空中分布式作战概念及关键技术分析*

杨 斌

(中国西南电子技术研究所，成都 610036)

0 引 言

自从美国国防部于2001年正式提出网络中心战(Network-Centric Warfare,NCW)以来，美军不断完善、深化网络中心战的军事理念。2009年以来，在新的“大国竞争”背景和压力下，美国瞄准突破“反介入/区域拒止(A2/AD)”体系等重要的作战场景，着力发展强对抗环境下的作战体系。在大数据、云技术、人工智能等技术的不断发展与推动下，美国防部、空军、海军、国防高级研究计划局(Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA)等部门基于网络中心战的军事理念，开展了一系列面向未来战争的、基于新技术的作战概念探索，相继提出了“空海一体战(Air-Sea Battle)”“战斗云(Combat Cloud)”“分布式空中作战”“敏捷作战”“马赛克战(Mosaic Warfare)”“联合全域作战(Joint All-Domain Operation，JADO)”等多种空中分布式作战相关的新型作战概念[1-10]。这些概念与技术帮助美军从多个角度不断重构对于此类作战趋势的认识，智能、分布式、动态、集群式的作战方式正在逐步形成。

美军在探索新型分布式作战概念的同时，也在大力开展与作战概念相对应的相关技术研究，以落实相应的作战理念。美军以Link-16和Link-22数据链等网络中心战的技术成果为基础，通过协同交战能力(Cooperative Engagement Capability，CEC)、战术瞄准网络技术(Tactical Targeting Network Technology，TTNT)、以网络为中心的协同式目标指示(Network-Centric Collaborative Targeting，NCCT)等项目，构建了更宽频、更高速的网络，进一步加强多军种多平台之间的互联互通互操作能力，为美军提出新型分布式作战概念奠定了网络基础。近10年以来，美军DARPA、空军、海军等研究部门开展了SoSITE、DBM、C2E、CODE、ACK、ACE等多个项目研究[11-17]，从体系架构设计、指挥控制和辅助决策、通信组网、人机交互、自主智能等多个维度进行了技术研究与验证，为新型空中分布式作战概念的落地实施奠定了坚实的技术基础。

本文梳理了美国空中分布式概念的内涵以及演进过程，分析了空中分布式作战特点以及信息系统的技术发展趋势，提出了空中分布式作战样式设想，最后展望了空中分布式作战体系的技术框架和关键技术。

1 美国空中分布式作战概念及典型项目

图1按照时间顺序列出了与空中分布式作战相关的作战概念与典型研究项目。

图1 美国空中分布式作战概念及典型项目

1.1 作战概念

美军为了应对“反介入/区域拒止”挑战，在近10年左右时间，相继提出了“分布式空中作战”“敏捷作战”“马赛克战”“联合全域作战”等空中分布式作战概念。由于技术发展以及所面临的威胁不同，不同时期的空中分布式作战概念的内涵与技术的侧重点也不同。表1给出了不同空中分布式概念的提出时间及概念内涵。

表1 美国空中分布式作战概念内涵及主要能力特征

在对目标进行分布式杀伤过程中，美军各空中分布式作战概念既有联系又有不同。分布式空中作战概念强调的是空中作战平台的空间分布与资源分布式协调指控能力；敏捷作战概念强调对空天网电作战域的资源快速协调能力；联合全域作战概念强调全域的资源协调指控能力；云作战概念强调对全域数据的深度共享能力；马赛克战概念强调平台按照作战要素“解聚”，然后对杀伤网进行自适应动态构建能力。

需要说明的是，各分布式作战概念并不是相互排斥的，而是相互关联、相互影响的。实际上，作战云、敏捷作战中也存在“地理空间”分布，但并不强调武器平台的“地理空间”分布与“低成本”；联合全域作战中也会借鉴马赛克战中的“杀伤网重构”；马赛克战也有“数据深度共享”与“智能处理”。

1.2 典型项目

美国在提出各种空中分布式作战概念的同时，也对空中分布式作战体系的体系架构、适应性通信技术、分布式智能感知与理解技术、分布式任务管理与指挥控制技术、无人机自主决策技术、蜂群技术等关键技术领域进行了广泛的研究与布局，典型项目如表2所示。

表2 美国空中分布式作战概念相关的典型项目

表2(续)

2 美军空中分布式作战机理与发展趋势

2.1 作战特点

通过对美军空中分布式作战概念分析发现其存在的共性：小规模作战单位地理空间分布；根据上级意图，协力完成同一任务；强调前沿作战单位的自主决策；依托前沿分布作战单位间的互联、协同；充分考虑互联需求和战场限制。尝试归纳定义为：空间上大范围分布的作战单元通过网络互联，共享上级指令、战场态势、火力资源，实现自主共同决策的作战方式。

空中分布式作战具有分布性、动态性、智能性、自主性、规模性、强韧性、敏捷性、经济可承受性、复杂性、难以模仿性、虚拟性等特点[18-19]，如表3所示。

2.2 工作机理

作战空间包括陆基、海基、空基、天基以及电磁空间、网络空间六个作战域。在空中分布式作战中，我方侦察、监视、情报平台分布在六个作战域中，作战平台以空中平台为主，指控平台分布主要分布在地面与空中作战域；敌方目标广泛分布在六个作战域中。空中分布式作战机理如图2所示。当作战指挥官下达作战任务、作战意图后，空中指控节点分析作战对象的作战能力以及杀伤链要素需求，并在己方六个作战域空间中进行发布招标。根据招标响应结果构建作战对象的杀伤网，并实施于作战目标。在杀伤网构建过程中，针对不能满足质量需求的作战要素，通过OODA环进一步协调资源，以提高作战要素质量。

图2 分布式作战概念机理分析

美军通过作战平台的“地理空间分布”以及“作战要素解聚”，通过跨域要素协同动态生成杀伤网，以获得战场上的信息优势、决策优势、兵力优势等，最终提高作战效能。空中分布式作战依托了网络、智能两大使能技术，获取生存和杀伤两方面的效用。

2.3 发展趋势

基于空中分布式作战机理，美军空中分布式作战概念的演进有以下趋势：

(1)数据共享的内容越来越丰富

在美军“战斗云”概念中，由于商用云技术的应用以及广泛的网络接入，进一步加大了数据共享的深度与广度，从而进一步增强了信息优势与决策优势。有了成熟的作战云后，信息共享的速度和丰富性以及每个利益相关者的利用率都有可能提高。以近空支援作战为例：在作战云支持下，联合终端攻击控制员(Joint Terminal Attack Controller，JTAC)将在早期作战阶段不仅共享请求和“9行简报”的要素，而且还可共享空域容量分布、地理空间环境要素的表示和拟定战术方法的计算机模拟。JTAC 会在“云”上发布所有这些信息，然后更新它。一旦知道被分配的作战支援飞机，JTAC 就可以自动获得其传感器和武器在当前情况下的状态和能力，从而为打击做好准备。在指定的作战支援飞机上，飞行员将启动一个应用程序，自动从服务器上删除和更新这些要素，这些要素将被集成到作战支援飞机的导航和攻击系统中，该系统将根据飞机的进近航向为他提供建议的行动方案。一旦进入区域，作战支援飞机的导航/攻击系统数据将与JTAC的数据相关联，例如为飞行员提供来自传感器甚至是来自他可能使用的无人机的互补感知，从而使飞行员和JTAC能够更好地分享情况。在作战云理念下，能够将共享的历史数据和态势数据建立相关性，可对目前正在执行的不利行动方案进行评估。这种分析在之前最多只能在任务规划的情报支持中进行。

在后续的“分布式空中作战”“敏捷作战”“马赛克战”“联合全域作战”中，通过增加参与作战平台的数量、扩展作战域，将进一步丰富接入的数据类型以及增大接入的数据量。

(2)跨域协同的空间维度越来越广

在网络中心战开始提出来时，主要解决海、陆、空三域下的联合作战问题，即将地理上分散的各部队、各种武器联系起来，实现信息共享，实时掌握战场动态，缩短决策时间，实施快速精确连续的打击。随着“舒特”网络攻击技术的应用，网络电磁空间的作战日益受到重视。2007年9月，以色列空军使用了美国提供的“舒特”机载网络攻击系统，成功侵入了拥有“道尔-M1”防空导弹系统的叙利亚防空网，导致其防空体系失效，从而使以军10余架F-15和F-16战机成功突入叙利亚对预定目标实施精确轰炸后，又毫发无损地安全撤离。网络、电磁空间域是美军后续的作战概念都强调的作战域。

对于美国空军而言，“空天一体”一直是其制高点优势，在“作战云”“敏捷作战”等概念中都有强调。在美国防部于2019年秋提出“全域作战”概念后，美空军于2020年3月率先将“联合全域作战”写入条令，探讨空军如何在“联合全域作战”中发挥作用。目前，在美国防部的指导与推动下，美空军正致力于打造“联合全域指挥控制系统”，旨在将所有域作战力量整合进来。

(3)跨域协同的协同层次越来越深

在多域联合行动中，按战役、战术和战斗层次，协同控制的对象逐步由粗化细、由大转小，协同控制对象分为作战兵力、作战平台和作战要素三个级别。其中，作战要素包括战场感知、作战决策、目标打击等功能要素。由于CEC、TTNT项目的发展，跨域协同已基本上都可以深入到作战要素级协同，但在不同时期的作战要素级的协同深度还是有所不同。

在“空海一体战”中的CEC项目、NIFC-CA项目中，还是以感知要素的程式化协同为主。在“作战云”中，以感知要素的动态协同为主，实现了“按需所能”。在2014年“分布式空中作战”概念提出以后，跨域协同方式向作战决策、目标打击延伸，并进一步深化动态协同能力。在“马赛克战”中，将各作战平台的作战要素进行“解聚”，然后面向各战场目标的杀伤链需求，通过在己方市场招标方式动态生成杀伤网，实现基于作战要素的深度协同。

(4)作战平台的智能化、自主化程度越来越高

2006年以来，以深度学习为代表的机器学习算法在机器视觉和语音识别等领域取得了极大的成功，识别准确性大幅提升，使人工智能再次受到学术界和产业界的广泛关注。云计算、大数据等技术在提升运算速度、降低计算成本的同时，也为人工智能发展提供了丰富的数据资源，协助训练出更加智能化的算法模型。美国空军“作战云”概念就是强调利用既有商业云技术为作战赋能。

2014年以后，DARPA建立了自主化(半自主化)研究领域，资助了众多智能化、自主化相关项目，取得了丰硕成果。2015年，辛辛那提大学博士研究生开发的人工智能——ALPHA，与拥有丰富空战经验和战斗机专业知识的退役美国空军上校基恩·李在高保真空战模拟器上进行了4v2比拼中，ALPHA获得最终的胜利。据基恩·李透露，ALPHA是其见过的最具进攻性、反应灵敏，精悍的和可靠的人工智能。随着人工智能技术的发展，美国空军分布式作战概念中的作战云、空中分布式作战、无人机集群/蜂群作战、马赛克战、跨域分布式协同作战等作战样式都需要战场智能感知、智能数据处理、智能决策等智能技术的强烈支撑。

(5)通信组网的韧性要求越来越高

美军分布式作战的概念发展中，越来越强调多域协同作战甚至是全域联合作战，以及对大规模、低成本无人机集群的使用。这就导致在作战平台之间的“地理空间”高度分散，使得作战平台之间的通信网络的入网节点数目巨大、拓扑关系异常复杂、平台组网高度动态、通信内容复杂多样、通信环境对抗激烈，需要强韧性的通信网络支持，提高互连互通互操作能力。

3 空中分布式典型作战样式设想

空中分布式作战体系围绕生存力、杀伤力的对抗需求，突破军兵种以及作战域限制，在网络化基础上，在陆、海、空、天、电、网全域空间实现互连、互通、互操作；通过多域海量数据智能处理，实现战场态势的智能感知与理解；通过智能分布式任务管理，实现多域指挥控制与自主决策；通过作战要素协同与重组，实现自适应生存链与杀伤链/网。图3为全域空中分布式作战概念设想图。

图3 全域空中分布式作战概念设想图

基于全域空中分布式作战概念总体构想，未来空中分布式作战可采取跨域协同作战、有人机分布式协同作战、有人-无人机分布式协同作战、无人机编组分布式自主作战、无人机集群分布式自主作战、马赛克战等六种模态。其中，跨域协同作战强调在多域作战时的跨域协同指挥，提供敏捷作战能力；中间四种模态是根据有人、无人机的不同组合形式的作战模态，对应的态势理解与指挥控制的难易程度由简单到复杂；最后一种马赛克战是要素级协同与重构在上述作战模态中的应用。

3.1 跨域协同作战

跨域协同作战利用陆、海、天、临近空间等平台与空中作战平台之间的协同，基于分布式动态智能作战管理实现空、天、海、陆跨域传感器、武器的柔性链接，构建大范围、多维度引导打击体系。

充分利用天基侦察卫星的侦察范围广以及空基作战平台反应敏捷的特点，利用天基侦察卫星的广域侦察数据为空中作战平台提供远程目标信息，支持空中平台的远程预警监视、远程目标打击等作战应用；空中作战平台可根据其作战信息需求，提出对侦察卫星的应用申请。也可充分利用空中作战平台看得远、反应敏捷的优势以及海面作战平台武器搭载能力强的特点，利用空中平台的远程侦察能力为海面作战平台武器提供目标指示信息，实现对目标的远程饱和攻击。

3.2 有人机分布式协同作战

有人机分布式作战将有人机分散部署在不同作战空域，基于导航卫星、通信卫星以及空基可靠通信网络实现战场广域信息交互，共享战场情报，形成统一战场态势；由主战平台在上级授权下实施自主决策，其他平台协同配合，由此实现去中心化扁平指挥和快速动态编组与决策；同时，各空中平台间通过“信-侦-探-干-火”协同，实时优化战场空间信息、兵力和火力分布。在高度对抗和极端复杂环境中共同决策、引导支援、实时应对，协同实施作战行动，共同完成作战目标。

3.3 有人-无人机分布式协同作战

有人-无人机分布式作战是由一架有人机携带一架无人机或多架无人机编队执行协同作战任务，充分利用有人机的任务分配、作战监督、资源协调等优势以及无人机的反应敏捷、低风险等优势，基于视距/超视距通信网络，实现有人机与无人机的信息交互，生成战场统一态势；无人机在有人机的协调下获得作战目标，并通过自主决策完成任务。有人机位于安全空域担负指控任务，指挥无人机进入危险空域完成任务。无人机在有人机指控下摆脱地面站依赖向战场前沿推进。当通信手段受限时，无人机需具有自主决策完成任务的能力。

3.4 无人机编组分布式自主作战

无人机自主编队作战是由少量无人机构成一个编组，深入到高威胁、强对抗环境共同执行作战任务。无人机之间通过韧性通信网络，实现数据共享与协同决策；在通信受限时，各无人机仍能根据既定任务实现自主决策，实现或降级实现既定作战目标。

3.5 无人机集群分布式自主作战

无人机自主集群作战是利用特种飞机等搭载平台在安全区域投放低成本、功能单一的小型无人机集群，基于弹性动态通信网络，无人机集群实现信息自主交互共享，通过智能决策实现自主目标分配与自主协同；基于信息共享与合作实现群体智能，构建具有抗毁、低成本、功能分布和智能特征的作战体系，以规模效应突破敌方防御体系，完成某一方向和区域的作战任务。

3.6 马赛克战

在上述作战模态中，分别根据战场态势感知指定作战目标列表，并对每个目标制定打击、防御等对抗策略；根据各目标的对抗信息需求，分析各目标的对抗要素需求；基于我方作战平台的侦察、决策、武器等能力，分析我方作战平台对各杀伤链要素的贡献程度；通过智能优化策略，动态构建杀伤网；通过通信网络实现对杀伤网中各作战平台的控制，根据杀伤网规划执行对目标的作战，实现对目标的快速、韧性打击。

4 空中分布式作战体系技术框架及关键技术

空中分布式作战体系的技术框架涉及体系架构、基础技术、传感器、通信网络、智能感知、智能决策、集成验证等几方面，以支持空中作战任务以及作战效能的发挥，如图4所示。

图4 空中分布式作战技术框架

4.1 体系架构与集成验证技术

空中分布式协同作战需要不同构件(飞机、卫星、导弹、雷达设备、通信设备等)相互兼容，无需对整个系统升级而只需对单个构件升级就可构建一个全新系统；需要体系架构具有足够的开放性，以将新的先进任务系统快速集成到有人和无人平台；同时，还需要保持系统的多样性，避免因相同原因导致的系统易损性，并提高系统的适应能力。为了上述能力，需要在深化研究作战概念的基础上研究功能架构、物理架构、数据架构、开发架构、运行架构，设计体系与系统的接口标准、数据标准、网络标准、互操作标准等。

空中分布式协同作战具有高动态、智能、分布特点，地理空间跨度大，平台构型与数量多，智能算法性能受训练样本量大小的影响大而具有不可预测性，这为系统集成验证的组织、效能评估等工作带来了复杂性与挑战。因此，需要研究快速集成工具、指标评价体系以及验证环境与方法等集成验证技术，以评估空中分布式作战体系的性能与效能。

4.2 强韧通信网络技术

空中分布式作战需要可靠的互联互通互操作能力，需要研究强韧通信网络技术。跨域协同作战中，地理空间跨度较大，需要可靠的超视距通信网络支持；有人机分布式协同作战中，往往包括不同构型飞机，通信频段、隐身措施等差异大，需要解决其可靠的互连互通的通信问题；有人-无人机协同作战中，无人机作为有人机的僚机深入到敌纵深区域执行任务，需要实时/近实时接收有人机的指令，而无人机往往会受到敌方电磁干扰致使通信不稳定，因此需要抗干扰视距/超视距通信网络支持；无人机编组分布式自主作战中，无人机飞行灵活，动态性高，需要解决高动态组网通信问题；无人机集群分布式自主作战中，无人机规模大，执行任务时容易受到电磁干扰，需要大容量、抗干扰通信网络支持。

4.3 分布式智能感知与态势理解技术

空中分布式作战由于地理空间分布广、平台异构而具有对战场的感知能力差异大、通信网络受限、信息获取不完整等特点。为了支撑分布式自适应规划与控制，需要基于有限的战场信息对战场信息进行预判、估计、推理，有效形成战场态势[20]。因此，需要优化、改造现有态势信息处理算法或设计新算法，实现通信网络受限、信息获取不完整等条件下战场态势的感知与理解。通过研究智能信息处理技术、自适应信息管理策略、信息质量评估、信息一致性表征等技术，使分布式作战平台对敌我兵力部署、战场识别、态势最优估计、战场环境等具有一致的认知，并使必要的信息在适当的时间分发给所需要的用户。

4.4 分布式自适应规划与控制技术

空中分布式作战样式下，由于信息网络受限、信息获取不完整等原因，传统的集中式规划与控制已不适用，需要开展分布式自适应规划与控制技术研究[21]，通过对当前作战任务、威胁等级、网络连通性、敌友军态势等估计，辅助作战人员在通信受限的环境中实时管理平台、武器、传感器与网络资源，按照作战角色完成任务分配、目标分配、武器与目标配对、传感器控制、通信路由控制，提高作战信息系统的自主化水平。

4.5 基础应用技术方面

空中分布式作战样式下，要求作战平台具有低成本、小型化、功能解构、功能配置灵活、数据处理智能、人机交互高效等特点，需要在传感器设计、数据处理、人机交互等基础技术方法进行开发设计。其中，传感器设计方面需要加强小型化与低成本设计、功能的动态可重构设计、智能传感设计、互操作设计等技术研究，以提高传感器的开放性与互操作性；数据处理方面需要加强云技术、人工智能等技术研究，以提高智能处理的可用性；在人机交互方面，需要加强智能语音交互、视觉交互等技术研究，以提高人机工效。

5 结束语

空中分布式作战是未来空中作战的发展趋势，本文从作战概念、作战机理、发展趋势对其进行了分析，并对未来空中分布式作战样式进行了设想与技术展望。美军分布式作战相关项目已经进行了广泛研究与布局，为提升作战能力提供了借鉴，国内需要加大空中分布式作战的概念、体系、技术研究的力度。