水下无人平台“蜂群”作战体系研究

邓 鹏，李 伟，王新华

(海军潜艇学院 战略导弹与水中兵器系， 山东 青岛 266199)

随着技术进步，水下无人平台(UUV)已经从单一的水下航行器发展为可以携带多种传感器、专用设备和武器，执行特定的使命和任务的无人平台。UUV作为现代海军的“力量倍增器”，受到世界许多国家的重视[1-2]。但由于体积载荷受到限制，水下无人平台与有人潜艇相比各项战技性能均不占优势。然而其制造难度小、生产成本低、生产周期短，相比于有人潜艇，UUV更易于大批量制造和使用。

Lanchester平方律表明，作战单元数量的线性增加将带来作战能力的指数级提升，从而揭示出，兵力数量和兵力质量同等重要，数量和质量之间是相互弥补和相互转化的关系。随着无人平台、自主系统、人工智能、大数据、通信网络等前沿科技的迅猛发展，使得在战争中使用无人平台成为可能，近年来美军在多次军事行动中广泛使用无人机也表明：在战争中投入大量无人平台，并由无人平台组成编队集群完成作战任务将是未来战争形态的重要发展趋势。水下作战相比陆地和空中作战更加复杂，本文就以“蜂群”战术为基础，对水下无人平台集群作战方式进行研究。

1 “蜂群”战术

蜂群由众多功能各异，具有态势感知能力，能够完全自主和自行组织作战的无人平台组成，蜂群规模可高达成千上万。蜂群通过自行组织、自主决策，实现整体的作战行动。“蜂群”战术在网络化作战模式的基础上，整合无人技术优势和系统族群优势，实现无人作战的弹性和多样性，在保持自身作战能力的同时，向敌方施予压力。相对于功能全面，技术复杂的有人潜艇，水下无人平台在作战时使用“蜂群”战术具备以下优势：

1) 数量优势

将原本造价高昂，性能完备的单个潜艇所具备的各项功能如侦查监视、搜索跟踪、判断决策、打击评估等作战能力分配到大量低成本、功能单一的水下无人作战平台上，通过大量异型的个体基于任务层面的自我管理和多系统的自我控制实现原本复杂的系统功能，形成规模作战能力。通过大量广泛的使用，在战场的时间域和空间域内形成数量优势，其倍增效益使水下无人集群具备远超单一潜艇的作战能力。

2) 网络优势

水下无人平台集群具有“网络化”和“自主化”的特点，整个集群的指挥结构具有扁平化、多中心的特点，集群个体的运行并不依赖于某个实际存在的特定节点。在对抗过程中，当部分个体失去作战能力时，整个集群仍然具有一定的完整性，可以继续执行作战任务，避免了单一潜艇能力损失无法弥补的风险，提高了集群的抗打击能力。

3) 成本优势

“蜂群”战术所依托的是大量低成本、次复杂子平台，便于开展大规模生产和使用，其生产开发成本和使用损耗成本远远小于一个多任务的复杂系统。在进行作战时，敌方需要应对数量众多的集群个体，消耗比单个多任务复杂系统数十倍甚至上百倍的人力和物力成本来防御对抗，从而直接提高敌方的作战成本而获得自身的成本优势。

此外，由于具有成本优势且没有人员伤亡，水下无人集群可以无需考虑装备人员损耗而部署到高风险的前沿区域执行危险性高损耗率大的作战任务，因而具有更广泛的作战优势。

4) 时敏优势

“蜂群”战术的基本原则是大范围分散使用低成本的无人平台，因此，能够实现集群对作战区域的广泛覆盖和占领，减少“观察”、“定位”的耗时，而集群协同以及定位算法将确保目标信息的准确性和持续性，以及攻击过程中的精确性，提高了侦察与攻击行动的可靠性和持续性，也降低了原有的牺牲成本。

2 水下无人平台“蜂群”作战体系

2.1 水下无人平台“蜂群”作战体系结构

由于空间载荷限制，水下无人平台不能像有人潜艇一样做到功能全面，性能强大，但可以利用有限载荷，通过携带专用设备，专注某些性能指标，而降低其他功能。在同一战场上，利用“蜂群”技术将各种数量众多、功能不同的水下无人平台协调使用，即可形成水下无人平台“蜂群”体系。通过标准化集成化设计，水下无人平台“蜂群”体系由指挥节点型水下无人平台、攻击型水下无人平台、侦察型水下无人平台等组成。其理论思想为依靠数量优势转化为质量优势，将个体的性能劣势转化为集群的整体优势。作战时由大型平台(比如有人潜艇、水面舰艇)搭载释放，编成战斗集群，集群个体自主决策，实现航行控制、态势感知、目标分配和智能识别，集群个体间相互协同、分工配合，实现整体作战能力以应对复杂、强对抗性和高度不确定性的水下战场环境。

由于水下战场环境复杂，水下通信难度大、距离近[3]，水下无人平台空间载荷的大小受到限制，水下无人平台“蜂群”体系具有以下结构：

1) 指挥节点型水下无人平台

水下无人平台“蜂群”体系的指挥控制、通信中继单元，承担整个体系平台与平台间、平台与后方指挥员间实时或近实时的通信网络构建、传感器数据融合、集群协同以及行动决策。

2) 侦察型水下无人平台

以声探测为主，其他探测方式为辅，利用较强的探测能力和机动能力对作战海区实现大范围侦查。

3) 攻击型水下无人平台

携带战斗部，用以攻击水下或水面目标以及水下固定设施，具有一定的探测能力，是察打一体化水下无人平台。

在体系构建时应注重指挥节点型水下无人平台和侦查型水下无人平台的数量搭配，以平台的数量优势弥补通信能力的不足，实现战场掌控。

水下无人平台“蜂群”体系指挥层次如图1所示。

2.2 水下无人平台“蜂群”作战体系运用

作战体系对抗是指双方作战体系通过压制、摧毁对方体系的作战单元，扰乱、切断体系内部联系等方法，降低、破坏对方体系功能的作战行动[4]。由体系对抗形成的交战系统包括红蓝作战体系和交战网络三部分，具体结构示意图如图2。图2中，☆表示指挥节点型水下无人平台，○表示侦察型水下无人平台，△表示攻击型水下无人平台。实线表示单元之间的信息联系，箭头方向为信息传输方向。虚线表示红蓝作战体系之间的对抗关系，包括探测关系和打击关系。体系对抗过程中，作战体系的作战单元数量、信息联系关系是随时变化的。作战单元可能被毁伤，单元的作战能力可能变化，单元间的通信和探测可能被干扰，作战体系也可主动改变信息联系重组作战力量。

以作战环(Operation Loop)理论描述作战体系对目标实施作战行动，根据John R.Boyd提出的“观察(Observe)、定位(Orient)、决策(Decide)、行动(Act)”(OODA)理论[5]。作战环的行动过程可抽象为：传感器单元发现目标，将信息传给指挥控制单元进行分析决策，而后火力打击单元或信息对抗单元实施打击行动，打击行动使战场态势发生变化，传感器单元重新感知蓝方目标毁伤情况，并传给指挥控制单元，由指挥控制单元决策是否继续实施后续行动[6-7]。在图2中，单元U1、U2、U3、B3形成了一个作战环，描述了水下无人平台“蜂群”作战环对蓝方的打击行动。“蜂群”的U2探测、发现B3目标后，U1进行指挥决策，U3对B3实施打击，U2监视打击过程并进行效果评估。

作战环的作战能力释放过程为：在观察、定位、决策阶段，不存在对目标实施物理打击的行动，认为没有释放作战能力。在行动阶段，作战环通过打击、干扰、压制等方式对目标实施打击，认为释放了作战能力。图3中，p是作战环一次行动周期T释放的作战能力，P是作战环随着作战行动的持续开展，在t时间内释放的总作战能力，假定p为定值，则P随作战环作战行动次数n周期性增加。即

“蜂群”战术是模仿蜂群攻击目标的形式，作战体系利用作战环数量优势，各作战环独立地实施作战行动，在一定时间内形成对目标多批次、持续打击的态势，以干扰、破坏对方作战环的OODA过程。“蜂群”战术每次行动释放的作战能力p较小，虽然无法瞬间摧毁、破击对方的作战体系，但能够连续不间断的干扰、影响对方作战体系实施行动。即

水下无人平台“蜂群”作战体系的构建，是基于水下无人平台空间、载荷、航程等指标限制，为规避其性能劣势，利用作战环数量优势，充分发挥各作战环的作战效能，连续释放作战能力，相对独立地对蓝方作战体系实施持续打击和袭扰，每次行动释放出作战能力会增加蓝方“OODA”时间，使其防御对抗系统始终处于饱和状态，扰乱、破坏蓝方作战环过程，使其降低甚至丧失观察、定位、决策、行动的能力，干扰、阻止蓝方作战环释放作战能力。水下无人平台“蜂群”作战体系对抗如图4所示。

在图4中，水下无人平台“蜂群”作战体系包括4个作战环，各作战环独立分散开展作战行动，战场态势实时发生变化，作战能力连续释放，扰乱了蓝方作战体系的观察、定位、决策，使其不能顺利有效地实施作战行动。

而在实际作战过程中，随着水下无人平台“蜂群”作战环作战能力持续释放，蓝方作战体系的观察、定位、决策、行动能力将降低，每个环节实施将需要更多的时间，蓝方单次OODA释放的作战能力也将降低。以观察能力pOb为例，

POb=TOb·pOb

通常平台的观察能力是固定的，随着观察时间的增加，观察效果POb会逐渐增加，当POb达到一定值OODA会进入定位环节。而如果pOb降低，就只有增加TOb才能达到观察效果，一旦pOb将为零，OODA环节将被打破，作战能力就无法释放。

目前潜艇的OODA能力是集中式，设备冗余备份少，作战中一旦毁伤，短时间难以恢复，作战环比较脆弱。而水下无人平台“蜂群”作战体系的OODA能力是分布式，同类型平台数量多，即使毁伤部分平台，各能力只是降低，仍可以通过时间积累释放作战能力，作战环比较牢固，不易打破。

3 结束语

本文初步探讨了水下无人平台集群化作战的体系构建和指挥层次，利用作战环理论对水下无人平台运用“蜂群”战术开展集群体系作战进行了分析，研究了体系对抗中水下无人平台“蜂群”战术体系的作战能力释放。目前由于装备技术限制，水下通信、自主识别等技术与实际使用仍有较大差距，集群作战方法策略、人工智能控制将是下一步研究的重点。