舰船武器系统协同作战样式及关键技术研究

2021-04-03李炜辰张士福郭宇侯笑宇邱丽媛

中国设备工程 2021年11期

李炜辰，张士福，郭宇，侯笑宇，邱丽媛

（中国船舶工业系统工程研究院，北京 100094）

未来的攻防对抗不再是平台与平台之间的对抗，而是体系与体系之间的对抗。在一体化作战环境下，未来舰船武器的评价，取决于其网络化能力，在紧急作战中，使分散的战争资源协同使用的能力，从分散部署的火力单元序列中选择最佳火力单元可以拦截目标的概率，并节约武器资源。本文对舰船武器系统协同作战及关键技术进行研究。人工智能、智能传感器等技术的飞速进步,为协同作战系统的自主化发展提供了一定的基础条件。以美国为代表的西方军事强国也在此方面不断探索,进行了一系列的技术验证,力争尽快提高协同作战系统的自主化程度,进一步减少人的介入程度,提高所能完成任务的难度,提高适应战场环境的能力,提髙集群主动决策能力,提高集群的协调配合能力。

1 舰船武器系统协同作战概念

协同作战系统，是通过网络实现分布式火力单元序列各作战平台的指挥控制系统、目标探测系统和武器系统信息的共享。每个平台的数据与一个特定的数据链形成一个统一的战场情况,确保操作过程中所需的信息可以实时、准确、快捷的火列表内元序列传输和交换的一部分,所以每个平台可以及时处理日期标准信息和跟踪目标准确、实时共享网络条件下的检测信息,形成了综合跟踪识别能力、准确的目标指示能力和协同操作能力。第一，要改变观念，认识到火控必须与通信紧密结合，将火控系统镶嵌于系统之中；第二，由传统向现代转变，发展新式武器与精确打击武器的综合火控，发展异构武器、跨区域群武器的网络火控，发展有人一无人武器自主协同武器火控系统；第三，由单一作战向网络与协同作战转变。未来火控系统的评价，取决于其网络化能力，在紧急作战中使分散的战争资源协同使用的能力，从分散部署的火力单元序列中选择最佳火力单元可以拦截目标的概率，并节约武器资源。

2 舰船武器系统协同作战关键技术

舰船武器系统多平台协同作战体系复杂，涉及体系优化、网络通信、信息融合等众多技术，而且相互交叉与渗透，又形成交叉技术。

2.1 体系结构优化技术

体系结构主要体系在功能关系与逻辑关系上。体系结构优化包括以下几个层次：（1）采取自顶向下的方法，确定功能及任务的实体（即系统划分）；（2）确定实体的界面；（3）描述结构项之间的相互作用；（4）描述实体间的信息流；（5）实现实体互连的技术；（6）界面的标准或约定。

2.2 网络化火控结构技术

网络化火控优化技术包括：（1）网络控制理论支撑技术；（2）网络的鲁棒性设计；（3）网络化的硬件框架；（4）网络化的火控软件框架；（5）一体化标准协议及接口技术；（6）开放式结构技术等。

2.3 数据链技术

数据链有战术数据链和武器数据链等。涉及的关键技术有：（1）通信协议和消息标准的开发；（2）复杂环境下的抗干扰保密通信技术；（3）多数据链路协同技术；（4）集成数据链路技术；（5）集成的标准协议和接口技术。

武器协同作战系统以网络为中心，在高效协同策略和先进传感器的支撑下，将信息优势发挥到最大，对网络中各协同作战单元的资源进行聚合发挥整体的作战效能，从而获得体系对抗优势。近年来，以美国为代表的军事强国积极推进协同作战系统的发展，不断加大资金和技术投入，推动相关项目的飞行试验及技术验证，其协同作战系统呈现出体系化、自主化、分布化的发展趋势。在美国军方主导下，美国各大军工集团和高校开发的协同作战系统呈现出分布化、低成本的发展趋势。通过协同作战技术能够将单个系统复杂、造价昂贵、功能齐全的作战平台“化整为零”，分散到大量低成本、功能单的作战平台中，通过大量异构、异型的个体来实现原来复杂的系统功能，实现功能和性能的统一。协同作战群体具有“无中心”和“自主协同”的特性，部分个体失去作战能力不影响其整体性能的发挥，通过体系生存率的方式提高其抗毁伤能力。典型代表项目有“小精灵”项目、低成本无人机集群技术项目、“山鹑”项目等。

信息融合技术主要包括：（1）时间空间配准技术，涉及基于联邦滤波器或变尺度系统理论的时空配准技术，基于最小二乘配准法和内捅，外推算法的时间配准技术；（2）融合算法模型构造技术，涉及到直接融合变维滤波结构、基于MSP-DAF的融合结构及基于IMM - PDA的融合结；（3）精确导航定位技术。

2.4 任务决策多智能体建模技术

多智能体建模技术是实现任务决策的可行方法。为了描述协同作战过程中的信息组织形式和传递流程，需要构建多智能体结构框架及数学模型，即基于多智能体的行为特征和构造方式，从多平台协同系统和单个火控平台两个方面建立多智能体结构框架每各个平台内部的各个功能模块为智能体组成第二层多智能体结构，一个可行的任务决策多智能体模型结构，由各个平台为智能体组成第一层多智能体（指定其中一个平台为主，其他平台为从），任务决策多智能体模型结构涉及的关键技术有：（1）多层多智能结构模型优化技术；（2）控制Agent、决策Agent和功能AgenL构造技术；（3）参数耦合关系确定技术等。

2.5 火力协同技术

火力协同是多平台协同作战中最核心的功能体现，是指在攻击阶段，网络化火控系统的各种武器平台在火控网中心（可以是其中任一武器平台担任）的统一指挥下，分工合作、互相支援、密切协同，使用各自的武器，以合理的火力分配，合适的攻击手段，有效地消灭敌机，保存自己。要实现协同作战必须解决多传感器数据融合、多机通讯与数据共享、目标识别、战术决策与火控解算等技术问题。火力协同的关键技术有：（1）一体化攻防技术；（2）在单一武器平台作战能力基础上，面向任务的不同武器平台单元的综合火力配置技术；（3）协同攻击计划制定与决策技术；（4）攻击任务和目标分配技术；（5）分时序、分层次火力交战模型及最佳火力分配技术；（6）多目标攻击与火控解算技术。

2.6 作战效能评估与仿真技术

舰船武器平台协同作战与单平台作战的关键区别是上升为体系作战。作战效能评估与仿真关键技术有：（1）协同作战性能评估指标体系匹配技术；（2）效能评估方法（解析型的兰彻斯特方程方法、经验型的指数优选技术方法以及计算机仿真方法）综合技术；（3）组合仿真建模技术；（4）计算机模拟环境建立与优化技术；（5）性能评估结果置信度建立技术。