美国海军协同作战能力的几项关键技术

贺文红

(海军装备部，北京 100071)

美国海军协同作战能力的几项关键技术

贺文红

(海军装备部，北京 100071)

协同作战能力（CEC）系统是美国海军采用的最早集成了传感器和武器系统的网络中心系统之一。该系统在其他军种的防空系统内成功集成之后，为单张综合空域图像系统以及联合体系结构内的武器运用奠定基础。本文将简要说明主要 CEC 的几项关键技术及其特点。

美国海军；协同作战能力；关键技术

0 引 言

21 世纪初，CEC 系统在作战评估中取得巨大成功，使美国海军的航母等舰艇和飞机最大限度地提升了现有传感器和武器的效能，从而使作战部队对抗空中威胁的能力大幅提高。在 CEC 系统中，各作战单元能够共享雷达数据以及敌我识别（IFF）数据，所有作战单元都能实时获得火控图像。CEC 系统提升了跟踪精度、跟踪连续性以及敌我识别同步性，从而使整个部队的跟踪图像一致性获得巨大改进。

CEC 系统的目的在于：一是使部队的传感器组成一套网络，其组网方式能够最大限度地提升传感器的效能，同时对关注区域内的所有飞机和导弹维持连续跟踪；二是在必要情况下，如果射手无法利用本地传感器来跟踪威胁，则由其中某个单元向另一个单元提供火控质量信息。这是一种极其有效的能力组合方式。

1 传感器组网技术

1.1 技术概述

雷达自从问世以来，就一直是作战部队在其周围空域内侦测和跟踪飞机/导弹位置的首要传感器。任何单个雷达都没有能力始终侦测和跟踪空域内的所有飞机和导弹。光是自然环境的影响就让雷达无法侦测所有的空中目标，因为光线渐弱、多径干扰、地形遮蔽等因素会影响雷达。部队的雷达会在侦查区域内失去飞机的踪迹。在实战中，这意味着防空系统指挥官所看到的空中目标轨迹是断断续续且转瞬即逝的，因此指挥官无法确认目标的身份。而一旦有威胁逼近，反应的时间就很仓促。

此外，由于各自使用的传感器不同，每一个舰基、空基或陆基防空系统生成的空中目标跟踪图像都不一样，无法对态势达成一致意见，导致部队在面临威胁时很难协调做出反应。部队欠缺协调会导致其无法有效地对抗威胁，降低部队作战的持久性和我方部队的生存率。

传感器组网能够从根本上改变部队交换信息的方式以及各单位处理信息的方式，从而最大限度地提升现有的和未来的雷达和其他传感器的效能。CEC 系统不是在汇报目标轨迹，而是交换单个传感器的测量信息，即过滤多个传感器的测量信息。通常情况下，雷达需要扫描多次才能形成轨迹；某些时候，雷达无法对飞机或导弹进行足够次数的扫描，因而无法形成轨迹。在其他情况下，即便形成了轨迹，但是在上文所述因素的影响之下，雷达又会失去目标踪迹。CEC 系统能够克服这种问题，因为所有雷达的传感器测量信息被整合在同一个网络内。如果部队的某台雷达侦测到某个威胁并形成目标轨迹，部队中所有与该目标相关的雷达测量信息都能用来跟踪该目标，即便最初侦测到目标的那台雷达后来失去目标也无所谓。

如果其中 1 台监视雷达在 CEC 系统内确立目标轨迹，该雷达的信息就会“植入”整个网络内，即在网络内发布“开始跟踪”通知，同时发布关于目标轨迹的关联测量报告（AMR）。若目标轨迹具有一定的战术意义，则部队的其他雷达就会得到指示（或准许），继而锁定目标，即某处位置的雷达的信息处理敏感性度增强，从而增大锁定目标的概率。与新目标轨迹相关联的其他传感器（AMR）也会发送雷达测量信息，这些信息会分发给其他所有单位，再结合这些单位的本地侦测数据来形成复合轨迹。此时，只要各台雷达提供足够的更新数据，那么即便任何 1 台雷达都无法形成明确的轨迹，CEC 系统也能持续跟踪飞机。

CEC 系统可确保传感器组网流程能让所有的单位都获得连贯的跟踪图像，即采用共同校准流程、关联流程和跟踪流程，同时将关联的测量信息分发给网络内的所有单位。要想让这套流程起作用，则每个单位接收的远程数据的精度必须与提供数据的传感器的精度相当。因此，必须要执行极为精准的校准流程，接收数据的舰艇的坐标系才能进行远程数据配准和调整。无论在密集跟踪环境还是在稀疏跟踪环境内，在各种战术想定下对这些网格锁定流程进行测试时，其性能都在容许限度以内。

传感器组网技术充分利用了部队各雷达所处的不同位置以及这些雷达的多种频率、扫描速率和信号处理方式，从而克服了单台雷达的局限性。网络跟踪流程可以让部队捕获和利用那些本来会被单个传感器丢弃的测量信息。因此，形成的跟踪图像更为连贯、完整、一致和精准。

1.2 技术特点

这套流程中的传感器组网技术具有下述基本特征：

1）收集和分发主要的监视雷达和火控雷达所生成的信息，因而传感器生成的信息超集合可以让网络内所有的单位共享。

2）最先侦测到目标的传感器的精度得以保持，从而强化信息关联；而且如果精度足够高，也可以支持武器部署。

3）各台雷达彼此协调，共同提供侦测信息，因而可以获得单台雷达无法独立获得的信息。

4）综合的跟踪数据的质量（精度和持久性）远远超出单个信息源的数据质量。

CEC 的设计初衷是要融合传感器组网技术的这些特性，从而克服单台雷达的局限性。但即便如此，也仍然需要继续提升雷达本身的性能。事实上，随着舰队引入全新的传感器，传感器组网技术可以让网络内的所有单位都充分利用新型传感器所带来的性能提升，即便少量的舰艇或飞机安装这类传感器也能提升性能。这正是传感器组网技术所带来的力量倍增效应之一。

2 综合火控技术

2.1 技术概述

一旦 CEC 网络形成复合轨迹图像，就会将图像发送给所有参战单位的本地作战系统。利用这种信息，网络内的所有单位都可以协调做出反应，因而能以最优方式利用现有装备，以确保投入适度战力来应对所有的空中威胁，而不会浪费导弹。CEC 系统采用的算法可以让所有舰艇知道何时投入作战。如此，在已射出的导弹的攻击结果揭晓之前，其他单位不会攻击飞机或导弹目标。但是，如果敌方目标靠近一定距离，其他舰艇也会攻击该目标。

如果没有其他舰艇提供的 CEC 数据，舰艇作战系统就会有一种局限性：系统只能攻击那些被本地火控质量雷达侦测和跟踪的敌方飞机和导弹。装备有滚体导弹或北约“海麻雀”防空导弹等自卫系统的航空母舰或两栖指挥舰只能攻击那些已经进入雷达视距的低空飞行目标。

CEC 系统的综合火控功能可以让舰艇克服这些局限性。如果与自卫系统集成，则 CEC 系统可实施有指示作战，即在敌方目标进入舰载雷达的视距之前，就利用 CEC 系统生成的来犯目标复合轨迹向自卫系统告知目标的位置和身份。借助这种指示，舰艇指挥官可以提前攻击目标，而自卫系统火控雷达可以在视距内锁定目标轨迹，因而可以最大限度延长首次攻击的距离，甚至在必要时可以有足够的时间来执行第 2 次攻击。如此可在敌方目标靠近舰艇之前大大增加命中目标的概率。

2.2 技术特点

借助宙斯盾系统等区域防御系统，CEC 系统就具有远程攻击能力，因而只要凭借远方舰艇提供的火控质量雷达信息，1 艘舰艇就可以决定攻击目标，启动标准导弹、发射导弹、执行导弹的飞行中段引导，并利用火控照明装置对目标实施末段照明以实现导弹的末段制导。利用这种模式，在敌方目标进入雷达视距之前，开火的舰艇就能执行所有的导弹控制功能。在敌方目标刚刚进入雷达视距且开火舰艇能够照亮目标时，即可执行最终拦截。

由于实现了远程攻击，舰艇对目标发起攻击的时间远远早于正常情况下的攻击时间（如果能发起攻击），因而大大扩展了作战空间。

在海军综合火控-防空等未来任务中，舰艇可依据远距离单位发来的信息对视距以外的目标发射标准导弹。因此，海军的远程导弹或远程（机载）火控照明装置必须装备主动导引头，例如联合陆上攻击巡航导弹或高空组网传感器浮空器，以确保标准导弹内的半主动导引头将导弹导向目标。

3 复合识别技术

3.1 技术概述

必须利用空域的完整雷达图像来支持防空作战，但是雷达提供的信息并不足判定是否应该对疑似敌方飞机或导弹发起攻击。在很多情况下，由于无法准确识别目标轨迹，舰艇无法及时对空中目标发起攻击，或者舰艇向非敌方飞机发射了舰对空导弹。由于欠缺可靠的身份信息，部队的数据链路在判读航迹号时会出现诸多冲突。这类冲突是妨碍部队协同作战的一大因素。身份识别存在极大缺陷，甚至会导致各单位失去自卫的能力。

身份识别信息的一个来源就是敌我识别数据。友军飞机愿意回答敌我识别问题，而敌我识别系统会提供友军飞机的信息。之所以发生身份判别失误和冲突，原因之一就是敌我识别数据与雷达航迹之间的错误关联。相比于雷达数据，敌我识别数据本质上是不精确的。在很多情况下，敌我识别系统反馈信息可能对应于雷达附近的多个不同目标。很多旧式作战系统在处理身份关联时会将敌我识别系统的反馈数据关联到错误的目标上，或者将两条交叉的雷达航迹所对应的敌我识别反馈信息张冠李戴，这就导致空中目标的身份判别发生错误。这会导致防空系统向错误的飞机发起攻击。

部队出现身份识别冲突的另一个原因就在于不同的舰艇和飞机采用不同的规则来判定空中目标的身份。这些规则涵盖了各种因素，例如飞机向敌我识别系统做出的应答，飞机的位置、高度、速度和航向，也可能包括已知的出发地点。很显然，如果战斗群内的舰艇和飞机采用不同的规则来判别空中目标，则他们在判别目标身份时得出的结论必然会有所不同。这会导致数据链路内出现诸多身份判别冲突，进而不得不将链路中很大一部分带宽用于消除身份判别冲突。

部队内的舰艇采用不同的规则集来判定目标图像的身份，这会造成影响。为了缓解这种影响，CEC 系统采用了一种适用于整个部队的分布式作战条令（自动执行的规则）处理功能，这种功能让战斗群指挥官能够分配一套适用于网络内所有单位的共用作战条令集。这种将敌我识别数据处理机制与全部队自动执行作战条令处理机制整合为一体的方式被称之为“复合识别”。

复合识别系统定期自动评估目标的整个文件，从而判定每个空中目标的身份。这种身份信息是整个CEC 网络内共享的共用信息。在复合识别流程中，会向舰艇作战系统提供一些身份识别建议，而作战系统可以决定接受或修改身份信息。

3.2 技术特点

此系统的精度取决于规则的精度（在作战条令集中确立这些规则）以及敌我识别信息的可用性。因此，复合识别系统识别友军的精度要高于其识别敌军的精度。尽管如此，复合识别系统的作用仍然十分巨大，因为此系统让身份识别主管员的注意力集中在那些可能为敌机的未知目标上，而不是对所有的友军飞机都进行识别。

4 传感器组网辅助技术

4.1 技术概述

CEC 系统负责处理和分配雷达数据和敌我识别数据。虽然这样可以形成质量极高的空域图像，但是识别敌方飞机时的判别依据仅仅是“该飞机并非已知的友军飞机”和“该飞机的飞行方式（飞行特征）十分可疑”。如果能引入其他类型的传感器信息以及传感器参数信息或信号信息，则情况会好很多，因为这类信息有助于识别飞机或者给目标飞机分类（即便不能识别其身份）。

精确的电子支援措施（ESM）系统能够满足这种需求，用以将 ESM 方位线和参数数据并入网络中的传感器能够大幅提升这些数据的效能，且能够更为精准地将这些数据关联到战术图像，因而使部队更加有把握在更远的距离内识别敌方飞机和导弹。为了充分发挥传感器组网技术的功能，CEC 系统必须加以扩展，以处理和分配雷达波形所提供的更多信息。未来的高分辨率雷达将能够测量飞机主要结构部件的尺寸。是否能够有效利用这种功能来识别飞机的类型，取决于雷达位置和飞机飞行方向之间的扫描角。一种传感器负责将这类信息并入网络，并将这种信息合并于其他单位的类似传感器在不同扫描角获取的信息。这种传感器能够极大地提升准确识别飞机类型的概率。图 1 表明，准确识别飞机类型的概率取决于扫描角的数量。

图 1 利用多方位高分辨率雷达图像实现目标分类Fig. 1 Use multi-directional high-resolution radar images to achieve target classification

另一个不错的方法是将 CEC 图像提供给其他数据收集平台，由这些平台将通信情报和信号情报关联到高保真度 CEC 战术空域图像。如此可确保其他系统能够以高可信度识别敌方飞机。

4.2 技术特点

CEC 系统借助长距离中继卫星进行扩展或者低质量数据链路连接，在多个通信服务级别进行扩展。主要的技术障碍在于开发出一些算法，并利用这些算法将低质量数据源和链路提供的传感器信息并入传感器网络内，而不会减损复合空中目标图像和识别图像的质量。必须通过原型设计和实景测试来验证数据融合算法，以便确认这些算法对传感器组网技术和复合战术空域图像质量所造成的影响。

针对未来舰载、机载和陆基防空系统设计的传感器、作战指挥系统和武器系统，CEC 将传感器组网视为核心组成部分。那些旨在与传感器网络协调使用的对空监视传感器在组合使用时将具有更为强大的功能，而不仅仅是将目标轨迹累积起来。利用传感器信息进行指示或指挥的武器系统将会对敌方造成更为有效的杀伤。

作战指挥系统以最优方式利用传感器网络提供的信息，而不能依赖本地传感器。这种指挥系统更够在敌方威胁到本方之前在远距离内更为精确地识别和攻击敌方的飞机和导弹。

5 结 语

本文介绍了美国海军 CEC 的基本思路，并对其传感器组网技术、综合火控技术、复合识别技术进行了初步研究。CEC 系统的设计使作战部队得以实现网络化作战，从而最大限度地提升现有的和未来的传感器和武器系统的效能。传感器组网等技术使得 CEC 的协同能力得以充分发挥，是系统实现作战能力的关键。

[1]The cooperative engagement capability[Z]. Johns Hopkins APL Technical Digit, 1995.

[2]O’DRISCOLL M J, KRILL J A. Cooperative engagement capability[J]. Naval Engineers Journal, 1997, 109(2): 43–57.

[3]CEC DT-IIG and DT-IIH (TECHEVAL) Final Report, Ser. TSC/S468, Program Executive Office for Theater Surface Combatants.

[4]Final Report, Joint Theater Air and Missile Defense Organization (JTAMDO), Phase 2 Joint Composite Tracking Network (JCTN Study).

[5]CARTIER J F, NICOLL J F. Building toward the single integrated air picture[C]//Proceedings of National Fire Control Symposium.

[6]RZEMIEN R. Development and use of a netted ID sensor data fusion testbed[C]//Proceedings of 2001 Military Sensing Symposium, National Symposium on Sensor and Data Fusion. San Diego, CA.

Several key technologies of us navy cooperative combat capability

HE Wen-hong

(Department of Navy Equipment, Beijing 100071, China)

The Cooperative Combat Capability (CEC) system is one of the earliest network-centric systems in the US Navy that integrates sensors and weapon systems. The system which has been successfully integrated in other services’ air defense systems, lays the foundation for a single common air picture system and the use of weapons within a joint architecture. This article will briefly describe the key CEC key technologies and their characteristics.

US Navy；cooperative combat capability；key technology

TP393

A

1672–7619(2016)12–0183–04

10.3404/j.issn.1672–7619.2016.12.038

2016–10–22

贺文红(1969–)，男，高级工程师，研究方向为舰船指控装备研制管理。