水下立體攻防體系構建技術

司廣宇， 苗 艷， 李關防

(江蘇自動化研究所， 江蘇 連云港 222061)

“體系”泛指一定范圍內有關事物或意向相互聯系、按照一定秩序構成,并完成特定功能的有機整體。“作戰體系”是指由各種作戰要素、作戰單元、作戰系統，按照一定的結構組織聯結起來，并按照相應的機理實施運作的整體，具有獨立性、涌現性以及動態性等特性，體系化作戰有助于大幅提升作戰裝備的綜合作戰效能。“水下攻防體系”是指按照統一作戰策略，統籌規劃運用探測、指控、武器、保障等要素，形成的用于完成水下攻防作戰任務的整體，是一個動態、開放、一體的復雜網絡系統，是水下戰場感知、信息傳輸、指揮控制、攻防交戰等全過程作戰資源的有序集合，體系內各分系統之間在功能上相互聯系、相互作用，性能上相互補充、相互影響。

20世紀80年代，美軍初步建立了偵察打擊綜合體，并將其用于海灣戰爭，使得世界各國首次意識到現代戰爭中體系作戰的重要性。20世紀90年代，美國空軍戴維·德拉普拉中將提出了基于效果的作戰理論，并將敵人描述為一個由多個系統構成的系統，并主張將所有系統組織起來，形成“體系”作戰的理念[1]，實現“整體大于部分之和”。近年來，美國先后提出了“網絡中心戰”、“空海一體戰”等作戰概念，體系化作戰理論不斷完善。為確保水下作戰“透明化”，美國加大了對水下作戰力量的投入，無人作戰力量裝備批量應用、反潛作戰體系不斷升級，水下作戰能力持續增強，水下作戰優勢愈發明顯。

未來的戰爭已不再是武器對武器、平臺對平臺的對抗，即將轉變為體系與體系的對抗。為此，適應未來水下體系作戰的發展需求，通過綜合應用空天、水面、水下、海底等立體多節點資源，構建攻防兼備、協調一致的水下攻防力量體系，形成“水下無人集群作戰、水下有人無人協同作戰、空海一體對水下作戰”等典型作戰樣式下的一體化、網絡化的攻防作戰能力，是新形勢下提升我國水下戰場掌控能力、實施海洋經濟發展戰略和推進“海上絲綢之路”國家發展戰略的重要保障。

1 水下攻防典型作戰樣式

1.1 水下無人集群作戰

隨著使命需求的復雜化和多樣化，僅僅通過追求單個水下無人作戰裝備某些性能指標的最優，已經無法完成多種復雜的作戰任務，水下無人裝備正在向基于協同的無人集群作戰方向發展。

1)移動無人集群水下作戰

多個UUV發射后組成水下集群，隱蔽航渡到特定海域、港口、航道等，UUV群自主形成探測網絡或者建立巡邏屏障，在指定的區域進行巡航搜索；當探測到目標進入其監視區域后，UUV群以一定方式與決策者通信；當接收到攻擊命令后，UUV群迅速作出協同攻擊決策，開展自主攻擊。

2)移動無人集群阻擊航母編隊

多個UUV組成水下集群，隱蔽航渡到敵航母編隊附近海域；UUV群經過自主分類識別，當確定目標是航母編隊時，采用“狼群戰術”作戰理念，根據集群陣型自主進行角色分配；一部分UUV可同時模擬多種目標，吸引敵人的注意力；另一部分作為攻擊型UUV，對航母編隊高價值目標進行集中打擊，“威懾”航母編隊水下安全，達到有效遲滯、阻擊航母編隊的目標。

1.2 水下有人無人協同作戰

在未來信息化、網絡化、體系對抗的海戰場作戰環境下，采用UUV集群、水下預置系統和潛艇聯合作戰的水下有人無人協同作戰方式是水下體系作戰的主要模式之一。在實現有人無人協同作戰過程中，潛艇承擔編隊指揮員的角色，其任務的重心為作戰指揮而非直接作戰；無人系統采用新戰術、新技術、新方法改變了當前的戰場空間態勢，不僅可提供持久的情報偵查、監視能力，還可提供精確和及時的直接火力和間接火力。

1)有人無人協同水下區域控制

根據作戰區域的大小，多個UUV作為移動傳感器和網絡節點自主組網，在既定海域按照預先規劃的路線進行搜索。一旦發現水下目標，以接力的方式將態勢信息傳遞給下一個UUV，對進入監視區的水下目標進行持續探測跟蹤。UUV群通過一定方式將信息發送給有人平臺，潛艇根據作戰任務要求向一艘或多艘UUV下達摧毀敵潛艇的反潛命令，指揮清除柵欄保護區域，并評估反潛效果，判斷是否進行二次打擊，形成偵察、打擊、評估等一系列連續完整的水下區域控制鏈。

2)潛艇+UUV+水下預置系統反航母編隊

水下預置平臺提前部署于重點海域，長期潛伏；多個UUV組成水下集群探測網絡，隱蔽航渡到敵航母編隊附近海域；一旦需要潛艇通過UUV中繼或其他方式將水下預置平臺遠程喚醒，當判斷航母編隊進入其監視區域，并在水下預置平臺集群武器射程之內時，對敵航母編隊進行首輪魚雷攻擊；遠離危險區的指揮艇根據魚雷攻擊效果，對敵航母編隊實施巡航導彈二次攻擊，實現有人無人協同對航母編隊的飽和攻擊。

1.3 “空海一體”聯合對潛作戰

“空海一體”聯合對水下作戰，通過在其關注海域部署大量反潛設施，將水面艦艇編隊、空中飛機、衛星探測信息、岸基信息等各種作戰資源進行有效整合、協同管控，將海上、空中和岸基平臺的傳感器聯系在一起，生成精確、實時和一致的戰場態勢圖，具備一體化、網絡化的協同水下作戰指揮控制能力，完成情報、監視、偵察和聯合打擊任務，并可封鎖任一可供潛艇進出的通道，依托信息優勢，遏止對手潛艇出港，破解對手的拒止/反介入能力，必要時可借助潛艇和其他水下打擊系統，對水下目標實施毀滅性打擊。

2 國外技術發展現狀與趨勢分析

為持續保持水下作戰優勢，美軍不斷加快水下戰的理論與技術創新，研制了基于新型遠程傳感器及新興水下通信裝備，發展了系列化的無人裝備，形成了有人無人協同作戰理念體系，作戰樣式更加靈活多樣。2016年9月，美簽署發布了《水下戰科學與技術目標》，繼續構建可靠的水下指揮與控制系統、高數據率通信系統，進一步提升了水下體系化、網絡化的攻防作戰能力。具體體現在以下三個方面。

2.1 水下攻防體系頂層規劃

目前，美國利用衛星、固定或機動式水下警戒系統、反潛巡邏機、反潛直升機、水面艦艇、潛艇等反潛平臺及裝備，基本實現了對重點海域的水下目標進行全天候不間斷的偵察、警戒、探測、跟蹤和打擊；利用固定或機動式水下警戒系統、潛艇、水下無人平臺、水下預置系統等水下平臺，輔以空天艦探測信息支持，可完成對水下威脅目標、重點海面目標和陸上戰略戰術目標的探測、跟蹤、防御或打擊。

美國提出并建立了分布式水下反潛網絡，典型代表為美國持續瀕海水下監視網絡系統(PLUSNet)、自主分布式系統DADS，主要由浮標、UUV/USV、近海岸的固定式水聲監視系統、機動水聲監視系統SURTASS、海底聲吶、潛艇、水面艦艇等組成[2-5]，潛艇是水下作戰重要的信息利用平臺和作戰平臺，通過分布式水下信息處理，形成統一的水下態勢。持續瀕海水下監視網絡系統是一種半自主控制的海底固定+水中機動的網絡化設施，該系統以核潛艇為母船，以UUV為活動節點，以水下潛標、浮標、水聲探測陣為固定節點。潛艇通過攜帶半自主傳感器的UUV實施水下反潛、攻擊水面目標等任務，為水下作戰提供支撐。自主分布式系統DADS是一種高機動、可快速布設的水下監視系統，利用布放于海床的分布式無人傳感器，建立近海海域警戒系統，提高美國海軍在近海區域的情報、偵察和監視能力，為編隊指揮提供準確的威脅位置信息和可靠的海洋圖像，有效應對來自水下的威脅。美瀕海水下監視網絡系統如圖1所示。

美國形成了以核潛艇為核心，通過數據鏈、衛星、長波、水聲等通信網絡，將水下傳感器、水下浮標/潛標、水下無人平臺及水下預置系統等連接一體的高效整體，主要承擔海基戰略核打擊、反潛、對陸攻擊、反艦、情報搜集等水下作戰任務。在對水下作戰方面，形成了以航母、驅護艦等艦艇和以P-3C、P-8A等反潛機為骨干的反潛戰力量體系，和以水雷戰艦艇為骨干的獵/掃雷力量體系，主要承擔監視、偵察、反潛、獵掃雷等任務。

2.2 有人無人協同作戰理念

美國海軍越來越重視無人裝備在水下作戰中的應用，發展了支持多種作戰樣式的自主化、智能化無人裝備。其中“察打一體水下無人潛航器”，將探測與打擊集于一身，可實現對目標的探測與自主打擊；“深海SHARK系統”，以UUV集群形式形成移動式水下監視網絡，可在4小時內清除25萬平方海里區域的水下敏感目標，能夠探測到50km的遠距離目標并維持多節點接力跟蹤，實現了對水下戰場的區域清除、柵欄探測與遠距離跟蹤，能夠大范圍探測、跟蹤和攻擊大洋中的水下威脅目標，SHARK系統典型作戰使用方式如圖3所示。

美國深入發展了有人無人系統聯合作戰的理念[6-9]，實現了有人平臺與無人系統的集成，將無人系統作為前沿水下作戰終端，掌握水下戰場態勢、感知海洋環境特性；有人平臺可指揮無人平臺及無人集群進行靈活重組，以適應當前作戰環境變化，從而確保有人作戰力量快速進入全球海洋與近海區域，支持美軍在全球海域的軍事行動。利用有人平臺對多種無人平臺進行指揮控制，完成特定的任務，美國潛艇控制應用無人航行器集群設想如圖4所示。

2017年9月，DARPA發布了“跨域海上監視與瞄準”(CDMaST)項目二階段公告，在前期完成概念開發基礎上，計劃開展有人/無人系統組成的分布式海上作戰體系演示驗證工作，如圖5所示。該體系將利用新興網絡技術，將有人潛艦平臺，各類無人系統，海底預置系統，武器系統、傳感器系統、導航與授時系統以及后勤保障系統等有機聯接起來，組成協同網絡，大幅提升美海軍各系統的作戰效能和適用性，能夠實現作戰的“探測-分類-定位-瞄準-交戰-評估”等環節。

2.3 新概念水下無人裝備

水下無人裝備作為迅速崛起的新型裝備，將成為未來海軍水下裝備體系的重要力量，可作為提升傳統作戰效能的倍增器，將對傳統水下作戰模式帶來變革，是應對未來水下“非接觸”戰爭的“殺手锏”裝備。典型代表包括MANTA、大直徑水下無人系統(LDUUV)等。

MANTA是美國21世紀初開始研制的一種完全自主型多用途的巨型UUV系統，能夠在淺海水域及其高危險海域中長時隱蔽的自主航行，可以通過自身傳感器裝備的“靈巧表層”傳感器以任意速度、在任何深度下通信，自身具備攻擊能力和對抗能力。大直徑水下無人系統(LDUUV)，是一種載荷能力更大、續航力更強的大型多任務無人系統，能夠搭載不同傳感器和任務模塊，靈活配置，自主控制能力更高。其顯著特點是：可以長時間不間斷地觀察大面積區域。除具有掃雷和情報偵察功能外，可在淺海長時間、自主地進行隱蔽性工作；作為誘餌協助母艇獵殺敵潛艇，或對敵潛艇進行長時間跟蹤；具備較高的網絡化程度，能夠布放傳感器網絡；可以攜帶輕型魚雷、水聽器陣列等多種負載。

水下無人預置裝備，可通過提前部署在特定海區海底，長期待機，戰時喚醒，自主執行水下作戰任務，作戰樣式更加靈活，具有隱蔽性好、成本低、持續時間長等特點，可快速部署形成覆蓋一定區域、保持長期軍事存在的水下威懾與潛伏突襲能力，已成為美國近年來發展的熱點。上浮式有效載荷系統和“海德拉”系統是其中的典型代表。

深海浮沉載荷系統是由艦艇/飛機預先部署、長期在深海休眠、必要時執行非致命性任務的低成本系統，為海軍提供可在廣闊海域分布式、小型化、高效率的無人機等任務載荷發射平臺。任務載荷借助密閉艙長年部署在深海海底，必要時通過遠程控制中心喚醒，發射裝置上浮至海面，并自主發射攜帶的無人機，實現敏感海域的區域監視與打擊，如圖6所示。

“海德拉”系統是一種無人值守、長期待機的水下作戰平臺族系,包括情報監視偵察型、火力打擊型、水下/空中無人載具母船型、特種部隊裝備支援型等類型，能在水深300m內海區連續潛伏數月，通過被動接收指揮、控制和情報信息，完成特定任務。系統具備海空監測手段，智能化程度高，響應迅速；具備強大的打擊能力，打擊突然，突防概率高；能融入體系作戰，可與有人/無人平臺協同作戰，如圖7所示。

2.4 發展趨勢分析

國外海軍在已有裝備基礎上，根據能力需求，不斷填補能力短板，將偵察預警、指揮控制、武器攻防進行靈活組合，通過水下信息柵格、接入全球指揮控制系統，具備了全天候、體系化的警戒、跟蹤、指揮及攻防作戰能力。水下立體攻防作戰體系裝備呈現以下發展趨勢：

1)強化頂層規劃，立足已有裝備，形成了多維、立體的水下攻防作戰裝備體系，形成了攻擊和防御一體化水下作戰能力，為爭奪制海權、主導進入海上空間提供重要保障。

2)統籌管理跨平臺資源、綜合處理多源信息，構建分布式水下信息與兵力控制網，能快速生成水下戰場態勢并按需分發共享，提升水下戰場空間的感知能力和跨域協同作戰能力，助力信息戰和網絡戰。

3)推進有人無人協同作戰，實現了有人與無人系統的有機集成，確保作戰力量可快速進入各種水下作戰海域，突出機動作戰、支持在全球海域完成各種行動任務。

4)研制了變革性的水下無人預置裝備，可提前部署、長期待機、戰時喚醒，形成覆蓋一定區域、保持長期軍事存在的水下威懾與潛伏突襲能力。

3 水下攻防體系構建技術

3.1 水下攻防體系裝備組成

水下立體攻防體系主要圍繞水下聯合態勢感知、跨平臺作戰指揮、分布式作戰決策、聯合行動規劃、聯合支援保障、兵力綜合運用等作戰需求，在空天信息支持下，設計預警探測、指揮控制、攻防武器、綜合保障等裝備協同關系和信息流程，牽引各領域裝備的協調發展與整體推進，保證體系作戰合力的有效形成。水下立體攻防體系主要由空天信息支持、預警探測設備、綜合指揮控制、攻防軟硬武器、通導綜合保障、水下搭載平臺等六大部分構成[10-12]，如圖8所示。

空天信息支持是指在綜合挖掘衛星等天基平臺對特殊區域的大范圍監控信息，統籌應用反潛巡邏機、反潛直升機等空中平臺對水下目標感知信息，實現對潛艇目標的監視與早期預警，為水下攻防提供非實時的信息支持。

預警探測設備部署在反潛艦艇、潛艇、UUV、深海空間站、預置平臺、浮/潛標等平臺，或固定/機動布放在港口、要地、前沿陣地等海域，用于完成對潛艇、魚雷、水雷、UUV、蛙人等水下目標的預警探測任務，提供實時目標探測信息保障。

綜合指揮控制裝備搭載于有人平臺和部分無人平臺上，綜合運用探測、武器、保障等作戰資源，完成統一態勢生成、兵力協同指揮、信息共享分發、作戰方案制定、多平臺武器協同攻防控制、作戰效果評估等信息處理與指揮控制任務。

攻防軟硬武器由水下、水面以及空中等作戰平臺搭載，用于完成對艦艇、潛艇、UUV、來襲魚雷、蛙人等機動類目標，水面、水下設施等目標，以及島礁、港口等近岸目標的攻擊與防御。

綜合保障裝備主要由部署在各類節點上的無線通信、水聲通信、衛星通信、導航探測、海洋環境感知等裝備組成，為水下立體攻防作戰提供多鏈路、多手段通信保障、自主與組合導航信息保障、先驗與實時海洋環境信息保障。

水下搭載平臺是預警探測、指揮控制、攻防武器、綜合保障等裝備的部署平臺，主要包括潛艇、艦艇、深海空間站、UUV、水下預置平臺等，通過各類裝備的組合配置，形成功能不同、性能各異的作戰節點。

為發揮水下立體攻防作戰合力，必須在水下攻防體系頂層設計基礎上，以綜合指揮控制為核心，依托通信、導航等綜合保障，有機融合多維多源水下預警探測裝備及軟硬攻防武器，通過各類有人、無人搭載平臺的按需組配，完成聯合感知戰場態勢、實時共享戰場信息、準確協調作戰行動、同步遂行作戰任務。水下攻防體系構建技術是達成水下立體攻防作戰能力的基礎，需開展深入研究，以引導裝備的有序發展。

3.2 水下立體攻防體系構建關鍵技術

借鑒國外水下作戰體系化、無人化、智能化的發展趨勢，加強水下立體攻防體系的頂層規劃，運用系統集成與體系設計工具和海戰場作戰仿真評估技術，以作戰流程和指揮要素為主線，從體系結構設計及多視角建模、作戰概念方案設計及指標分解、協同任務規劃與作戰仿真推演、體系效能評估及體系貢獻度分析等方面開展研究。

3.2.1 體系結構設計及多視角建模技術

水下攻防體系結構設計主要致力于解決水下立體攻防作戰的信息化整合、信息資源共享以及資源優化問題。設計水下攻防體系結構時，需考慮水下特殊的通信環境及信息傳輸的局限性，適當減少跨平臺通信負載、信息交互次數，優化傳感器協同探測、作戰指揮和武器控制三個領域的層次關系和協同流程，梳理各系統間的靜態結構和動態行為關系、系統演進和管控的遵循原則，給出水下攻防作戰體系指揮中心、次中心和協同單元的層次和連接關系，并采用多視角視圖對系統體系結構進行統一描述。

按照系統化、程序化、規范化要求，對指揮關系、作戰流程、信息流程等進行數據整理、歸類、建模，清晰、完整、準確地表達出基于能力的水下攻防體系作戰構想、作戰活動、作戰能力、裝備系統需求等信息建模的需求論證過程，從水下攻防作戰需求到提出達成攻防兼備的水下對抗所需的能力，從明確未來作戰的能力要求和當前裝備的作戰能力之間的差距，到裝備系統需求的分析，最終提出裝備解決方案。

3.2.2 作戰概念方案設計及指標分解技術

針對三種典型作戰樣式，利用專業化的軍事想定編輯工具，設置作戰時間、作戰環境、兵力編成、指揮關系、作戰任務、作戰區域與航線、通信網絡、戰術規則等軍事想定要素，考慮實際作戰計劃的接入和解析，自動生成可推演的初始作戰想定。

在此基礎上，根據不同作戰任務下的功能需求，將系統功能分解至預警探測、指揮控制、通信導航和攻防武器等功能模塊，并對各功能模塊進行耦合性分析，研究各個環節功能的匹配性和技術指標的閉合情況。根據體系作戰構想，分析水下攻防裝備目前及未來發展所處的作戰環境及威脅，基于邏輯推理和系統分析，提出體系對各系統的能力需求，實現體系能力向裝備能力的逐層分解，形成指標體系。

3.2.3 協同任務規劃與作戰仿真推演技術

針對水下作戰可能面臨的多樣化作戰任務或者不確定的威脅，借鑒自然界的自組織機制，采用分層遞階思想逐層求解的方法，根據不同的作戰任務、作戰任務完成的不同階段選擇不同的協調控制策略,確保通過有人無人系統之間的協調與合作完成復雜的作戰任務。多個有人無人系統通過相互信息交互產生整體效應，便于進行功能和使用的靈活配置，實現較高程度的自主協作，從而自主完成預期作戰任務。針對上述設計，通過調度所需的仿真模型，考慮環境特點、平臺能力、目標特性、毀傷條件等因素，按照設計的作戰流程，考慮作戰過程中的人工干預，實現紅、藍方的背靠背對抗推演。

3.2.4 體系效能評估及體系貢獻度分析技術

針對體系組成單元多、功能結構復雜、動態變化等情況，基于作戰任務及典型作戰樣式，研究分析影響水下攻防體系作戰勝負的關鍵因素，以水下攻防裝備體系各組成要素的裝備效能為基礎，建立水下攻防作戰任務裝備體系效能模型，通過反復推演及大樣本分析，從統計角度評估體系效能，提升效能評估的科學性。對于特定裝備，通過在對應層次增加作戰節點，調整指揮關系，從增強作戰效果貢獻度、增強作戰效率貢獻度、降低作戰代價貢獻度等不同角度，根據效能評估結果變化情況，評估其體系貢獻度。

對照已有裝備性能，按照作戰任務，通過仿真推演，梳理已有裝備能力短板，指導裝備性能填平補齊；對于水下探測網、水下預警浮/潛標、水下預置系統、UUV及UUV集群等新概念裝備，按照體系作戰目標要求，通過貢獻度分析，形成體系內各平臺探測距離、作戰半徑、覆蓋范圍等能力要求，引導新概念裝備的發展和能力論證。

4 結束語

體系對抗是未來水下立體攻防作戰的重要發展方向。隨著水下攻防裝備的持續發展以及對體系研究的不斷深入，在加強體系總體籌劃、頂層設計基礎上，面向任務、基于效能，建立相應體系作戰理論，梳理已有裝備能力短板，指導裝備性能填平補齊；針對裝備未來發展需求，考慮傳感器探測、水聲通信等裝備能力現狀以及未來裝備的演進變化，并結合裝備、技術發展，預測未來近期、中期、遠期典型作戰樣式下的整體作戰能力，通過仿真推演及效能評估，在時間剖面上研究能力成長態勢，并能夠根據各種無人裝備的發展，通過裝備體系貢獻度分析，評判各類水下有人無人資源配置的優劣，引導各類水下攻防裝備協調有序發展，確保現役裝備融入體系，新研裝備貢獻體系。

[1] 吳忠杰，張耀中，杜支強，等.復雜網絡理論下軍事體系對抗的研究進展[J].復雜系統與復雜性科學，2014,11(2):52-61.

[2] 宗思光，吳榮華，張顯峰.水下信息體系發展及運用探討[J]. 艦船科學技術, 2014, 36(5): 1-5.

[3] 鄭君杰，尹路等.外軍水下偵察技術現狀與發展趨勢[J].艦船電子工程，2013,33(8):15-18.

[4] 趙輝,陸軍.美軍水下網絡中心戰體系與發展[J]. 飛航導彈，2011(3)：37-42.

[5] 王漢剛, 王桂波. 美國水下戰裝備體系發展研究[J]. 艦船科學技術, 2014, 36(6): 154-157.

[6] 王漢剛，劉智，張義農，等.水下作戰的發展分析與啟示[J].艦船科學技術,2015,37(4):241-245.

[7] 李坡,張志雄,趙希慶.美海軍無人作戰平臺現狀及發展趨勢分析[J].裝備學院學報,2014，25(3)：6-9.

[8] 王金云,楊在林,等. 美軍無人水下潛航器技術發展綜述[J]. 飛航導彈,2015(11)：54-58.

[9] 柯冠巖，吳濤,等.水下機器人發展現狀和趨勢[J].國防科技,2013，34(5)：44-48.

[10] 任連生.基于信息系統的體系作戰能力概論[M].北京：軍事科學出版社,2011.

[11] 趙峰.海軍武器裝備體系論證方法與實踐[M].北京：國防工業出版社,2016.

[12] 劉高峰，孫勝春，郭予并.聯合作戰指揮與控制技術概論[M]. 北京：國防工業出版社，2016.