域间分明的局限，实现任意时间、任意空间动态构建异构资源条件下的杀伤链，形成主被动一体、跨域协同的新型作战体系，提高联合作战能力与全局防御能力。

5 结束语

随着网络信息技术的蓬勃发展，空地协同跨域分布式作战带来的技术变革越发明显。这种以开放式架构为核心，系统配置可灵活裁剪，模块化、多元化、通用化、协同化为特点的作战模式将在未来复杂战场中赋予装备更强的防御能力。通过对空地协同跨域分布式防御作战的阐述与分析，这种作战效能高、抗毁效果强、成本低廉的新型作战模式，将推动我军进入新的军事变革时代。大力发展分布式协同作战技术，对整合我军现有防御装备，提升现有装备作战效能，降低装备全寿命周期成本，推动我军未来武器装备和国防实力的发展，将具有重大意义。