研究背景
未來戰爭的形態
“空海/地一體戰”“全頻譜作戰” “網絡中心戰” “快速決定性作戰”“馬賽克戰爭
人工智能技術
計算機算力的提升海量數據的實時處理 智能算法工程化應用
發展分析
根據美軍一項有人/無人協同試驗分析,有人機/無人機協同作戰,可使任務成功率上提升35%,作戰效率提升25%,生存力提升25%,作戰時間縮短50%。
1 重視有人/無人協同的頂層規劃與體系建設
重視有人機/無人機協同體系設計工程化、規范化的設計方法;
重視協同體系框架的軟件開放化、接口標準規范化。
2 提升控制層級和互操作性
從“機-站-鏈”封閉式系統到高等級互操作協同系統
以裝備能力提升為基礎,開展集成演示驗證。
3 推動協同作戰走向實用化
重點突破平臺、感知、鏈路通信、決策、火控協同等關鍵技術
開展面向任務復雜戰場環境下協同試驗,有人/無人機協同作戰具備實戰化能力。
發展趨勢
更高的自主能力、更強的平臺能力、更先進的載荷能力
具備在復雜戰場環境下實時感知與在線自主決策能力
具備更高的隱身性、更長的航時、更高的速度、更強的機動性
具備看的更遠、更清楚、打得更遠、更精確。
更高效的人機智能融合、動態資源管理、更低的人機比
具備“人-機”之間行為默契、信息融合,共同完成使命任務的能力;
具備異構平臺/傳感器/武器的動態資源高效管理能力,實現“1+1>2”能力涌現;
更少的指揮人員,控制更多數量的無人平臺。
更強的群體智能、更魯棒的體系結構、更高的效費比
從單體智能 實現群體智能的能力涌現:
由簡單的“互聯-互通-互操作”升級為“互理解-互遵守-互信任”
低成本、高可靠、抗損毀、戰場生存能力強。
聯合任務規劃系統(JMPS)
MQ-1/9 AlI C130s E-3,E-8
A-10.F-16 技術體系
AH-64C/D阿帕奇0H-58D奇奧瓦 CH-47D支效
F/A-18 F-14 AH-1 RO-4A B-1 B-52
未來展望
深入研究人機智能協同作戰概念、作戰樣式、戰斗力規律及制勝機理協同作戰理論;
(2)梳理人機智能協同作戰條件下的無人系統關鍵能力需求目錄,系統地加速提升智能協同作戰技術水平;
(3)重視現有裝備的智能化改造,構建“有人/無人”協同作戰裝備體系,節省時間和經費成本;
(4)發展有人/無人協同作戰關鍵支撐技術,快速實現面向任務具備實戰能力有人/無人協同作戰系統綜合集成。
(5)整體布局和創新謀劃,有人/無人機智能協同作戰是智能化程度很高的高層級聯合作戰,很大程度異于傳統作戰,需學科與專業建設、人員培養與訓練機制等方面改革
有人機/無人機協同作戰所需的關鍵技術
面對現代化的空天地海一體化偵察探測手段,飛行器面臨的無源威脅也越來越嚴峻。不僅飛行器的主動雷達信號容易暴露飛行器的狀態,飛行器上的高度表衛通、遠程通信、飛行器間數據鏈和電子對抗也都可能成為敵方無源探測系統捕捉的目標。
因此,針對國外軍事力量對我國構成的嚴峻威脅迫切需要發展有人機/無人機混合集群的全域隱身能力其中射頻隱身技術是對抗敵方無源探測系統威脅的主要手段。
在當今世界軍事強國中,美國在射頻隱身技術和隱身飛行器研究上處于主導地位。已公開資料顯示,自20世紀70年代開展“Have Blue”項目以來,美軍已經成功研制了F-117、B-2、F-22、F-35等多種型號的隱身飛行器。
射頻隱身技術實驗最早出現在美軍F-117轟炸機上。
1973年美軍開啟了“Have Blue”研究計劃,開始了低截獲概率雷達系統的試飛試驗,其中部分研究內容是將不同型號雷達進行評估對比。最后,試驗結果顯示,采用射頻隱身技術的雷達被截獲概率顯著降低。
到了20世紀80年代,射頻隱身技術得到了大力發展。在美軍秘密研制的B-2隱身轟炸機上進行了大量的射頻隱身實驗,B-2上裝備有APO-18機載相控陣雷達,該雷達具有五級功率控制和發射波形選擇功能,相比傳統機載雷達其射頻隱身性能有較大改善
第二階段,美軍已經部分掌握了射頻隱身技術
從上世紀90年代開始,美軍以F-22戰斗機為平臺,開展了機載 AN/APG-77雷達和IFDL(機載數據鏈)技術裝備的研制
綜合一體化隱身理論在F-35戰斗機 上得到了重視。F-35戰斗機裝備的 AN/APG-81機載雷達將有源相控陣雷達和電子對抗進行了高度融合。
第三階段,美軍的射頻隱身技術已經具備作戰能力,已熟練掌握射頻隱身技術
射頻隱身技術的實現途徑
1、低副瓣天線:一般情況下,主瓣照射截獲接收機平臺的概率很低,即使截獲接收再采用寬口徑、寬頻段的工作方式,也基本上依靠天線副瓣對目標進行截獲。
2、低輻射能量:降低輻射功率,可以降低無源探測系統的截獲距離;減少輻射時間(采樣間隔、駐留時間),可以降低無源探測系統的積累截獲概率。
3、射頻隱身信號:采用大時間帶寬積的發射信號,通過頻率跳變、多相編碼等功能實現機載雷達發射波形的多樣性并盡可能采用寬帶調制技術去減少單位帶寬內的頻譜密度以降低被分選識別的概率,進一步提高平臺傳感器的射頻隱身性能。
多平臺協同是戰術體系對抗發展的必然趨勢
(1)增強的探測/定位/跟蹤/制導能力;
(2) 增強的復雜電磁環境中態勢感知、抗干擾能力;
(3)保持火力打擊能力,提高作戰效果。
多平臺協同射頻隱身可有效對抗敵方無源探測系統
(1)保持“低信號或無信號特征”的空中突防;
(2) 對抗敵方“低-零功率”的電磁頻譜戰;
(3)針對敵方無源探測系統提高我方飛行器的戰斗生存能力。
協同探測/跟蹤國內外研究現狀
(1)態勢感知時間縮短10倍以上;探測區域擴大10倍以上
探測距離提高55%以上;定位精度提高10倍以上(3對1); 1007
(2) 美國約翰·霍普金斯大學已于2002年開發了分布式武器協同交戰決策仿真系統;
(3)美國已經主導了F-22、F-35EA-18G、F-16、臺風、陣風等戰機之間的各種射頻隱身的協同訓練與軍演。
國內尚未形成復雜環境中多平臺協同的射頻輻射特征控制方法。
二、射頻隱身指標體系擬定
射頻多域隱身指標體系的構建原則一
可測性、可分性。
可測性是指評估指標的合理性能夠通過仿真與物理試驗系統進行測試;可分性是指評估指標中的關鍵參數能夠用仿真與物理試驗系統進行獨立測試。
射頻多域隱身指標體系的構建原則二:
評估軍事斗爭效果的戰術指標體系和指導工業技術發展的技術指標體系
戰術指標體系是基于確定場景和設備參數,多方面評估戰術效果的一組指標,可用于分析裝備應用策略的射頻隱身性能。技術指標體系是根據戰術指標體系,分解出適應于戰術發展需求的技術指標,指導裝備的工業技術發展方向。
三、相關技術研究現狀
四、系統模型與數學建模
從圖1中可以看出,所提算法大致經過3-5次迭代計算可以達到Stackelberg均衡點,從而驗證了算法的收斂性
從圖2中可以看出,基于Stackelberg博弈的有人機/無人機混合集群輻射功率控制算法的無人機載雷達輻射功率與目標相對系統中各無人機的位置關系以及目標相對各無人機視角下的RCS有關,且距離目標較遠相對目標視角RCS較小的無人機需要輻射較大的功率從而滿足其設定的目標探測SINR性能要求
在不同目標位置和RCS模型條件下,經過3-5次左右的 1861
迭代計算,采用本文算法所得的截獲接收機接收到各無人機總輻射功率收斂到截獲接收機靈敏度以下,且低于平均功率分配算法下截獲接收機所接收的無人機輻射功率
基于Stackelberg博弈的有人機/無人機混合集群輻射功 1861
率控制算法能夠在滿足一定目標探測性能和系統輻射功率資源約束的條件下,有效降低各無人機的輻射功率,不僅減少了各無人機間的相互干擾,而且有效提升了混合集群的射頻隱身性能。
外軍有人—無人發展動向分析
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