国外跨域协同海战的发展现状及关键技术分析

刘倩，林永生，陈涛，黄子露，黄新俊

江西洪都航空工业集团有限责任公司

本文介绍国外跨域协同海战的发展现状以及美国海军举行的“无人集成作战问题” 21有人-无人联合部队军事演习，分析跨域协同海战的网络化通信技术和态势感知技术，阐述跨域智能指挥控制系统应具备的能力，最后对跨域协同海战的技术发展趋势进行展望。

随着云计算、大数据、人工智能等新兴技术的推陈出新及其在军事领域中的广泛应用，跨域无人系统协同技术在海战中的应用持续且迅速发展。世界诸多国家提出了基于人机交互技术的全新智能化海战理念，以推进无人空中系统、无人水面系统、无人水下系统在跨域协同海战演习中的应用，同时不断加大跨域无人系统在海军作战力量体系中的比例，将传统装备与人工智能、异构协同等技术相融合，提升装备在强对抗环境下的战场态势感知、自主决策、路径规划、突防攻击等作战能力。智能化前沿海战的主要特征是，陆、海、空、天、电、网等作战平台相互融合，各型无人系统最大限度地发挥作战效能，人在回路对各平台实施绝对控制，形成跨域智能化有人-无人协同作战样式，构建全方位态势感知网络、强大的进攻网络和弹性化防御网络，提高海军装备的整体作战效能。

国外跨域协同海战的发展现状与应用场景

无人空中、水面和水下系统的迅速发展，为海军全方位智能海战体系建设奠定了基础。在智能海战中，各型无人系统根据作战任务自动编队，通过信息交互对敌展开作战行动，以拓展深海作战能力。智能海战无人系统主要包括无人机（UAS）、无人水面艇（USV）、无人水下航行器（UUV）。这些无人系统具有机动性高、隐身性强等优点，相互间建立跨域通信，成为作战网络的节点，在有人平台的指挥下执行任务。

在跨域海战场景中，无人机基于卫星通信链路执行预警、情报、侦察、监视、态势感知等任务，为反舰导弹及其他远程武器系统提供目标引导，同时在有人平台的指挥下，完成远程武器发射条件判断与发射后制导控制、战场毁伤评估、目标打击等任务；无人水面艇主要执行情报监视侦察、扫雷、搜索救援、移动目标打击等作战任务；无人水下航行器执行反潜作战、水下防御作战和自主作战等任务。跨域协同海战体系详见图1。

图1 跨域协同海战体系架构图。

国外跨域协同海战军事演习概况

目前，欧洲和美国相继开展了多次跨域协同海战军事演习，演练无人系统发射回收、编队控制、任务管理、跨域信息交互等任务，突破了跨域无人系统分布式控制、对抗环境下智能决策、任务规划、协同作战能力评估等关键技术，对跨域无人系统协同作战的可行性进行探索，加速推动跨域协同海战理念的实战化应用。国外已开展的跨域协同海战演习详见表1。

表1 国外跨域协同海战军事演习统计表。

“无人集成作战问题” 21军事演习

2021年4月，美国海军举行大规模“无人集成作战问题” 21（UxS IBP 21）有人-无人联合部队演习，展示了跨域无人系统的典型智能海战场景。在演习期间，大量跨域无人系统和有人舰艇在海战中协同打击水面目标。参与本次演习的系统详见表2。

表2 参与“无人集成作战问题” 21军事演习的系统。

此次演习展示了无人机与驱逐舰协同作战、基于无人系统导引的“标准”6实弹射击、无人系统反潜战三大场景。参加演习的部分系统详见图2至图6。

图2 在演习中，“阿达拉”（ADARO）无人系统与“奥克兰”号（LCS-24）近海战斗舰协同作战。

图3 操作人员准备布放“卡瑞娜”无人水下滑翔机。

图4 “朱姆沃尔”特级驱逐舰（DDG-1001）引领编队航行。

图5 “ 标准”6导弹发射瞬间。

图6 MQ-9B“海上卫士”无人机携带声呐浮标，飞过“科罗拉多”号近海战斗舰。

在演习中，一艘模拟敌舰从LPD-23两栖舰上被卸下，“阿力伯克”级驱逐舰DDG-113在远处航行，同时寻找模拟敌舰。无人机与无人水面艇在空中与海面交错运行，使用无源电子接收机接收敌方无线电频率，无人水面舰艇艇群中的一艘无人艇使用拖曳声呐浮标阵列探测水下威胁。不久，MQ-9B“海上卫士”无人机利用声呐浮标和其他传感器探测靶船（该靶船配备了小型雷达发射器以及能发射电磁信号的模拟雷达），并将靶船的位置信息通过卫星通信链路发送给驱逐舰DDG-113。在融合信息支持下，驱逐舰DDG-113发射了一枚“标准”6导弹，成功击中远程超视距目标靶船。“标准”6实弹射击取得成功，证明了美国海军可在不使用有源传感器的情况下，利用无人系统协同通信网络，共享目标数据，形成了同一目标打击能力，同时证明了“标准”6导弹的射程大大超过受地球曲率限制的舰载雷达探测距离。

此次演习展示了美军有人-无人协同作战能力。MQ-9B“海上卫士”无人机完成声呐浮标投放等各种反潜战任务。声呐浮标将目标数据转发给驱逐舰，当“海神”P-8A有人海上巡逻机返回基地后，MQ-9B“海上卫士”仍在持续监视特定区域中的水下威助。与此同时，“洛杉矶”级攻击型核潜艇的鱼雷管发射并回收了一艘“艾弗” 4无人水下航行器。

跨域协同海战的关键技术

国外跨域协同海战演习以有人-无人作战编队为基础，围绕复杂多样化任务，构建具有以人为主、跨域协同、网络共享等特征的整体作战框架，展示了强大的海上战场信息优势。为了形成成熟可靠的跨域协同海战能力，网络化通信、态势感知、智能指挥控制等关键技术有待进一步发展。

海战网络化通信技术

目前，有人机、无人机、导弹、舰船、潜艇等作战单元仅作为相对独立的系统在局部作战区域中运用。未来，具有不同功能的各型作战单元及其组成的编队将在海上战场协同作战，所有作战单元都是整个作战系统信息栅格中的一个节点，并与指挥系统实现互联、互通。

海战通信网络以各型舰艇、飞机、导弹为通信节点，综合运用卫星通信链路、视距数据链等无线通信手段，组成具有移动组织特点的海战通信网络。

按照信息精度和信息实时性等不同要求，海战通信网络可分为武器控制、兵力控制和计划协调3个层次。海战单元种类繁多，各单元协同作战须要交互大量数据信息，通信网络将按需求特点，使用不同的通信手段。因此，海战通信网络具有通信手段差异大、网络拓扑变化复杂、传输带宽有限、容量可变、链路质量不稳定等特点。

针对跨域协同海战通信网络的特点，各型无人系统应采用无线分布式动态多址接入、实时鲁棒性传输、数据链网络顽存等关键技术，构建作战单元集群自适应网络体系，为实现实时、宽带、安全的集群通信网络提供技术支撑。

跨域协同海战通信网络中单一链路传输的信号存在不稳定的问题，各型无人系统须要采用多跳中继传输信息。由于多跳中继动态变化，节点容量受限，各型无人系统须要将网络编码技术与路由技术相结合，选择编码机会大的路径传输信息，优化基于网络编码的节点接入策略和多跳网络节点间信息传输策略，在不增加时延的情况下提高网络吞吐量，实现网络大容量信息传输。

海战态势感知技术

战场态势感知是系统对作战时间与空间内各元素作战意图的理解，并对战场发展趋势进行预测。在未来跨域协同海战中，态势感知技术将为整个军事行动的指导与决策提供信息。如何利用已获取的战场信息和已知的作战信息来构建直观的态势模型，是未来海战研究领域的一个重要课题。

现代海战通常具有环境背景相对简单，作战单元种类繁多、数量庞大，多兵种协同程度高，战场中的大型舰船数量较少，作战单元配比较为固定等特点。

根据跨域协同海战的发展趋势，协同海战态势感知系统须采用以下主要技术。

（1）多类型、多功能、高性能传感器技术

多传感器协同技术为态势感知提供了足够的技术支持。海上战场的复杂性决定了作战系统须要使用多类型、多功能、高性能传感器来广泛收集目标的多维特征，对目标进行探测，对目标信息进行分类和处理。

（2）多维信息融合技术

在跨域协同海战中，通信网络易遭受电子干扰和终端捕获而发生通信中断。为实现信息共享，态势感知系统须具备多维信息获取和处理能力，使得作战系统能够较好地克服所面临的困难。

（3）传感器管理技术

海战态势感知系统须对无人系统配置的多传感器进行感知建模，为各传感器部署方案提供设计依据。同时，针对战术侦察、电磁兼容性等要求，及时对各传感器进行集中管控。

（4）可量化战场态势信息技术

己方对传感器获取的海上战场环境、敌方作战单元数量和类型，已知的战场部署和兵力配置等信息进行建模，形成一个可视化战场影像，为指挥人员的决策方案提供信息支持，或者建立一个可量化战场模型，为战场数字指挥系统的决策提供参考。

跨域协同海战的智能指挥控制系统

有人-无人协同作战是未来海战的重要作战样式。它可实现平台作战能力互补，以及整个海战武器系统内部火力配置的高度融合。有人系统和无人系统在作战中的任务定位可能会随着不同无人系统的自主能力、战场环境变化、作战任务变化而发生改变。因此二者的功能须要动态地适应作战场景的变化。跨域协同海战智能指挥控制技术研究须要充分利用有人、无人两种系统的优势，平衡二者的能力，合理组建有人-无人编队，发挥最大作战效能。为满足跨域有人-无人编队协同作战的需求，海战智能指挥控制系统须具备以下能力。

（1）全域多维快速转换能力

未来海战将不会局限于海军单兵种作战，其作战空间将由传统的海面、浅海、空中进一步拓展到深海、赛博等空间。这须要未来海战指挥控制系统具备在不同作战域间快速灵活切换的全域多维快速转换能力。

（2）战场快速决策能力

在未来海战中，海量信息的复杂度增大，使信息处理量已远超人脑的运转负荷。而人工智能（AI）处理技术和算法可大幅提升海量战场信息的处理速度。因此，智能指挥控制系统应具备大数据分析和战场态势模型学习与训练功能，提升海量数据的快速运算与处理能力，迅速做出指挥决策，为作战部署提供有力支撑。

（3）精准指挥控制能力

海战跨域分布式对抗须要指挥控制系统对作战环境、作战资源、作战流程等要素进行快速组织、精确控制。因此，为实现所有作战单元之间同时协调运转，智能指挥控制系统须具备准确地执行指挥意图的能力。

（4）智能要素协同能力

无人系统在跨域协同海战中承担着多维感知、全域响应、高效机动与精确打击等作战任务。无人系统在整个海战武器系统中的占比将越来越大，无人系统之间、有人系统与无人系统之间的智能交互、认知交互、意图交互等协同能力对海战智能指挥控制尤为重要。

技术发展趋势

海下、海面、海洋上空等不同空间中的作战单元越来越丰富，其作战能力越来越强大，尤其是无人系统的自主能力正在快速提升。未来，海战将向多平台协同作战，有人-无人协同作战等方向发展。受当前技术水平制约，整个海战中的作战单元还必须由人在回路实施控制，但随着跨域协同技术的不断发展，无人系统大量使用是未来海战的发展趋势。

通信网络通用架构标准建立

首先，海战跨域网络化通信系统须要建立一套适用于各型作战系统的通用架构标准。这套标准应该涵盖操作、服务、数据和信息等层面的内容，以确保多个作战域中的各型系统保持指挥、控制和通信等要素同步，进而实现多域和多系统之间的无缝协同。以数据和信息为例，通用架构标准应包含基于通用语言编写的通用数据模型，实现不同系统和模块之间的信息交互。另外，随着电子技术的迅速发展，网络化通信对网络安全提出了更高要求，未来网络通信须要不断加强赛博防御机制，并发展灵活、高效的电子防御技术，确保网络信息在传输过程中保持完整性、可靠性和可用性。

基于人工智能技术的自主性提升

人工智能技术是未来有人-无人协同作战系统发展的核心驱动力，直接决定了作战系统的自主能力。其中，无人系统自主性越高，将能执行更加复杂的战场任务，并在有人-无人协同作战中承担更重要的任务。而全自主无人系统将具有类似人类的智能，自主感知战场态势，自主决策任务。当前，机器学习等人工智能算法正在快速发展，未来海战研究应关注如何将成熟的算法应用到实战场景。此外，由于海量信息运算非常复杂，须要强大的计算能力，未来海战须要解决云计算技术如何移植到无人系统的嵌入式硬件。

新的测评和验证技术开发

跨域协同海战与传统海战之间存在明显的差异性。因此，传统技术测试、评估、校核和验证模型须要进行适应性改进，并采用新的开发、仿真等方法和技术。此外，增强现实、虚拟现实等数字仿真平台将为系统测试与验证、人机交互提供重要手段。

结束语

在未来跨域协同海战中，各型无人系统将充分发挥优势，协助海军在未来军事作战中完成使命，并与舰载装备组成编队执行任务，显著增强作战体系的作战效能。我军海战体系建设应紧跟目前世界海战的发展趋势，加快有人-无人编队部队建设，大力发展海战智能化关键技术。同时，我国海军反跨域无人系统作战研究迫在眉睫，只有形成强大的防御系统，才能提前有效地遏制敌方作战意图。 ■