北约敌我识别现状与发展趋势*

朱倪瑶

(中国人民解放军92728部队, 上海 200436)

0 引 言

误伤与战争相伴而生,它的历史与战争本身一样久远。随着科学技术的不断发展及其在军事上的应用,现代战争已发展为具有广域性、多变性、交叉性、协同性、毁灭性、分布性、机动性、连续性等显著特点,以一体化联合作战为基本作战样式的信息化战争[1]。尽管态势感知、敌我识别等战场误伤避免技术在不断完善,但武器射程的增加、目标移动速度的提升、战场电磁干扰现象的加剧等都使面临的问题愈发严重。在这样的背景下,如何统筹联合作战的各个单位,使它们协调运作完成战术目的,且在作战过程中不误伤友军就成为了一个必须正视的问题。

通常情况下,战场误伤涉及战场误伤避免技术、作战人员、战术规程三方面因素,其中战场误伤避免技术包括态势感知和敌我识别[2]。态势感知是指在一定时间和空间内感知环境中的元素,理解它们的含义,以及对不久的将来的状态预测[3]。理论上讲,若战场上的所有单位都能够实时掌握战场目标态势,就不存在战场误伤,但受到复杂多变甚至充斥着有意/无意电磁干扰的战场环境的影响,传感器技术、多源信息融合技术、数据挖掘技术、数据传输存储分发技术等技术发展的限制,作战人员注意力、工作记忆、心理模型、目标导向等因素的约束,完美意义上的态势感知是不可能实现的。尽管如此,增强战场态势感知能力仍具备重大意义,因其与未来智能化、网络化的战场特点相契合。敌我识别是指战场目标敌我属性的判定,一方面它可以支撑态势感知;另一方面,因其采用的技术路径清晰明确,并能够在极短的时间内以较高的可信度完成工作,因此可作为目标打击前进行确认的最后一个环节[4]。

为适应不同的战场环境,国外研发了多种型号的敌我识别系统装备,期望在联合作战中减少误伤,其中,北约各国研发的敌我识别系统种类多,技术先进,验证充分,应用广泛,基本上代表着世界上最先进的敌我识别技术与装备。本文在介绍北约敌我识别系统装备技术特点的基础上,分析其发展现状与趋势、后续发展重点等,以期为敌我识别系统装备设计提供参考。

1 北约敌我识别发展现状

1.1 雷达敌我识别

20世纪90年代,北约在MARK XII敌我识别系统的基础上研发了一种新的安全加密敌我识别模式(模式5),升级后称为MARK XIIA敌我识别系统[5-15]。该系统一方面通过一系列先进技术的应用实现高安全性、高保密性、高抗干扰能力且高效的信号传输,并提供密集目标识别能力;另一方面通过强制要求遵循统一的标准规范最大限度实现北约盟军敌我识别系统之间的互操作性。目前现役MARK XII敌我识别系统升级至MARK XIIA敌我识别系统的加改装工作正在全球范围内开展[16-18]。

MARK XIIA敌我识别系统共包含4个层级:第1层级询问/应答识别,通过询问/应答过程实现安全保密的目标敌我属性识别;第2层级态势感知识别,通过信标信号非周期性低速率发射或被触发后应答信号发射,实现空中、海面或地面用户的态势感知;第3层级选址询问识别,通过询问友方战斗群中的特定平台,实现特定平台指定数据的获取;第4层级,安全保密数据传输。此外,部分系统装备还集成了民航S模式和自动识别相关监视(Automatic Dependent Surveillance Broadcast,ADS-B)。

MARK XIIA敌我识别系统由敌我识别设备分系统、密码分系统和时间同步分系统组成。敌我识别设备分系统包括询问机、应答机、询问应答机,用于实现敌我识别系统询问、应答功能。密码分系统包括密码数据管理中心和密码机,其中密码机嵌入敌我识别设备中。时间同步分系统基于导航定位卫星信号形成统一时间基准,供敌我识别设备分系统和密码分系统进行时间同步。

MARK XIIA敌我识别系统基于二次雷达工作原理[19],信号与信息处理基本流程如下:

1)询问设备从配属平台的指控系统或雷达等处获得询问指令生成询问信息,通过加密处理、载波调制和信号放大等处理后向目标方向进行辐射,触发应答设备进行应答;

2)应答设备接收到询问信号后进行解调处理、解密处理等获得询问信息,并据此产生应答信息,经与询问设备相同的信号发射处理方式全向辐射应答信号;

3)询问设备接收到应答信号后进行解调处理、解密处理等获得应答信息,并完成目标的测距测向,上报至配属平台的指控系统或雷达等完成敌我识别过程;若询问设备未成功收到应答信号,则上报“不明”属性至配属平台的指控系统或雷达等完成识别过程。

MARK XIIA敌我识别系统采用多种技术抑制或缓解MARK XII面临的问题,包括随机应答时延技术解决一问多答场景下多个应答信号之间交叠的混扰问题,采用降低询问频率、随机参量技术解决多问一答场景下询问机接收到异步应答信号的窜扰问题。此外,采用纠检错编码、信号重复判决等技术减轻外部环境多径干扰,采用最小频移键控调制、信号发射频度控制、频谱管理等技术减轻同频干扰。同时,具备询问应答双向信道数据传输能力,并通过态势感知识别功能实现密集陆战场空对地识别。

MARK XIIA敌我识别系统采用基于精密时间同步的加密技术,通过密码算法和密钥结合的形式实现询问信号和应答信号的加解密,使产生的加密参数仅在短时间内有效,大大增加信息数据被破译的难度,提升信息传输的安全性;当设备丢失时,通过更换密钥,系统仍能正常安全工作。

MARK XIIA(模式5)敌我识别系统与MARK XII(模式4)能力对比见表1。

表1 MARK XIIA与MARK XII能力对比

英德拉公司研制的MARK XIIA敌我识别系统装备工作参数见表2[18]。

表2 英德拉公司的MARK XIIA敌我识别系统装备参数[18]

1.2 战场敌我识别

战场目标识别系统(Battlefield Target Identification Device,BTID)经北约批准由英、美、法、德4国采用统一标准独立开展研制,以满足北约盟国之间设备的互操作性。该系统不仅能够实现目标敌我属性的识别,也具备独立的安全组网能力,并支撑小型化“蓝军跟踪”应用。目前战场敌我识别装备除装配主战坦克、侦察车、战斗工程车、野战炮兵平台等地面作战平台外,已扩展到部分对地作战的直升机平台,有效防止对陆战场己方目标的误伤。

战场目标识别系统由工作于Ka频段的询问机和应答机组成,采用询问-应答方式实现目标识别。该系统能够适应陆战场的作战环境,一方面可穿透树丛识别友方平台,并在恶劣战场环境(如战场烟雾等)下工作;另一方面能够对陆战场上的密集目标进行识别。此外,该系统采用了扩频调制技术,可实现低截获概率和低探测概率,具有较好的抗干扰能力。

BTID的询问可由炮手通过激光测距仪等设备触发启动,也可由指挥官通过询问器按钮启动。询问方通过询问机发射加密的定向询问信号后处于接收状态,应答方通过应答机接收到询问信号后发射加密的全向应答信号。询问方接收到应答信号后判断激光测距仪等的测距结果与询问机估计的距离是否一致:若在允许的距离误差内,则识别该目标为“友方”;若在允许的距离误差外,则识别一个“询问扇区内友方”;若未收到正确应答,则识别该目标为“不明”。

土耳其阿塞尔桑公司研制的战场目标识别系统包括处理器单元、遥控装置、询问机射频单元和天线、应答机射频单元和天线4个组成部分,如图1[20]所示,工作参数见表3。

图1 阿塞尔桑公司战场目标识别系统[20]

表3 阿塞尔桑公司战场目标识别系统参数[20]

1.3 单兵敌我识别

在未来信息化战争中,单兵仍然是战场上最基本的作战力量之一。单兵敌我识别包括单兵之间的识别和单兵与多种作战平台之间的识别。近年来,北约各国研发出了多种体制的单兵敌我识别系统,包括激光体制、毫米波体制、光学标识体制等。

1.3.1 激光体制单兵敌我识别

美军陆军“陆地勇士”概念是单兵装备发展的路标,它包含一个综合到武器系统和头盔系统中的识别系统,称为陆地勇士战斗识别系统(Land Warrior Combat ID System,LW-CIDS)[21-22]。该系统通过激光询问机、激光探测器和单兵电台的协同工作实现目标敌我属性识别。询问方通过激光询问机发出询问信号,并强制使单兵电台处于射频接收状态;应答方的激光探测器探测到激光信号后触发电台发出射频应答信号;询问方接收到应答信号后即可判断目标敌我属性,并立即停止发送询问信号,以最大限度缩短应答友军发送应答信号的时间;识别的结果将通过音频或武器的LED瞄准镜展现给操作手。此外,美军还研制了单兵综合识别系统(Individual Combat ID System,ICIDS)、徒步士兵作战识别系统(Combat ID Dismounted Soldier,CIDDS),其基本原理与LW-CIDS类似,均可降低误伤并提升“陆地勇士”系统单兵在战场上的感知能力、位置报告能力及生存能力。单兵激光敌我识别工作原理见图2。此外,北约研发的新型多功能激光识别系统(Dismounted Combat ID with Target Location &Navigation,DCID-TALON)利用双向激光通信链路,也可完成友军的快速识别和栅格坐标位置确定。

图2 单兵激光敌我识别工作原理

1.3.2 毫米波体制单兵敌我识别

单兵常见的作战环境包括陆战场。北约将毫米波技术应用到单兵敌我识别中,既保留毫米波技术体制的优势,又保证单兵与陆战场武器平台之间的协同作战。目前由美国雷声公司开发的小型毫米波询问天线尺寸相当于一小方冰块,重量仅有28 g,且易于集成至士兵系统中。

1.3.3 光学标识体制单兵敌我识别

光学标识体制的单兵敌我识别系统普遍具有成本低、工作时间长、重量轻、便于快速装备、携带方便等优点。北约各国根据单兵战场的应用环境开发了多种光学体制单兵敌我识别系统,包括美空军研究实验室开发的用于识别友军的目标识别操作员通告系统(Target Recognition Operator Notification,TRON)、英国奎奈蒂克公司开发的用于地对地和空对地识别的自发信号红外信标系统(Self-signaling Infrared Beacon,SSIR)以及适应各种单兵陆战场环境的战斗识别板(Combat Identification Panels,CIP)和热识别板(Thermal Identification Panels,TIP)等。

2 北约敌我识别发展趋势

2.1 注重敌我识别体系能力建设

北约正在从技术发展、系统升级、多系统联合应用等多方面加强敌我识别体系能力建设。技术方面,持续性评估MARK XIIA敌我识别系统的弱点,明确新型敌我识别系统的发展方向;推进MARK XIIB系统的互操作性认证和测试,并开发和整合新的敌我识别系统能力。系统升级方面,持续采购具备模式5功能的询问机、应答机、一体化询问应答机、轻小型化应答机、加密模块、工程测试设备和支持设备,推进北约各国飞机、舰船、基站和无人系统等现役作战平台升级为MARK XIIA敌我识别系统。多系统联合应用方面,将各型敌我识别系统作为可靠识别敌我、防止误伤的重要手段,同时加强“九头蛇”空对空成像、小型化辅助目标识别和可持续环境、无源射频识别环境等非协同识别技术开发,从多源传感器角度,增强作战空间中目标身份属性的判定,最终决定是否对目标交战。此外,美军针对战斗识别问题制定了战略管理和战术实施解决方案,以提高战斗实效和减少误伤,主要举措包括将敌我识别战场协同任务和协调过程纳入多项作战条令并明确作战指挥官的任务职责,运用时刻点协调、区域协调、划线协调、互派联络机构等战场协调措施,加强军队对武器装备操作规程和火力射击规程的训练等[23]。

2.2 能力方面,往高性能、综合化发展

北约敌我识别装备能力正在向高性能、综合化方向发展。一方面,通过先进技术的引入,满足MARK XIIA标准规范的敌我识别系统装备具备更强的战场识别能力;另一方面,充分利用装备有限资源提供多方面的战场能力,并与非协同识别等技术综合运用。

美国海军为大型舰船装备环形相控阵敌我识别天线,该天线阵列由64个垂直辐射偶极子天线单元对组成,在船的桅杆上排列成一个圆环,可安装于美军提康德罗加级巡洋舰、阿利伯克级驱逐舰、黄蜂级两栖攻击舰、航母等作战平台。针对当前复杂的空域威胁,该天线可提供瞬时的多目标识别能力,具备更高的可靠性,且可配套敌我识别询问机及空中交通管制信标系统[24]。美军敌我识别系统广泛综合了民用S模式和广播式自动相关监视能力,并通过统一标准认证方式增强设备间的互操作性,满足美国联邦航空局对S模式和ADS-B在共享商用空域运行时的要求,也可支撑未来全域联合作战[25]。

2.3 形态方面,往集成化、小型化发展

北约敌我识别装备形态正在向集成化、小型化方向发展。部分敌我识别装备集成于综合性的系统中,单独加装的敌我识别装备轻小型低功耗化,以满足不同加装平台对装备形态的差异性需求。

美国诺·格公司为F-35战机配备了综合导航、通信与识别系统(Integrated Communication, Navigation and Identification Systems,ICNI),提供敌我识别、多功能数据链等27种完全一体化的作战功能,既满足F-35战机对航电尺寸、重量和功率的需求,还能同时完成多种关键操作[26]。意大利莱昂纳多公司为立陶宛海军提供了一款集成敌我识别天线的双功能海军雷达,能够探测和跟踪100 km范围的海面和空中目标。

当前,美军及北约越来越依赖小型无人机进攻、防御和监视的作战模式。美国Sagetech公司、uAvionix公司、Ultra公司等分别推出了微型化敌我识别应答机,用于对抗战场上激增的小型无人机,提高美军的反无人机能力[27-28]。其中Sagetech公司将模式5敌我识别功能和ADS-B功能集成在一个小型化低功耗单元中,尺寸约86 mm×64 mm×25 mm,重量约190 g,如图3[27]所示。

图3 Sagetech公司模式5敌我识别应答机[27]

2.4 智能化、网络化、无人化发展

近些年,以美国为首的北约国家积极探索智能目标识别在物理域、信息域、认知域等战争空间中的创新应用,在自主学习、智能推理等技术的基础上,综合多源传感器信息,提升数据处理与挖掘效率,缩短观察、判断、决策、行动(Observe, Orient, Decide and Act,OODA)环的反应时间,减少战场态势感知的不确定性。同时,以信息网络为核心的作战模式,无人技术、装备及平台的大量应用,促使指挥扁平化、打击精确化、战场多维空间一体化,加速敌我识别向网络化、无人化[29-30]方向发展。

3 敌我识别后续发展重点

敌我识别既然用于避免战场误伤,那么敌我识别技术和装备就必须适应战场环境,这也是敌我识别后续发展的重点。

战场环境可简单地划分为战场自然环境、战场电磁环境和战场实体环境。战场自然环境包括高空、海面、陆地、城市等作战区域,雨、雪、雾、冰雹等天气条件,大气折射、大气波导等气象条件,海面、山区、森林等地理条件。不同的战场自然环境会对识别过程中的电磁波信号传播、激光信号传播、光学标识辨识等产生影响,从而降低识别概率。战场电磁环境既包括作战平台在探测、通信、导航等过程中辐射的电磁波信号,也包括敌方有针对性的电磁干扰信号。随着电子侦察和对抗技术的发展,各种敌我识别信号在战场空间中传播时易被侦收定位和识别[31-34],也会因敌方有针对性的电子干扰而失效[35-37]。战场实体环境即敌我双方的武器平台。随着无人机、无人车、无人船等平台技术的进步,战场涌现了大量的密集、微小目标,以及基于无人平台的新战术、新战法。如何在战斗过程中快速准确地对这一类目标进行敌我识别也非常重要。敌我识别后续应重点从技术体制、信号传播机理、装备工作机理等方面提高对战场环境的适应能力,从而提升装备在各种作战场景下的作战效能。

4 结束语

可靠识别敌我、防止误伤是先进武器系统有效发挥作战效能的首要条件,敌我识别能力建设仍是军事装备现代化建设的重中之重。北约敌我识别的建设经验对我国敌我识别领域未来发展和联合作战运用具有重要的参考和借鉴意义:①敌我识别能力建设应从技术开发、装备研制、作战运用多个层次,空海作战、地面作战、单兵作战多个角度有序推进;②应重视各种新型技术、有突破性进展的原有技术在敌我识别装备上的运用,提升装备战场环境的适应能力及作战效能;③应重视操作人员在敌我识别过程中发挥的作用,在紧张、高强度的战斗过程中,误操作发生的概率将得到极大提高;④应重视各项技术、系统的联合演练、评估、改进,才能最终形成战场上的敌我识别能力。