一体化防空协同组网作战研究

赖文星，王创维，顾村锋，张 青，徐勇勤，贾 军

（上海机电工程研究所，上海 201109）

0 引 言

一体化防空协同组网作战是指构建无缝连接传感器、指控系统、拦截器的一体化火控网络，形成可灵活重构的跨域组网作战架构，改变武器装备间“烟囱式”信息孤岛模式，克服原有预警监视系统与火力拦截系统在互联互通方面的限制，建立战场统一空情态势，实现防空反导作战资源一体化管理和任务分配［1］，缩短指挥决策时间，并按照作战需求、战场情况动态灵活地选择搭配传感器、拦截器，形成最佳一体化防空作战方案，提供高精度、全时段、全天候、全高度的空天防御能力。

其核心内容主要为：一是构建基于自适应重构的一体化防空网络架构，打破了各型装备“弹”、“站”、“架”一体捆绑的武器结构，通过网络物理和协议层面的紧耦合实现一体化作战；二是建立高速可靠安全的一体化火控网络，采用模块化标准化通用化的方法将各个探测装备、制导装置、指控系统、交战平台作为独立节点接入信息网络中并进行高效综合利用，实现指控系统与传感器、拦截器的紧密耦合交链；三是将各型传感器通过组网，最大限度地发挥各传感器的有效性，在交战空间内保持对来袭目标连续、准确和实时的探测跟踪，并融合生成单一的空情和交战态势图；四是通过一体化智能指挥控制算法，动态灵活调用各型传感器、拦截器，实现三角定位、协同跟踪、距离信息支援、外部制导信息、协同制导等，大幅提高防空体系的作战效能、生存能力以及抗毁伤能力。

1 国外研究现状

美国在冷战后期开始发展的协同交战能力（Cooperative Engagement Capability，CEC），是一种革命性的高速、高频宽数位数据传输网络，能汇集舰队中多艘舰艇与预警机的雷达并一同运算处理形成高精度的单一战场态势图像，并进行跨平台的防空交战。CEC实现了武器平台之间的目标信息共享，分布处理的共享信息能够直接提供给本平台的武器系统和指控系统使用［2］，具备航迹合成和识别功能，但存在重量和体积较大、适装平台受限、对网络传输频宽与更新速率要求过高的缺陷。

美国海军一体化火控-防空（Naval Integrated Fire Control-Counter Air，NIFC-CA）是基于动态分布式作战模式提出的概念性、探索性研究项目之一，旨在支撑分布式作战模式和基础能力的发展，重点是发展协同探测、协同定位、协同攻击以及支撑网络等技术，实现动态分布的闭环杀伤链功能［3］。核心思想是通过增强各武器平台之间的联系，构建完整的战场态势感知和目标协同定位，提升体系综合作战能力。NIFC-CA实现了传感器网、火控网、武器网的三网合一，目前正在进行多级复杂系统集成试验。

联合对地攻击巡航导弹防御空中网络传感器计划（Joint Land Attack Cruise Missile Defense Elevated Netted Sensor，JLENS）是美国提出的一项低成本巡航导弹监视与跟踪系统，通过对来袭巡航导弹提供超视距探测、识别和跟踪，为防空系统提供足够的预警时间，然后发射拦截武器对其实施攻击和摧毁。JLENS主要由气球本体、系链电缆、系留系统、地面处理站组成，可作战网络提供持久的360°超越地平线预警监视能力［4］，能够提前发现低空突防的巡航导弹、无人机、战斗机或几百公里内的地面/海面目标。作为实现防空反导体系超视距拦截的关键装备之一，JLENS可与SLAMRAAM、爱国者-3、标准导弹、MEADS等多种防空反导系统协同工作，最大限度地拓展了陆基和舰载防空反导装备的作战空域。JLENS气球的研制费用超过了20亿美元，最终因陆军经费削减而放弃实战部署。

一体化防空反导作战指挥系统（Integrated air and missile defense Battle Command System，IBCS）是美国陆军一体化防空反导能力建设的关键一步，旨在将现役和在研的多种防空系统整合为一体化防空反导网络，以克服武器系统在传感器方面受到的限制［5］，从而实现防空反导武器系统效能的最大化和整个大系统的最优化。IBCS在2018年具备初始作战能力，实现了PAC-2/3“爱国者”系统和“哨兵”防空雷达的一体化作战，未来计划与THAAD反导系统实现互联互通互操作。总之，美国在网络中心战和分布式防御等作战概念的指导下［4］，各军兵种正在开展多个一体化防空反导组网作战系统研制试验。

图1 美军一体化防空反导作战概念Fig.1 Concept of U.S.air defense and anti-missile operation

2 一体化防空组网作战

一体化防空组网作战通过构建可自适应重构的组网架构，对软硬件模块化和标准化设计，采用一体化火控网络集成各型作战资源，实现分布式无中心指控系统与传感器、拦截器的紧耦合交链。

1）自适应动态组网架构

构建基于自适应重构的一体化防空组网架构，打破了各型装备“弹”、“站”、“架”一体捆绑的武器结构，通过网络物理和协议层面的紧耦合实现一体化作战。一体化防空反导组网架构需要具备重构机制，自适应组织可用的作战资源，形成新的杀伤链网络［6］，保证防空反导体系中各装备在网络结构变化条件下能够可靠、稳定地保持互联互通互操作特性。

2）一体化火控网络

一体化火控网络是自组织、自配置和自愈合的综合火控网络，采用企业集成总线架构和发布订阅机制实现指控中心与作战资源紧耦合交链。传统防空反导作战资源采用星型网络集成模式，能够实现协同制导网络化作战，但不同类型防空反导武器系统仅能形成一种松耦合的混编组网作战。一体化火控网络将传统星型网络集成模式改为开放式综合总线的网络模型。网络节点采用订阅分发机制，通过开放式的综合总线实现互联，能够有效解决通信带宽随组网节点的增加呈指数增长的问题。企业综合总线的网络模型从顶向下依次包括顶层的应用层、中间的服务层和传输层、底层的标准层。在这种模式下，各单元通过信息总线并采用订阅分发机制实现互联，而非直接通过相互之间的接口进行信息的完全共享。通过这种基于服务的分层架构，实现不同类型防空反导作战资源的紧耦合交链。

3）分布式无中心指控系统

分布式无中心指控系统采用“扁平式”结构代替树状结构，依靠一体化火控网络连接所有网络节点，不仅依赖于高速数据传输技术，还需构建防空反导一体化指挥决策标准体系，提供系统互联、信息互通、功能互操作的关系准则和技术标准，确保系统集成作战能力的高效生成［7］，具体包括：明确功能及功能实体、确定功能实体之间的信息流、定义功能实体之间的互连接口、确定所遵循的技术标准和协议等；设计防空反导一体化指挥决策模型算法、作战过程、信息流程、信息交互协议和工作逻辑等；针对防空作战复杂性和反导作战时敏性，指控系统需具备自动化、智能化的辅助决策支持能力。

4）作战资源入网作战

传感器、拦截器等作战资源主要通过打破武器系统限制由射频接入节点直接入网作战、按火力单元的形式成建制入网作战等方式接入一体化火控网络，实现一体化防空智能组网作战。作战资源通过集成网络路由、中继和服务器等组件，实现传感器、雷达、发射模块的标准化和模块化，并采用通用界面，以适应防空反导技术升级和系统后续发展。

3 作战能力、样式及典型场景

3.1 作战能力

一体化防空协同组网作战可获得完整、精确的周边空情态势图，灵活动态调整传感器与拦截器的搭配，降低系统观察、判断、决策、行动（OODA）反应时间，大幅提升防空反导体系作战效能，具备目标指示能力、超地平线拦截能力、网络化协同交战和远程拦截能力。

1）形成统一空情态势

一体化防空协同组网作战将各个预警探测节点的数据融合成单一整合空中图像，实现对空袭目标的尽早先行提示和精确复合跟踪，并将目标信息分发到相关作战节点，实现对空袭目标的早期精确提示，降低OODA时间，提高对隐身目标的探测概率，增强抗反辐射导弹打击能力。

2）实现防空反导一体化作战能力

通过一体化火控网络集成各类防空反导作战资源，打破各型武器装备“烟囱式”信息孤岛模式限制，按照智能指控算法生成效能最大的作战方案，动态连接传感器和拦截器执行作战任务，实现防空反导作战资源的一体化管理和智能任务分配，形成防空反导一体化作战能力。

3）显著增强现有防御装备的网络化作战能力

增强不同种类装备之间的互连互操作网络化作战能力，扩大装备作战范围，提供更大战术灵活性［8］，实现制导信息支援、协同制导、异地制导、接力制导和跨地平线拦截等，大幅提升反超低空能力、抗饱和攻击能力。

4）实现全域多层拦截能力

不同军种的传感器、指控系统、拦截器等独立运行、各自为战，影响整体作战效能。通过一体化防空协同组网作战，构建一体化全域多层空天防御作战体系，提高立体多层拦截作战能力，增强体系重组和抗毁能力，提升复杂电磁环境下的拦截能力。

3.2 作战样式

1）协同探测指示

不同体制的搜索雷达构成联合探测网络，依据智能组网算法对目标进行搜索、发现，实现多站资源共享，保证对制导雷达进行稳定有效的目标指示，提高对隐身目标的探测能力和对抗反辐射导弹攻击的能力。

2）协同跟踪识别

不同体制、不同频段、不同功能、不同空间部署的传感器，通过三角定位、交叉定位、信息支援、数据融合处理等，得到满足精度要求、连续稳定的目标航迹［9］，用于射击诸元计算、导弹参数装订、制导指令形成，提升复杂电磁环境下的抗干扰作战能力。

3）协同制导拦截

包括异地制导、分段制导、制导信息支援、接力制导、异地火控，实现跨地平线远距离反超低空、一体化分段多层反导、协同反隐身反集群等新型网络化协同拦截样式，提升防空反导体系实战能力。

3.3 典型场景

3.3.1 跨地平线隔远交战

借助预警机、无人机、浮空器等空中监视与跟踪系统，可大幅提高拦截超低空目标的拦截距离和拦截次数，实现在复杂地形条件下跨地平线超视距隔远拦截。其作战流程如下：

1）空中监视与跟踪系统将发现的超低空突防目标信息发送至一体化火控网络，其他传感器根据目标指示信息进行搜索跟踪；

2）指控中心根据来袭目标数量、类型、速度、方向等和拦截器的系统状况、战技指标、部署位置等，智能生成防空效能最大化的拦截方案［10］，通过一体化火控网络灵活动态搭配传感器与拦截器进行组网作战；

3）远程防空导弹武器系统并未发现目标，而是通过一体化火控网络获得火控级精确目标信息，并发射远程防空导弹，实现“未发现可发射”；

4）远程防空导弹采用高抛弹道，避开地球曲率和地形遮蔽角影响，飞行中段由本级平台或者其他平台进行引导，直至导弹导引头开机锁定目标并进行自主攻击，实现跨地平线隔远交战。

图2 跨地平线隔远交战场景示意图Fig.2 Scene of long distance engagement across horizon

3.3.2 跨作战单元网络化协同交战

通过一体化火控网络，实现不同作战单元之间互联互通互操作，提高强电磁干扰作战环境下的抗干扰能力和抗摧毁能力。作战流程如下：

1）强电磁干扰作战环境中，各型传感器将探测目标信息发送至一体化火控网络，通过三角定位、交叉定位、数据融合等技术途径消除虚假目标数据，生成整合单一的防空态势图像；

2）当某一作战单元的雷达被严重干扰而无法正常工作或者面临敌方反辐射导弹锁定攻击而被迫关机自保时，指控中心打破原有火力单元之间的限制，根据战场态势建立该作战单元导弹发射架与其他作战单元雷达之间的联系，由其他作战单元的雷达照射目标并引导防空导弹击毁目标，实现协同制导［11］。

图3 跨作战单元协同交战示意图Fig.3 Scene of cooperative engagement across combat units

4 关键技术

4.1 一体化智能动态组网作战技术

一体化防空反导组网作战需要智能自适应并组织可用的作战资源，形成新的作战网络，实现防空反导体系中各装备在网络结构变化条件下的互联互通互操作［12］。采用智能自适应重构策略和机制，建立高效、安全的网络，需解决网络拓扑结构、节点类型与数量分析、网络信息存储与流量分析、网络选型原则可靠性安全性分析、网络接口选型原则与现有非规范设备入网适配器研制、网络入网准则的规划和制订等问题。通过一体化信息系统异构数据链互联与协同技术、基于业务数据量的自适应传输技术、自组网数据链动态随机接入技术等，实现不同平台之间的互联互通和高实时高精度数据传输要求。

4.2 需求驱动的智能任务规划与控制技术

采用基于作战需求的可重构任务规划与控制、作战节点动态随遇接入等技术，实现对分布在不同地域的拦截器和传感器的智能指挥控制。利用预警探测网络提供的目标数据，进行威胁综合判断，确定目标威胁程度和等级；根据作战规则和作战资源为目标智能分配跟踪制导雷达和火力发射节点；根据目标拦截效果，对各作战节点进行动态调整、网络管理以及任务交接等。

4.3 火力拦截装备协同制导信息共享技术

将部署在不同位置的不同频段红外、光学、雷达等体制的多种传感器，通过三角定位、交叉定位、距离信息支援和多源异构信息融合等方法，建立统一单一的战场空情态势，获得高实时高精度的标准化目标数据，实现异地制导、分段制导、信息支援、接力制导等协同拦截模式，提高装备体系的网络化防空效能、生存能力以及抗毁伤性能［13］。

5 结束语

一体化防空协同组网作战构建了跨体制、多平台、模块化的一体化防空反导网络架构，分布式指控系统通过一体化火控网络与传感器、拦截器无缝连接，实现统一战场空情态势、防空反导作战资源一体化管理和任务分配。针对不同威胁场景，智能生成预警探测、跟踪制导和火力拦截的最佳方案，动态灵活搭配传感器、拦截器进行一体化防空反导作战，实现制导信息支援、协同制导、异地制导、接力制导、跨地平线拦截等网络化作战能力，为构建一体化空天防御体系提供有益探讨和思考。