基于全域全息态势感知的协同探测与导引

摘 要 当前现代化作战模式发生了深刻变化，各种军事作战战略与前沿技术不断涌现，分布式杀伤、马赛克战、对位压制工程等新概念作战理念应运而生。在此背景下，重点分析俄乌战争中多域一体化作战特点，总结当前探测与导引技术面临的性能边界、物理边界两大挑战，提出基于全域全息态势感知的协同探测与导引发展方向，提炼包括通用协同探测与导引体系架构在内的八大关键技术并探讨实施途径。推动探测与导引技术向多域联合、跨域协同、全域博弈演变，支撑未来更高层级的信息化作战。

0 引言

当前复杂的国际化环境加速了新形态作战概念的生成，各种军事作战战略与前沿技术发生重大变化。世界各军事强国积极适应战争形态变化，不断提出新概念作战理念，美军加速推进军事转型，先后提出分布式杀伤［1］、马赛克战［2］、对位压制工程［3］等作战理论。分布式杀伤通过指挥控制、通信协同等能力，实现作战单元以分散部署、融合一体的形式形成分布式火力态势，提升单元作战能力，克服传统集群式兵力易被发现和摧毁的问题，提升体系作战效能［4］。马赛克战集中应用高新技术，利用动态、协调和具有高度适应性的可组合力量，用类似搭积木的方式，将低成本、低复杂度的系统以多种方式链接在一起，建成类似马赛克块的作战体系［5］。对位压制工程针对现实作战问题，致力于实现下一代作战架构，使系统在软件定义的环境中获取任何数据，是构建未来联合战术网络的基石［3]。此外，德、法、西三方发表联合声明，预计2040年左右，打造以第六代战斗机为核心的未来空战“战斗云”模式［6］，由人工智能驱动超前信息化指挥控制系统，将所有战斗单元互相连接，从体系层面实现战场资源的动态高效管控和快速处理，最大限度发挥隐身装备、精确打击武器的技术优势，成为制胜信息化战争的关键一招。新型作战概念的产生使战争形态由传统作战演变为现代化作战。过去以海湾战争［7］、伊拉克战争［8］为代表的局部战争多是海空作战方式，暂未形成体系化跨域协同作战模式，兵种间、武器装备间相对独立［9］。2022年2月以来发生的俄乌冲突则被视为真正意义上的现代化战争［10］，战争过程以多域联动为切入点，不仅实现陆海空天传统作战领域的跨域协同，还在电磁、网络、舆论、认知等新兴作战领域展开了激烈攻防对抗，作战空间由传统向新型、有形向无形加速拓展，呈现出多域一体化作战特点。

1 俄乌战争中的多域一体化协同作战

截至2022年10月12日，俄乌双方在陆海空天电磁网络等全域作战空间进行激烈博弈［11］。俄方通过“多点出击、快速突击”的方式，开展控制战、促降战，乌方则装备北约先进作战武器，根据美国、北约提供的作战信息开展全域协同作战，在整体战略上，俄罗斯特别军事行动呈现胶着态势。纵观俄乌战争，多域一体化协同作战具有以下作战特点。

（1） 多域多平台协同探测

多域协同探测通过构建统一的信息交换模型标准体系，满足战场态势感知、火力支援、指挥控制、战场通信等关键任务信息交换需求，能够在陆海空天电磁网络等不同作战空间实现作战行动协同与跨域信息共享，有效支撑联合作战体系整体效能的实时动态聚合和精确有序释放。多域平台协同探测示意图如图1所示。

图1   多域多平台协同探测

Fig. 1   Multi-domain and multi-platform collaborative detection

俄乌战场中，两军都意识到现代化战争已毫无隐蔽军事行动可言，已接近完全透明化。侦察卫星、预警机、侦察机、无人机、智能手机、监控探头等不同来源、不同维度、不同特征的信息跨域融合、互验真伪，为作战行动提供精准信息支援。基辅战役中，俄军多次组织隐蔽机械化突袭行动，但都被北约情报网络以及监控系统曝光导致行动失败，而乌军在北约及其盟国的帮助下，各种类部队密切协同、分散行动、保持机动，通过联合协同作战系统共享信息，从而对目标随时随地实施精确打击，取得阶段性战术目标的胜利［12］。

（2） 全域立体精确打击

全域立体打击具有以下3个原则：一是调整力量态势，整合阵地部署和进行战略远程机动的能力；二是实施多域编队，能够在竞争空间中联合多个领域实施作战，以对抗实力相近的对手；三是进行力量融合，对陆海空天网等五大领域和电磁频谱与信息环境中的能力进行快速和持续集成，通过全域协同和优化攻击力量来战胜敌人。最终实现全域机动、全域协同、全域打击，达成整体对抗中对敌信息优势、决策优势和行动优势，完成多域融合、聚能增效。全域立体精确打击示意图如图2所示。

图2   全域立体精确打击

Fig. 2   Full-domain stereoscopic precise strike

俄乌战场中，俄军参战武器装备平台包括发射车、战斗机、轰炸机、无人机、潜艇、护卫舰等，同时最大限度利用地理条件，在乌边境部署“伊斯坎德尔”导弹系统，在黑海方向部署潜艇、护卫舰及岸防系统，配合灵活的空基作战力量，从海、陆、空多域多方向对乌全境目标实施精确打击。乌军在战场上对空中、太空和网络等资源进行有机整合，打击策略以系统为中心，识别对手关键节点，如补给站和地对空导弹基地，使用空中、地面甚至海上火力对目标实施火力压制，并采取全域空战方式，弥补了空军劣势［13］。根据2022年2月的报道，在俄乌冲突中，乌克兰使用了无人机和精确制导导弹对敌方火力点进行精确打击，提高了火力打击的效果和精度。其中，乌克兰使用的Bayraktar TB2无人机搭载了MAM-L型激光制导导弹，在多次作战中均取得了成功［14］。无人机通过搭载各种传感器和探测器对敌方目标进行侦察和监视，将目标信息实时传输到指挥中心，指挥中心根据目标信息选择合适的激光制导弹，将目标信息传输给导弹，并对导弹进行控制和调整，实现对敌方目标的精确打击。

（3） “星链”保障信息共享

“星链”作为军事应用的强大载体，其卫星成本低、数量多、覆盖区域广、重访周期短、识别率高，同时具备机动变轨能力，具有极强的网络弹性和生存力，可搭载各类军用载荷。“星链”可将指挥、遥感等各种网络融合，充分利用各种作战资源，提升作战能力。

俄乌战场中，星链为乌方提供通信、情报和指控链路支持，展示出强大的军事应用潜力。作战初期，乌境内军事基础设施“几乎完全”遭定点清除，重型武器装备也基本被毁灭，但在美国及北约盟国的情报支援和“遥控”指挥下，乌克兰军队仅使用“标枪”反坦克导弹、“毒刺”防空导弹等单兵武器以及“化整为零”的游击策略，仍然给俄军造成大量人员伤亡和战场武器装备损失。2022年3月17日，第4批星链卫星天线送达乌克兰，乌境内SpaceX卫星宽带用户网络终端数量超过5 000台，更有100 000以上人（次）下载安装星链应用程序［15］。“星链”作为乌方的通信链、情报链和指挥链，起到了重要作用［16］。乌克兰应用“星链”打击俄军地面目标示意图如图3所示。

图3   乌克兰应用“星链”打击俄军地面目标

Fig. 3   Ukraine uses Starlink against Russian ground targets

由俄乌战争多域一体化协同作战特点可以看出，协同探测与精确导引是多域一体化协同作战的重要体现，而全域全息战场信息感知又是协同探测与精确导引的重要保障，是多域一体化协同作战中掌握战场主动权的核心能力。多域环境感知、多维信息处理、多类资源综合应用等现实需求，对探测与导引领域技术发展产生深刻影响，要求探测与导引设备具备即插即用、快速接入、快速升级、快速处理、快速决策的能力。

2 探测与导引技术当前挑战

为适应复杂作战环境，实现多域一体化协同作战，精确制导武器装备对探测与导引系统提出了更多的功能和更高的性能要求，使当前探测与导引系统存在两大技术挑战。

（1） 探测与导引系统存在探测性能边界。单一平台上的探测导引设备在刚性边界约束下，无论什么波段、什么体制，其探测能力、对抗能力和探测导引性能都有边界极限。例如对空反辐射需要对付的低频辐射源，对付复杂混合干扰场景，单一探测导引设备却难满足要求。

（2） 探测与导引系统存在物理边界。各种工作波段的复合、各种体制的复合层出不穷，功能物理性叠加架构建模式使得设备越来越复杂，成本越来越高，导致研发周期长、费效比高，且单一武器的功能拓展张力不足，功能拓展和升级速度跟不上战场环境的变化。

针对探测与导引装备存在的性能边界与物理边界两大技术挑战，由单平台功能叠加和边界限制发展为多平台协同探测、协同导引，应对强敌复杂战场环境已是业内的广泛共识，目前已有不同领域、多个系统进行开发研究。

3 基于全域全息态势感知的协同探测与导引

协同作战的本质是各种作战力量共同遂行作战任务，按照统一计划在行动上进行协调配合，在作战时空内最大限度地发挥整体合力、产生最大作战效果，以最合理的方式取得胜利。协同探测和协同导引是协同作战的重要环节，是保障作战效率和作战效果的关键所在。协同探测利用多种探测手段，通过信息共享和融合，实现对目标多源、多角度、多层次的识别和探测。协同导引则利用多种导引手段，通过联合信息处理，实现对目标多源、多角度、多层次的定位和打击。协同探测与导引技术使多个不同的探测器和导引器相互协调、配合工作，具有提高目标定位和打击精度、增强战场感知和决策支持、增强作战灵活性和适应性等特点，在现代战争中具有广泛的应用前景和优势。全域全息态势感知精准针对协同探测、协同导引战略需求，解决不同域、不同平台、不同波段探测与导引系统的时空基准、信息格式、接口定义、传输形式不统一等问题，由全域态势感知体系实现对作战目标的精准识别、精确定位、实时导引。

3.1 全域全息态势感知关键技术

（1） 通用协同探测与导引体系架构

通用协同探测与导引体系架构是一种集成了传感器、信号处理、目标识别和跟踪、决策支持、导引等模块的综合性技术架构。该架构从作战需求出发，构建各平台通用化探测能力及交互基础模型，推演战场信息有效获取与实时共享及导引，旨在构建灵活和可扩展的系统架构，实现多个协同探测和导引任务的集成［17］。通用协同探测与导引体系架构可以应用于多个探测和导引任务，能够提高任务的效率和准确性，并提供更好的决策支持和任务指导。

重点发展方向包括通用探测导引信息需求分析、协同探测与导引工作模式归类、传感器分类信息表征、信息包及传输协议、协同探测与导引体系架构标准、通用系统集成验证等技术。

（2） 时空同步技术

时空同步技术通过使用高精度时间基准和空间基准，对各种通信系统、雷达、导航系统等设备的时间、频率和位置进行同步。高精度时空同步是实现多平台、多传感器协同探测、协同导引和协同作战的关键技术，通过具有高吞吐量、高传输速率、低传输时延等特点的通信网，能够将海量的战场态势信息与其他平台进行实时共享，形成网络化作战信息优势。目前，结合GPS系统实现卫星和地面时钟的高精度同步，能够实现千亿分之一秒级别，基于光传输的高速数据传输系统，可以实现高达100 Gbit/s的数据传输速度［18-19］。

重点发展方向包括高精度授时与频率同步传递、同步误差相参校正等技术。

（3） 探通一体化技术

探通一体化技术将传感器和通信技术相结合，实现无线传输传感器网络和通信网络的集成。探测能力与通信能力相互配合，实现探测辅助通信或通信辅助探测，通信与探测实现频谱资源、硬件设备、波形设计、信号处理、协议接口、组网协作等全方位、多层次的深度融合，建立包括星载、弹载、空中平台、无人机、临近空间飞行器等在内的多平台传感器接口标准，形成网络互惠的统一互联互通模式，使探测网络与通信网络互惠共赢，提升协同系统的效能。

重点发展方向包括通信编码定位测量、探通一体波形及传输协议设计、探通一体系统验证、节点冗余及自组网等技术。

（4） 传感器芯片化、模组化

随着应用场景的多样化、复杂化，传感器芯片化、模组化的特征日趋明显，部分研究机构已经开始构建探测与导引设备新形态，能够使传感器具备可持续快速升级能力，降低成本提高研发效率和可维护性。传感器芯片和模组将进一步小型化、集成化和低功耗，如研究基于纳米技术的传感器芯片化、采用动态电压频率调节、睡眠模式等技术，延长传感器的工作时间，同时将与人工智能、云计算、大数据等新技术相结合，实现更加智能化的数据采集、处理和分析，以适应不同的应用场景和需求［20］。

重点发展方向包括探测传感器标准化芯片、微波信号及图像处理标准化芯片、探测设备模组化、表面探测技术等。

（5） 天线波束、频段和极化可重构

天线波束、频段和极化可重构技术通过形成平面化、小型化、高性能可重构天线，根据各节点探测功能需求及所处的探测环境可对天线波束、波段和极化等进行在线重构、抑制干扰，提高探测能力和战场环境适应能力。目前，在天线波束成形［21］、频段和极化可重构技术方面，已经取得了许多重要的突破，宽带、低剖面、可重构天线技术可以实时调整波束宽度和方向，基于多波束和MIMO技术［22］的波束成形技术能够提高信号的接收和发送能力。同时，新型材料如石墨烯和纳米天线材料的应用以及3D打印等新制造技术的发展也为天线技术的进步做出了贡献。这些技术突破将进一步推动可重构天线技术在无线通信、雷达、卫星通信等领域中的应用和发展。

重点发展方向包括固体等离子天线、液晶天线、编码超材料天线等技术。

（6） 协同探测与导引操作系统

传统软件系统研制过程多为针对具体应用背景的定制化开发，软件系统设计环节与硬件功能强耦合，导致开发周期长、软件升级困难，难以满足协同探测与导引系统的快速迭代需求。协同探测与导引操作系统通过构建标准化软件架构，依托操作系统进行不同层级的软件功能划分，使上层应用软件与底层硬件驱动软件具备独立开发能力，实现应用软件与硬件的解耦，提升软件开发的灵活性与软件可移植性，缩短研发周期，降低维护难度和开发成本，从根本上改变现有研发模式，支撑协同探测与导引系统的快速研发与迭代升级。

重点发展方向包括自主可控嵌入式操作系统、应用软件开发等技术。

（7） 多体制探测与接入

武器系统打击目标过程中，除了雷达、光学功能模块获取的目标特性信息，还可以通过平台传感器和外部信息支援系统获取目标其他方面的大量信息，如侦察干扰功能模块获得的辐射源信息、惯导系统给出的定位信息、预先装填的目标类型、位置和运动信息、外部信息支援系统提供的各类其他信息等。多体制探测与接入将不同类型的传感器和数据源集成到一个系统中，以便获取更全面、更准确的信息，使多平台多体制传感器节点灵活协同，扩大探测维度和探测精度，综合利用多种信息进行融合目标识别，提高复杂环境下目标发现、识别概率和导引精度。

重点发展方向包括空域协同扫描、协同感知、节点冗余设计、节点即插即用等技术。

（8） 边缘计算与先进计算

边缘计算通过去中心算力部署，使系统具备实时响应能力与即时反馈决策能力，支撑海量数据协同链接与海量数据处理能力生成，有效提升了数据传输抗干扰能力［23］。探测与导引数据通过近端分布式处理，使数据在物理意义实现空间化，利用边缘计算标准性、连通性、扩展性等独特特征实现探测与导引数据的数字结构化转型，提升快速决策能力。边缘计算可结合5G网络提升探测与导引数据获取量，利用传感器收集探测环境大量数据，使用专用5G网络，提升传感器网络互联互通、可重构、实时数据分析能力，在边缘侧收集比传统探测传感器更多的数据，支撑探测与导引设备环境适应能力快速生成。突破开放式标准与框架，打通各传感器信息壁垒，提高探测与导引效率，开发开放式、易迁移的边缘计算标准与框架，优化信息融合渠道，提高探测效率与导引精度。利用边缘计算架构可以分布部署人工智能大模型，利用联邦学习方法，不断提升协同探测与导引的智能化水平。

重点发展方向包括无中心协同探测边缘计算、联邦学习算法、节点通用处理算法、有中心高性能处理算法等技术。

3.2 实施途径

以理论创新、数字推演、集成验证为总体实施思路，布局协同探测、协同导引、协同作战、协同对抗等关键技术验证。以单平台传感器为基础，以点促面，引导体系形成全域全息战场信息感知与认知能力，支撑未来高维度信息化战争。

（1） 理论创新

打破当前单平台作战模式下战术战法桎梏，聚焦协同探测刚性战略需求与新质探测生态，重点把握核心方向的顶层理论与体系架构，形成全新的协同探测与导引统一理论模型，支撑新质战法、新质算法、新质模型的快速形成。

（2） 数字推演

在数字域构建全链条全系统闭环协同探测、协同对抗数字沙盘与战略战术推演，快速验证协同理论、技术、方法的可行性，并进行精细量化评估，支撑功能性快速迭代与系统随遇接入。

（3） 集成验证

以无人机协同为基础，构建无人机集群平台通用探测与导引协同演示验证系统，部署新方法、新技术，形成一系列标准，同时反馈指导后续新方法、新战术、新战法的快速验证、集成，引导其他在研和未来探测与导引设备软硬件接口的统一。

4 结束语

当前体系对抗作战模式发生了深刻变化，现代化作战已经由有限域的信息打击向跨域协同、全域对抗演变。而跨域协同作战的基础在于依靠陆海空天电网等多维立体空间组成的传感器网络感知战场态势，获取更多、更细、更准的战场情报，为各类武器装备实施精确火力打击和多样化作战提供“信息弹药”支撑。在强烈的需求牵引下，探测与导引技术势必向多域联合、跨域协同、全域博弈发展，要求协同探测与导引技术具备统一的架构、标准的接口、即刻的接入、快速的升级、动态的调整，以应对瞬变的战场环境，形成以传感器为核心的全域全息战场信息感知与认知系统，支撑未来更高层级的信息化作战。

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ABOUT

引用本文： 董胜波, 苏琪雅, 于沐尧, 等.协同探测与导引技术发展探讨[J].现代防御技术,2023,51(3):75-82. (DONG Shengbo,SU Qiya,YU Muyao,et al.Discussion on the Development of Collaborative Detection and Guidance Technology[J].Modern Defence Technology,2023,51(3):75-82.)

第一作者：董胜波(1960-)，男，河南濮阳人。研究员，博士，研究方向为弹载末制导总体设计技术。

编辑：黄飞