基于C4KISR的網絡瞄準系統(tǒng)體系結構研究

李相民， 黎子芬， 代進進， 張鳳霞

(1.海軍航空工程學院，山東煙臺 264001; 2.光電控制技術重點實驗室，河南洛陽 471009)

0 引言

網絡瞄準技術是美軍針對現(xiàn)有的武器裝備和技術在打擊地面活動目標(時間敏感性目標)時，能力方面存在實時性差、精度不高、易造成附帶損傷、己方人員易遭攻擊、作戰(zhàn)費用高等問題而提出的［1］。在文獻［2－3］中，也將其稱為“網絡中心制導技術”。

將過程、系統(tǒng)、技術、戰(zhàn)術結合起來通盤考慮，并將這種在偵察、指控、處理、傳輸與打擊之間實現(xiàn)深層次互聯(lián)的方式稱為“網絡瞄準”［4］。網絡瞄準技術利用廣域空間內的多種傳感器和武器，通過戰(zhàn)術數(shù)據鏈形成傳感器—傳感器和傳感器—武器之間的通信網絡，對時間敏感的、機動或移動目標進行快速地發(fā)現(xiàn)、識別、跟蹤、定位和精確打擊。在網絡瞄準體系中，通過一體化的傳感器指揮控制，使地域分散的多個傳感器協(xié)同工作，生成精確的目標瞄準信息，然后將信息直接發(fā)送給網絡化武器，在武器飛向目標途中，瞄準信息將不斷更新，從而確保精確打擊。

C4KISR系統(tǒng)是以信息網格為中心構建的指揮控制系統(tǒng)，是指控系統(tǒng)與火控系統(tǒng)一體化發(fā)展的產物。“網絡瞄準”是美軍為實現(xiàn)C4KISR而重點開發(fā)的技術［5－6］。

1 作戰(zhàn)想定

基本作戰(zhàn)想定:以基于預警機和干擾機的編隊對地協(xié)同攻擊C4KISR系統(tǒng)為戰(zhàn)場環(huán)境假設。在所假設的作戰(zhàn)環(huán)境中，主要的作戰(zhàn)子單元包括空間衛(wèi)星、空基及地基等傳感器系統(tǒng)、空中指揮所、攻擊機、空地反輻射導彈、干擾機、地面指揮所、地面雷達站、地空導彈陣地、地空導彈等。在空對地作戰(zhàn)中，網絡瞄準技術能有效增大防區(qū)外的發(fā)射距離，減少為摧毀目標所需要的飛機出動架次，因此可以最大程度地減少對機組人員和設備的損傷，同時也就降低了附帶損傷和意外傷害［7］。

2 基于C4KISR的網絡瞄準系統(tǒng)設計的基本原則

基于C4KISR網絡瞄準系統(tǒng)的基本設計原則如下。

1)扁平化的信息共享結構。

信息共享結構是網絡瞄準系統(tǒng)的潛力得以發(fā)揮的基礎。在基于C4KISR的網絡瞄準系統(tǒng)中，各功能節(jié)點之間的信息傳輸是通過網絡實現(xiàn)的。盡量減少節(jié)點之間信息共享的層次，可以有效縮短系統(tǒng)的反應時間，提高作戰(zhàn)效率。在探測系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)和武器系統(tǒng)之間直接實現(xiàn)信息共享，提高戰(zhàn)術層指控節(jié)點的權限，盡量減少需要越級處理的情況，實現(xiàn)信息共享的扁平化。

2)實現(xiàn)“集中指揮”與“分散控制”的平衡。

自“沙漠風暴”以來的幾場主要局部戰(zhàn)爭表明，雖然傳感器、武器以及信息交換技術已經取得了很大的進步，同時在一定程度上縮減了殺傷鏈的執(zhí)行時間，但所采用的指揮控制方式仍然是造成殺傷鏈顯著延遲的主要因素［8］。圖 1［9］所示“沙漠風暴”、“科索沃戰(zhàn)爭”和“持久自由行動”這3場局部戰(zhàn)爭中，搜索、定位、識別、決策和攻擊5個階段所構成的殺傷鏈中各階段所占用時間比的變化情況。可以看出，隨著裝備技術的發(fā)展，決策階段所占的時間比重越來越大。

圖1 網絡瞄準殺傷鏈中各階段所占時間比重變化示意圖Fig.1 Relative networked targeting timelines in Desert Storm，Allied Force and Enduring Freedom

在基于C4KISR的網絡瞄準系統(tǒng)中，各作戰(zhàn)節(jié)點在地理位置上是分散的，節(jié)點之間的指揮關系呈現(xiàn)動態(tài)特征。準確把握好“集中指揮”與“分散控制”之間的平衡是發(fā)揮網絡瞄準系統(tǒng)潛力的關鍵;過度的“集中”會導致戰(zhàn)機延誤，并增加潛在的附帶損傷，過度的“分散”會增加整個戰(zhàn)場中戰(zhàn)術錯誤的風險。合理分配各級決策層的權限，盡量減少決策的層次是縮短導致“決策”時間的有效途徑。

3)系統(tǒng)反應時間最小化。

“時延”是實現(xiàn)網絡瞄準技術的決定性因素。可以說，針對網絡瞄準技術的各方面研究都與傳感器—武器循環(huán)周期的長短有關。美國空軍所提出的目標是:在10 min之內完成從發(fā)現(xiàn)到摧毀時間敏感性目標的全過程［10］。系統(tǒng)反應時間存在多方面的影響因素，包括:武器裝備的性能、參戰(zhàn)人員的綜合素質、作戰(zhàn)原則、指揮控制方式、通信延遲等。突出發(fā)展主要因素，協(xié)調多種因素的全面發(fā)展，才能有效縮短系統(tǒng)的反應時間。

4)無縫隙、安全可靠的互操作性。

互操作是實現(xiàn)系統(tǒng)間協(xié)同的有效形式，它使系統(tǒng)間及時而連貫地實現(xiàn)資源共享［11］。無縫隙的、安全可靠的互操作才能使網絡瞄準系統(tǒng)成為一個整體，各分系統(tǒng)之間相互提供一致的服務支持，并有效地協(xié)同工作。功能節(jié)點之間的信息交互是互操作性的關鍵。數(shù)據是表達信息的媒介。因此，數(shù)據屬性可理以解為獲得系統(tǒng)互操作性最關鍵的方面［12］。實現(xiàn)數(shù)據接口的統(tǒng)一對于基于C4KISR的網絡瞄準系統(tǒng)來說是至關重要的，同時也意味著功能節(jié)點之間能實現(xiàn)無縫隙的、安全可靠的作戰(zhàn)互操作。

5)功能節(jié)點之間快速便捷的自組網。

基于C4KISR的網絡瞄準作戰(zhàn)系統(tǒng)需要較高的靈活性和抗毀性，網絡規(guī)模也能根據作戰(zhàn)任務的需要方便快捷地自由組織。近年來，Ad Hoc網絡技術受到了廣泛的關注。Ad Hoc網絡是一組帶有無線收發(fā)裝置的移動終端組成的多跳臨時性自治系統(tǒng)，移動終端具有路由功能，可通過無線連接構成任意的網絡拓撲結構，能夠在沒有固定基站的地方進行通信［13］。Ad Hoc網絡的無中心網絡的自組性、動態(tài)變化的拓撲結構、網絡的分布式控制等特征使之脫穎而出，受到各國軍方的廣泛關注。美國國防高級研究計劃局已于2005年2月公布新的戰(zhàn)略規(guī)劃，其中將Ad Hoc等新型網絡技術列為重點研究內容［1］。為了實現(xiàn)各功能節(jié)點的自由進出，從而增強作戰(zhàn)指揮、情報通信和武器的控制能力，應積極開發(fā)靈活組網的數(shù)據鏈技術，為最終實現(xiàn)網絡瞄準技術提供保障。

3 基于C4KISR的網絡瞄準系統(tǒng)的體系結構及各功能節(jié)點的交互關系

3.1 基于C4KISR的網絡瞄準系統(tǒng)的邏輯結構模型

圖2 網絡瞄準系統(tǒng)的邏輯結構模型示意圖Fig.2 Logical model of networked targeting system

網絡中心戰(zhàn)作為一種新的作戰(zhàn)概念，在不同背景下的具體實現(xiàn)和應用不盡相同。基于C4KISR的網絡瞄準是網絡中心戰(zhàn)的一種表現(xiàn)形式，如圖2所示，關于網絡中心戰(zhàn)的邏輯模型［14］同樣適用于理解基于C4KISR的網絡瞄準系統(tǒng)的邏輯結構。

基于C4KISR的網絡瞄準系統(tǒng)在邏輯上由信息網格、傳感器網格和交戰(zhàn)網格3層結構組成。信息網格可以看成是整個系統(tǒng)的后連線板，是傳感器網格和交戰(zhàn)網格得以充分發(fā)揮各自效能的基礎。傳感器網格可視為安裝在信息網格上的傳感器外設及應用，它能快速生成整個戰(zhàn)場環(huán)境的同步態(tài)勢信息;交戰(zhàn)網格可視為在信息網格上進行操作的發(fā)射設備及應用，它借助于信息網格，充分利用傳感器網格提供的戰(zhàn)場態(tài)勢，使整個系統(tǒng)發(fā)揮出更強的作戰(zhàn)能力。

網絡瞄準系統(tǒng)所具備網絡化的作戰(zhàn)結構可提高信息共享水平，增強態(tài)勢感知能力，加快指揮決策速度，實現(xiàn)作戰(zhàn)協(xié)同，增強響應能力、殺傷能力和生存能力，從而極大提高作戰(zhàn)效能，縮短戰(zhàn)爭進程［15］。

3.2 基于C4KISR網絡瞄準系統(tǒng)中各節(jié)點之間的交互關系

從功能上，將網絡瞄準系統(tǒng)劃分為作戰(zhàn)決策節(jié)點、武器控制節(jié)點、制導節(jié)點、探測跟蹤節(jié)點以及武器節(jié)點。指控系統(tǒng)是各作戰(zhàn)分系統(tǒng)的核心組成部分，為了更清楚地說明網絡瞄準系統(tǒng)中各功能節(jié)點之間的信息走向關系，將指控網格從圖2中的3層網格中獨立出來進行分析。圖3中，信息網格的作用具體體現(xiàn)在各層網格及功能節(jié)點之間的關系上，圖中不再作具體演示。

圖3 網絡瞄準系統(tǒng)中的功能節(jié)點關系示意圖Fig.3 Relation model of function nodes of networked targeting system

1)傳感器網的組成和功能。

傳感器網絡是整個作戰(zhàn)系統(tǒng)的“眼睛”，是發(fā)現(xiàn)目標、獲取目標信息、進行目標定位的手段。傳感器網內的探測跟蹤節(jié)點還可細分為搜索節(jié)點、定位節(jié)點和識別節(jié)點。這3類節(jié)點的關系如圖4所示。

圖4 傳感器網功能節(jié)點關系圖Fig.4 Relation model of function nodes of sensor grid

在圖4中，搜索節(jié)點和定位節(jié)點的功能可集中于一個傳感器中，這兩種功能可由這種傳感器同時完成，如主動探測器。搜索節(jié)點和目標識別節(jié)點的功能也可集中于一個傳感器中，同樣，這兩種功能也可由這種傳感器同時完成，如無源傳感器。最后，將由搜索、識別和定位功能獲取的目標數(shù)據進行融合，即進行數(shù)據融合，從而獲得所需要的戰(zhàn)場態(tài)勢信息。傳感器網中各節(jié)點的功能具體如表1所示。

在所假設的編隊對地的作戰(zhàn)環(huán)境下，對基于C4KISR的網絡瞄準系統(tǒng)來說，在獲取目標信息的過程中，充分運用天基、空基和地基等多種傳感器平臺協(xié)同工作，不但能在獲取移動目標全維信息的同時縮短目標信息的獲取時間，而且能克服單個傳感器的缺點生成更高精度的數(shù)據信息，實現(xiàn)1+1＞2的效果。

2)指揮控制網的組成和功能。

指揮控制網是整個網絡瞄準系統(tǒng)的“神經中樞”，是獲取戰(zhàn)場主動權的重要因素，是傳感器網和交戰(zhàn)網協(xié)調有序運作的支柱。各節(jié)點功能具體如表2所示。

在編隊對地的網絡瞄準系統(tǒng)中，指揮控制網由各級指控中心組成，每個指控中心視為一個指控節(jié)點。根據C4KISR系統(tǒng)的“集中指揮，分散控制”的基本原則，將指揮控制網的節(jié)點從功能上分為兩類:作戰(zhàn)決策節(jié)點和武器控制節(jié)點。作戰(zhàn)決策節(jié)點側重于掌握源自于戰(zhàn)略、戰(zhàn)役和戰(zhàn)術偵察衛(wèi)星、高空偵察機、空中預警系統(tǒng)等分布在全方位的傳感器節(jié)點獲取的總的空情、態(tài)勢，確定作戰(zhàn)原則，分配作戰(zhàn)任務。武器控制節(jié)點由各攻擊機的火控系統(tǒng)組成，主要包括火控計算分系統(tǒng)、空地導彈發(fā)射系統(tǒng)等，側重于作戰(zhàn)任務的執(zhí)行控制。

3)武器網的組成和功能。

在過去的50多年里，制導武器的使用已改變了空地作戰(zhàn)的形式［6］。基于 C4KISR的網絡瞄準系統(tǒng)中的武器網主要由武器節(jié)點組成，即各類型的空地精確制導導彈，其主要功能就是根據制導節(jié)點提供的目標瞄準信息與目標交戰(zhàn)，直接摧毀敵方目標。

表1 傳感器網節(jié)點功能Table 1 Function nodes of sensor grid

表2 指控網節(jié)點功能Table 2 Function nodes of C2grid

4 基于C4KISR的網絡瞄準系統(tǒng)的作戰(zhàn)過程

基于C4KISR的網絡瞄準系統(tǒng)的作戰(zhàn)流程如圖5所示。

圖5 網絡瞄準系統(tǒng)作戰(zhàn)過程示意圖Fig.5 Operational procedure of networked targeting system

網絡瞄準系統(tǒng)的作戰(zhàn)過程現(xiàn)在被定義為6個階段，包括:搜索、定位、跟蹤、決策、交戰(zhàn)和評估［9，16］。該系統(tǒng)的整個作戰(zhàn)過程都是以C2節(jié)點的指導和所指定的優(yōu)先權限為依據。在搜索階段，目標搜索指示系統(tǒng)在戰(zhàn)區(qū)內對目標進行搜索、探測。在定位階段，網絡瞄準系統(tǒng)根據搜索階段提供的信息，聚焦相應的傳感器，對可能的目標進行定位和身份識別，并計算有效時間。在跟蹤階段，指派相應的傳感器對定位識別階段確定的時間敏感性目標進行持續(xù)跟蹤，并再次計算有效時間。在決策階段，網絡瞄準系統(tǒng)對各時間敏感性目標進行攔截適應性檢測，威脅評定排序，確定我方可用資源的性能等，根據整個系統(tǒng)的狀態(tài)進行統(tǒng)一的任務分配和資源配置。在交戰(zhàn)階段，武器控制系統(tǒng)根據所接收到的作戰(zhàn)命令，為網絡化武器裝訂發(fā)射數(shù)據并進行發(fā)射，在武器飛向目標的途中，由多個不同視野的傳感器協(xié)同工作，生成唯一、相關、精確的目標瞄準信息，直接對武器進行精確制導引導武器飛向目標，從而提高打擊精度。在評估階段，首先對打擊效果進行評估，并將結果上報給C2節(jié)點，為下一步作戰(zhàn)行動提供信息支撐。

5 結束語

本文以基于預警機和干擾機的編隊對地協(xié)同攻擊C4KISR系統(tǒng)為戰(zhàn)場環(huán)境假設，對網絡瞄準系統(tǒng)進行了初步探討，對其體系結構和作戰(zhàn)過程進行了初步研究。對于網絡瞄準系統(tǒng)來說，該體系結構只是系統(tǒng)結構的一種高層抽象，要真正在空對地作戰(zhàn)環(huán)境中發(fā)揮網絡瞄準技術的效能，還有很多問題要進行深入研究，如，空天地一體化的組網技術、多傳感器的管理方法、數(shù)據鏈技術等。

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