【CICC原创】电磁战斗管理概述
  

 

 

 

林云

电磁战斗管理可支持电磁频谱作战的跨域协同与能力集成,是通往电磁频谱优势的必由之路。需从综合认知能力、临机调度能力、协同聚优能力、互操作性支撑能力等方面对应挑战,深入研究复杂电磁作战场景的动态感知与智能理解、群体智能驱动的协同决策与资源分配、信息受限约束下体系任务智能规划与聚优、大规模电磁战斗管理操作系统与验证平台构建等关键技术。

电磁战斗管理的发展与电磁频谱领域概念的演进相辅相成,未来战场的军事行动将趋向于整体化和全域化,实现电子战、频谱管理、情报侦察等功能的集成和同步。通过动态监视、评估、规划和引导等行动,电磁战斗管理可支持电磁频谱作战的跨域协同与能力集成,可基于通用基础实施、标准和数据,在态势感知、决策支持与指挥控制等环节为指挥官提供有力支撑,从而实现更加有效的电磁频谱控制,保证作战效能释放最大化。

一、电磁战斗管理分析

信息化战场在陆、海、空、天、网作战域的主导地位依赖随时随地可以有效使用的电磁频谱,但由于电磁频谱资源有限、各种有意和无意干扰、拥塞和威胁,电磁频谱越来越复杂,获取电磁频谱优势至关重要,电磁战斗管理在多个方面具有明确需求。

(1)作战要素通信交互能力需求

当前频谱作战单元仍然施行“烟囱”型管理,横向通信能力缺乏。低层级作战系统的信息必须传递到更高层级,无法互相通信,只达到了网络化的基本要求,并不满足跨域协同的能力。

(2)电磁频谱作战“战管一体”需求

当前电磁频谱战对一体化的要求更高,单一孤立的电磁作战方式已经无法满足当前大规模多节点的一体化作战模式,杀伤链与功能要素一体、作战要素与管理要素一体以及频谱管理与战斗管理一体等一体化问题的需求愈发强烈。

(3)电磁频谱大国竞争转型作战需求

将电磁频谱视为作战域意味着当前大国竞争环境已有所改变,在争夺电磁资源时可能会面临敌方占据本土优势、己方电磁静默的竞争环境,为夺取电磁优势,电磁频谱作战模式与相关技术需要发生颠覆性改变。

电磁战斗管理本质上是跨领域、跨部门的,不同领域间可以相互协同、相互增益。在不同作战条件下,电磁战斗管理可以实现单个或多个作战行动的指挥闭环和高效协同,为电磁空间内的联合作战行动提供态势感知、决策支持、指挥控制以及辅助训练功能,是实现电磁频谱控制、获取电磁空间优势的重要途径。

二、美军电磁战斗管理发展

美国国防部等军方高层不断完善电磁战斗管理顶层规划设计,通过执行委员会等机构设置,发布大量战略和条令文件。美军战略司令部等部门陆续发布《电磁频谱战略》《联合电磁频谱作战》等战略条令以及“多域战”“马赛克战”等新型作战概念,不断丰富完善电磁频谱作战概念,统一各方认识,牵引电磁频谱跨域协同的装备技术发展。

2007年,美军首次提出电磁频谱作战概念。2016年10月,美军参谋长联席会议发布《JDN 3-16:联合电磁频谱作战》文件。该文件构建起“电磁攻击、电磁防护、电磁利用、电磁管理”四位一体的作战体系,以及从电磁频谱作战规划到执行的相对比较完备的电磁频谱作战OODA闭环。2018年,美国国防高级研究计划局提出了“马赛克战”概念,旨在将信息、通信和传感技术融合。2020年5月22日,美军参谋长联席会议发布《JP 3-85:联合电磁频谱作战》条令,至此,“联合电磁频谱作战”作为电磁频谱这一作战空间内主要的作战模式,终于以联合条令的形式确立下来,为后续电磁作战力量管理开展奠定了法理基础。2021年8月,美陆军发布《FM 3-12 网络空间作战与电磁战条令》,该条令定义并描述了应对作战环境挑战的原则和战术,同时概述了网络空间作战、电磁战及其在作战过程中的规划、整合和同步。2023年1月,美陆军再次发布新版《电磁战技术》ATP 3-12.3,以取代2019年《电磁作战技术》,为军队在战争中掌控电磁频谱提供理论指导。

此外,致力于充分挖掘电磁战斗管理发展潜力、更全面深刻理解新兴电磁频谱作战概念,美军开发了一系列管理系统与项目,并取得相关突破和长足进展。相继发布了电磁机动战资源分配管理(EMW RAM)、电磁作战管理(EMBM)系统以及联合电磁战斗管理系统-决策支持(EMBM-J-DS)等电磁战斗管理相关项目,增强电磁频谱决策支持,并改进与相关军种、联军和情报工具及系统的互操作性。

综上所述,美军提出的多种电磁域作战概念阐述了未来战争将在陆、海、空、天、网络及电磁等多个作战域展开。美军诸多相关进展表明,电磁战斗管理将朝向多域协同、战管一体、情侦融合、机动空间作战等趋势发展,对敏捷性、实时性、动态性、系统性等指标要求更高。同时,电磁战斗管理将更加依赖智能感知、协同决策和资源调度等先进技术。

三、电磁战斗管理面临挑战

现代战场中,电磁频谱已成为军事行动的关键要素,而电磁战斗管理作为实现电磁频谱控制和优势的关键手段,面临着一系列严峻挑战。电磁战斗管理需要不断发展和完善,以满足复杂多变的作战环境和需求。根据需求分析与发展趋势,可以总结出电磁战斗管理面临如下挑战。

(一)电磁频谱态势综合认知不够全面

频谱态势动态瞬变、错综复杂的特性与精准高效认知需求形成矛盾,亟需提高低资源高动态场景多维数据的即时信息利用率,实现电磁态势综合认知。

当前战场频谱态势的复杂性和动态性要求电磁战斗管理具备准确、高效的电磁态势综合认知能力。如何在资源有限的场景下通过感知、监测、分析和评估获取电磁环境中信息的高级语义,是实现电磁环境全面认知路上的一大挑战。

(二)电磁频谱资源临机调度能力受限

电磁空间联合作战规模庞大、数量众多、平台广域、专业性强,涉及的信号密集交叠、能量分布参差不齐、信息交互受限,电磁战斗管理现有聚优模式无法满足战场的高效率调度需求。

亟需提升资源受限下的电磁频谱域资源临机调度能力,实现资源的灵活调度和配置。推动电磁战斗管理成为必要手段来支撑跨域集成,实现全域聚优与一体化管控。如何通过科学优化配置和合理分配电磁资源,实现电磁频谱资源的动态管理与敏捷调度,是实现多样化作战管理的另一挑战。

(三)系统自主协同与聚合能力不足

由于战场可用电磁资源分散、突发、不确定以及战场任务的跨域、时间敏感、任务复杂等特性,亟需提升多域资源的快速发现、资源的自适应分布式聚合、受损后网络节点的自重构修复能力。

当前作战体系任务智能规划与节点聚合理论概念缺失,如何综合运用涉频装备,实现自主控制和一致行动的能力;如何突破边缘智能计算架构、多协议无缝接入与管理、动态任务实时划分,提高战术节点之间的协同计算和边缘自治能力;以及如何映射资源关联与约束机理,实现即时聚优与融合能力面临着巨大挑战。

(四)电磁作战支撑工具互操作性不强

面向多军种多要素作战需求,多样性的设备与平台具备不同的技术规范与通信标准,电磁战斗管理各要素缺乏统一标准与互联互通能力。

随着电磁战斗管理涉及要素越来越多,算法接口互通较难,不同的电磁战斗管理支撑工具之间如何相互协调、交换信息、共享数据和资源,从而形成一个整体、无缝、轻便的电磁战斗管理系统面临着标准化的挑战。

四、电磁战斗管理关键技术

(一)低资源场景下电磁态势即时感知与理解技术

电磁战斗管理面临复杂多变的应用场景,低资源场景下感知可用数据与资源受到限制,需要深入研究复杂电磁作战场景的动态感知与智能理解技术,其中包括主动感知、状态认知、行为理解等算法以及自主软件与硬件结合的实现技术,以应对电磁空间中不断变化的情况,搭建不同模态下信息的语义桥梁,实现智能化的即时感知与理解。

 

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▲ 图1 电磁态势即时感知与理解技术场景

该技术可利用前沿无线电频谱感知技术,实现对电磁环境的主动多模感知并对感知数据进行分析和优化;借助先进的机器学习和人工智能技术,对电磁信号进行状态认知和推理,实现对信号特征、调制方式、传输路径等信息的自动化判断;通过多模态认知提高信息提取率,利用多模、少量的数据实现低资源场景下信息获取的最大化;通过训练模型识别出各种电磁信号的行为模式,进而对电磁态势进行动态评估和决策支持;采用自主硬件与软件结合的方式,实现灵活可配置的一体化电磁感知和通信系统。

(二)群体智能驱动的协同决策与资源分配技术

针对电磁战斗管理中目标约束庞杂、高度耦合的问题,从空间域频谱共享、网络域拓扑控制、系统域群体协同角度出发,发展高效稳健的复杂战斗系统协同决策方法以及跨域任务智能分配与执行技术。群体智能具备高度自治能力,其思想与电磁战斗管理需求高度契合,群体智能驱动的协同决策与资源分配技术的应用,能够提高电磁战斗管理的效能和协同能力,实现电磁频谱控制和电磁优势获取,技术思路如图2所示。

 

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▲ 图2 群体智能思想服务于电磁战斗管理调度

具体来讲,可利用动态频谱访问等先进技术,实现不同电磁作战单元之间的频谱资源共享,通过协同决策和资源分配,实现电磁资源的协调利用,避免频谱浪费和冲突,提高频谱利用效率;借助网络科学和复杂系统理论,研究电磁作战中多个作战单元之间的拓扑关系和通信路径,实现拓扑控制和网络优化;充分利用群体智能和分布式控制技术,实现涉频装备之间的协同作战和自主决策,构建群体协同决策模型与算法,在复杂电磁战场中实现多个涉频装备之间的智能协调与行动。

(三)信息受限约束下体系任务智能规划与聚优技术

针对受限约束条件下电磁态势动态认知和即时聚优过程中,评价规则和系统约束实时瞬变的问题,在研究多元聚优函数与电磁资源的动态映射机理基础上,分析战场多方电磁频谱资源一体化协同调度框架,采用基于目标威胁排序的体系战术目标决策与任务分解方法,搭建体系战术目标与作战任务多对多自适应分解模型;分析体系任务规划机理,构建实时更新的陆海空天电网跨域多维弹性化体系任务队列。在构建即时感知与动态聚优调度模型基础上,搭配关键技术形成自适应性匹配与聚优,利用自修复技术完成战损后的快速重构,实现广域资源的一体化敏捷调度,其技术路线如图3所示。

 

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▲ 图3 基于评估反馈循环的自适应动态聚优技术

基于任务分解模型与感知搜索技术,构建“代价函数-作战任务-电磁资源”的动态映射关系以及资源之间的关联关系,约束条件实时更新后选择最优化分配方案与组织协调。基于因果链条分析与溯源准则,从多个评价维度出发,对资源即时聚优效果进行实时评估,建立协同调度系统效能评估指标体系,综合化层次化评估电磁战斗管理系统调度决策方案。基于群体智能思想与自反馈机制,依据层次化评估的结论,干预调整电磁战斗管理系统实时聚优过程,动态调节资源优先级选择与电磁任务重分配,促进“聚优-评估”环路快循环。

(四)大规模电磁战斗管理操作系统与验证平台构建

采用基于中台技术的资源解耦与重构技术,以面向数字孪生战场的智能体符号模型、多源跨域战场资源、多业务关联耦合需求为基础,以数据中台、算法中台、AI中台、业务与服务中台为核心,以战场全域深度态势感知呈现、复杂对抗下态势理解与决策、作战资源管理调度为上层需求,构建数智、虚实、人机融合的电磁战斗管理操作系统。

高效运行的电磁战斗管理系统可经由大模型中台驱动,集成轻量化技术,结合数字孪生与平行构建等手段,通过APP、终端接口等平台,将感知与理解、任务决策与分配、效能评估自适应规划与聚优等电磁战斗管理技术与要素整合化处理。以大模型为驱动,面向电磁频谱战全生命周期,建立全要素、全流程、全业务、全平台的操作系统,通过实体对象与抽象对象的双向映射与实时交互,实现作战便捷化管理,支撑电磁对抗等典型作战场景的应用,其构建思路如图4所示。

 

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▲ 图4 大模型驱动的电磁战斗管理操作系统

五、结束语

面对未来日益复杂和多变的电磁战场,电磁战斗管理作为实现电磁频谱控制与电磁空间优势的重要途径,显得尤为关键。亟待紧密跟踪相关技术进展,加强跨学科的研究和合作,不断优化电磁战斗管理系统,使其能够更好地适应复杂多变的战场环境,并为指挥决策和作战行动提供更智能、高效、可靠的支持,为国家安全和军事实力提升做出更为重要的贡献。

(《中国指挥与控制学会通讯》编辑部供稿)