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无人机与巡航导弹自主协同作战模式及关键技术

2019-07-24 06:40 性质:转载 作者:走近无人机
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引 言近几年,无人机与巡航导弹自主协同作战受到美国的高度重视,作战效能在伊拉克战争、阿富汗战争以及利比亚战争中得到充分体现,无人机技...

引 言

  近几年,无人机与巡航导弹自主协同作战受到美国的高度重视,作战效能在伊拉克战争、阿富汗战争以及利比亚战争中得到充分体现,无人机技术成为美军研发的重点,执行情报、监视侦察任务,为巡航导弹提供精确的目标指示。美国海军无人机和打击武器项目执行官威廉·香农称,美国海军一直致力于无人机与“战斧”巡航导弹联合运用的相关研究,试图运用无人机协助巡航导弹跟踪敌方动态目标,缩短“战斧”巡航导弹的飞行时间,以便使其具有更高的战术性能。美国海军最新装备的“战斧”巡航导弹如图1所示,已经具备在飞行中重新定位的功能,为无人机引导巡航导弹打击动态目标提供可能,美国海军每年进行 10~15次无人机与巡航导弹协同作战试验,以确保协同作战系统正常工作,同时利用作战试验验证作战概念。

图1 “战斧”巡航导弹

  随着高新技术的不断进步,各型信息化装备在作战中得到广泛应用,海上作战力量在重塑国家战略格局、推动新军事变革等方面,发挥着越来越重要的作用。海战场战场范围大大拓展,海空战场融为一体,充分发挥无人机抵近侦察、目标引导和巡航导弹自主控制、快速制胜的优势,依托战场信息网络,集成陆海空作战平台,大幅提高海上作战体系对抗能力。针对无人机和巡航导弹各自作战优势,创新无人机与巡航导弹自主协同作战模式,通过自主控制、饱和攻击,实现从近海向远海延伸,对深化海上军事斗争准备,推进海上作战力量转型具有重要意义。

  1 无人机与巡航导弹自主协同作战需求

  无人机与巡航导弹自主协同作战是一种新型作战模式,是无人机和巡航导弹在加载初始作战任务后,基于战场环境的变化进行自主判断,依靠预设的规则约束,在不需要人为干预或尽可能少的人为干预情况下,协同完成预定的作战任务。无人机与巡航导弹自主协同作战是在战场信息高效共享和实时决策的基础上,保障“传感器”与“射手”和“射手”与“射手”之间的高度协同,改变了信息链和武器链的融合方式,实现多元武器平台一体化自主协同作战,有效发挥海上作战优势。

  1.1 实现精准打击的需要

  网络中心战的核心是通过战场网络实现数据在传感器与打击平台之间的实时高效流转,在广域海战场内对无人机群进行前沿部署、抵近侦察、及时跟踪、高效监视,有效获取事先无法侦察的敌方动态目标特征,利用战场网络将这些目标特征信息实时传输给巡航导弹,进行目标引导和坐标校正。由于巡航导弹的射程距离远,单纯依赖卫星导航,存在易遭受敌方干扰、难以保密等问题,从而影响对敌方动态目标的精准打击。海战场环境缺乏精确明显的目标定位特征,对敌方动态目标难以实现实时感知、精确定位,利用长航时无人机实时跟踪监视敌方动态目标变化,依据战场态势和战场环境的变化,灵活修改巡航导弹飞行路径,引导巡航导弹从最易直接命中目标要害部位的方向对敌方动态目标实施精准打击。

  1.2 保障协同攻击的需要

  海战场电磁环境复杂,无人机和巡航导弹协同作战无法避开突防抗扰问题。海战场前沿部署的无人机群组成一个信息源网络,为巡航导弹集群提供精准的目标指示信息,无人机群中一架或多架无人机遭受打击,不影响其他无人机正常工作,增强巡航导弹集群在复杂电磁环境下的突防能力。由于无人机电磁辐射相对较小,通信流量小、频率较低、保密性好,不易被敌方发现和截获,能够有效引导巡航导弹进行静默攻击,同时,先行遮蔽和干扰敌防空节点,致盲或延长敌空袭预警时间,提升巡航导弹突防能力。无人机引导巡航导弹集群编队飞行,能够降低敌方对巡航导弹集群之间通信链路的干扰,使巡航导弹按照预定的路线飞行,而巡航导弹对敌关键节点的精确打击,可以有效压制敌方防御体系,大大提高巡航导弹的突防能力。

  1.3 发挥饱和攻击的需要

  无人机和巡航导弹自主协同作战,可使两种武器优势互补、分工协作,最大限度发挥体系作战效能。无人机具有造价低廉、可大量部署等优势以及其自杀式攻击作战方式,使敌方海上力量防不胜防,而巡航导弹具有高机动性、高毁伤性、精准打击特性,有效弥补了无人机在该方面的不足。无人机群可以实时抵近跟踪监视敌方海上动态目标变化,为巡航导弹集群及时修改目标坐标、进行不间断打击提供信息支持,同时,无人机群可以及时进行敌方目标毁伤评估,为指挥员判断火力打击效果评估提供重要依据。未来海上作战,面对敌方全方位、多层次的防御体系,要实现对敌方关键目标的精确打击,利用无人机与巡航导弹集群自主协同作战,能够充分发挥无人机自主灵活和巡航导弹生存能力强等作战优势,实现武器平台的优势互补,极大提高巡航导弹饱和攻击的作战效能。

  2 无人机与巡航导弹自主协同作战模式

  无人机与巡航导弹自主协同作战可以带来作战样式的革命,是典型的基于网络信息系统的一体化作战。结合无人机与巡航导弹自主协同作战需求,可以分为计划导、任务优化、集群突防、随机攻击四种自主协同作战模式。

  2.1 计划引导自主协同作战模式

  计划引导是无人机与巡航导弹自主协同作战的初始化运用。事先对巡航导弹进行作战任务分配,预先确定其打击目标,设计巡航导弹的发射时间和飞行路线,并由无人机对巡航导弹精确打击进行目标引导,但是随着敌方目标位置的动态变化,利用无人机实时监视目标位置的变化,将其位置变化情况实时传递给尚在飞行途中的巡航导弹,巡航导弹及时调整打击方案,无人机按照新打击方案修正巡航导弹飞行路线,引导巡航导弹实现对敌方目标的精确打击,有效提高对敌方目标的打击效果。计划引导自主协同作战模拟如图2所示。

图2 计划引导自主协同作战模式

  这种作战模式利用无人机对巡航导弹进行目标引导,解决巡航导弹巡航定位不准确、飞行路线难以规划等问题,综合发挥巡航导弹航迹精确规划、弹道计划控制、低空突防能力强和无人机滞空时间长、实时监视能力强的优势,形成海空一体立体攻势。计划引导自主协同作战模式适于攻击海上单个动态或固定目标。

  2.2 任务优化自主协同作战模式

  任务优化是无人机与巡航导弹自主协同作战的自动化运用。运用无人机群所携带的各类多源传感器对敌方动态目标集群进行实时跟踪监视,在初步确定敌方力量部署的基础上,制定各巡航导弹的打击目标和打击顺序,同时,无人机群实时监视敌方目标集群态势变化,并将其态势变化实时传输给飞行中的巡航导弹集群,及时调整确定打击案,重新优化各巡航导弹的打击目标和打击顺序,无人机群按照最新打击方案,引导巡航导弹集群快速完成各自打击任务。任务优化自主协同作战模拟如图3所示。

图3 任务优化自主协同作战模式

  这种作战模式以无人机群为中心,解决了对敌方动态目标群的连续跟踪,随着作战态势的变化,自动调整精确打击方案,引导巡航导弹集群完成火力打击任务,确保巡航导弹集群能够对敌方多个海上目标进行有效攻击,实现了无人机与巡航导弹的无缝链接,提升巡航导弹集群对敌方动态目标集群自主精确打击能力。任务优化自主协同作战模式适于攻击海上多个动态或固定目标。

  2.3 集群突防自主协同作战模式

  集群突防是无人机与巡航导弹自主协同作战的高效化运用。由于敌方海上高价值目标的防御体系相对比较完善,单一无人机和巡航导弹难以实现对其进行抵近侦察和精确打击,将具有目标搜索功能的无人机群和火力打击功能的巡航导弹集群结合起来,实施密集的“侦察-火力”协同突防,是对敌方高价值目标进行有效打击的关键。在确定敌方海上高价值目标的基础上,利用无人机群对敌方高价值目标进行自杀式抵近侦察,并将获取的各类侦察信息及时传输给巡航导弹集群,优化巡航导弹集群的飞行路线,及时规避敌方防空反导系统的有效拦截,发挥无人机群的侦察优势和巡航导弹集群的攻击优势,对敌方高价值目标进行多元多向饱和攻击。集群突防自主协同作战模拟如图4所示。这种作战模式运用无人机群和巡航导弹集群的组合,形成大弹量、集群式、饱和攻击态势,使敌顾此失彼,削弱敌防御能力,从而达到己方作战意图。集群突防自主协同作战模式适于攻击海上单个高价值动态或固定目标。

图4 集群突防自主协同作战模式

  2.4 随机攻击自主协同作战模式

  随机攻击是无人机与巡航导弹自主协同作战的智能化运用。随机攻击是未来无人机与巡航导弹自主协同作战的最高形式,运用无人机群实时监视敌方力量部署,而各巡航导弹并未分配具体的打击目标,而是在飞行途中根据敌方动态变化进行随机分配。巡航导弹集群根据无人机获取的敌方力量部署情况自主规划航线航速,依据敌方动态目标集群的位置变化,随机分配打击目标,设计打击角度,形成科学合理的打击方案,无人机群按照打击方案引导各巡航导弹实现对不同目标的精确打击,同时,随着巡航导弹击中敌方作战目标后,无人机群评估作战效果,若没有达到预期目标,巡航导弹集群自动调整其他导弹的打击方案,逐渐实现对敌方全目标的最优打击,无人机群引导巡航导弹集群完成多元突防、多目标打击任务。随机攻击自主协同作战模拟如图5所示。

图5 随机攻击自主协同作战模式

  这种作战模式能够使无人机之间相互替代备份,在对敌方目标实施探测、定位、打击和毁伤评估中实现在线协同,利用多元多域融合传感器平台完成对敌方目标监视的全域覆盖,在指挥控制平台的支撑下,保障巡航导弹集群对敌方多个目标的全时精准打击,具有秒杀攻击威慑效应,适于对海上多个动态或固定目标进行随机多元攻击。随机攻击自主协同作战模式是未来对海上多个动态目标进行随机打击的理想模式,但由于无人机和巡航导弹技术的限制,尚未应用到实际作战行动中。

  3 无人机与巡航导弹自主协同作战的关键技术

  未来战场环境将更为复杂,自主化智能化战争尚处于概念阶段,无人机与巡航导弹自主协同作战更是前沿技术的设想,尚无法全面应用于实际作战行动中。要解决无人机与巡航导弹自主协同作战,需要解决许多现实的技术问题,以支持未来自主化、智能化精确打击作战的需求。

  3.1 敌我目标识别技术

  广域的海战场上大量分布着敌我双方的飞机和舰艇,存在敌我双方相互交织的战场态势,建立敌我识别系统是避免误伤的基础,因此,敌我识别技术成为制约无人机与巡航导弹协同作战的关键技术。敌我识别系统主要分为非协作式敌我识别系统和协作式敌我识别系统,对于非协作式敌我识别系统而言,从各种目标信息中提取可靠的识别信息,以及识别模型是否准确是系统的基础,因此信息融合和模式识别是非协作式识别系统的核心技术;对于协作式敌我识别系统而言,其核心技术是数据加密技术和通信收发硬件技术,目前基于无线电和微波的通信收发硬件技术已经比较成熟,因此数据加密技术显得格外重要。随着敌我识别技术的发展应用,要实现无人机和巡航导弹自主协同作战,就必须能够从复杂的目标回波和变化的图像中,区分不同类型的目标并寻找最佳攻击部位,除了预先制定周密的作战计划,还需要依靠大数据建立所有敌我目标的特征参数,保障与己方目标的交互识别,确保作战安全可靠。

  3.2 集群编队飞行技术

  单个无人机与巡航导弹自主协同作战的实战意义不大,更多地呈现出象征意义,只有无人机群和巡航导弹集群进行有效的协同作战,才能保障无人机群对敌方目标进行全方位立体侦察,提高目标指示信息的真实性,引导巡航导弹集群对敌方目标进行精确打击,提高巡航导弹的命中率和任务成功率。相对于单架无人机飞行,无人机群与巡航导弹集群协同作战中既有无人机之间的通信,又有无人机与地面站之间的通信,还有无人机与巡航导弹之间信息连通,需要解决无人机编队飞行控制技术、无人机之间的位置监测与防撞技术以及无人机群信息交互技术等,还涉及巡航导弹集群航迹规划技术、队形初始编成技术和特殊情况下队形重构技术等方面的难题。为使无人机群和巡航导弹更好地发挥作战效能,需要采用集群编队飞行控制技术来实现无人机与巡航导弹自主协同作战任务,利用无人机群提供的精确目标指示,引导巡航导弹集群对敌方作战目标实施精确立体全方位的饱和攻击。

  3.3 自主协同作战技术

  无人机与巡航导弹自主协同作战的平台越多,搭载的传感器就越多,协同作战的难度就越大,自主协同作战是充分利用各作战力量,掌握战场主动权的关键。多传感器组网技术是自主协同作战技术的前提,也是无人机与巡航导弹自主协同作战的基础技术,利用计算机、通信和网络等技术,将无人机群和巡航导弹集群联成网络,实现所有作战平台高度实时共享作战信息,及时掌握战场态势,提高巡航导弹集群的灵敏度,提升无人机与巡航导弹的协同作战能力,进而大大增强编队的体系作战能力;多传感器信息融合技术是自主协同作战技术的核心,也是无人机与巡航导弹自主协同作战的关键技术,在无人机与巡航导弹集群编队中,搭载多种类型的传感器,来自不同传感器获取的战场信息具有重复性和互补性等特点,通过数据融合算法,得到更加完整的战场态势图。利用多传感器信息融合技术,克服了单个传感器的限制,集成多传感器的感知信息,有效支撑编队体系作战能力的发挥。

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