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战区级联合作战仿真推演系统

 逍逍遥遥 2024-05-16 发布于湖北

海洋权益属于国家的主权范畴,是国家领土向海洋延伸形成的权利。世界各国在海洋管辖、经济开发等方面存在诸多分歧,在外交和军事上摩擦不断。海战是解决海洋权益冲突的战争方式之一,其最终目的是夺取制海权,而制海权的获取需要夺取制空权作为重要保障,同时也需要水下作战力量提供情报与火力支持。海战的发展主要经历三个阶段,分别是机械化海战、信息化海战和智能化海战。

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本图片来自网络

和海上有人作战相比,海上无人作战涉及到的无人平台的种类与数量更多,能一定程度弥补单无人平台在个体功能和能力上的劣势,但相应的作战筹划组织的难度更大,多平台精确协同控制的需求更加强烈。在这种作战需求下,为了充分利用无人作战的优势,发挥信息化智能化作战的效能,需要构建能够起到“神经中枢”作用的海上无人作战信息系统,通过自组织网络有机链接战场空间内分散部署的大量无人平台,通过协同探测感知获取信息优势,通过分布式智能决策获取决策优势,通过精准协同控制获取杀伤效能倍增优势,达到高效执行作战任务,实现作战意图的目的。


一、系统概念

海上无人作战信息系统是指根据作战任务性质与规模,通过自组织网将水面USV、水下UUV、空中UAV等功能各异、高度分散的单元装备要素有机链接起来,实施信息感知协同、决策控制协同与侦察对抗协同,形成具备智能化跨域协同、动态重构、自主适应能力的信息系统。从战场定位来看,海上无人作战信息系统根据力量编组的不同,可执行情报侦察与监视、空中截击、反舰反潜、信息对抗、通信中继、反恐巡逻等多种任务,构成完整的攻防体系。从作战体系构成来看,海上无人作战信息系统是海战场无人作战体系的神经中枢,效能释放的直接媒介为各型无人装备,系统包含探测感知、决策控制、打击评估等多种无人作战要素,能够灵活有序地组织各要素执行不同功能和能力需求的作战任务。


二、系统发展概况

宏观来看,根据无人平台在战争中的参与程度和扮演角色的不同,海上无人作战的演进大致分为三个发展阶段:“有人为主、无人为辅”的初级阶段;“认知有人、行动无人”的中级阶段;以及“自主无人、编队协同”的高级阶段。在三个阶段的演进过程中,无人系统对人的依赖程度逐渐降低,自主化程度不断提高,如图1所示。在经历多次局部战争与军事冲突检验后,世界各国在无人装备研发领域的投入不断加大,战略定位逐步提升。

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图1 无人系统的智能化发展

系统的发展包括平台建设与系统规划两部分内容。在无人平台装备的发展上,主流思路为使用智能技术提升传统无人装备各方面能力,或使用现有信息化、智能化手段对有人装备在无人化改造方面的试验验证。无人平台不再局限于情报侦察与监视等传统单一作战应用,其在战争中的应用场景不断拓展,从情报、侦察与监视(ISR)到对空交战、对海打击、反潜、信息对抗、作战保障,未来大概率参与到作战各个阶段与环节。同时,在分布式作战、马赛克战等新质作战概念的牵引下,空域、海域各类无人装备的低成本、系列化、专业化、模块化、智能化的发展趋势也愈发明显。在海上无人作战体系设计上,需要从作战体系构建、作战组织运用、作战能力需求的角度出发,以顶层规划的形式,统筹组织各域各类无人装备和无人作战信息系统的系列化、标准化、多样化发展。

美军在无人系统的开发方面拥有长期实践经验积累与发展战略规划。20世纪80年代开始,美军对大量无人机进行了一系列的试验验证。通过伊拉克战争、阿富汗战争等军事活动的实战运用,建立起了一套完整的无人机装备训练和维护系统,并具有熟练操作能力和作战管理能力。在无人系统发展规划方面,美国防部从2001年开始发布了多版无人系统综合路线图,至今已进行了8次修订。2020年10月,美军公布的“战斗力量2045”发展计划将2016年制定的“355舰队”计划扩展到“500舰队”规模。该计划的重点是新增140~240艘无人舰艇及无人潜水船。2021年3月,美军发布《无人作战系统框架》,该文件旨在进一步将无人系统整合到现有和未来作战体系,确保无人作战信息系统向自主协同发展。目前,美军在无人机作战、大中型无人水面舰艇、无人潜航器领域都取得了重大进展,未来必将拥有一支由无人水面艇和无人潜航器组成的庞大的分布式无人舰队,形成系统完备的无人作战体系。


三、系统特点及优势

海上无人作战信息系统从实现的功能和内在特点来看,其主要特征包括:模仿人的战场行动规则与行为、作战知识构建与表示、延伸和拓展人的生理体能与认知、赋予平台/系统战场决策、协同控制等方面的能力。从作战运用的方式和优势来看,其具有以下三个维度的非对称性优势:作战能力的优势、作战智能的优势和作战方式的优势。

⒈作战能力优势

作战能力的非对称优势是作战智能优势和作战方式优势在战略层面的衍生与发展,主要体现在四个方面:

⑴态势感知覆盖广

大量分散部署的探测型无人装备搭载了雷达、光电、红外、声呐等多种传感器,探测距离、智能识别处理等能力随着科技发展不断提升。这些广域分布的传感器通过时域、空域、频域的互补协同,构成了战场的ISR体系,通过通信网络将战场各处信息快速收集、分发、处理,加快了战场态势的更新速度,提高了战场态势的完整度和一致性。

⑵行动反应效率高

无人平台作为海上无人作战的力量主体,大都采用隐身设计,具有低可探测性,在优秀的机动和续航能力支撑下,可以实现隐蔽、快速的突然性打击。在任务执行阶段,各作战节点可以迅速响应系统生成的作战方案及控制指令,快速构建杀伤链,提高任务执行效率。在遭遇平台损毁或降级运行时,在动态可重构作战体系下可按照一定规则策略实现断点替代或杀伤链再生,进一步提升海上无人作战体系的灵活性。

⑶作战对抗多域化

和有人装备/系统相比,无人化的系统不受人的生理、心理等因素限制,系统软硬件设备可靠性较强,续航能力优秀,隐蔽性能较好,可以在极热极寒、核污染等高危恶劣环境下执行作战任务,也可以执行全天候侦察监视等高持续性质的作战任务,能够适用于海陆空潜多种战场空间。

⑷规模作战成本低

系统管理的规模化无人集群具有数量多、分散部署、结构简单、成本低廉等特点,在进行海上对抗时敌方打击目标增多,打击成本更高。以无人机集群打击为例,与精确制导弹药和常规导弹相比,小型无人机成本要小很多,而且能够被回收和反复使用。对己方而言,则提高了系统生存能力,风险和成本更低,整体效费比高。

⒉作战智能优势

作战智能的优势是作战能力优势和作战方式优势形成的基础,包含三方面的内容:

⑴精准快速的决策与优化

无人化的指挥决策以强大的数据运算处理能力为基础,以智能化的决策模型为核心,从多方面加速决策活动的进行,提高决策效率。在面对包含大量定性、定量和模糊信息的情报时,海上无人作战信息系统相对指挥员而言可以快速在复杂且边界模糊的决策解空间内寻找到可行的作战方案,并对决策结果进行评估优化,生成可执行的作战计划或提供可靠的决策建议。

⑵更高效的作战进程循环

海上无人作战信息系统从作战环的观察阶段开始,为战场各类信息构建快速的传递通道。在自主决策行动模式下,传感器协同探测的目标信息经过融合处理可以直接送至武器系统进行瞄准打击,实现以信息为中心的、各要素高度聚合的快速作战循环,加快作战效能的释放。

⑶智能算法的应用与演进

海上无人作战信息系统的智能化特征以智能算法为基础,算法的好坏决定了系统智能化程度的高低。智能化算法不仅包括从海量可用可靠的作战数据中挖掘数据规律,学习人的作战行为,预测作战效果;也包括在数据缺失条件下,使用强化学习等方式自主探索具有博弈性质的作战策略,通过迭代学习的方式获得最优的行动策略。

智能算法具有较强的动态性,任何当下的最优智能算法都无法保证适用未来作战样式与战场环境,因此需要周期性的演进与革新,不断整合最新的技术手段。演进的速度与质量在一定程度上影响智能算法在博弈对抗环境中的胜负概率,速度取决于新技术突破和应用的情况,质量取决于试验验证的效果,两者兼顾才能保证己方在智能对抗中取得一定的算法优势。

⒊作战方式优势

作战方式的优势是作战能力优势和作战智能优势在具体作战运用中的直接体现,主要包括两种作战运用方式:

⑴模化的集群作战

从各无人平台的定位与发展思路来看,单平台能够支撑的作战样式与达到的作战效果有限。无人集群则能将单平台的能力进行有机整合,是以集群智能控制算法和协同感知、协同任务规划及高效低成本平台技术为基础,围绕任务目标,形成以无中心、群控制、高涌现等为特征的整体作战群组,促进单体微小效能向系统整体效能的转变,最终涌现无人集群的体系化作战能力,支撑多种样式与规模的海上无人对抗。无人集群的规模也在一定程度上保证了海上无人作战体系的鲁棒性,单个或少量节点的失效带来的功能性能上的缺失可由其他相似节点或新节点来弥补,体系效能不会发生剧烈波动,为海上无人作战体系的持续、高效、稳定运行提供保障。

⑵有人/无人协同作战

海上无人作战是海上对抗样式的一种,无人化指的是进行直接对抗的力量由人变为无人装备,并不意味着将人排除在战争之外,人仍然是战争的决定性因素。海上无人作战的全域化、智能化等作战优势,是对人的体能与认知的良好补充。通过与有人系统相互配合,在网络信息体系的融合支撑下,各无人平台与有人平台可以根据任务需求和战场态势变化,构建有人/无人混合作战编组,依靠无人作战系统感知战场态势、生成任务规划、执行打击任务,依靠有人系统对无人作战信息系统的反馈信息进行把控与响应,实现有人/无人的有机耦合。


四、系统运用

⒈力量构成

作战的基本单位包括作战体系、作战系统和作战单元,三者之间相互包含,相互联系。作战体系由作战系统耦合形成,作战系统可向下分解为若干作战单元。海上无人作战体系以无人力量为主,海上无人作战信息系统是作战体系的核心,覆盖探测感知、指挥控制、通信组网、安全保密、综合保障等子系统,子系统之间相互配合协调以支撑海上无人作战信息系统的正常运转。各类无人作战平台是海上无人作战信息系统的重要组成要素,是海上无人作战信息系统中信息的落脚点,也是感知、决策、控制等系统功能的承载节点。

⒉运用方式

为了尽可能发挥海上无人信息系统的作战能力优势、作战智能优势与作战方式优势,系统运用需要以要素级协同为核心,以跨域联合行动控制为手段。参与跨域协同对象的粒度细化至要素层面,其基础是作战域内的无人要素解聚,如雷达—导弹系统等解除固定的信息保障关系,信源信宿按需灵活组配,通过要素间的松耦合链接构建异构无人要素松散化—耦合结构。各域内无人要素均以达成共同的作战使命与目标和追求“发现即摧毁”为目的,动态快速构成杀伤链/网,其效能释放关键在于感知、决策、打击等无人要素之间的一致性。


五、结语

海上无人作战信息系统是智能化海战的重要支撑,是海上无人作战体系的核心。在信息化、智能化技术的推动下,海上无人作战信息系统通过智能感知、自主决策、协同控制等对广域分布的大量无人平台的综合运用,在海上对抗活动中获得多方面的非对称优势。从系统发展趋势来看,未来海上无人作战信息系统将向着全域化、智能化、集群化的方向发展,机器的自主性和战场定位逐步提高。但海上无人作战并未取代“人”在战争中的主体地位,战争在未来相当长一段时间之内仍将是由人类发起并主导、为解决人类团体利益冲突开展的活动。无人作战是落实人的战争意图的手段和方法,是战场对抗的智能化中介。因此,除了无人平台的研发设计,未来也需要从系统层面对海上无人作战的需求、作战运用原则和装备发展做出统筹规划,开展异构无人装备一体化作战、有人/无人编队协同作战等方面的研究。

附件一:联合作战模拟推演系统

联合作战模拟推演系统是一套真正具有实战意义的对抗模拟推演系统。相较于传统兵棋推演,该系统在核心引擎、推演功能柔性重组、模型架构体系设计、推演机制符合实战、规则数据开放透明、战场环境辨识精细等方面技术创新,可广泛应用在军队指挥官和参谋人员谋略对抗训练、拟制完善作战方案、规划协同作战行动、研究验证新型战法、研究创新作战理论等。

体现信息化作战手段和形式,解决传统沙盘作业、图上作业短板。实出体现复杂电磁环境下,对电子侦查、通信数据链、电子对抗、海空交战、立体突击的影响。通过体系化作战的模拟推演,形成人员、装备、任务高度协同,突出战斗力的实现,演练陆、海、空、二、电多军种一体化作战的协同。

1、系统总体结构:

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2、系统特点

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核心引擎自主研发

推演功能柔性重组

模型架构体系设计

推演机制符合实战

规则数据开放透明

战场环境辨识精细

3、系统主要功能

想定编辑 

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用于推演想定的编辑与管理,主要包括战场环境设置、兵力抽组、兵力部署、席位设置等形成作战初始态势。

导演调理

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用于对系统推演的总体控制和参战各方交战过程中的情况调整。主要兵力显控、情况调理、推演进程控制、对抗双方结果统计分析等功能。

作战任务筹划 

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基于作战计划,将作战方案逐级细化到各作战单元,形成基于时间、空间、目标的作战协同规划。

指挥推演和态势显示

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基于战场环境实时态势,能够显示参战各方推演态势,并指挥各军兵种以军事规则完成相应的作业任务。

战果统计

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对推演过程中产生的数据进行实时统计分析和事后综合统计分析,并可以通过多种统计图表方式展现。

附件二智能化联合作战推演系统

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