有人/无人协同近距空中支援作战体系通过地面单元与空中平台、机载传感器和武器系统的互联互通,人机高效交互和机器间信息自动化处理,有人/无人平台综合应用,格式化消息、文本、语音、图像和视频信息协同交互,提高了信息交互效率、态势共享水平和武器控制能力,形成了跨军兵种的近距空中支援联合作战能力。
图1所示为有人/无人协同近距空中支援作战概念图。参与近距空中支援作战任务的空中平台包括固定翼飞机、旋转翼飞机和无人机,空中平台之间通过数据链进行态势共享、信息交互和战斗协同。地面引导员对敌方的部队集结地、指挥机构、炮兵阵地、装甲车队等目标进行目标指示,通过地-空数据链引导和控制空中平台完成对目标的精确打击与毁伤评估。
图1有人/无人协同近距空中支援作战概念
有人/无人协同近距空中支援作战涉及地面引导员、空中平台、指挥所之间的紧密协调,需要具备情报处理分析、态势分发共享、传感器管控和武器协同控制功能,如图2所示。
图2有人/无人协同近距空中支援系统功能需求
2.2.1情报处理分析
(1)目标情报处理。目标情报由无人机进行战前侦察时获取,或者由地面引导员通过激光测距仪、夜视仪等观测手段获取,经地面引导员综合分析判断后,通过地面通信链路或者卫星通信链路上报指挥所。
(2)环境情报处理。地面引导员在上报目标情报的同时,会将目标区域的环境情报(地形、天气、风速、能见度、湿度等)上报至指挥所和空中平台。
(3)传感器器情报处理。传感器器情报主要由空中平台通过机载传感器(红外、激光、图像、雷达等)协同探测获取。
2.2.2态势分发共享
(1)态势一致处理。地面引导员观测获取的目标信息与机载传感器获取的目标信息需要经过融合处理,生成统一战术图像,才能为作战决策提供一致的战场态势。
(2)态势估计。态势一致性处理后,与环境情报、目标状态情报结合,可对作战的态势做出一定合理的估计。
(3)态势按需服务。充分发挥空地分布式情报处理的优势,按需分发态势信息,增加信息传递的时效性,提高地面引导员的决策效率。
(4)态势展现。对获取的态势信息,能够高速、实时的展现在引导员的手持终端和空中平台的显控平台上,做到发现即显示的高速数字化显示。
2.2.3传感器管控
(1)传感器状态监视。空中平台机载传感器状态信息可实时传输到地面引导员的手持终端,方便地面引导员选择合理的传感器使用方案。
(2)传感器实时控制。引导员可对空中平台传感器的任务进行实时分配与控制,指定其对特定的目标探测和侦察。
(3)传感器信息实时共享。传感器获取的情报信息将以数字化的形式,高效、实时地共享给地面引导员、指挥所和机组成员。
2.2.4武器协同控制
(1)平台与武器状态监视。地面引导员可实时查看空中平台的平台与武器状态信息,作为火力规划决策的依据。平台状态信息包括平台类型、位置、航向、航速、油量、载荷状态等,武器状态信息包括武器弹药类型、数量、射程、杀伤范围、打击精度等。
(2)火力规划决策。火力规划决策算法结合地面引导员目标指示信息、机载传感器探测信息、平台与武器状态信息和战场态势信息等参数,通过智能推荐算法给出不同的打击方案,供地面引导员、机组人员进行方案比对和最终方案的确定。
(3)火力投射控制。地面引导员可通过手持终端与机组人员协同完成对机载武器投射控制。打击过程中,地面引导员可不断对武器运行轨迹进行修正,确保准确、有效地打击目标。
(4)打击效果评估。对目标实施打击后,空中平台的传感器和引导员的观测设备可同时对打击后的目标状态进行观测,评估打击效果,确定是否需要启动二次打击。
有人/无人协同近距空中支援作战系统主要由两大部分组成,空中部分和地面部分,如图3所示。空中部分由固定翼飞机、旋转翼飞机、无人机通过数据链构成战术通信网络,多个空中平台之间通过信息交互与态势共享,实现协同探测、协同攻击和协同防御。空中部分由人机集成、智能辅助决策和一致态势理解三大功能模块组成。一致态势理解模块实现多架有人/无人机之间战场态势的统一形成。智能辅助决策模块完成对空中平台的平台控制和载荷控制,智能推荐打击方案。人机集成模块实现驾驶员、地面引导员与机器之间的友好高效交互。
图3有人/无人协同近距空中支援系统组成
地面部分由手持终端、夜视仪、激光测距仪和数据链设备组成,地面引导员操作手持终端,将夜视仪和激光测距仪等设备获取的目标指示信息通过地-空数据链传送到空中平台,进行目标指示与指挥引导。
数据链贯通传感器、武器和指控单元,为网内单元提供网内识别、导航定位、目标监视、平台与系统状态、战斗协同、指挥控制、信息管理和任务管理等功能,实现地面引导员、空中平台和指挥所之间实时信息保障。
有人/无人协同近空支援作战组织实施流程如图4所示,分为任务规划、任务启动和任务实施三个阶段。
图4有人/无人协同近距空中支援作战流程
任务规划阶段从发现敌方目标并呼叫火力支援开始,到指挥所协调打击飞机并向参与任务各兵力下达相应作战命令结束,主要完成近距空中支援任务的申请与受理工作。
任务启动阶段,主要进行执行任务所必需的信息、装备、指挥网络及通信链路等的检查,并协调任务内容和通信规划,随后各参与兵力机动部署至相应作战阵位。
任务实施阶段从打击飞机进入阵位与地面引导员成功组网开始,飞机在地面引导员目标指示下对目标进行摧毁,这一阶段是近距空中支援作战的核心。
图5所示为以武装直升机/侦察无人机协同执行近距空中支援任务为例分析有人/无人协同近距空中支援作战应用过程 [8] ,分为九个步骤。
图5近距空中支援作战应用举例
(1)目标发现。我方侦察无人机或特战队员侦察到敌方目标活动情况,向指挥所报告。指挥所向上级指挥所申请近距空中支援任务。
(2)任务启动。上级指挥所协调近距空中支援参战兵力与任务信息,进行战备检查,下发网络规划与通信规划,引导有人/无人机编队进入作战阵位。
(3)网络建立。各单元进入作战阵位后,武装直升机与无人机、地面引导员与空中飞机平台之间建立数据链网络。
(4)信息共享。飞机编队向地面引导员发送自身平台与系统状态信息、传感器信息和武器状态信息,地面引导员通过手持终端向飞机编队发送自身状态信息与目标指示信息。
(5)目标选择。地面引导员在智能武器推荐算法辅助下选择将要打击的目标,可对多个目标进行目标指示与打击。
(6)平台与武器选择。在有多架飞机可用的情况下,对杀伤效果及附带损害进行评估,地面引导员选择最合适的飞机及相应的打击武器。
(7)发送引导指令。地面引导员向飞机发送引导指令并指引飞机以合适角度飞向目标进行攻击。
(8)投弹/开火。武装直升机使用指定的武器对目标进行摧毁,打击的弹药包括机炮、火箭弹、炸弹、空对地导弹等。
(9)毁伤评估。侦察无人机抵近目标,对打击效果进行侦察,通过数据链向武装直升机机组人员和地面引导员发送打击效果信息(图像、视频等)。地面引导员和机组人员共同完成打击效果评估,确定是否需要对目标进行再次打击。如果需要执行再次打击,地面引导员根据战场情况和作战飞机状态引导进行再次打击。
构建有人/无人协同近距空中支援体系离不开互操作能力、协同控制能力、辅助决策能力、态势感知能力的发展,涉及的关键技术主要有开放式系统架构技术、多平台协同控制技术、任务级自主决策技术、复杂环境态势理解技术和高效人机交互技术等。
采用开放式系统架构方法,开发无缝安装、即装即用,并能快速完成可升级、可互换的模块和平台,使得系统软硬件模块集成整合更容易、更快速,便于在各种有人/无人平台上进行无缝集成。
多架有人/无人平台执行任务时协同探测、协同打击,需要在高度非结构化、不确定性的环境中,无须或最少人工干预,以集中/分布的方式选择和协调多个平台之间的行为来完成任务。
当前无人机执行任务过程中遇到问题需要地面控制站来进行控制,无人机与操作人员之间交互、协调程度要比有人机复杂,地面引导员对无人机的控制需要与操作员进行交互,通信链路易被干扰。要想无人机在战场前沿强对抗环境下与其他作战平台协同作战,需要无人机具备高度自主化水平。
近距空中支援任务涉及地面与空中多种传感器协同使用,各种传感器的数据类型、精度、周期不同,节点间网络时延不一致,而精确指挥控制与火力支援要求地空之间具备统一的态势。因此,需要开展多模态传感器协同信息处理研究,对毫米波雷达、微波雷达、激光雷达、红外传感器、图像传感器等多模态传感器采集的环境与目标信息进行实时分析处理,实现时间与空间上的互补,对冗余信息基于规则进行融合处理,增强对基于视频图像处理的运动目标检测跟踪能力,优化视频图像序列高效处理算法,形成复杂环境态势感知与识别能力,使地空共享统一态势。
近距空中支援任务多处于战场前沿,敌情复杂,地面引导员处境危险,不仅要处理指挥所的指挥控制命令,还要对有人/无人平台的传感器、武器进行控制,对目标情况进行实时分析判断,生理和心理压力大。因此,需要构建一套简洁高效的任务指令集与交互控制方式,加大信息自动化处理程度,减少语音协调,降低地面引导员操作负担,提高操作便捷性与准确性。
“非接触、零伤亡”是现代战争追求的目标,战场上节约时间就是保护士兵生命。除了采用无人平台取代大量过去由有人平台执行的任务外,通过提高近距空中支援任务信息交互效率,深化有人/无人平台的互操作水平,可有效缩短地面引导员发起请求到摧毁目标的响应时间,提升近距空中支援作战效能。
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