空中进攻作战天基信息“云”支援体系建设研究

刘 欣，张占月，雍 鑫

（1.航天工程大学，北京 101416，2.解放军93221 部队，北京 100085，3.军事科学院，北京 100091）

0 引言

军事技术的变革是现代战争形态演变和发展的基石。以大数据、云计算、人工智能为核心的新型技术在军事领域的深度应用，推动着战争形态不断向“智能化”、“自主化”、“分布式”、“跨域作战”等形态不断升级［1］，并加速新的战争体系形成。作为联合作战的新型作战样式之一，天基信息支援下的空中进攻作战也多次呈现出新的作战特征和形态。基于新的作战特征和需求建立适应性强、结构优化、功能完善、技术领先的空中进攻作战天基信息支援体系，对于深入理解空中进攻作战致胜机理、提升跨域作战能力、牵引装备和技术创新发展具有重要的战略意义。

1 空中进攻作战中天基信息支援任务及能力需求

1.1 天基信息支援下空中进攻作战的“新”特征

传统空中进攻作战是以空袭为主要作战样式的作战类型，是打击敌纵深最有效的作战行动。具备高瞰识、广覆盖、远传输、强精度能力的天基信息支援下的空中进攻作战逐渐成为改变战争局面、夺取战争胜利的“首战之选”。随着军事技术革命推动下的战争形态演变，空中进攻作战出现了有别于传统空袭作战的多种新型作战样式和作战特征，呈现出以下新特征：

空袭方式由接触性的临空突击方式向非接触、非对称的远程空袭转变；火力打击方面由粗放型、地毯式轰炸向精确性、点穴式打击转变；近年来在高超声速飞行器、临近空间飞行器、隐身飞机［2］等作战力量的协同下，呈现出天基精确指引下快速隐蔽突袭的能力，以及空中加油技术、超长航时无人飞行器支撑下的远域作战能力。作战程式由预先计划式作战向机动速决式转变；空中编队方式由小型编队方式向大规模、集群式、无人化的蜂群作战或有人-无人协同编队方式转变。在人工智能技术和大数据技术的支援下，天基信息支援的作用也从战略支援保障向战役战术层次不断延伸，将其显著的全维感知、全域瞰识、全时贯穿、全域控制能力落实到末端，并成为缩短打击链、提升作战效能的加速器，能够实现高动态性重组的无人作战力量在战场感知、广域通信和精确导航的信息保障下实施自主性集群作战。

1.2 空中进攻作战天基信息支援现状

目前世界局部战争中，天基信息支援空中进攻作战的能力不足，集中体现在以下几个方面：首先，作战体系要素众多，组织复杂。空间、空中平台资源分散，各系统互联、互通、互操作能力不足，平台铰链接口难以统一，集成深度不足。例如美军天基信息系统存在“烟囱”式发展、能力不平衡等特点。第二，完备、协调、一致的整体协议标准尚未形成，难以形成一体化联合作战体系的有效支撑。美军现有的很多取得实际作战效果的作战平台或系统最初是由军种主导并推广至全军的，统一需求标准、接口标准和协议标准等需求刻不容缓。第三，作战体系对于复杂环境的适应能力不足，在复杂电磁环境、多种复杂地理环境适应性方面存在不足。而复杂环境下，空中进攻作战实施高速空中突击、突防任务的高精度、强机动性对侦察、控制实施等作战信息支援要求更高。第四，广域覆盖的天基通信信道容量不足。比如静止轨道卫星距离远、时间长、延迟大；低轨卫星存在容量小、带宽小的问题，并且切换问题对信道要求高，各类信道传输容量与日益增长的业务需求相比还有一定的差距。美联军在利用无人机实现战场图像、指令的回传时就出现了信道带宽不足，无法满足使用，需要借助民用信道辅助的情况［3］。第五，作战弹性较差。系统快速部署和重构不够灵活，与空中进攻作战任务的高机动性、作战行动和指挥快速、实时、灵活性、随机性等需求有较大差距。网络架构不灵活、层次多、规划难度大，参数多、分发慢导致动态调整、动态组网能力较弱。第六，作战链长，无法实现空中进攻作战“发现即摧毁”的作战目标。包含远程精确制导武器、智能无人平台在内的新型空战武器在态势感知范围、目标定位、指引和导航精度、信息速度、要素精度等方面都对信息保障和服务能力提出了更高要求，而现有的信息系统保障能力制约了新型武器装备作战效能的发挥和体系作战整体效能的提升。

1.3 空中进攻作战“新”特征对天基信息支援的作战需求

空中进攻作战的主要任务是夺取制空权、削弱敌战争潜力、消灭敌重兵集团、切断战场联系。要达成夺取制空权作战任务，关键在于“出其不意、一击即中、准确高效、机动灵活”。以上特征除了对空战平台的性能提出严苛要求外，天基信息支援作为力量先行，要成为“首战”的“首战”，在空战场上织一张巨大的网，联通不同的作战域、消除战争迷雾，成为空中作战力量敏锐的“眼、耳、鼻”。在信息化作战向全面智能化战争转变的背景下，天基信息支援力量不但要满足基本作战信息需要，还要作为空中进攻作战能力提升的加速器和增效器，延长战斗力的“生命线”。基于空中进攻作战“非接触、精确化、远打击、快机动”的作战样式特征和无人作战、人机协同、快速集聚的发展要求，对天基信息支援提出了快速确保战机、满足动态规划、非计划作战的新需求。下页表1 为作战能力与作战需求之间的映射关系。

表2 是从作战要素视角下空中进攻作战对天基信息支援的需求分析。

表1 作战任务（能力）与作战需求映射关系

2 空中进攻作战天基信息“云”支援体系构想

2.1 天基信息“云”支援体系构建原则

目前美国已经将天基侦察、监视、预警卫星、军用气象环境、海洋环境卫星和空间环境监测系统等多域多源传感器和各个空中作战单元、指挥控制系统，通过一体化网络信息栅格精密铰链，形成了具备准确战场态势感知能力、实时控制能力的一体化网络作战体系，并显示出典型的体系化对抗特征。近年来，在不断适应“跨域融合、全域覆盖”等作战理念演变下，美军创新提出了“多域联合作战”、“马赛克作战”等新的作战概念，“网络化”、“体系化为中心”的作战理念也在逐渐向“分布式”、“跨域融合”、“智能化”作战［4］靠拢。

天基信息支援平台位置高、力量分散，虽然在物理域上所处的空间位置与空中作战域紧密相连，但在面向空中进攻作战任务进行信息支援时，需要统筹空、海、天、地、网、电等各源各类传感器提供的信息和资源，在情报支援、指挥控制、火力打击、协同作战、电子干扰、空中支援保障等多方面进行跨域交互，因此，在指挥方式上，围绕共同的作战任务和意图进行自上而下的统一规划和指挥［5］，在执行方式上，遵循自下而上的“分布式”任务执行［6］是重要原则。

基于空中进攻作战所呈现出的新特点和能力差距，本文提出空中进攻作战天基信息“云”支援体系的作战构想，其主要特点是强调信息的汇聚共享和动态适应，对未来网络中心作战向智能化作战转变提供一定的理论和技术参考。同时，由于天基信息“云”支援体系覆盖太空域、空域、地面和网络链路，具有内在的“多域”特征，对于适应未来面向“跨域”协同作战、“多域”作战的作战趋势具有重要意义。

空中进攻作战天基信息“云”支援体系基于“云作战”理念［7-8］，基于打赢联合作战下的空中进攻作战的作战目标，以人工智能、大数据、云计算技术为手段，将传统系统孤立、分散使用的处于不同作战域的天基支援平台、空基作战力量、地基服务力量进行有机整合和高效运用，形成重组性、适应性强、动态性强、功能性强的网络化、立体型天基信息作战“云”、地基保障“云”等分布式设计、一体化使用的作战体系，以作战任务、作战需求为牵引，在作战实施过程中形成“信息- 决策”的转换、“需求- 能力”转换，推动作战装备和技术的全面发展。

表2 空中进攻作战中天基信息支援需求

2.2 天基信息“云”支援体系组成要素

面向空中进攻作战的天基信息“云”支援体系由两个模块构成，分别是天基信息支援“云”和地面保障“云”，具体设计如图1 所示：

2.2.1 天基信息支援“云”

天基信息支援“云”可以从空战场作战要素进行划分，分别包括感知支援“云”、火力打击支援“云”、通信支援“云”和保障支援“云”。

1）感知支援“云”

通过感知支援“云”，将各类不同平台的空间传感器基于网络信息系统进行跨域联结，综合侦察、预警、气象、水文等战场环境保障能力的天基支援“云”，形成笼罩在空中战场上的一张天基感知“网”，为空中进攻作战行动提供包括敌情变化、战区图像、打击目标等详实的情报支撑。

2）火力打击支援“云”

利用导航卫星，精确定位和准确授时准确引导空中进攻作战力量，保障精确打击效果。

3）通信支援“云”

通过高质量、大容量、宽频谱的通信和数据中继卫星全时保障，实现空中战场实时、连续、顺畅的通信和指挥信息传递。

2.2.2 地面保障“云”

1）信息服务“云”

对天基感知“云”收集的各类平台信息进行分析、融合、数据加工、处理形成多层次、快响应的态势信息，并依托天基卫星通信网络进行信息发布、信息共享、信息推送和支援多类型的基础天基信息“云”服务。

2）决策支援“云”

根据空中进攻作战的特点，将战时态势信息按照“直接推送”“按需协调支援”、“集成共享支援”等类型进行区分，通过对态势信息进行分级推送，节省响应和决策时间，进一步缩短打击周期。

2.3 天基信息“云”支援体系组织运用模式

根据“云作战”作战概念，基于云作战体系的作战过程为“云部署、云聚合、云攻击、云消散”［5］。面向空中进攻作战的天基信息“云”支援体系中，对天基信息支援云、地面保障云的运行实施“集中控制、分散部署，动态调控”的原则，整合天、空、地、网、电等作战力量，构建强适应性、高动态性的跨域“云”态势资源、高效指挥控制平台、火力打击平台和智能化保障服务平台共同服务于空中进攻作战任务。

图1 空中进攻作战的天基信息支援“云”体系

2.3.1 情报和态势生成功能

“云”支援体系的情报和态势功能是指广域的侦察情报分发，包括直接推送支援模式、按需协调支援模式和集成共享式支援模式。

1）直接推送支援模式

基于天基信息感知支援“云”的直接推送支援，是基于天基卫星通信网络基础服务，汇聚以天基信息支援力量为主的多源感知平台数据，包括天基侦察卫星、预警卫星、海洋、气象卫星、空中预警机等作战力量，形成“数据获取-数据搜集- 数据处理-情报信息- 信息分发”的信息直接推送模式。面向用户为战区作战指挥机构、空中作战指挥机构等其他作战控制中心，如图2 所示。

图2 直接支援推送模式

2）按需协调式支援模式

按需协调式支援，主要用于前端指挥机构或指挥所根据实际作战需要、临机要求、战场态势变化等情况，对作战指挥机构提出更加具体的情报支援，感知支援“云”对具体需求进行形成“数据获取-数据处理- 情报信息- 按需协调”协调支援的模式，如图3 所示。

图3 按需协调支援模式

3）集成共享式支援模式

针对战术级用户和作战单元直接提供战术级情报信息，为指挥引导、作战决策提供帮助和支持，基于战术用户配发使用到的集成共享式移动用户终端或系统，形成“数据获取-‘云’上数据处理- 情报信息- 共享分发”共享式支援的模式。如图4 所示，这种支援模式加快了按照规则运转的速度。

图4 集成共享式支援模式

其中，图4 中虚线指示为使用智能模式下的集成共享式支援，主要基于侦察卫星等天基平台的智能感知和星上信息处理能力，直接将情报信息共享分发给各个战术平台，大大缩短了打击链和作战周期，提升了作战决策效率。

2.3.2 指挥控制功能

1）指挥控制

天基信息通信“支援”云的指控功能主要是基于卫星通信链路的动态组网和广域联通覆盖，一方面实现情报和态势信息的广域共享，形成各源各类数据的“云”聚合支撑能力；第二是在执行任务的作战平台之间，按照作战计划组织指控网络进行作战计划、任务清单、指令信息等实时传递；第三是能够实现对于机动力量之间的快速动态局域组网。

2）指挥协同

有人- 无人作战飞机之间的指挥协同、作战飞机与超视距武器等火力打击平台之间的指挥协同。

2.3.3 火力打击支持功能

1）目标指引和状态监控

通过对作战飞机的目标指示、导弹发射后飞行状态的监控，实现对火力打击闭环的实时控制。

2）精确导航

为各种作战单元和指挥控制系统提供全天时、全天候、高精度、全覆盖的导航定位信息和精确授时服务。

3）目标探测

使用智能模式下的星上目标探测协同支援，主要基于侦察卫星的星上信息处理能力和空基侦察平台协同进行目标探测的能力。通过通信支援“云”将侦察信号直接发送至作战平台来获取目标信息。

地面用户端以智能终端轻量化应用为主要形态，形成“云”-“端”系统架构，大幅度降低了用户终端的要求。下一步还可以推广至战术云信息系统，相关设备与技术应用于战术云的建设，军民融合发展。

3 空中进攻作战天基信息“云”支援体系发展方向

以下从体系基础资源构建发展、弹性作战体系构成发展、智能化等创新技术、新模式运用发展几个方面，探讨具有“智能化特征”的面向空中进攻作战的天基信息“云”支援作战体系发展方向及技术体系支撑。

3.1 体系基础资源构建发展

建立符合用户需求的天基信息“云”支援体系，应包括资源整合、梳理关系、构建基础、技术支持和试验演练。资源整合包括对各类天基平台、现有指挥控制系统、通信保障系统进行资源的合理调整、分配、规划、调度，构建面向空中进攻作战的天基信息“云”支援体系，融合各类分散多源情报、基于统一规划网络信息体系，形成天基信息支援“云”体系；梳理关系包括在理清现有作战力量的隶属、指挥关系基础上，模糊军兵种界限，对作战力量、作战平台进行面向需求的“云”调配，构建可适应动态重组的高效指挥编组模式和支援方式；构建基础包括面向作战需求的体系结构设计与构建、模块（领域）功能设计、信息应用流程设计、数据接口设计和规范标准统一。加快数据链路、通信网络等信息化基础设施的建设完善，构筑稳固高效的天基信息“云”支援基础；技术支持包括体系构建的技术基础，目标感知与识别、数据分析与挖掘等技术问题的攻坚克难和支撑；试验演练包括在构建体系和技术应用的基础上，加快推进作战试验和演练检验理论研究的成果，同时进一步在实际应用中理顺作战支援流程和进行动态优化调整。初步形成面向空中进攻作战任务的天基信息“云”支援体系和战略、战役层面的“云”部署。

3.1.1 推广用户终端

战术层面的“云”部署，战术“云”平台的构建，是未来实现天基信息“云”支援落地，并推广应用的重要发展方向之一。用户可以以轻量化的智能终端、手持设备等方式直接实现天基信息“云”支援的应用。

3.1.2 军、民、商资源的合作

军民融合、军民共建、民商结合的资源开发和利用是世界各航天强国一直以来的发展重点，充分开发利用高技术资源，如人工智能、大数据、网络空间新技术等新技术在民用相关领域的应用，利用民用产业的快速发展带动装备性能的提升。

3.2 弹性作战体系构成发展

各个领域作战要素有机组合、跨域融合，实现军种间、层次间、功能间的“云”聚合，形成“高效、顺畅、标准、自主、动态、智能”的体制机制和流程，建立网络化的天基信息“云”支援体系，演化为不依赖于网络节点的、分布式运用的可重组、高弹性的作战体系，是未来作战体系构成的主要发展方向。在形成面向空中进攻天基信息“云”支援体系的基础上，不断提升空中进攻作战能力和加强天基信息支援能力建设。

如下页图5 所示为支撑面向空中进攻作战的天基信息“云”支援体系的技术体系结构。

3.3 智能化等创新技术、新模式运用发展

图5 技术体系图

首先在技术层面，具有自主知识产权产品的研发和使用成为未来关注重点，天基系统的自主性、安全性和可靠性，是把握未来联合空中作战的主动权和强大威慑能力的重要基础；其次是作战理念和模式的创新。空中作战的发展模式经历了分散独立使用、模块化、网络化到智能化方向的发展趋势，摸清战争的发展规律和致胜机制，才能够在技术和能力上有所突破和创新。美军在作战理论和高新技术的应用和探索方面一直走在世界前列，在第3 次抵消策略之后，美国提出分布式、去中心化的、以决策为中心的智能化战争等创新作战概念，成为智能化技术在军事上的应用新焦点。

探索智能化技术在天基信息“云”支援体系上的应用，包括在智能感知、智能通信、智能决策和人机协同几个方面。智能感知包括，通过自主规划、智能识别、跟踪目标、图像理解构建星上的目标智能感知能力，智能感知云通过天基信息通信，建立和空中作战平台的“云”通路，支援保障形式以“星上智能+ 空中指挥”的“人+ 机”结合的形式为主；智能通信包括构建具备自主组网、灵活重构、抗干扰、大容量、高带宽的天基网络通信架构；智能决策包括形成天基信息智能服务“云”和智能决策“云”，通过“云”上的智能辅助决策+ 优化作战筹划方案的方式，进行天基信息支援空中进攻作战的智能决策，缩短O O D A 的周期、增加迭代次数达到智能的“涌现”；人机协同包括指挥员与智能感知、智能决策之间的指挥协同，空中有人作战平台与智能化无人作战平台之间的作战协同，以及传统作战平台与智能化系统之间交互和协同。

3.3.1 基于大数据的战场（空中）态势评估与理解技术

在先进网络技术支撑下，通过天基信息“云”支援，将各源各类传感器信息综合“汇聚”，对目标区域进行自主组网、智能感知，进一步提高感知能力。进行数据挖掘，利用深度学习等智能技术在语音识别、图像理解、目标识别、匹配方面的应用，使态势信息生成、计算与评估等过程向智能化演变，为适应战场动态变化快速发现关键信息、识别重要目标特性、敌方意图、预测作战趋势提供重要支撑。

推动基于天基信息“云”服务的空中态势数据库及战场环境保障系统等基础数据建设，完善战场目标识别数据库，并开展数据工程建设，对海量数据中的规律进行深层挖掘、预测、优化等工作，有利于推动战场感知能力和评估能力的提升。

3.3.2 弹性天基信息网络技术

弹性天基信息网络技术是支撑天基信息“云”支援服务构建基础，在未来战场尤其是空中战场的动态未知性不断增大，战役战术层面的机动性和指挥协同对于信息传输效率、动态组网能力和抗干扰能力的需求更高。支撑战场智能感知的弹性天基信息网络技术，能够催生出连接各类传感器、自主运行的网络信息体系，并表现出可部署性强、适应性强、抗毁伤性强的特征。

3.3.3 智能决策技术

随着军事领域智能技术的应用，战争形式呈现出网络中心战向决策中心战逐渐过渡的趋势。决策中心战的技术核心和致胜机理在于智能决策技术上的非对称优势。天基信息“云”支援空中进攻作战中的智能决策，主要在发挥“云”支援的无障碍可达性、持久性、耐受性和快响应性的基础上，体现自主决策和智能控制的效能合力。

自主化决策主要是理解环境态势，预测变化趋势，提供主动建议、高级分析及人机交互，辅助指挥官进行快速有效决策，以应对瞬息万变的环境态势。自主决策技术要解决的问题是：战场要素关系估计、作战意图估计、作战计划识别、作战行为估计、路径/关键点预测等问题。主要解决技术途径有：不确定性评估：实现建模、表示、推理、感知、管理等过程中的不确定性分析，概率本体论：正确地表示信息系统中各种细微差别，计算认知系统等等。大数据、神经网络等技术在辅助决策方面的应用，主要是以天基信息“云”支援形成的战场态势为基础，通过作战推演预测作战行动趋势，从而得到最优化行动策略和方案，协助指挥员达成战争决策，提升指挥效率。

3.3.4 智能化蜂群作战与控制技术

小型化、智能化、无人化蜂群作战是未来空中进攻作战发展的一个重要作战样式，智能化蜂群作战与控制技术是未来智能化战争研究的重要焦点之一。发展智能蜂群饱和攻击战术、长航时无人机作战和智能察打一体技术，是分别从战术方式、武器装备性能创新和智能化技术方面进行发展的最佳切入角度。智能化指挥控制是基于虚拟现实技术、人机交互、无人自主等人工智能技术在指挥控制中的应用，对战争的指挥控制实时动态调控，作战要素实现自适应、自组织、自协同，人在指挥控制环路中逐渐实现“中、上、外”的演进。

4 结论

空中进攻作战的天基信息“云”支援体系，能够实现体系面向不同作战任务的可重构和弹性作战能力，根据不同的作战需求，实现多目标智能感知、多源数据智能融合，基于广域畅联的天基智能通信实现作战平台的深度铰链，进一步支撑形成高效、灵活、智能的指挥控制模式，通过人- 机智能协同，实现网络中心化向决策中心的智能化过渡，推动智能化侦察火力打击一体作战平台等武器装备和技术的不断创新和研制发展，以满足未来分布式、智能化作战的趋势和需求。