馬賽克戰背景下小型無人艇集群作戰樣式探析

陳 驪，劉志坤，胡生亮，吳兆東

（海軍工程大學 兵器工程學院，湖北 武漢 430033）

0 引言

馬賽克戰是美國國防部高級研究計劃局（DARPA）2017年提出的一種新型作戰概念[1-2]，其核心思想是將各種作戰功能要素打散，利用先進的網絡將其構建成一張物理和功能高度分散、靈活機動、動態協同組合的“殺傷網”，進而取得體系作戰優勢[3]。而各種無人作戰平臺既是馬賽克戰作戰力量的主要構成，也是其作戰思想實現的重要支撐。

小型無人艇作為新型作戰力量的一種，相比于已較為成熟的無人機、無人車等裝備，其作戰應用尚處于探索階段。美軍將小型無人艇定義為“能夠被海軍艦船搭載、投放和回收的小艇”，其尺寸通常不超過 12 m，主要承擔情報監視、偵察搜索、通訊中繼及電子戰等任務[4-5]。

受尺寸限制，小型無人艇能夠搭載的任務載荷有限，功能相對單一。而馬賽克戰理論在功能層面上恰是將數量較多、體積較小、功能單一的作戰要素集成到無人自主系統中，因此，小型無人艇集群的特點與馬賽克戰的作戰理念非常契合。本文以馬賽克戰背景下小型無人艇集群為研究對象，在設計其控制結構的基礎上，規劃其適合的作戰樣式、編隊構成、載荷配置和作戰流程，分析其涉及的關鍵技術，從而為海上新型作戰力量戰斗力快速生成提供一定的理論支撐。

1 小型無人艇集群控制結構

借鑒無線傳感器網絡動態分簇思想[6]，小型無人艇集群控制架構可采用分組層次化的拓撲結構，如圖1所示，主要由成員節點、首領節點和指揮節點組成，實線箭頭代表經常性信息交互，虛線表示偶發性信息交互。在小型無人艇集群構建之初，綜合考慮作戰任務需求、無人艇功能、無人艇狀態等因素，采用優化算法將集群劃分為多個編隊，每個編隊包括一個首領節點和若干個成員節點。成員節點由首領節點指揮控制，將各自獲取的戰場態勢信息和本艇狀態上報給首領節點，首領節點接收各成員節點發送來的信息，進行融合處理，形成作戰任務規劃并分配給各所屬成員節點執行，同時將處理結果上報指揮節點，并接收指揮節點的相關指令。指揮節點接收各編隊首領節點發送來的信息，經融合處理形成清晰一致的戰場綜合態勢，形成作戰決策，以任務形式向各首領節點下達指令。

需要特別指出的是，首領節點和成員節點均為具備某一作戰功能的小型無人艇，它們在物理結構上是類似甚至相同的，只是扮演的角色和承擔的功能不同，首領節點選取策略可以根據各艇當前剩余的油量、相對目標的位置、彈藥庫存等因素綜合確定。而指揮節點通常是具有很強綜合數據處理能力的作戰單元，其可以是編隊中大型艦艇或空中預警機等有人平臺，也可以是中大型無人艇，甚至可以是戰術數據鏈支持下的遠程指揮所。

與傳統的星形結構、網狀結構相比，上述集群控制結構具有以下優點：

1）編隊中不存在中心節點，編隊首領雖然承擔了一定集中管理任務，但所對應的小型無人艇并不固定，具有可替代性。一旦當前首領節點被摧毀，編隊可根據實時態勢自主選出新的首領節點，繼續完成任務。指揮節點的選取同樣具有很大的靈活性，可以根據需要切換。

2）編隊內部通過首領節點完成信息交互，各小型無人艇之間、編隊之間、無人艇和指揮所之間不必進行大量的直接通信，降低了通信鏈路構建難度和海上復雜環境下通信保障要求。

3）集群內各無人艇在正常情況下依靠首領節點和指揮節點完成信息交互，但極端特殊情況下（如遭受大規模打擊，損毀嚴重時），單艘無人艇仍然可以與通信范圍內的其它作戰單元直接建立通信鏈路（圖中虛線箭頭所示），可保證集群內存活節點仍具備基本的獨立作戰能力。

2 基于馬賽克戰理論的小型無人艇集群作戰樣式規劃

作戰樣式規劃主要包括作戰任務與任務載荷配置2個方面，需要結合小型無人艇的戰術特點和能力邊界進行設計。小型無人艇平臺的抗風浪等級、最大航程、有效載荷重量均比較有限，這些基本戰術特點決定了其不具備長時間遠海獨立作戰能力，比較適合由大型艦船（編隊）攜帶或者在近岸島礁附近執行作戰任務。

在任務載荷配置方面，根據馬賽克戰理論，應遵循“能省則省、當換則換”的原則，為不同無人艇加裝不同模塊化載荷，通過集群成員相互補充配合的方式彌補單個無人艇的功能限制，達成作戰目標。總體上，可將小型無人艇的任務載荷劃分為必備載荷和選裝載荷2大類：必備載荷指保障小型無人艇基本作戰功能的設備，主要包括導航系統、航控系統、指控系統、通信系統、探測系統和能源系統；選裝載荷主要指為完成某項特定任務或實現某項特定功能而專門加裝的設備，如小型反艦導彈。在后續討論中，對必備載荷不再贅述，僅列舉選裝載荷。

2.1 協同防空反導

由于現代反艦導彈通常采用復合模式制導，具有很強的抗干擾能力[7]，同時在戰術上往往采用多波次集群飽和攻擊，這對防空反導作戰構成嚴峻挑戰。協同防空反導是抗飽和攻擊的主要手段，即綜合運用艦空導彈、小口徑艦炮和電子干擾系統等各類反導武器形成遠中近、高中低、全方位、立體化、“軟硬結合”的防御體系，實現縱深防御和梯次對抗。小型無人艇集群可通過配置不同防空反導武器，與有人艦艇防空體系配合，極大地延伸艦艇編隊防空反導區域，進一步豐富防空反導作戰手段，增大攔截突防導彈的概率，減輕艦艇編隊及岸島要地防空反導壓力。

在載荷配置上，小型無人艇集群可搭載小型防空導彈（如美國的“拉姆”、俄羅斯“手鉆”等）、有源干擾機、煙幕彈、箔條彈、舷外有源干擾彈（例如美國的“納爾卡”）、無源角反射體類誘餌等防空反導武器。根據搭載的防空反導武器類別，將小型無人艇集群分為防空型無人艇群和電子戰無人艇群。

以小型無人艇集群伴隨有人艦艇編隊執行防空反導任務為例，如圖2所示。其基本作戰樣式如下：2類小型無人艇集群由登陸艦或其他艦艇編隊成員攜帶，進入作戰海區后采用船塢釋放或吊放方式分批布放，隨后按照作戰方案抵達各自陣位。其中，防空型無人艇群位于防區外層，其主要任務是在編隊目標指示的牽引下發射小型防空導彈，完成對敵反艦導彈的第一輪硬殺傷。電子戰無人艇群梯次位于防區內層，伴隨護衛艦艇航行，根據作戰任務規劃，通過誘騙、遮蔽等手段，對敵導引頭形成質心干擾、沖淡干擾的等綜合干擾態勢，完成對敵反艦導彈的第二輪軟殺傷。

圖2 小型無人艇集群防空反導示意圖Fig.2 Schematic diagram of small USV cluster’s air defense and anti-missile combat

2.2 預登陸場隱蔽偵察

在島礁登陸作戰中，小型無人艇可發揮吃水淺、機動性高、隱蔽性好的優勢，擔負對預登陸場水下、岸上及電磁環境預先偵察任務。

按照偵察方向不同，小型無人艇集群可分為對陸偵察無人艇群、水下偵察無人艇群和電磁偵察無人艇群。其中，對陸偵察無人艇群主要搭載光電設備、筒式無人機等任務載荷；水下偵察無人艇群主要搭載多波束聲吶、側掃聲吶、前視聲吶及水下電視等任務載荷；電磁偵察無人艇群主要搭載雷達偵察干擾機、通信偵察干擾機等任務載荷。

如圖3所示，各小型無人艇群由母艦攜帶進入作戰海區，布放后自主航行至預登陸場附近水域展開，進入各自陣位，根據任務規劃分區域完成偵察任務。

圖3 小型無人艇集群預登陸戰場隱蔽偵察示意圖Fig.3 Pre-landing battlefield concealed reconnaissance of small USV cluster

具體作戰流程如下。

1）對陸偵察無人艇群。

對陸偵察無人艇群通過光電設備對各自負責區域的敵岸上環境進行偵察成像和初步識別，形成局部戰場態勢并發送給編隊首領，由編隊首領進行融合處理，形成完整的戰場態勢，并利用數據鏈將偵察信息實時傳送回母艦。當需要確定岸上重點目標坐標位置時，各對陸偵察無人艇可通過光電被動測向的方式，獲取目標的多個方位信息，由編隊首領匯總后，采用純方位定位算法解算目標位置[8]，相比激光照射測距等有源定位方法，這種無源協同定位的方式極大地降低了暴露的可能，提高了戰場生存性。如敵岸上陣地縱深較大，對陸偵察無人艇可發射筒式無人機，對敵陣地腹地實施空中偵察，從而獲取更全面的偵察結果。

2）水下偵察無人艇群。

由于水下探測通常要求無人艇控制在 5～8 kn左右低航速作業，單一平臺及單一水下探測設備難以在較短時間內完成區域探測任務。因此，可通過無人艇集群搭載不同類別水下探測設備，快速完成預登陸場附近區域水下環境信息獲取。其中，多波束聲吶和側掃聲吶可獲取預登陸場附近水域水下環境信息，并實時構建水下地形圖；前視聲吶和水下電視可實時獲取艇艏附近水下環境信息。編隊首領將各無人艇獲取的水下偵察信息匯總處理后，形成水下態勢圖，通過深度學習等方法還可進一步識別水雷等水下敏感目標，為指揮所選擇安全的登陸通道提供信息支撐。

3）電子偵察無人艇群。

電子偵察無人艇群主要通過加裝雷達偵察干擾機、通信偵察干擾機等電子戰設備，截獲無線電信號并進行相應處理，獲取預登陸場敵重要電子設備信號特征。其中，雷達偵察干擾機可提供敵雷達重頻、載頻、脈寬、捷變周期及部署位置等重要參數；通信偵察干擾機可提供敵電臺的工作頻率、通信體制、調制方式、聯通特征及部署位置等重要參數。根據此類偵察信息，在登陸作戰時可有針對性地實施干擾壓制或者引導遠程火力實施打擊。此外，電子偵察無人艇群還可以根據登陸作戰需要，主動開啟干擾設備，在佯攻方向上形成大量假目標，吸引敵作戰力量，掩蓋我真實作戰意圖，起到“聲東擊西”的作戰效果。

2.3 海上維權自衛反擊

隨著我海上維權斗爭日趨激烈，近距離低強度的扭抱纏斗已成為一種常見的海上作戰樣式，其交戰區域多發生在近岸、島礁附近，相關海域環境復雜，大型艦船受限制較多，非常適合小艇活動。近年來，“小艇打大艦”的作戰樣式屢有成功案例，如：2000年10月，美國海軍“科爾”號驅逐艦遭“基地”組織裝載炸藥的橡皮艇襲擊；2017年2月，沙特海軍“麥地那”號護衛艦遭到自殺式小艇襲擊；此外，也門胡塞武裝也曾使用自殺式小艇，成功突破美軍封鎖線，完成對目標油輪的爆破。

相比于橡皮艇、近距離遙控艇，小型無人艇在智能化程度、機動性、隱蔽性、續航水平、載荷能力等方面優勢更加明顯。因此，可將小型無人艇集群部署于有人駐守島礁，在維權斗爭中及時前出，到達目標海域遂行作戰任務。

執行維權作戰的小型無人艇集群可分別搭載小型機槍站、多功能榴彈、小型反艦導彈及高能爆破裝置。其基本作戰樣式如下：

小型無人艇集群接到上級遠程目標指示后，自主規劃航路機動至指定海域，各無人艇通過雷達、光電等探測設備，獲取相關海域態勢信息，一旦發現入侵艦船，則通過數據鏈完成目標運動態勢共享，首領節點完成任務規劃并分配下發給各成員，各成員自主生成新的航路規劃向目標海域集結，進行抵近查證，形成圍堵、驅趕之勢。同時，首領節點將前方戰場態勢和維權取證圖像及時向指揮節點通報，便于指揮節點根據態勢變化及時更新作戰方案。

在維權行動中，小型無人艇可首先通過揚聲器對入侵艦船進行喊話提醒，而后利用機槍站對入侵艦船附近進行射擊、利用榴彈發射器發射爆震彈進行示警，如敵艦船仍不理會或發生擦槍走火，小型無人艇可在指揮節點的授權下或艇載指控系統自主決策下對敵展開自衛反擊，通過小型反艦導彈對敵艦船桅桿、相控陣雷達天線面等關鍵位置實施精準打擊，大幅降低其后續威脅。如必要，加裝了高能爆破裝置的小型無人艇可在集群內共享的雷達、光電數據導引下，對入侵目標龍骨、側舷等薄弱位置發動自殺式攻擊，使其遭受重創，徹底失去戰斗力。

3 涉及的關鍵技術

作為一種新型作戰形式，馬賽克戰背景下的小型無人平臺集群作戰需重點關注的技術主要包括：有人-無人協同指揮控制技術、無人艇集群編隊航行控制技術、無人艇集群智能作戰決策技術等。其中，控制技術作為作戰的底層支撐，是進行決策的依據，也是決策行動的執行單元，其關系如圖4所示。

圖4 關鍵技術架構Fig.4 Key technology architecture

3.1 有人–無人協同指揮控制技術

“人在回路，不在艇上”是無人艇集群作戰的重要特征[9]。無人平臺的自主化、智能化本質上是對人個體和群體作戰能力的延伸和增強而非否定，具體來說，就是將指揮員從比較低級的設備操控等機械性工作中解放出來，將更多的精力集中于指揮決策等智能水平要求較高的工作。這與傳統的有人作戰指揮控制系統存在很大的差異。因此，應從無人艇集群作戰需求和能力邊界出發，基于去中心化和分布式作戰思路，構建清晰簡明、類別明確、模塊內聚的集群指控流程，規劃集群系統信息協議、內容及交互規則，完成包括功能、結構、模型在內的有人-無人協同指揮控制系統設計，充分發揮有人平臺和無人艇的各自優勢，為有人艦艇和無人艇之間、無人艇與無人艇之間的高效指揮和戰術協同提供堅實的基礎。

3.2 無人艇集群編隊航行控制技術

海戰場環境復雜、小型無人艇集群數量眾多且距離相對較近，為保障航行安全和協同作戰任務達成，對無人艇集群精準協同航行控制提出了很高的要求。一方面，需加強基于多傳感器信息融合的智能避障方法、多約束條件下無人艇智能避障策略研究。另一方面，在現有經典方法[10]（如基于行為法、虛擬結構法、領航者跟隨法等）的基礎上，可采用強化學習算法，發揮多層卷積神經網絡的自學習特點，激發無人艇集群自主控制能力和環境應變能力，進一步提高無人艇集群智能精準控制水平。

3.3 無人艇集群智能作戰決策技術

無人艇集群通過外界感知輸入的戰場環境態勢，輸出群體控制策略，屬于智能化決策的范疇。從作戰角度看，無人艇集群與打擊目標集群之間的體系化對抗是一種動態、隨機和信息非完全的博弈過程，無人艇集群需實時獲取并分析敵方目標的進攻態勢與行為意圖，動態調整作戰策略，從而最大程度地毀傷敵方目標。為達成此目標，應結合集群作戰問題的特點，突破分布式處理條件下的態勢理解認知、權重自學習的多目標智能威脅評估、面向博弈對抗體系的自主任務分配等關鍵技術，最終構建無人艇集群智能作戰決策網絡。

4 結束語

“真正的戰爭，發生在戰爭之前”[11]，要在未來戰爭中搶占先機，必須加強對戰爭理論、樣式、戰法的研究。本文從馬賽克戰理念出發，在完成小型無人艇集群控制結構設計的基礎上，提出了 3種與其戰術特點相匹配的典型作戰樣式，分析了實現過程中涉及的關鍵技術，為小型無人艇集群這一新質作戰力量在未來海戰場運用進行了有益的探索。