岛礁无人作战体系面临的挑战及关键技术分析

赵新路，李 兵，陈 华，都业宏，郭继文，崔金雷

岛礁无人作战体系面临的挑战及关键技术分析

赵新路1，李 兵1，陈 华1，都业宏2，郭继文1，崔金雷1

（1. 四川航天系统工程研究所，成都 610100；2. 陆装驻哈尔滨地区航空军事代表室，哈尔滨 150066）

针对未来战争模式向智能化、多域化方向发展和装备体系对抗不断加剧的问题，分析了岛礁无人作战体系对抗的特点，凝练出岛礁无人作战体系面临的挑战，主要包括作战理论与作战概念开发步伐缓慢、体系装备联合效能发挥水平有限、体系联合作战运用实现周期较长、无人作战体系集成验证评估经验薄弱。基于岛礁无人作战体系对抗的需求，开展了面向岛礁无人作战关键技术研究，分析了能力需求驱动技术、体系架构驱动技术、原型系统验证技术、集群化运用技术和无人自主系统评估技术等在岛礁无人作战体系对抗中的应用。研究结果可为岛礁无人作战体系对抗提供参考。

岛礁作战；无人系统；装备体系；体系对抗；体系架构；原型系统

1 引 言

近年来，无人技术的蓬勃发展和无人装备的广泛应用，给信息化军队的内涵带来了很大变化，无人化作战也已初露端倪，并正成为未来战争的发展趋势。面向未来中小型无人值守岛礁作战，无人系统作为作战力量的重要组成部分，与有人系统配合，可协同执行恶劣、危险和枯燥的作战任务，提高作战的实效性，体现出巨大的非对称优势，已经成为世界各军事强国军事博弈的重要力量。

岛礁作为我国领海的重要组成部分，因其环境恶劣、中小型岛礁常态化值守困难、前沿动态兵力的活动频度和烈度加剧等现实问题，对作战方法和装备体系提出了新的需求，未来岛礁作战正向着多域化、无人化、智能化、体系化的方向发展，这些新的形式对传统的体系对抗提出了重大挑战[1-2]。本文在岛礁无人作战体系对抗特点的基础上，提出了岛礁无人作战装备建设面临的挑战和关键技术需求，并对这些技术的解决手段展开研究。

2 岛礁无人作战体系对抗特点

2.1 作战环境多域化

随着计算机、通信、传感器等技术的迅速发展，现代战争状态已发展为陆、海、空、天、网等多个领域的全面对抗，而岛礁无人作战就是典型多域战（multi-domain operation）[3]中的作战样式，如图1所示。美国各军种基于面对的各种作战领域，在空地一体战[4]、空海一体战[5]、全球公域介入与机动联合[5]、联合作战介入理念[6]和跨域协同作战[7]的基础上提出了多域战[8]、分布式作战[9]和马赛克战[10]的概念，各军种在此基础上进行了细化。岛礁无人作战涉及陆、海、空、天、电、网等领域，打破了军种、领域之间的界限；最大限度地利用空中、海洋、岛礁、太空、网络、电磁频谱等领域联合作战的能力，以实现同步跨域火力和全域机动，夺取物理域、认知域和时间域方面的战场优势。按照多域战的作战理念，在岛礁无人作战体系对抗中，各作战域界限模糊并处于高度交叉状态，通过军中联合向作战要素融合、能力融合、体系融合转变，实现作战要素的“多位一体”融合[11]，使各军种能够进行多元化的作战任务，确保联合部队在各个作战域拥有充分的机动自由并保持作战优势。

图1 岛礁多域作战示意图

2.2 作战模式多样化

在岛礁无人作战中，无人机（UAV）、无人艇（USV）、无人巡飞武器（ULV）、无人潜航器（UUV）等无人作战装备的广泛运用，使信息化战争对抗形态呈现出新的特点和变化，主要特点为对抗重心转向智能较量、对抗模式趋于小型可控、对抗空间拓入全域多维等特点[12]，从而引起岛礁无人作战模式的多样化发展，主要呈现出有人-无人协同作战[13-14]、“无人先导”快速作战[15]、“饱和打击”持续作战[15-16]和“无人集群”分布式协同作战[15, 17]等多种作战模式。智能化技术的引入，能够提升系统作战的弹性、多样性和自适应性，在保持武器系统自身作战能力的同时，有效提升作战系统对敌智能化杀伤的技术水平[18]。

2.3 作战系统智能化

人工智能、仿生、自主、机器学习、超级计算机等颠覆性前沿科技在武器装备体系的跨界发展，促进了武器装备向着智能化发展，使武器装备具备智能感知、智能决策、智能反馈的能力，从而缩短作战中的每一次的观察‒判断‒决策‒行动（OODA）环路，比对手更迅速地发动一次有效进攻，从而赢得战场博弈的胜利，如图2所示。岛礁无人作战装备体系中的UAV、USV、UUV、UGV等无人平台从遥控式、自动化向接近完全自主性的智能化发展；同时，无人系统当前正处于由单体智能到群体智能的重要发展阶段[19]，群体智能以单机智能为基础，可实现多个无人系统的集群作战运用为目标，将各独立发展的“烟囱式”无人系统高效集成构建群体智能服务体系结构，充分发挥群体智能的作战优势[20]，为实现未来岛礁无人作战智能化体系奠定基础。

图2 智能武器装备系统

2.4 作战装备体系化

未来岛礁无人作战的军事行动不再局限于单一军、兵种独立作战，或几个军、兵种共同作战，而是倾向于以信息技术为纽带，打破各军、兵种界限，实现陆海空天电一体化联合作战，如图3所示。目前各类无人装备在兼容性、模块化以及信息的互用性等方面仍急需提高；为推动无人系统标准化和模块化发展，需大力发展互联互通互操作、信息共享与分发技术、跨域协同等相关技术[21]。无人系统需要从作战应用的角度，统筹发展技术体系，充分考虑与有人作战系统的协同，发挥总体效能。

图3 岛礁体系作战概念图[17]

3 岛礁无人作战体系面临的挑战

3.1 作战理论与作战概念开发步伐缓慢

军事领域的装备研究与实践表明，仅从单个无人装备出发考虑无人装备的作战样式难以适应信息化联合作战的要求，近年来出现的无人机蜂群、忠诚僚机、巡飞弹狼群、无人装备母舰等新型作战样式[22]，说明了跨域多群联合作战是无人作战样式的必然发展趋势，并且具备广阔的应用前景。

岛礁无人作战体系的无人装备通过集群方式互联并与有人装备联合，形成连接各个作战领域的无人作战体系，不但能够有效提高现有体系作战能力，而且还将形成新质体系作战能力，例如集群饱和攻击能力、有人‒无人协同打击能力和多平台分布作战能力。如何着眼履行岛礁无人作战使命任务需要，创新岛礁无人作战理论、开发岛礁无人作战概念，牵引装备体系和技术项目的快速发展，提升跨域多群联合体系作战能力，是岛礁无人作战体系装备建设需要解决的首要难题。作战概念的牵引作用如图4所示。

图4 作战概念的牵引作用

3.2 体系装备联合效能发挥水平有限

信息化战争重在体系对抗，无人装备建设弱在体系。无人系统从20世纪80年代开始相继开展了探索和研究，地面无人平台、空中无人平台、水下无人平台的关键技术取得了一些突破，并有多型无人装备列装，为无人装备建设积累了宝贵经验。但我国无人装备建设仍处于齐头并进、各自为战的状态，还未达到统一建设格局。在跨域联合上既存在接口、标准、协议不统一的硬连接问题，也存在用途、流程、业务不协调的软连接问题，如何站在无人装备体系化发展的层面，着眼互联互通互操作的需要和无人技术的发展趋势，加强顶层设计和统筹规划，规范引导无人装备发展，是目前需要着力解决的难题。

3.3 体系联合作战运用实现周期较长

随着我军新型无人装备的不断列装且占比越来越大，将无人装备融入到联合作战体系、实现有人‒无人装备的有机结合及创新无人装备的战术战法等问题已成为无人装备作战运用实现面临的现实难题。

未来信息化联合作战仍是体系与体系的对抗，无人装备只有与其他各类武器配合使用、紧密协同，融入联合作战体系，才能充分发挥整体作战的威力；无人装备要与有人系统相互取长补短、协同作战，发挥有人‒无人协同作战的优势，实现“平台无人、系统有人”的协同作战模式；智能化无人装备在未来作战装备体系中的占比将越来越大[23]，将产生无人机“蜂群”、巡航弹“弹群”、地面“蚁群”、水中“鲸群”等集群自主协同作战和跨域集群联合作战等作战样式，战术战法等作战运用也需要随之创新发展。

3.4 无人作战体系集成验证评估经验薄弱

作战概念的验证方式除了设计阶段的计算机推演、手工推演和技术发展验证外，体系的集成验证作为一种有效的验证手段发挥着重要作用，如图5所示。随着无人装备的陆续列装，我国对于无人装备的战技性能和作战效能试验评估有了部分经验，但大都停留在单装战技性能验证和有限作战运用检验层面，更多的还是依赖于有人装备的试验评估做法，针对无人装备集成的试验评估方法流程、指标体系、支撑工具、评估环境等方面仍有很多难题需要解决，发展无人装备应按照“设计装备就是设计战争”的指导思想，大力开展无人作战体系集成验证评估课题的研究，为无人装备在岛礁无人作战体系中发挥作用提供一种或多种可靠性高、实用性强的验证方法。

图5 作战概念的验证方式

4 岛礁无人作战体系关键技术

4.1 能力需求驱动技术

需求分析是岛礁无人作战体系首先执行和完成的一个必经阶段，需要突破需求分析的重难点。需求分析要在适应性造就复杂性的科学认识基础上，构建岛礁无人作战体系适应性机制和红蓝对抗机制，是持续挖掘需求、分析需求和管理需求的关键。

美军采用“基于能力的评估”方法，通过联合能力集成与开发系统进行联合能力需求分析，提出当前体系能力存在的“短板”和未来体系发展的顶层架构，完成联合作战概念与联合作战功能的对接[24-25]。

4.2 体系架构驱动技术

随着无人装备越来越多的列装运用，采用开放系统设计原则和体系架构来增加无人装备体系完整性，提高系统重用性和互操作性迫在眉睫。设计一种面向特定任务、基于任务想定的无人作战体系柔性分布式体系架构，通过开放柔性的复合体系架构技术，支持多无人集群作战系统的任务流程、装备配系、组织指控和兵力集成方案建模，可为无人体系兵力编制设计和作战运用设计提供架构方案。

为提高军事信息系统的整体作战和支援保障能力，推进军事转型，外军在体系架构技术方面开展了深入研究，颁布了多种体系架构框架，在指导军队建设和能力生成的过程中发挥了重要作用。美军无人系统功能架构仍处于快速开发和演化过程中，当前主要采用DoDAF作为需求架构指导无人体系设计，对统筹规划和顶层设计全军的无人装备建设方面已经发挥了重要作用，DoDAF2.0视图如图6所示。

图6 美军DoDAF2.0视图[26]

4.3 原型系统验证技术

利用体系原型进行演示验证是作战概念向现实作战能力转换过程中至关重要的一环，以体系作战需求为依据，制定由实验部队负责实施的战役任务和作战计划，在逻辑靶场（内场）基于LVC原型的仿真实验，为在物理靶场（外场）进行实验战役拟定实验方案。对外场实验战役结果进行记录和回放，分析实兵、实装、实战条件下存在的体系能力缺陷，从而对体系的实战能力和改进途径进行综合评估，通过对原型系统的验证来实现体系作战能力的提升。

4.4 集群化运用技术

随着战场环境的日益恶化、作战任务的多样性和复杂性及作战平台自主能力的不断提高，未来作战体系的作战样式已逐步从单平台作战向多平台智能集群自主协同作战的方向发展。将传统昂贵的大型有人作战平台分解为数量更多、尺寸更小、成本更低的分布式无人作战平台，无人作战平台通过能力互补、协同作战，提升整体作战效能是未来发展的必然趋势。

美军在各军种无人装备型谱化发展的基础上，注重集群化作战运用的研究和演示验证，近年来开展了多个无人集群作战运用演示验证项目，见表1。

4.5 无人自主系统评估技术

无人作战体系的效能、体系贡献率等在全流程及各子环节中发挥的作用在作战体系中尤为重要，合理完备的评估体系能够客观反映无人平台发挥的效能，从而指导体系全流程作战的改进。美军把体系效能、敏捷性、适应性等体系指标作为无人自主评估的重要参考，把具备基于OODA闭环的LVC集成试验环境作为评估环境，并把多域战背景下的无人自主体系联合试验列为该项评估重点攻克的一大难题。

表1 美军集群化典型项目

5 结束语

岛礁无人作战是未来智能无人作战发展的重要组成部分，将颠覆未来战争的作战形态，岛礁无人作战技术研究也将在未来很长一段时间内成为无人作战领域研究的热点。目前，美、欧等西方发达国家在无人作战领域取得了较大进展，多领域无人系统项目正在开展研究。但是，关于如何进一步实现岛礁无人作战应用的诸多问题尚待深入研究。比如UAV/USV/UUV/UGV协同多载体、异构传感器跨介质信息融合问题还缺乏较为成熟的解决方案，根据军事需求和作战任务合理安排无人作战系统的类型和数量也尚无相关标准。另外，缺乏科学有效的方法用于判定岛礁无人作战性能指标的合理性，在研究中对原型系统构建和集成试验验证存在较大难度，对岛礁无人作战集群化运用作战效能的评估也亟待开展。针对这些问题，结合国内外先进的技术，加强科学研究，对未来岛礁无人作战具有重要的指导意义，为未来实际战场的应用提供参考。

[1] 李风雷, 卢昊, 宋闯, 等. 智能化战争与无人系统技术的发展[J]. 无人系统技术, 2018, 1(2): 14-23.

[2] 张灏龙, 谢平, 赵院, 等. 体系对抗仿真面临的挑战与关键技术研究[J].计算机仿真, 2019, 36(5): 1-5.

[3] 潘乐天. 美军“多域战”的实质及启示[J]. 科学导报, 2017, 35(21):125-130.

[4] 夏宇轩, 黄高明, 黎铁冰. 美“空海一体战”发展变化简析[J]. 海军工程大学学报, 2016, 13(2): 56-59.

[5] 任雅广. 空海一体战的演变[J]. 航空电子技术, 2016, 47(2): 1-4.

[6] Department of Defense, Joint Operational Access Concept[R]. 17 January 2012.

[7] Joint Chiefs of Staff, Capstone Concept For Joint Operations: Joint Force 2020[R]. 10 September 2012.

[8] GEN David G. Perkins, Multi-Domain Battle, Driving Change to Win in the Future[R]. July-August 2017.

[9] 吴勤. 美军分布式作战概念发展分析[J]. 军事文摘, 2016(7): 44-47.

[10] 李磊, 蒋琪, 王彤. 美国马赛克战分析[J]. 战术导弹技术, 2019 (6): 1-11.

[11] 张剑龙. 美军多域战研究及对我军直升机装备发展的启示[J]. 直升机技术, 2019 (2): 1-5.

[12] 槐泽鹏, 龚旻, 陈克. 未来战争形态发展研究[J]. 战术导弹技术, 2018 (1): 1-8.

[13] 杨帆, 董正宏. 有人/无人平台协同技术与行动模式研究[J].国防科技, 2018, 39(4): 52-57.

[14] 樊洁茹，李东光. 有人机/无人机协同作战研究现状及关键技术浅析[J]. 无人系统技术, 2019(1): 39-47.

[15] 赵先刚. 无人作战模式及对未来战争的影响[J].空军军事学术, 2016(6): 30-32.

[16] 张丰. 无人艇群自主协同技术研究[C].第六届中国指挥控制大会, 2018: 447-450.

[17] 刘鸿福, 苏炯铭, 付雅晶. 无人系统集群及其对抗技术研究综述[J].飞航导弹, 2018 (11): 35-40.

[18] 关世义. 导弹智能化技术初探[J].战术导弹技术, 2004 (4):1-7.

[19] 高明, 周帆, 陈伟. 地面无人作战系统的发展现状及关键技术[J]. 现代防御技术, 2019, 47(3): 9-14.

[20] 李江, 李兵, 程远林, 等. 面向无人作战体系的智能化指控技术[C]. 第六届中国指挥控制大会论文集, 2018: 443-446.

[21] 张宏军, 韦正现, 鞠鸿彬, 等. 武器装备体系原理与工程方法[M]. 北京: 电子工业出版社, 2019.

[22] 程运江, 张程, 赵日, 等. 人工智能的发展及其在未来战争中的影响与应用思考[J]. 航空兵器, 2019, 26(1): 58-62.

[23] 张涛, 李清, 张长水, 等. 智能无人自主系统的发展趋势[J]. 无人系统技术, 2018, 1(1): 11-22.

[24] 郭齐胜, 樊延平, 穆歌, 等. 装备需求论证理论与方法[M]. 北京: 电子工业出版社, 2017.

[25] 初军田, 李立伟, 李强. 关于建立信息系统联合需求生成机制的思考[J]. 火力与指挥控制, 2018, 43(11): 1-6.

[26] 常慧媛, 庞海龙, 王文豪, 等. DoDAF 2.0能力视图的网络信息体系能力结构分析方法[C]. 第七届中国指挥控制大会论文集, 2019: 681-685.

Challenges of Island Unmanned Combat SoS and Research on Key Technologies

ZHAO Xinlu1, LI Bing1, CHEN Hua1, DU Yehong2, GUO Jiwen1, CUI Jinlei1

(1. Research Institute of Sichuan Aerospace System Engineering, Chengdu 610100, China; 2. Military Representative Office of the Army Aviation Department in Harbin, Harbin 150066, China)

Aiming at the intellectualization and multi-domain of the future war mode, the problem of equipment system combat is intensifying. The characteristics of island unmanned combat system are analyzed. It is refined that challenges, including the slow development of operational theory and concepts, and the weak overall planning capability of system and equipment, and the long realization cycle of joint operations system, and the weak experience in unmanned combat system integrated verification and evaluation. Based on the requirement of system-of-systems combat in island unmanned combat, the key technologies are researched. It is analyzed that capability requirement-driven technology, and the architecture-driven technology, and the verification technology of prototype system, and the cluster application technology, and the evaluation technology of unmanned system. The research results can provide a reference for island unmanned combat.

Island Combat；Unmanned System；Equipment System；System-of-System Combat；System Architecture；Prototype System

TP391

A

2096–5915(2021)02–56–06

10.19942/j.issn.2096‒5915.2021.2.019

赵新路，李 兵，陈 华, 等. 岛礁无人作战体系面临的挑战及关键技术分析[J]. 无人系统技术，2021，4(2)：56–61.

2020–08–03；

2020–12–20

装发“十三五”共用技术项目（41411050X0X）

赵新路（1991‒），男，硕士，工程师，主要研究方向为武器装备体系总体设计、无人作战需求及体系架构设计等。

李 兵（1983‒），男，博士，高级工程师，主要研究方向为武器装备体系总体设计、指控系统总体设计等。

陈 华（1988‒），男，博士，高级工程师，主要研究方向为武器装备体系总体设计。

都业宏（1984‒），男，博士，工程师，主要研究方向为武器装备体系总体设计、人工智能技术发展。

郭继文（1982‒），男，博士，高级工程师，主要研究方向为武器装备体系总体设计。

崔金雷（1991‒），男，硕士，工程师，主要研究方向为装备体系总体设计。