美军协同交战系统的发展启示*

2021-07-28赵东伟

电讯技术 2021年7期

李洁，罗军，马艳，赵东伟

(海军研究院，北京 100036)

0 引言

复杂的作战环境、多变的作战对象、灵活的作战样式、日益增强的武器打击能力，对现代战场作战带来了日益严峻的挑战。单装作战、单兵力作战甚至单系统作战，已无力应对全域、全维度立体打击的威胁。协同作战是应对上述挑战的有效手段，是未来体系化作战的必然趋势[1-3]。协同，是指两个或两个以上资源或者个体相互配合，协调一致地完成某一目标的行为或能力。协同探测，是两个或两个以上探测资源相互配合，协调一致地完成目标探测任务[4-5]。协同交战，是基于协同探测，将编队内各节点相互配合，协调一致地合力完成导引解算、交战控制、导引中继、终端照射等武器打击火控流程[6]。协同具有以下特点：

一是平台分布式。参与协同的传感器和武器系统分布于不同的舰艇和飞机等运动平台，包括同型、异型等，平台分布于视距内或视距外。

二是资源可重组。面向任务，协同系统以任务为中心、以作战效能最优为原则实现探测资源、火力资源动态重组。

三是控制自适应。信息处理与控制过程与环境、目标信息相匹配，根据获得的环境和目标信息，采用实时的控制方式，对信息处理和火力分配进行动态调整，提升作战效能。

四是协同多层次。可在多个层次上进行信息交换和信息综合处理,可满足不同层次作战任务需求[7]。

从概念上分析，协同作战相比单传感器信息获取、单兵独立作战存在以下优势：

一是能量积累优势。无论是现代化海战中应对隐身目标威胁，还是反电磁压制，终究归结为能量的对抗。通过协同将传感器资源综合应用、能量积累，能够提升隐身目标探测能力和复杂环境下目标探测能力。

二是空间分布式优势。通过空间角度积累得益，以及不同作战单元分布式部署形成的体系对抗能力，能够提升整体作战效能[8]。

三是资源灵活配置优势。根据目标、环境和战术使用，自适应调整资源配置，能够提升从目标发现-目标跟踪-火力分配-火力打击全流程资源利用效率。

四是火力快速分配优势。通过协同，形成全空域、高质量、快速及时的预警探测和武器信息保障态势，能够提升应对多方位饱和攻击的火力快速分配和反应能力。

美军在协同交战系统研究、研制、部署和使用方面，均走在世界的前列。本文从研究美军协同交战系统出发，分析其特点，总结其发展建设对未来协同交战系统的启示。

1 美军协同交战系统发展历程和典型系统

1.1 初步开展协同交战概念研究

为了应对反舰导弹对海上编队的威胁，美国海军于20世纪70年代第一次提出了协同作战的概念。本阶段的典型系统为战斗群防空协同(Battle Group Anti-Air Warfare Coordination,BGAAWC)计划，于1975年启动，1985年进行了基于搜索的远程跟踪发射(Remote Tracing local of search,RTLOS)试验，利用Link-11数据链转发雷达航迹数据，进行目标拦截协同作战，奠定了协同交战系统发展的基础。

BGAAWC计划在1991年“沙漠风暴”行动后演变为海军防空协同技术计划。该计划用于开展协同交战概念研究，通过提供统一防空态势图，对协同作战资源进行高效控制，舰空导弹在空中平台的协同下拦截超视距低空飞行目标。该计划在CG-47“提康德罗加(Ticonderoga)”级巡洋舰上完成RTLOS技术验证试验。通过Link-11数据链进行目标打击数据传输，验证了协同作战的可行性的同时，也暴露了Link-11数据链在带宽、实时性方面不足以满足实际协同作战需求的问题。

在协同交战概念研究阶段，基于数据链带宽和实时性等限制，仅能转发目标航迹等有限探测数据，没有标定时钟的同步，第三方提供的目标航迹信息只能为本舰传感器提供引导，目标截获、跟踪和火力打击只能使用本舰传感器。

1.2 启动协同交战系统装备研制

基于协同交战概念研究阶段的研究基础和实现局限性，美军于1987年启动协同交战能力(Cooperative Engagement Capability,CEC)计划，研制高带宽、低延迟数据链支撑下的协同打击应用系统。1990年，进行了CEC系统原型机的第一次海上试验；1994年，先后进行了发展测试、基于航母战斗群的非作战性基本能力测试、基于航母编队的实际交战测试，均获得了出色的试验结果；1995年，CEC系统开始启动采购计划；1997年,进行了作战测试和评估试验，进一步确认了作战有效性和适用性，但同时暴露出与“宙斯盾”系统、作战指挥系统、战术数据链之间互操作方面存在的问题。经过技术改进，上述问题初步解决。21世纪初，CEC系统完成体系建设，效能得到了充分验证，并开始大量装备驱逐舰、航母、舰载预警机等作战平台。

CEC系统是美国海军研制的用于武器平台之间协同作战的系统。CEC系统通过高速宽带数据链将各协同节点的传感器、指控系统和武器系统等连接，形成无中心分布式网络，实现网络内传感器和武器系统资源和信息共享[9-10]，支持识别监视、精确提示和协同交战。系统内任一作战或探测平台均可获取由所有节点的传感器原始数据融合形成的目标统一态势图，每一个作战或探测平台称为协同单元(Cooperative Unit，CU)。协同单元由三部分组成：协同作战处理机(Cooperative Engagement Processor，CEP)、数据分发系统(Data Distribute System,DDS)、系统集成接口。CEC系统组成如图1所示。CEC系统采用开放式架构，支持网络自组织和用户随机接入。其中，CEP是CEC系统的核心处理系统，用于处理本平台和系统内所有节点获取的目标数据；DDS将系统内所有节点传感器和武器系统联网，在传感器之间近乎实时的共享目标数据，所有节点获得关于目标的一致信息，经各节点目标解算、威胁判断、火力分配，对目标实施最有效的拦截。

图1 CEC系统组成

1.3 持续开展技术和体制深化改进

为了进一步拓展协同作战范围，美军在提出协同交战概念后，陆续开展了协同探测、协同打击等能力系统的研究，并开展相关装备研制和试验验证，为持续提升协同交战能力提供技术支撑。

在协同探测方面，为了解决CEC系统中对隐身目标的探测问题，美国海军研究局(Office of Naval Research，ONR)于2011年开展了协同网络化雷达项目，使用多部AN/SPY-1雷达在单频点上同时发射长脉冲，同时接收后对本舰及他舰脉冲回波进行相参、非相参积累，通过多个舰船平台的原始数据联合检测与航迹数据融合处理，提升隐身目标探测能力。同时，采用了NP两步检测法解决协同探测带来的共享数据带宽瓶颈问题。结果表明，针对SWⅡ类型目标，4部AN/SPY-1雷达协同探测获得12 dB的总增益，是2部雷达情况下获得增益的2倍。

在协同打击方面，为有效利用编队内各传感器、指控系统、武器系统等作战资源，美国海军于2005年提出综合火控概念(Integrated Fire Control，IFC)计划，将传感器、武器系统、指控系统之间的固定关系解耦，基于任务实现资源动态组合，形成最优虚拟作战单元，扩大防空反导作战范围，提高资源使用效率和体系作战效能。IFC系统中，导弹武器系统可以利用本舰或他舰传感器信息完成目标指示和火力制导。

为提高多平台、多系统间的协同作战能力，目前美海军正在重点开展海军一体化防空火控系统(Naval Integrated Fire Control-Counter Air,NIFC-CA)能力建设。该系统的研究始于2000年左右，基于CEC、TTNT等数据链技术，接入航母驱护编队、预警机、战斗机、电子战飞机、无人侦察打击系统、无人战斗机等陆海空天作战平台传感器系统、电子战系统、武器系统，实现传感器、火控、武器三网合一，构建编队内分布式探测-跟踪-火控-打击的防空拦截链，扩展单舰防御范围，并基于多平台协同探测、协同指挥、协同制导等手段，实现陆海空天协同作战和超视距防空作战能力。该系统也标志着美海军编队网络化协同防空作战体系更趋完善。根据规划，NIFC-CA将首先配置于航母战斗群，未来将在美海军全面推广。

2 美军新型协同交战系统NIFC-CA

为有效应对潜在对手不断发展的反进入/区域拒止(Anti-Access/Area Denial，A2/AD)威胁，美国海军近年来开展NIFC-CA能力建设，将新的传感器、先进数据网络、中远程防空反导武器集成为一体，在更广阔的战场空间构建打击网络，实现对飞机和巡航导弹的内陆纵深防御能力。NIFC-CA系统是CEC系统的进一步延伸与拓展，其实现的功能包括传感器组网、复合跟踪与识别、自动化决策、分布式资源管理、协同作战规划与动态重规划、分散作战资源的协同运用等。

NIFC-CA采用系统之系统(System of Systems,SoS)的体系架构，在CEC、E-2D预警机、“宙斯盾”系统和“标准-6”导弹等已有技术与装备基础上，引入CMN-4、CTN、TTNT、MADL、Link-16等多种战术数据链，形成了异构、分层次的一体化网络体系架构，提供更多的节点接入能力，并基于协同探测、协同指控、协同打击，构建预警-跟踪-通信-指控-打击的动态分布式杀伤链，实现编队协同作战，提升体系综合作战能力。

表1所示为NIFC-CA项目在不同时间段的进展情况，可以看出NIFC-CA系统随着军方提出的新要求，其集成域不断迭代更新，逐渐囊括了四代机、电子战飞机和无人机等多型装备，具备多平台协同作战、组网协同探测和多组网构型等特征。

表1 NIFC-CA项目在不同时间段的进展情况

NIFC-CA通过体系扩容、动态集成，不断吸收新型装备作为体系节点，持续丰富功能和使用规程，实现海军一体化防空火控能力，提升作战空间的态势感知及打击范围，形成海上杀伤链(From-The-Sea,FTS)、空中杀伤链(From-The-Air,FTA)和陆上杀伤链(From-The-Land,FTL)共三条杀伤链。NIFC-CA系统的典型构成见图2，主要包括空中作战平台、海上作战平台、陆基作战平台、作战网络、武器系统等。

图2 NIFC-CA系统典型构成

NIFC-CA体系中空中作战平台主要包括预警机、战斗机、电子战飞机等多型机种，分别承担预警探测、空中拦截以及电子干扰等多种任务，是体系中的武器库、主要攻击平台和重要数据源提供者，可跟踪监视目标，为飞机或舰艇平台发射远程拦截导弹提供目标引导，面对高威胁时也可以对导弹进行末制导，并可生成通用战场态势，与体系其他节点实现信息共享，拓展NIFC-CA的体系感知范围，满足NIFC-CA体系中探测、打击、指控、电子战等多种作战任务需求。典型空中平台包括E-2D预警机、F-35战斗机、F-18战斗机以及EA-18G电子战飞机等。

NIFC-CA体系中海上作战平台主要包括“宙斯盾”舰和航空母舰，是体系的重点探测打击平台和主要舰载机承载平台。目前美国主要装备“宙斯盾”系统的战舰为“提康德罗加”级巡洋舰和“阿利·伯克(Arleigh Burke)”级驱逐舰，“宙斯盾”系统主要承担对空探测跟踪、复合跟踪与识别、协同打击指挥与控制、标准系列导弹发射与制导等任务，是NIFC-CA体系的关键节点。航空母舰主要作为舰载机的起飞降落平台，是航母编队的控制和管理中心。

NIFC-CA体系目前整合的陆基平台主要包括TPS-59及G/ATOR地面雷达，主要负责对空探测。TPS-59雷达是世界上第一种全固态战术三坐标雷达，其主要任务是对战术空域进行远程监视，也可用来完成地面控制拦截敌机和空中交通管制任务。G/ATOR陆基/空中任务定向雷达是一种S频段3D 多功能有源相控阵雷达，可探测无人机、吸气式目标等，采用开放式、可扩展架构，可通过软件升级增加系统功能。G/ATOR的多种网络功能确保了与美国国防部指挥和控制系统的兼容性，是NIFC-CA体系陆基关键探测节点之一。

在作战网络方面，CEC网络早期NIFC-CA系统的“骨干”，将舰-舰、舰-机联系起来。后来随着NIFC-CA系统节点的增多，网络组成越来越复杂，前突作战及大容量数据对网络提出了新的需求，为了将来自同一平台的数据上传到NIFC-CA网络中，在CEC的基础上，融入了Link-16、MADL等通信链路，让整个NIFC-CA网络具备了分层、互联互通和稳健传输等能力。

在武器系统方面，NIFC-CA体系目前已经确定的武器系统主要包括“标准-6”导弹(SM-6)、先进中距空空导弹(Advanced Medium Range Air-to-Air Missile,AMRAAM)和AIM-120D陆基型导弹，具有双向数据链能力，为体系协同制导奠定了基础。

纵观NIFC-CA发展历程，其发展建设及典型应用历经四个主要阶段。

第一阶段，扩展交战区域，构建NIFC-CA初步总体架构。以预警机、远程防空导弹、舰艇作战系统、无人机、战斗机、电子战飞机等平台和装备为基础，形成“分布式探测-跟踪-火控-打击”防空拦截链，构建具备编队协同作战和超视距防空作战能力的总体架构，在时间和空间上扩大防空反导范围，增加编队区域防空反导作战的防御层次和拦截成功率。

第二阶段，形成海上打击SoS，构建海上作战能力。作战舰艇“宙斯盾”系统升级为“基线-9”以后的新系统，配置具备远程/超视距打击能力的“标准-6”导弹。E-2D预警机/JLENS提供战场空间完整的精确、高质量的目标跟踪图像，通过TTNT战术数据链及时下传至“宙斯盾”系统，衔接CEC协同作战能力。

第三阶段，形成海上、空中、陆地打击SoS，深化多域协同作战能力。以E-2D预警机/JLENS、“宙斯盾”系统、“标准-6”导弹及CEC协同数据链形成海上打击SoS，以E-2D、F-18、带主动导引头的120D空空导弹和Link-16数据链形成空中打击SoS，以E-2D预警机/JLENS、通用数据链及通用航空指挥与控制系统(Common Aviation Command & Control System,CAC2S)武控系统形成陆上打击SoS。

第四阶段，构建空海一体SoS，形成网络中心战能力。逐步纳入F-35C、EA-18G、无人机等节点，以E-2D预警机为武器打击的中心节点，获得战场空间高质量精确目标跟踪图像，并通过TTNT等多种战术数据链供各平台共享，供平台超视距或防区外打击(甚至E-2D直接制导)，做到“看到即能打”，形成NIFC-CA完全作战能力。

NIFC-CA系统建设主要涉及三个方面的技术支撑。

一是具备数据融合和分享能力的升空平台。升空平台(E-2D预警机等)将空中飞机、编队舰艇等各种平台的传感器探测数据融合为单一的实时、高质量目标航迹，共享到作战网络中的每个作战单元，为其他平台打击提供“火控级”数据源。

二是采用开放式架构的作战系统。“宙斯盾”系统采用了开放式架构，可接收其他平台的目标数据制导；武器与传感器解耦，可用其他任何传感器(本平台或其他平台)数据进行发射和制导；改进了导弹导引头(如“标准-6”)，为NIFC-CA海上打击形成奠定打击基础。

三是可靠稳健的数据传输网络。平台间具有可传输火控级数据的战术数据链。综合运用TTNT、Link-16/CMN4以及CEC等构成异构、分层次的一体化网络体系，具备建网速度快、动态组网、低延时、大带宽等优势，且抗干扰性能好，冗余度高，是形成NIFC-CA能力的关键支撑。

3 协同交战系统发展趋势

(1)采用开放式体系架构，持续建设，逐步升级

美军采用边建设、边试验、边升级的发展建设模式，从无到有、从小到大、从浅到深，逐步进行体系规模的横向扩展和技术的纵向深化。美国于20世纪70年代开始开展协同作战技术探索，一方面，基于当时雷达技术、网络技术、计算能力等技术基础，建立了CEC系统，从最初基于有限数据传输能力、数据处理能力，具备重点目标等有限探测数据的共享融合能力，逐步发展为基于高速数据传输网络的完整统一态势的协同作战能力；另一方面，从舰舰、舰机协同逐步扩展至作战舰艇、预警机、战斗机、无人机、侦察机、预警气球等多类作战平台，系统规模逐步扩大，体系逐步完善，技术持续深化应用，能力逐步提升。

(2)网络体系架构顶层设计，网络资源统筹规划

随着规模扩展的军事需要及其对体系架构的认识，NIFC-CA采用体系集成的手段，自顶向下开展体系的优化设计，联合CEC形成了异构、分层次的一体化网络体系架构,基于传感器网、火控网、武器网的三网合一，实现了对战斗机、无人机等多类节点的接入支持。

(3)支撑协同能力形成的技术和手段从浅到深、持续改进

随着雷达技术、通信技术、计算能力的发展提升，美军对支撑协同能力形成的网络技术、探测技术同步深化研究，并在协同系统中验证和应用，促进了能力的持续提升。例如在通信网络建设中，在最初CEC专用数据分发系统和Link-16数据链的基础上，通过升级TTNT高速网，实现对时敏目标的快速定位与火控杀伤；通过集成MADL等专用数据链，支持对F35C等新节点的协同作战。基于NIFC-CA的可扩展性，在未来随着FlexDAR(Flexible Distributed Array Radar)项目的发展及其在防空反导雷达(Air and Missile Defense Radar,AMDR)等下一代雷达上的研制应用，以及多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)、协同抗主瓣干扰等协同探测技术从理论到工程应用的研究不断成熟，美国的协同探测能力将持续升级。