有人/無人機協同反潛作戰模式探析

徐梁，潘宣宏，吳銘

1 海軍航空大學 航空作戰勤務學院，山東 煙臺 264001

2 海軍指揮學院，江蘇 南京 210016

0 引 言

有人/無人機協同反潛是將具有遠程探測能力的反潛機作為指揮機，將不具備遠程探測能力，但隱身性能良好，可以攜帶小型探潛設備及精確制導武器的無人機作為廣域監視兵力，指揮機位于敵威脅范圍之外及便于隱蔽指揮的空域，在數據鏈信息的支持下，兩者密切協同來完成信息獲取、戰術決策、指揮控制、跟蹤監視和武器發射等反潛過程。可以看出，為實現協同反潛，對無人機的自動化水平和完備程度提出了很高的要求。鑒于無人機智能系統尚不能替代人的思維和判斷，提出了有人機和無人機混合編隊來提高反潛作戰效率和協同能力。

目前，世界各國在無人機研究與驗證計劃的基礎上，在有人/無人機協同態勢感知、協同攻擊，以及無人機集群作戰等方面已開展了大量工作。在技術研究領域，美空軍提出軟件使能控制（SEC）、損傷獵鷹（Scathe falcon）等計劃，驗證了有人機對無人戰斗機、ISR空中平臺對“察打一體”無人機的控制能力［1］；美海軍于1997年開始對戰術控制系統（TCS）的研制，2003年，在P-3C海上反潛巡邏機上驗證了TCS對“火力偵察兵”無人機的5級能力，并于2015年研發出通用控制系統（CCS），實現了對無人偵察機、無人戰斗機等多種類型無人機的通用化控制［1］；2015年，美海軍研究辦公室（ONR）公布了LOCUST項目，該項目允許在地面、飛機和甲板上以較快的速率發射數百架小型無人機，并在操作員很少介入的情況下執行掩護或巡邏任務，按照計劃，未來將從P-8A反潛巡邏機或其他直升機上投放和回收［2］；美陸軍從20世紀90年代初開始開發有人/無人協同概念，實施了機載有人/無人系統技術（AMUST），獵人遠距殺傷編隊（HSKT）、有人/無人機通用結構計劃（MCAP）等多個項目，2013年開始將具有無人機4級控制能力的UAT裝備于“阿帕奇”III型武裝直升機上，實現對“陰影”無人機的實時指揮控制［3］；美國國防高級研究計劃局（DARPA）開展的“小精靈”項目旨在研究能以集群作戰方式飽和攻擊敵防空系統的廉價小型無人機技術解決方案，目標是能在C-130運輸機上發射小型無人機蜂群，并使用其他C-130進行回收，DARPA希望在2022年左右進行飛行演示［4］。

在裝備研發領域，阿聯酋的ADCOM系統公司與意大利芬梅卡尼卡集團所屬的懷特·阿萊尼亞水下系統公司（WASS）合作，通過優化“聯合40”Block6反潛型無人機，使其可以用于布設聲吶浮標，并仍可攜帶1枚輕型魚雷在任務區域續航飛行16 h［5］；MQ-4C“人魚海神”無人機是在RQ-4N“全球鷹”（RQ-4B海上型）無人機基礎上改進而來的高空偵察、監視無人機。該機型作為美海軍廣域海上監視（BAMS）項目的無人機，于2013年5月完成首飛，按計劃美海軍將使用68架MQ-4C和117架P-8A混編共同執行海上巡邏和監視任務，以代替逐漸老化的P-3C巡邏機；2009年，美海軍授予波音公司一份合同，即通過在“掃描鷹”無人機上安裝磁探儀設備發展一種“磁鷹”新型探潛無人機，用于低空探測、跟蹤和定位水下潛艇，并可由P-8A、E-3A預警機和V-22在空中發射［6］；“火力偵察兵”MQ-8B無人機是目前世界上裝備的比較先進的艦載無人直升機，可執行ISR、反潛和攻擊任務。2014年5月，MQ-8B無人機與MH-60直升機開展聯合飛行試驗，驗證了有人/無人機聯合態勢感知能力［7］。

國內無人機發展起步較晚，有人/無人機協同作戰的研究相對較少。在理論上，蔡俊偉等［8］對有人/無人機協同作戰的體系結構進行研究，初步建立了協同作戰的系統結構；馬向玲和雷宇曜［9］對有人/無人機協同作戰的關鍵技術進行了分析；魏瑞軒和呂明海［10］針對有人/無人機混編協同的運用模式問題，設計了3種任務模式，提出了協同編組方式、決策過程和方法，對研究有人/無人協同運用具有一定的參考意義；張啟棟和楊波［11］從任務協同、時間協同、空域協同和頻譜協同等方面探討了有人/無人機的協同內容，對推進兩者協同作戰向更深層次發展有所啟示；任濤和魯明［12］闡述了反潛巡邏機和無人機協同反潛的基本要求，列舉了幾種協同反潛樣式。在技術上，國內已實現了對100多架小型無人機的陸地密集彈射、編隊合圍、集群行動等動作驗證。總體來說，國內外側重于對有人/無人機執行ISR、戰場支援和縱深精確打擊等任務的理論研究，這對于實現有人/無人機協同反潛作戰提供了一定的基礎，本文將通過探析有人/無人協同反潛作戰模式，找出存在的技術瓶頸，進而提出更加具體的裝備和技術需求方案，為顯著提高反潛的作戰效能進行探索。

1 有人/無人機協同反潛特點

近些年，隨著無人機在軍事領域的廣泛應用，各國海軍正試圖使用無人機來彌補傳統作戰力量和模式在反潛作戰上的劣勢。在當前無人機智能化水平還不能支撐其完全實現“自主”運行的前提下，通過有人/無人機協同反潛作戰充分發揮兩者的優勢，是未來重要的反潛作戰方式。有人/無人機協同反潛的特點體現在以下幾個方面：

1）可提高反潛兵力使用效率。在實際反潛作戰中，反潛機能夠監聽的浮標數量占自身攜帶浮標數量的1/10左右，其在反潛中可控的海域范圍有限。另外，受飛行安全和氣象環境等因素的影響，反潛機使用浮標、磁探儀和紅外探測儀等設備的搜潛效能并不高，這些都極大地限制了航空兵反潛效能的發揮。此時，就可由無人機代替反潛機攜帶相關傳感器選擇最佳工作方式進行探測，充分發揮反潛機和無人機的作戰效能。

2）能夠發揮各自特長，形成優勢互補。無人機可長時間留空，可執行重復性的偵察、監視等任務，而反潛機只需將精力集中于對信息的融合處理、決策分析和指令控制等關鍵環節。與此同時，無人機可以前出較大距離執行反潛作戰任務，在很大程度上彌補了反潛機在航程和自身防御能力上的不足。

3）戰術運用更加靈活。無人機受外界環境干擾小，能夠充分發揮航速、高度和航程的優勢，而無需考慮飛行員承受過載的影響，為指揮員制定戰術對策提供了更多的選擇空間。例如，無人機可以對水面、水下潛艇進行搜索、跟蹤，引導有人機進行最后攻擊；相反，也可以由反潛機引導無人機攜帶反潛武器直接攻擊敵方潛艇。

4）信息傳輸更加及時和準確。有人/無人機之間通過協同視距鏈進行信息交互，減少了因依賴衛星與地面控制站通信所造成的信息延時和積壓問題，同時在一定程度上減弱了敵方針對衛星下行鏈路進行干擾而受到的影響。

5）對協同控制要求高。無人機體積小，安裝完善的指控系統相對困難，更不可能攜帶大量傳感器。因此，在執行任務過程中，需要反潛機不間斷地指揮和控制，同時對控制的精確性、時效性和魯棒性也提出了更高的要求，以便形成密切配合，發揮整體合力。

2 有人/無人機協同反潛模式分析

2.1 無人機前伸廣域搜索，引導反潛機精確打擊

反潛機根據受領任務情況、戰場環境、水文氣象條件和敵方潛艇信息等因素，引導無人機前出對潛艇實施大范圍搜索，其所攜帶任務載荷包括紅外傳感器、光電傳感器、化學傳感器以及磁探儀等。在執行巡邏反潛任務時，無人機需要在敵潛艇可能經過的航路或區域持續、反復巡邏搜索，以對大范圍海域進行持續監視，一旦發現潛艇蹤跡，即可引導反潛機到達指定海域進行識別和攻擊；在執行應召反潛任務中，無人機是在已知潛艇概略位置信息條件下對敵潛艇所在區域進行搜索，其在接到命令后可快速出航，此時因延誤時間短，潛艇散布的范圍小，發現潛艇的概率也相對較高。在實際作戰中，很有可能因潛艇速度、航向和位置等誤差的影響，使潛艇存在的海域面積進一步增大，此時無人機可利用航程和續航時間上的優勢，進一步拓展搜索范圍，直至發現潛艇為止。

2.2 反潛機布放聲吶浮標，無人機持續監聽

聲吶浮標因具有可快速布放、搜索范圍大和攜帶方便等特點，是目前主要的搜潛手段。有人/無人機協同使用聲吶浮標搜索，可先由反潛機根據任務性質、搜索海域形狀、范圍大小以及聲吶浮標數量等因素，首先確定相應的陣型布設浮標，然后控制無人機對浮標進行持續監聽，直至發現潛艇信號，再由反潛機布設主動定向浮標對目標實施精準定位。

在監聽聲吶浮標過程中，無人機按照浮標監聽要求設置監聽航路，飛行航路的長度應小于其監聽聲吶浮標的距離，以保證監聽過程的連續性。當所布聲吶浮標陣較長、聲吶浮標數量多時，可派出多架無人機協同監聽，但應事先協調好每架無人機監聽的區域和相應的聲吶浮標編號，一旦接收到由聲吶浮標發現潛艇的信號，就可以根據發送信號聲吶浮標的位置確定潛艇的位置。由此可見，無人機可完成大范圍的監聽工作，使反潛機從繁重的監聽任務中釋放出來，而將主要精力集中在浮標布陣、補投、目標跟蹤、定位和攻擊等作戰環節。

2.3 反潛機和無人機分區域協同搜索

針對較大搜索海域，部隊實際做法是增加反潛機數量，以擴大搜索面積。但隨著反潛機數量的增加，指揮協調空中兵力的難度就會增加，同時持續搜索也使得飛行員的精力消耗較大，這些都容易導致潛在威脅的發生。在此情況下，無人機可按照預設搜索區域和搜索航路（進出點、轉彎點、航向、航速和高度），快速完成對較大海域的搜索。圖1所示為有人/無人機區域協同搜索示意圖。在平行搜索方式中，反潛機控制2架無人機以相反的航向進入到各自的搜索區域，并采取交替跳躍的搜索航路直至搜索完畢。2架無人機在搜索中不存在互相干擾和碰撞的問題，組織實施起來也比較簡單，并能快速完成搜索。但在運用時反潛機應能夠準確規劃無人機的搜索航路，并做到實時監控無人機的飛行狀態，當情況發生變化或遇到突發威脅時，應能及時對無人機的任務和航路做出在線調整，而這些都是以反潛機對戰場態勢的快速感知為基礎的。

2.4 無人機實施干擾誘騙，保障反潛機作戰

在航空反潛作戰過程中，敵航空兵為掩護潛艇行動，很可能對我反潛機進行攔截或阻擊。在空中集合組網和飛往戰區階段，反潛機和無人機之間、無人機群之間通過自身載荷和通信鏈路組成局部信息共享移動網絡，經反潛機對戰場態勢作出綜合判斷后，在線規劃電子干擾無人機航路和干擾機的使用時機及方式等。無人機根據任務指令信息對敵機載雷達、指揮通信節點、導彈制導雷達等進行干擾，為反潛機順利突防創造條件。

在反潛機執行任務階段，在受敵威脅的若干方向設置多個干擾區域，阻斷敵航空兵力與我反潛機之間的聯系。這要求反潛機在進行任務載荷使用規劃時應注意分配好各無人機的干擾頻率范圍，避免造成互相干擾。同時，為配合反潛機和電子干擾無人機的行動，還需指派一定數量的無人機充當誘餌以采取誘騙戰術，通過放大自身的信號來模擬大型反潛機，使敵無法準確掌握反潛機的活動規律。

2.5 無人機為反潛機提供通信中繼

反潛機上的通信設備作用距離有限，受地球曲率、海洋地理環境和水文氣象條件的影響大，加之指揮通信節點一直是敵方進行干擾的重心，這些都使得反潛機與母艦之間、反潛機之間、反潛機與后方指揮所之間很可能無法建立穩定的通信，此時就需要具有通信轉發功能的無人機在需要中繼的對象之間建立不間斷的信息通道。

以海上對潛防御體系為例，最內層反潛兵力與最外層反潛機之間所跨區域往往在幾十甚至幾百千米，為達成對潛艇梯次攔截效果，要求內、外層反潛兵力之間的信息傳遞更加及時、準確，做到信息無縫對接，能使近層反潛兵力預先準備，對突破外層反潛巡邏線的來襲潛艇實施最后攔截。此時，中繼無人機便起到了組網、建鏈的作用，如圖2所示。

3 有人/無人機協同反潛能力需求

有人/無人機協同反潛作戰是一個復雜的體系，不僅需要各作戰平臺具備與執行自身任務相匹配的能力，更需要協同任務規劃、協同控制和協同通信鏈路技術的支撐。

3.1 有人/無人機協同任務規劃

有人/無人機協同任務規劃應從作戰需求入手，分析兩型裝備的戰術運用和技術特點，考慮如何充分發揮兩型機的協同作戰效能［13］。一是明確協同方式。根據任務需要，將反潛機和無人機進行相應的編組，明確主要兵力和支援保障兵力，以主要兵力為核心，對支援保障兵力提出傳感器使用協同、電子戰使用協同和通信計劃協同等需求。另外，為了確保有人/無人機協同任務規劃的一致性，應以空間協同規劃為主，時間、頻譜等協同為輔，即以航路為最高等級的約束條件，其他規劃內容如傳感器使用、電子戰等都視為低等級約束條件。二是發展新型有人/無人機協同任務規劃系統。該任務規劃系統是對現有反潛機任務規劃系統和無人機規劃系統的有機融合，以實現信息的共享和互操作，并基于有人/無人機戰斗技術性能、威脅分布和目標信息等因素，為反潛機和無人機的航路進行預先規劃，并根據實際需要進行實時在線調整，以克服依靠地面傳輸帶來的干擾和信息延時問題。三是設計簡單易于操作的協同交互控制方式，如語音、手勢等控制方式，以保證反潛機的控制指令既能很好地被無人機識別，同時無人機傳感器信息也能快速、直觀地被飛行員感知，從而提高協同作戰效能。

3.2 有人/無人機通信鏈路需求

有人/無人機之間實現指揮控制關系，無人機為反潛機提供雙向的通信中繼，以及無人機有效載荷之間的聯系，都離不開數據鏈通信保障。因此，一是應發展具有低可截獲性的視距鏈，這是保證無人機隱身性的重要前提。例如，美軍的網絡視距鏈，其波束寬度窄，使得敵人難以獲得主波而實施干擾和定位［14］；二是為實現反潛機對多架無人機群的指揮控制，有人/無人機混合編隊的通信鏈路應具有傳輸數據量大、通信時間短、抗打擊能力強的特點，例如，裝備戰術通用鏈路（TCDL）的反潛機可以實現對無人機實時圖像視頻信息的接收，并通過TCDL將信息進一步分發出去，實現網絡各節點之間的高速數據通信，這也是反潛機對無人機進行遙控和無人機為反潛機之間承擔信息中繼的重要手段；三是多架無人機內部應采取分布式智能組網方式，即在網絡中每架無人機都充當網絡節點接受反潛機或外界的任務指令，進而編碼轉換成可執行的參數，并能上傳自身飛行姿態進行修正，實現集群內部的導航、防撞等，一旦網絡中任意節點遭遇故障或毀傷，其他節點能夠快速重構組網，繼續執行任務［15］；四是有人/無人機協同數據鏈必須與頻譜管理緊密聯系，合理分配頻率范圍以防使用時發生沖突。

3.3 反潛機能力需求

有人/無人機協同反潛作戰中，反潛機要考慮自身的反潛能力，更為關鍵的是要完成信息獲取、信息處理和戰術決策，并給無人機傳遞信息。可以看出，信息是影響有人/無人機協同反潛作戰整個作戰效能的主要因素。因此信息獲取的空間范圍、信息的全面性、精確性和穩定性極為關鍵。一是要求機載雷達有較大的發射功率，最好能裝備相控陣雷達，具備對遠距目標的探測和多目標跟蹤定位能力；二是裝備功能強大的火控計算機快速處理信息，實現對多批次無人機目標的領航、引導和軌跡管理；三是機載雷達應具有較強的電子對抗能力，確保其在復雜的電磁干擾環境下能正常工作，提高信息保障能力；四是反潛機應選取體積更大、載重能力更強的平臺，為反潛機攜帶無人機完成空中發射、回收等操作預留必要空間。

3.4 反潛無人機能力需求

無人機既是協同反潛作戰系統中的執行者，也是整個指揮控制的終端環節，無人機的作戰能力對整個協同系統作戰效能具有直接影響。因此，需要無人機一是具有長航時、大范圍的飛行能力，以滿足在廣闊海域執行持續監視任務的需求，彌補反潛機在續航時間上的不足；二是要具備攜帶多種類型任務載荷的能力，按照有人機和無人機協同反潛的作戰模式，能夠選擇相應的掛載方案，并能實現快速轉換，這就需要做好頂層架構，根據作戰需要對無人機進行模塊化設計，并實現接口的通用化和數據格式的規范化；三是能夠精確定位，否則引導過程中積累的定位誤差可能導致反潛機無法準確掌握無人機的位置，從而導致引導失敗［16］；四是為無人機開發小型化高靈敏度磁探技術，拓寬搜索海域面積。作為廣域海上監視平臺，還應開發綜合集成探潛技術，例如美軍的“磁鷹”無人機在機鼻段內含有小型SAR雷達、中/長波段紅外相機、雷達應答器和激光定位器，以及磁探儀等幾十種任務載荷，并能根據任務需要任意選擇其中幾種搭載，實現在無干擾條件下的探潛任務。

4 結 語

無人機是信息技術發展的產物，當前有人機的態勢感知能力是無人機無法完全達到的，這也是無人機不可能取代有人機的決定性因素。因此，發展以有人機為核心，無人機動態接收有人機指令以承擔反潛作戰任務是未來的重要方向。隨著無人機平臺的發展、協同控制技術和智能技術的成熟應用，為反潛機和多類型無人機的協同反潛作戰提供了有利支撐。本文通過對協同反潛模式的分析，對有人/無人機協同戰術運用、指揮控制和能力需求進行了探討，對未來協同反潛作戰的發展進行了有益探索。