水下立体攻防体系构建技术

司广宇， 苗 艳， 李关防

(江苏自动化研究所， 江苏 连云港 222061)

“体系”泛指一定范围内有关事物或意向相互联系、按照一定秩序构成,并完成特定功能的有机整体。“作战体系”是指由各种作战要素、作战单元、作战系统，按照一定的结构组织联结起来，并按照相应的机理实施运作的整体，具有独立性、涌现性以及动态性等特性，体系化作战有助于大幅提升作战装备的综合作战效能。“水下攻防体系”是指按照统一作战策略，统筹规划运用探测、指控、武器、保障等要素，形成的用于完成水下攻防作战任务的整体，是一个动态、开放、一体的复杂网络系统，是水下战场感知、信息传输、指挥控制、攻防交战等全过程作战资源的有序集合，体系内各分系统之间在功能上相互联系、相互作用，性能上相互补充、相互影响。

20世纪80年代，美军初步建立了侦察打击综合体，并将其用于海湾战争，使得世界各国首次意识到现代战争中体系作战的重要性。20世纪90年代，美国空军戴维·德拉普拉中将提出了基于效果的作战理论，并将敌人描述为一个由多个系统构成的系统，并主张将所有系统组织起来，形成“体系”作战的理念[1]，实现“整体大于部分之和”。近年来，美国先后提出了“网络中心战”、“空海一体战”等作战概念，体系化作战理论不断完善。为确保水下作战“透明化”，美国加大了对水下作战力量的投入，无人作战力量装备批量应用、反潜作战体系不断升级，水下作战能力持续增强，水下作战优势愈发明显。

未来的战争已不再是武器对武器、平台对平台的对抗，即将转变为体系与体系的对抗。为此，适应未来水下体系作战的发展需求，通过综合应用空天、水面、水下、海底等立体多节点资源，构建攻防兼备、协调一致的水下攻防力量体系，形成“水下无人集群作战、水下有人无人协同作战、空海一体对水下作战”等典型作战样式下的一体化、网络化的攻防作战能力，是新形势下提升我国水下战场掌控能力、实施海洋经济发展战略和推进“海上丝绸之路”国家发展战略的重要保障。

1 水下攻防典型作战样式

1.1 水下无人集群作战

随着使命需求的复杂化和多样化，仅仅通过追求单个水下无人作战装备某些性能指标的最优，已经无法完成多种复杂的作战任务，水下无人装备正在向基于协同的无人集群作战方向发展。

1)移动无人集群水下作战

多个UUV发射后组成水下集群，隐蔽航渡到特定海域、港口、航道等，UUV群自主形成探测网络或者建立巡逻屏障，在指定的区域进行巡航搜索；当探测到目标进入其监视区域后，UUV群以一定方式与决策者通信；当接收到攻击命令后，UUV群迅速作出协同攻击决策，开展自主攻击。

2)移动无人集群阻击航母编队

多个UUV组成水下集群，隐蔽航渡到敌航母编队附近海域；UUV群经过自主分类识别，当确定目标是航母编队时，采用“狼群战术”作战理念，根据集群阵型自主进行角色分配；一部分UUV可同时模拟多种目标，吸引敌人的注意力；另一部分作为攻击型UUV，对航母编队高价值目标进行集中打击，“威慑”航母编队水下安全，达到有效迟滞、阻击航母编队的目标。

1.2 水下有人无人协同作战

在未来信息化、网络化、体系对抗的海战场作战环境下，采用UUV集群、水下预置系统和潜艇联合作战的水下有人无人协同作战方式是水下体系作战的主要模式之一。在实现有人无人协同作战过程中，潜艇承担编队指挥员的角色，其任务的重心为作战指挥而非直接作战；无人系统采用新战术、新技术、新方法改变了当前的战场空间态势，不仅可提供持久的情报侦查、监视能力，还可提供精确和及时的直接火力和间接火力。

1)有人无人协同水下区域控制

根据作战区域的大小，多个UUV作为移动传感器和网络节点自主组网，在既定海域按照预先规划的路线进行搜索。一旦发现水下目标，以接力的方式将态势信息传递给下一个UUV，对进入监视区的水下目标进行持续探测跟踪。UUV群通过一定方式将信息发送给有人平台，潜艇根据作战任务要求向一艘或多艘UUV下达摧毁敌潜艇的反潜命令，指挥清除栅栏保护区域，并评估反潜效果，判断是否进行二次打击，形成侦察、打击、评估等一系列连续完整的水下区域控制链。

2)潜艇+UUV+水下预置系统反航母编队

水下预置平台提前部署于重点海域，长期潜伏；多个UUV组成水下集群探测网络，隐蔽航渡到敌航母编队附近海域；一旦需要潜艇通过UUV中继或其他方式将水下预置平台远程唤醒，当判断航母编队进入其监视区域，并在水下预置平台集群武器射程之内时，对敌航母编队进行首轮鱼雷攻击；远离危险区的指挥艇根据鱼雷攻击效果，对敌航母编队实施巡航导弹二次攻击，实现有人无人协同对航母编队的饱和攻击。

1.3 “空海一体”联合对潜作战

“空海一体”联合对水下作战，通过在其关注海域部署大量反潜设施，将水面舰艇编队、空中飞机、卫星探测信息、岸基信息等各种作战资源进行有效整合、协同管控，将海上、空中和岸基平台的传感器联系在一起，生成精确、实时和一致的战场态势图，具备一体化、网络化的协同水下作战指挥控制能力，完成情报、监视、侦察和联合打击任务，并可封锁任一可供潜艇进出的通道，依托信息优势，遏止对手潜艇出港，破解对手的拒止/反介入能力，必要时可借助潜艇和其他水下打击系统，对水下目标实施毁灭性打击。

2 国外技术发展现状与趋势分析

为持续保持水下作战优势，美军不断加快水下战的理论与技术创新，研制了基于新型远程传感器及新兴水下通信装备，发展了系列化的无人装备，形成了有人无人协同作战理念体系，作战样式更加灵活多样。2016年9月，美签署发布了《水下战科学与技术目标》，继续构建可靠的水下指挥与控制系统、高数据率通信系统，进一步提升了水下体系化、网络化的攻防作战能力。具体体现在以下三个方面。

2.1 水下攻防体系顶层规划

目前，美国利用卫星、固定或机动式水下警戒系统、反潜巡逻机、反潜直升机、水面舰艇、潜艇等反潜平台及装备，基本实现了对重点海域的水下目标进行全天候不间断的侦察、警戒、探测、跟踪和打击；利用固定或机动式水下警戒系统、潜艇、水下无人平台、水下预置系统等水下平台，辅以空天舰探测信息支持，可完成对水下威胁目标、重点海面目标和陆上战略战术目标的探测、跟踪、防御或打击。

美国提出并建立了分布式水下反潜网络，典型代表为美国持续濒海水下监视网络系统(PLUSNet)、自主分布式系统DADS，主要由浮标、UUV/USV、近海岸的固定式水声监视系统、机动水声监视系统SURTASS、海底声呐、潜艇、水面舰艇等组成[2-5]，潜艇是水下作战重要的信息利用平台和作战平台，通过分布式水下信息处理，形成统一的水下态势。持续濒海水下监视网络系统是一种半自主控制的海底固定+水中机动的网络化设施，该系统以核潜艇为母船，以UUV为活动节点，以水下潜标、浮标、水声探测阵为固定节点。潜艇通过携带半自主传感器的UUV实施水下反潜、攻击水面目标等任务，为水下作战提供支撑。自主分布式系统DADS是一种高机动、可快速布设的水下监视系统，利用布放于海床的分布式无人传感器，建立近海海域警戒系统，提高美国海军在近海区域的情报、侦察和监视能力，为编队指挥提供准确的威胁位置信息和可靠的海洋图像，有效应对来自水下的威胁。美濒海水下监视网络系统如图1所示。

美国形成了以核潜艇为核心，通过数据链、卫星、长波、水声等通信网络，将水下传感器、水下浮标/潜标、水下无人平台及水下预置系统等连接一体的高效整体，主要承担海基战略核打击、反潜、对陆攻击、反舰、情报搜集等水下作战任务。在对水下作战方面，形成了以航母、驱护舰等舰艇和以P-3C、P-8A等反潜机为骨干的反潜战力量体系，和以水雷战舰艇为骨干的猎/扫雷力量体系，主要承担监视、侦察、反潜、猎扫雷等任务。

2.2 有人无人协同作战理念

美国海军越来越重视无人装备在水下作战中的应用，发展了支持多种作战样式的自主化、智能化无人装备。其中“察打一体水下无人潜航器”，将探测与打击集于一身，可实现对目标的探测与自主打击；“深海SHARK系统”，以UUV集群形式形成移动式水下监视网络，可在4小时内清除25万平方海里区域的水下敏感目标，能够探测到50km的远距离目标并维持多节点接力跟踪，实现了对水下战场的区域清除、栅栏探测与远距离跟踪，能够大范围探测、跟踪和攻击大洋中的水下威胁目标，SHARK系统典型作战使用方式如图3所示。

美国深入发展了有人无人系统联合作战的理念[6-9]，实现了有人平台与无人系统的集成，将无人系统作为前沿水下作战终端，掌握水下战场态势、感知海洋环境特性；有人平台可指挥无人平台及无人集群进行灵活重组，以适应当前作战环境变化，从而确保有人作战力量快速进入全球海洋与近海区域，支持美军在全球海域的军事行动。利用有人平台对多种无人平台进行指挥控制，完成特定的任务，美国潜艇控制应用无人航行器集群设想如图4所示。

2017年9月，DARPA发布了“跨域海上监视与瞄准”(CDMaST)项目二阶段公告，在前期完成概念开发基础上，计划开展有人/无人系统组成的分布式海上作战体系演示验证工作，如图5所示。该体系将利用新兴网络技术，将有人潜舰平台，各类无人系统，海底预置系统，武器系统、传感器系统、导航与授时系统以及后勤保障系统等有机联接起来，组成协同网络，大幅提升美海军各系统的作战效能和适用性，能够实现作战的“探测-分类-定位-瞄准-交战-评估”等环节。

2.3 新概念水下无人装备

水下无人装备作为迅速崛起的新型装备，将成为未来海军水下装备体系的重要力量，可作为提升传统作战效能的倍增器，将对传统水下作战模式带来变革，是应对未来水下“非接触”战争的“杀手锏”装备。典型代表包括MANTA、大直径水下无人系统(LDUUV)等。

MANTA是美国21世纪初开始研制的一种完全自主型多用途的巨型UUV系统，能够在浅海水域及其高危险海域中长时隐蔽的自主航行，可以通过自身传感器装备的“灵巧表层”传感器以任意速度、在任何深度下通信，自身具备攻击能力和对抗能力。大直径水下无人系统(LDUUV)，是一种载荷能力更大、续航力更强的大型多任务无人系统，能够搭载不同传感器和任务模块，灵活配置，自主控制能力更高。其显著特点是：可以长时间不间断地观察大面积区域。除具有扫雷和情报侦察功能外，可在浅海长时间、自主地进行隐蔽性工作；作为诱饵协助母艇猎杀敌潜艇，或对敌潜艇进行长时间跟踪；具备较高的网络化程度，能够布放传感器网络；可以携带轻型鱼雷、水听器阵列等多种负载。

水下无人预置装备，可通过提前部署在特定海区海底，长期待机，战时唤醒，自主执行水下作战任务，作战样式更加灵活，具有隐蔽性好、成本低、持续时间长等特点，可快速部署形成覆盖一定区域、保持长期军事存在的水下威慑与潜伏突袭能力，已成为美国近年来发展的热点。上浮式有效载荷系统和“海德拉”系统是其中的典型代表。

深海浮沉载荷系统是由舰艇/飞机预先部署、长期在深海休眠、必要时执行非致命性任务的低成本系统，为海军提供可在广阔海域分布式、小型化、高效率的无人机等任务载荷发射平台。任务载荷借助密闭舱长年部署在深海海底，必要时通过远程控制中心唤醒，发射装置上浮至海面，并自主发射携带的无人机，实现敏感海域的区域监视与打击，如图6所示。

“海德拉”系统是一种无人值守、长期待机的水下作战平台族系,包括情报监视侦察型、火力打击型、水下/空中无人载具母船型、特种部队装备支援型等类型，能在水深300m内海区连续潜伏数月，通过被动接收指挥、控制和情报信息，完成特定任务。系统具备海空监测手段，智能化程度高，响应迅速；具备强大的打击能力，打击突然，突防概率高；能融入体系作战，可与有人/无人平台协同作战，如图7所示。

2.4 发展趋势分析

国外海军在已有装备基础上，根据能力需求，不断填补能力短板，将侦察预警、指挥控制、武器攻防进行灵活组合，通过水下信息栅格、接入全球指挥控制系统，具备了全天候、体系化的警戒、跟踪、指挥及攻防作战能力。水下立体攻防作战体系装备呈现以下发展趋势：

1)强化顶层规划，立足已有装备，形成了多维、立体的水下攻防作战装备体系，形成了攻击和防御一体化水下作战能力，为争夺制海权、主导进入海上空间提供重要保障。

2)统筹管理跨平台资源、综合处理多源信息，构建分布式水下信息与兵力控制网，能快速生成水下战场态势并按需分发共享，提升水下战场空间的感知能力和跨域协同作战能力，助力信息战和网络战。

3)推进有人无人协同作战，实现了有人与无人系统的有机集成，确保作战力量可快速进入各种水下作战海域，突出机动作战、支持在全球海域完成各种行动任务。

4)研制了变革性的水下无人预置装备，可提前部署、长期待机、战时唤醒，形成覆盖一定区域、保持长期军事存在的水下威慑与潜伏突袭能力。

3 水下攻防体系构建技术

3.1 水下攻防体系装备组成

水下立体攻防体系主要围绕水下联合态势感知、跨平台作战指挥、分布式作战决策、联合行动规划、联合支援保障、兵力综合运用等作战需求，在空天信息支持下，设计预警探测、指挥控制、攻防武器、综合保障等装备协同关系和信息流程，牵引各领域装备的协调发展与整体推进，保证体系作战合力的有效形成。水下立体攻防体系主要由空天信息支持、预警探测设备、综合指挥控制、攻防软硬武器、通导综合保障、水下搭载平台等六大部分构成[10-12]，如图8所示。

空天信息支持是指在综合挖掘卫星等天基平台对特殊区域的大范围监控信息，统筹应用反潜巡逻机、反潜直升机等空中平台对水下目标感知信息，实现对潜艇目标的监视与早期预警，为水下攻防提供非实时的信息支持。

预警探测设备部署在反潜舰艇、潜艇、UUV、深海空间站、预置平台、浮/潜标等平台，或固定/机动布放在港口、要地、前沿阵地等海域，用于完成对潜艇、鱼雷、水雷、UUV、蛙人等水下目标的预警探测任务，提供实时目标探测信息保障。

综合指挥控制装备搭载于有人平台和部分无人平台上，综合运用探测、武器、保障等作战资源，完成统一态势生成、兵力协同指挥、信息共享分发、作战方案制定、多平台武器协同攻防控制、作战效果评估等信息处理与指挥控制任务。

攻防软硬武器由水下、水面以及空中等作战平台搭载，用于完成对舰艇、潜艇、UUV、来袭鱼雷、蛙人等机动类目标，水面、水下设施等目标，以及岛礁、港口等近岸目标的攻击与防御。

综合保障装备主要由部署在各类节点上的无线通信、水声通信、卫星通信、导航探测、海洋环境感知等装备组成，为水下立体攻防作战提供多链路、多手段通信保障、自主与组合导航信息保障、先验与实时海洋环境信息保障。

水下搭载平台是预警探测、指挥控制、攻防武器、综合保障等装备的部署平台，主要包括潜艇、舰艇、深海空间站、UUV、水下预置平台等，通过各类装备的组合配置，形成功能不同、性能各异的作战节点。

为发挥水下立体攻防作战合力，必须在水下攻防体系顶层设计基础上，以综合指挥控制为核心，依托通信、导航等综合保障，有机融合多维多源水下预警探测装备及软硬攻防武器，通过各类有人、无人搭载平台的按需组配，完成联合感知战场态势、实时共享战场信息、准确协调作战行动、同步遂行作战任务。水下攻防体系构建技术是达成水下立体攻防作战能力的基础，需开展深入研究，以引导装备的有序发展。

3.2 水下立体攻防体系构建关键技术

借鉴国外水下作战体系化、无人化、智能化的发展趋势，加强水下立体攻防体系的顶层规划，运用系统集成与体系设计工具和海战场作战仿真评估技术，以作战流程和指挥要素为主线，从体系结构设计及多视角建模、作战概念方案设计及指标分解、协同任务规划与作战仿真推演、体系效能评估及体系贡献度分析等方面开展研究。

3.2.1 体系结构设计及多视角建模技术

水下攻防体系结构设计主要致力于解决水下立体攻防作战的信息化整合、信息资源共享以及资源优化问题。设计水下攻防体系结构时，需考虑水下特殊的通信环境及信息传输的局限性，适当减少跨平台通信负载、信息交互次数，优化传感器协同探测、作战指挥和武器控制三个领域的层次关系和协同流程，梳理各系统间的静态结构和动态行为关系、系统演进和管控的遵循原则，给出水下攻防作战体系指挥中心、次中心和协同单元的层次和连接关系，并采用多视角视图对系统体系结构进行统一描述。

按照系统化、程序化、规范化要求，对指挥关系、作战流程、信息流程等进行数据整理、归类、建模，清晰、完整、准确地表达出基于能力的水下攻防体系作战构想、作战活动、作战能力、装备系统需求等信息建模的需求论证过程，从水下攻防作战需求到提出达成攻防兼备的水下对抗所需的能力，从明确未来作战的能力要求和当前装备的作战能力之间的差距，到装备系统需求的分析，最终提出装备解决方案。

3.2.2 作战概念方案设计及指标分解技术

针对三种典型作战样式，利用专业化的军事想定编辑工具，设置作战时间、作战环境、兵力编成、指挥关系、作战任务、作战区域与航线、通信网络、战术规则等军事想定要素，考虑实际作战计划的接入和解析，自动生成可推演的初始作战想定。

在此基础上，根据不同作战任务下的功能需求，将系统功能分解至预警探测、指挥控制、通信导航和攻防武器等功能模块，并对各功能模块进行耦合性分析，研究各个环节功能的匹配性和技术指标的闭合情况。根据体系作战构想，分析水下攻防装备目前及未来发展所处的作战环境及威胁，基于逻辑推理和系统分析，提出体系对各系统的能力需求，实现体系能力向装备能力的逐层分解，形成指标体系。

3.2.3 协同任务规划与作战仿真推演技术

针对水下作战可能面临的多样化作战任务或者不确定的威胁，借鉴自然界的自组织机制，采用分层递阶思想逐层求解的方法，根据不同的作战任务、作战任务完成的不同阶段选择不同的协调控制策略,确保通过有人无人系统之间的协调与合作完成复杂的作战任务。多个有人无人系统通过相互信息交互产生整体效应，便于进行功能和使用的灵活配置，实现较高程度的自主协作，从而自主完成预期作战任务。针对上述设计，通过调度所需的仿真模型，考虑环境特点、平台能力、目标特性、毁伤条件等因素，按照设计的作战流程，考虑作战过程中的人工干预，实现红、蓝方的背靠背对抗推演。

3.2.4 体系效能评估及体系贡献度分析技术

针对体系组成单元多、功能结构复杂、动态变化等情况，基于作战任务及典型作战样式，研究分析影响水下攻防体系作战胜负的关键因素，以水下攻防装备体系各组成要素的装备效能为基础，建立水下攻防作战任务装备体系效能模型，通过反复推演及大样本分析，从统计角度评估体系效能，提升效能评估的科学性。对于特定装备，通过在对应层次增加作战节点，调整指挥关系，从增强作战效果贡献度、增强作战效率贡献度、降低作战代价贡献度等不同角度，根据效能评估结果变化情况，评估其体系贡献度。

对照已有装备性能，按照作战任务，通过仿真推演，梳理已有装备能力短板，指导装备性能填平补齐；对于水下探测网、水下预警浮/潜标、水下预置系统、UUV及UUV集群等新概念装备，按照体系作战目标要求，通过贡献度分析，形成体系内各平台探测距离、作战半径、覆盖范围等能力要求，引导新概念装备的发展和能力论证。

4 结束语

体系对抗是未来水下立体攻防作战的重要发展方向。随着水下攻防装备的持续发展以及对体系研究的不断深入，在加强体系总体筹划、顶层设计基础上，面向任务、基于效能，建立相应体系作战理论，梳理已有装备能力短板，指导装备性能填平补齐；针对装备未来发展需求，考虑传感器探测、水声通信等装备能力现状以及未来装备的演进变化，并结合装备、技术发展，预测未来近期、中期、远期典型作战样式下的整体作战能力，通过仿真推演及效能评估，在时间剖面上研究能力成长态势，并能够根据各种无人装备的发展，通过装备体系贡献度分析，评判各类水下有人无人资源配置的优劣，引导各类水下攻防装备协调有序发展，确保现役装备融入体系，新研装备贡献体系。

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