提升飞机编队自主作战能力的若干思考

费爱国 张陆游 董洪乐

1.解放军93216 部队北京100085

信息化条件下的空战是敌对双方作战平台在各自的地面指挥所、空中预警指挥机、电子干扰机等信息和火力支援下在空中进行的多机种、多机群协同战斗行动.图1 是网络化空战的示意图.网络化的作战结构可提高信息共享水平,增强态势感知能力,加快指挥决策速度,从而极大提高作战效能,缩短战斗进程.

随着我军使命任务由国土防空向远程远海转变,提升飞机编队自主空战能力是必然选择.

1 挑战和问题

提升飞行编队自主空战能力面临以下挑战和问题:

1)使命任务:“国土防空”向“空天一体、攻防兼备”型战略转型,未来远程作战/训练将成为常态.

①南海问题.行使主权要跨越南北数千公里纵深以上.

②东海问题.抵达第二岛链需要东西横跨数千公里左右.

③中印边界问题.中印边界属于高原荒漠地区,部署地面信息保障设施很困难.

为有效履行我军使命任务,需要飞机具有强大的自主作战能力.

2)作战样式转变:飞机编队自主空战将是未来航空兵作战的主要样式.

随着新一代作战飞机、机载武器、机载通信等装备的立项研制,将使作战飞机平台嵌入强大的指挥、控制、通信、计算机以及情报、监视与侦察能力,成为分布式空战系统中的强节点.飞机编队自主空战将是未来航空兵作战的主要作战样式[1-2].

3)当前装备能力现状:现役飞机需要依托指挥所进行信息保障,自主作战能力有待提高.

4)未来航空技术发展趋势:航空技术的发展为飞机编队自主作战提供了物质基础.

随着航空技术的发展,新一代作战飞机传感器、机载武器和机载通信装备在信息获取能力、攻击范围、信息传输容量等方面已大幅提升.以俄罗斯苏-35飞机为例,该飞机装备数据通信终端与“决斗”系统,可实现自动信息收集、目标自动分配等编队协同自动化,编队成员之间能够迅速达成战场态势统一、信息共享、行动决策,飞机编队已具备一定的自主作战能力.

图1 网络化空中作战示意图

图2 多平台传感器组网探测与数据融合

2 飞机编队自主作战关键技术

飞机编队自主作战提升需要在充分利用编队内各种传感器、武器、通信等各类作战资源的基础上,重点突破信息获取和融合、自主引导、编队协同、智能决策等关键技术,使得飞机编队形成一个小的“作战体系”,从而为飞机编队自主作战赋能.

2.1 信息获取和融合

2.1.1 单平台多源情报获取和融合

目前单一平台装备的传感器类型和数量逐步增加,如火控雷达、红外搜索跟踪、ESM 装备、激光探测装置、电视探测装置、通信导航识别传感器.进行机载多传感器的数据融合,可实现对多个传感器探测信息的综合、分析和处理,达到资源共享,功能、性能相互弥补,得到目标状态、属性等精确战场态势信息,取得传统单平台单传感器无法完成的功能和效果[3].

2.1.2 多平台传感器组网数据融合

来源于不同作战平台不同传感器的战场信息对作战起到了信息倍增的效果,但同时,多源信息的冗余和数据的时空不同步等特性也给信息的作战应用带来了一定的麻烦[4-5].要想得到精确、统一、唯一和完备的战场信息,必须进行多平台信息融合处理.图2 是多平台传感器组网探测与数据融合示意图.多平台传感器组网探测与数据融合涉及的关键技术:

1)多平台传感器管理.

2)多平台数据的时空配准.

3)多平台航迹相关.

4)多目标属性信息与状态信息的相关匹配.

5)多目标属性融合判决.

2.2 自主引导

根据飞机/武器性能以及态势,实现航迹规划和自主引导,能够控制飞机在规定的时间内按规定航向进入指定固定点或相对于空中目标的给定点[6-8].自主引导要实现以下功能:

1)建立飞机运动轨迹,包括编队飞行时的轨迹.

2)根据燃油储量、给定的任务和飞机的状态,确定飞行的最优航迹规划.

3)实现歼击机控制的自动化,使飞机能够高精度地进入和退出.

4)实现飞行控制的自动化,减轻飞行员的工作负担,保证飞行剖面的优化和提高航空武器装备的作战能力.

自主飞行引导实现面临的技术难题:

1)飞控(高度、速度、航向、油门杆的控制)算法非常复杂.

2)对程序各航段进行切换时涉及的逻辑运算量大,控制律比较和选择运算量大.

3)在形成给定的航迹参数和控制信号时,计算精度要求高.

4)算法和设备的抗干扰能力要求高.

5)完成自主引导飞机机动时,防止飞机相撞和超出极限,保证飞行安全.

2.3 编队协同

编队行动通常是指两架或更多架飞机按照总的计划为达到一个目的进行的联合飞行.既包括基于复杂作战任务的作战、保障等多种机型组成的大型编队行动,也包括由多架战斗机组成的小编队行动.编队行动需通过数据通信或话音进行信息协同、任务协同、火力协同、干扰协同.

2.3.1 信息协同

编队成员按照各自承担的角色,自动交换飞行数据、武器状态、探测目标等信息.每个作战平台除掌握本机看到的目标和自身状态外,还能获知友机以及整个编队的情况参战各平台之间变成了一个真正的整体[9].未来要基于大容量机载通信终端实现编队火控级态势共享.信息协同涉及的关键技术包括大容量高速通信技术、高动态自组网技术、智能信息分发与服务技术等.

2.3.2 任务协同

编队长机根据执行的任务要求、目标重要性、威胁排序和敌我编队的作战能力、战术位置等情况,及时给出任务分配建议,飞行员确认后分发给僚机执行.任务协同涉及作战规则和经验的数字化实现、目标威胁估计、编队作战能力计算、目标分配的原则和方法等关键技术[10-11].

2.3.3 火力协同

在攻击阶段,编队飞机在长机的统一指挥下,分工合作、互相支持、密切协同,使用各机携带的武器,以最合理的火力分配,最合适的攻击和机动方式,最有效地消灭敌机,保存自己[12].火力协同的基本过程包括协同搜索、协同跟踪、协同占位、协同制导等.

2.3.4 干扰协同

干扰协同是指不同飞机平台间通过组网交互载机和威胁目标的信息,合理分配干扰资源,以最大限度地降低敌机雷达跟踪和导弹攻击的效能[13].在空战中,无论是进攻还是防御,都应当协调编队飞机干扰资源的使用,破坏敌方的情报收集和导弹攻击.干扰协同主要有两种模式:

1)多机协同自卫干扰模式.

2)多机协同支援干扰模式.

2.4 智能决策

当前,世界上已有70 多个国家的军队在发展无人化系统平台.其中,美军已经拥有8 00 多个空中无人系统,地面无人系统更是超过1.5 万个,这些系统已经成为美军行动不可或缺的重要组成部分.2016年6月,美军空战Alpha 对战人类顶尖飞行员,以绝对优势获胜.空战Alpha 通过传感器搜集信息,然后作出正确反应,整个过程小于1 ms,在空战格斗中快速协调战术计划的速度比人快250 倍,而空战Alpha的硬件成本仅需500 美元[14].图3 为空战Alpha 项目中的人机对抗画面.

图3 空战Alpha 项目中的人机对抗

人工智能技术的突破为研究空战智能决策问题提供了新动力、新思路,人工智能技术将推动空战样式从信息化空战向智能化空战转变,最终实现飞机自主空战[15-16].

3 结论

1)深化基于信息的空中自主作战应用技术研究.飞机自主作战与机载武器系统性能、战术战法、机载通信装备性能,以及飞行员操作紧密相关,建议针对不同机型机载传感器、武器以及通信装备的性能,从协同作战模式、决策控制方法、装备改进研制以及协同作战原则4 个方面,全面深化飞机自主作战应用技术研究,逐步形成高效的编队自主作战能力.并以此为基础,完善机载通信及飞机航电系统改进需求,牵引后续航空装备改进和立项研制工作.

2)以机载通信装备建设为抓手,分阶段构建飞机自主作战能力.要兼顾时间成本和军事效益,在开展现役机载通信改进以及后续新型机载通信研制过程中,不断嵌入和形成飞机自主空战能力.

3)以系统工程学的方法狠抓飞机自主空战能力建设.飞机自主空战能力建设除了与机载通信系统密切相关外,还必须同步提升飞机平台的目标探测、飞行引导、信息融合和编队协同、智能决策等技术能力,这涉及到机载通信、机载传感器、机载武器、机载火控系统、机载电子战系统以及飞机平台的改进升级,需要军方各装备主管部门、军方研究所、中航集团、中电集团等多家单位的密切配合.各单位只有打破原有专业壁垒,齐心协力,精诚合作,才能把飞机编队自主作战能力建设搞好.