学术：无人机在优化时敏目标杀伤链中的作用研究

Original 2016-11-30 ☞ 信息与电子前沿

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今日荐文的作者为中国电子科学研究院专家郝英好，严晓芳，赵楠。本篇节选自论文《无人机在优化时敏目标杀伤链中的作用研究》，发表于《中国电子科学研究院学报》第10卷第6期。下面和小编一起开始学习吧~

引言

随着卫星制导联合直接攻击武器和城市区域的高优先级目标在数量上的不断增加，留给武器攻击的反应时间越来越少。发现要早，信息处理要快，决策要及时，反应要迅速，这些要素变得越来越重要。杀伤链的优化是以减少锁定目标所需的时间（缩短杀伤链）为目的。

以快速移动目标为代表的时敏目标具有随机性和速变性，对指挥决策系统和武器系统提出了更高的要求。如何更快的识别、定位、跟踪和打击时敏目标成为未来战争的重要议题。近年来，由于先进的传感器、数据传输和综合电子技术等无人机技术迅速发展，无人机的协同性、自主性、机动性、隐身性、多任务作战能力得到大幅提高，具备了在复杂环境下打击时敏目标的能力。本文主要讨论无人机在优化时敏目标杀伤链中的作用。

1.概念与内涵

1.1时敏目标

时敏目标是需要在一定的时间内给予打击的目标，包括来袭的导弹、无人轰炸机、山区中突然出现的恐怖分子等。“一定的时间内”即打击时敏目标的“时间窗口”，它是指目标处于被打击状态的持续时间，由于时敏目标显现的时间短，稍纵即逝，无形中给我方的打击系统提出更高的要求。

1.2杀伤链

“杀伤链（Kill Chain）”是通过实施“发现——确定（定位和识别）——跟踪——指示——交战——评估”一整套作战行动流程，以达到摧毁敌方目标或者挫败敌人计划的目的，具体见图1。对于具备“时间窗口”的时敏目标来说，用“杀伤链”的方法对目标打击效果进行分析是非常有效的。为了保证目标被摧毁，从发现、定位、识别、跟踪、目标指示到交战、摧毁的时间必须在时敏目标的“时间窗口”之内。

图1 杀伤链流程图

2.当前无人机杀伤链的不足

无人机系统是由无人机和控制无人机所需的设备、网络和人员组成的系统。早期的无人机一般只作传感器平台。在杀伤链中主要负责“发现”环节的任务，在发现目标后将信息传给地面人员，地面人员根据情况采取行动。而后，随着小型化雷达在无人机上的使用，无人机的定位和跟踪功能日益强大。无人机在杀伤链中的任务扩展至“发现——定位——跟踪”。近年来，随着时敏目标的增多，传统的无人机发现目标，传递给地面人员，地面人员作出决策，而后组织进攻的模式已经无法满足战争的需要。

首先，无人机与地面指挥所的信息互传需要一定的时间，其次，决策需要一定的时间，而且决策的周期未定。一旦做出决策，战争的形势瞬息万变，很可能这种决策已经变成错误的决策。如何对无人机群进行目标分配是无人机在优化时敏目标杀伤链中发挥重要作用的关键。

3.无人机在优化时敏目标杀伤链中的作用

杀伤链的优化体现在缩短杀伤链的环节时间和提高命中率。缩短环节时间包括缩短发现耗时、决策耗时、平台交互耗时、交战耗时。提高命中率包括提高抗反击能力和成功概率。

3.1 提高发现概率，缩短发现耗时

时敏目标由于具备时间窗口，如果我们的监视系统未在时间窗口之内活动，那么就会错过发现目标的机会。因此，复杂和网络化的战场环境要求关键信息能够在任何地方、任何时间以一种可使用的通用格式尽可能的被快速收集和共享。美国正在将无人机的传感器设计成通用化、模块化和可升级的传感器能力包（如雷达、光电/红外、全动态视频、信号情报等），它们与无人机平台的集成更加紧密，提高了传感器的持久侦察能力。能源技术的进步，可以促进无人机的持久性，而无人机与侦察卫星的结合又使无人机的侦察能力在空间和时间上有了大的飞跃，实现“对战场空间保持不间断监视”，从而有利于发现时敏目标，见图2。

图2 无人机与侦查卫星结合提高发现概率

3.2 缩短决策耗时

缩短决策耗时可以通过提高决策效率或者下发决策权，减少决策层级来实现。对于无人机来说，自主性的提高有利于缩短决策耗时，也有利于根据战场态势迅速改变策略。

3.2.1通过提高自主性缩短决策耗时

美国把无人机的自主性按级别划分为0-10级。级别越高自主性越强，见图3。目前，通过发展无人机感知与防撞技术、动态任务规划能力、精确导航与授时技术，未来的无人机在地面战场上可以识别地形，避开山地和城市障碍物；类似的，舰载无人机能够实现自主起飞或者弹射、着舰。通过对无人机认知行为的深入研究，使无人机具备跟随/来/去能力的综合操作；无人机可以成为具备类人战术行为的自主“僚机”；通过智能无人系统编队实现无人系统在竞争环境下自主作战；无人系统具备与有人平台联合作战的能力。

未来的战争中，当对面飞来一个机群时，其中可能只有一架是有人驾驶飞机，其它均为采用忠实僚机技术进行编队飞行的大型无人机。这些无人机可以根据战场态势迅速做出判断，提高作战效率。在执行ISR、电子战、通信和空运机动等作战任务时，都无需人员操作即可完成。

图3 无人机自主性分布

3.2.2集中控制和分散执行

根据目标的敏感度确定哪个层级具有打击时敏目标的批准权。发动攻击的授权应当给予具有最佳信息和态势感知来执行任务并与武器系统的操作员直接通信的C2节点。以前，由于高层指挥官拥有比低级指挥官和操作员更充分的信息，因此由高级指挥官做出决策的战略效果更好，但是随着GIG和JIE的建立，许多操作员能够获得与指挥官一样的信息，那么拥有专业技能，能够最快的处理信息以建立最好的态势感知的人应当具有武器释放权，只要他是支持指挥官的意图就可以。

美国空军越来越注重军队的灵活性，将这种职责授予给更低等级的人员。将批准授权下放到最低等级的人员意味着更少的协调和更快的杀伤链。杀伤链的提速与《2003年空军转型飞行计划》中对“获取决策周期控制权，在敌人进行有效防御之前打击”的要求是一致的。比敌人的行动更快，这样就能变被动反应为主动行动。

对于不能下放的批准权，需要对每个时敏目标的优先性进行快速决策，对于高价值的时敏目标赋予最高的优先等级，并对传感器阵列和发射器进行功能和职责分配，将C2无缝连接实现快速反应，对目标各个击破。

图4 互联的操作者正在对无人作战飞机进行导航，将时空压缩到一个新的尺度

3.3缩短平台交互耗时

作战过程中涉及的平台越多，平台间的交互就越多，从而产生更多的交互耗时。为了减少交互耗时，一方面要减少平台数量，将更多的功能集成于一个平台；另一方面要加快平台间的交互效率，信息共享和动态战场管理是很好的解决方案。

3.3.1平台武器化，缩短杀伤链

从传感器平台到察打一体化平台，无人机的多功能性促使杀伤链的改变。“捕食者”、“收割者”等无人机由于配置地狱火等小型精确制导导弹，在发现目标后，经过地面指挥所的判断后下达攻击命令，由无人机发射导弹进行打击。随着无人机自主性提高，从传递命令到执行命令之间的链条逐步缩短，甚至可以自主识别目标，判断攻击时机和评估打击效果，并发起二次攻击，节省了作战中的命令传递和执行部分所需的时间，这也符合“3.2.2 集中控制和分散执行”的原则，见图5。

纳米武器的发明提高了武器的爆炸威力，促使武器小型化，从而使无人机加载大威力武器成为可能。高能材料包含化学能量，在释放的时候可以迅速燃烧或爆炸。纳米级高能材料已经开始用于军事用途。纳米粒子有更多的表面积，因此，增加了与推进剂和炸药中其它化学物质的接触。反应开始后，更大的表面积会导致更快的反应速度，从而爆炸的威力也就越大。这项工作将给武器系统带来益处，以利用更大的能量并使之更加致命。在纳米尺度上加工处理，武器设计师还可以通过改变纳米粒子的大小来控制能量释放的速度，为每个爆炸应用进行特别定制。如果这种武器与无人机结合必定改变战争的模式。

图5 交战程序优化图

（优化后，虚线框内部分可以省去）

3.3.2更好的信息共享，减少交互环节
未来战场上的无人机需要改变侦察平台、指挥控制平台和武器平台之间的信息传递方式和从传感器到指挥控制平台再到武器平台的传递流程。而先进的网络设备和MIMO通信设备，使传感器、指挥所和武器系统可以共享、关联和融合高质量的数据、航迹和信息，让作战人员可以获得最理想的战场态势，改善态势感知，提高目标跟踪精度和目标身份识别能力，优化决策水平，集成火力控制，改善武器/目标配对及交战能力，采取最佳行动。这种“网络中心战”的思想体现了信息获取方式的改变，GIG、JIE的逐步完善，信息共享逐步成为现实。而无人机正在将传感器、通信、射手功能融为一体，同时具备高精度侦察、监视、快速识别、跟踪、定位能力，加上宽带数据链和自身配备的小型大威力武器，无人机的全面升级可以使杀伤链环节减少2-3个，节省的时间对于以快取胜的现代战争非常宝贵。战争比拼的是科技，无人机在战场上的作用也随之提升，“远程控制、精确打击、无人员伤亡”成为战争的终极目标，见图6。

图6 美军作战空间网络协同感知图

3.3.3 动态战场管理

在实际的战场对抗中，无人机作战编队经常同时存在多个目标，每个目标又存在不同的时间窗口，而我们的作战平台也存在多架无人机，每架无人机又存在多项任务，如何在目标、攻击平台、任务项之间进行合理配置是成功完成打击任务的关键。

为此，可以把不同的无人机设定成不同的角色。比如，我们可以在一架大型无人机上加装AWACS，将其改造成无人预警机，侦察无人机作为传感器，武装无人机作为攻击平台，利用无人机之间的协同功能，发挥无人预警机的战场动态管理职能解决这个问题。无人预警机可以根据战场态势，根据需求，设定最佳的打击流程，合理分配侦察、跟踪、干扰、进攻装备。战场资源的统一调配能够提高作战效率，缩短杀伤链时间。

3.4缩短交战耗时

在杀伤链中，在发现目标并作出攻击决策后，需要启动攻击程序，选择合适的武器在合适的时间和地点对目标进行打击。装备系统的反应时间和武器的速度是缩短整个交战耗时的关键。

3.4.1 通过无人机预置编队缩短交战反应耗时

做有准备的战争才能最大限度的缩短交战耗时，可以将无人机提前布置在可能发生战争的地方，对战场空间保持不间断监视，做好交战准备，一旦发现目标，能够快速反应。未来随着技术的进步，全天候（超过24小时连续飞行的高储能无人机）、超隐身（例如具有“全身全频谱”隐身性能的X-47B）无人机必然出现，可以实现在敌方战场的提前布局，并预设启动程序，当指挥官做出攻击决策时，可以随时对目标进行攻击。

3.4.2超燃发动机

启动攻击程序后，为了使无人机能够快速的到达目的地，给无人机配备高性能的发动机是必需的选择。高超声速无人机系统是技术上最具挑战性的无人机系统，这需要在推进系统、材料学、新能源方面取得突破。尽早的开展高超声速无人机的研制，实现快速发现、快速打击功能对于取得未来战争的胜利至关重要。美国的X-51项目就是使用超燃发动机，目前已经进行了四次飞行试验。2013年5月进行的第四次试验中，使用超燃发动机的X-51 飞行器达到了5.1倍音速。未来的飞行器只会越来越快，这在打击时敏目标中无形中节省了一些时间。如果我们的速度快到一定程度，时敏目标也就不再时敏，因为我们打击此类目标的时间足够充裕。

3.5提高抗反击能力和成功概率

单个无人机在战斗中很容易被击落或摧毁。但是，如果我们采用复眼战术与蜂群策略，将多套无人机系统组成战斗群落对目标进行监视和攻击，即使敌人进行反击，只要幸存一架无人机就可以实现目标攻击，这样极大的提高了我方的抗打击能力，加大了敌方的打击成本和难度。

复眼战术是指在多套无人机上加载小型雷达和侦察设备，相互以数据链和卫星信道通信，共同形成探测网络，就像复眼一样，即使某个无人机失去作用，其他的无人机可以补充，功能不受影响。

蜂群战术是指无人机群通过指挥控制，在同一时间段内对同一个目标进行轮番轰炸，直至摧毁目标。这是一种非对称攻击的策略，它能够使敌人的防御难度和防御成本大大增加，并提高成功概率，适用于防御严密的高价值目标的打击。

结语

无人机的迅猛发展十分引人注目，已经成为战场的重要武器平台。随着无人机在互操作性、自主性、隐身、通信、导航、武器系统等方面的关键技术不断突破，无人机在对时敏目标杀伤链中的作用越来越重要。本文结合无人机的特性，对如何优化杀伤链进行了初步的探讨，以供借鉴。