DARPA即将启动无人集群侦察项目,DARPA系统集成打造空中优势

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原标题:DARPA系统集成打造空中优势

[据美国联邦商机网站2016年12月报道]
美国防高级研究计划局将在2017年1月30日在DARPA会议中心举办“进攻性集群战术”项目的提案人活动,向潜在的提案人介绍该项目的目标。

来源:太阳谷 /
高端装备产业研究中心

OFFSET项目的目标是发展基于游戏的开放架构,为城市作战的无人集群系统生成、评估和集成集群战术。城市环境是复杂、动态和不可预测的,是现代安全和平民活动的主要威胁。为地面小型作战单元引入无人集群可以提供重要的能力提升(例如为侦查和识别潜在威胁增加防区距离、使用空基和/或陆基集群平台提供安全和监视、为战场增强情报准备)。除此之外,这样的无人集群系统也可以形成全新的作战概念和使能技术,例如分布式感知、鲁棒和适应能力强的通信、分散计算和分析以及自适应集体行为。

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OFFSET项目将发展出一个集群战术生态系统和支持开放系统架构,研究方法聚焦集群战术的发展和验证,以支持作战人员和技术人员设计、测试集群作战能力。利用快速、灵巧的发展周期,OFFSET项目将与终端用户进行频繁交流以便完成技术转化。

导读

OFFSET项目将研究两个关键领域,以显着提升小型作战单元在城市环境中的作战效能:一是集群自主性,包括智能移动、决策和与环境相互作用,实现灵巧、复杂的集体行为;二是人机编队,使集群指挥官可以判断、配合和影响集群系统的行为。

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OFFSET项目将加速美军对无人集群战术关键使能技术的理解,搭建开放式系统架构和测试平台,以实现以下几个目标:一是通过发展网络游戏环境,生成有活力的集群战术生态系统。使用现实虚拟游戏架构快速生成和评估集群战术;二是通过设计易于理解的人机操作界面集成集群战术,这将涉及多种模式的沉浸式交互技术。

DARPA于2015年公布了系统之系统集成技术和试验(SoSITE)项目。该项目旨在通过创新的体系架构发展和演示保持空中优势能力的概念,体系架构中包含飞机、武器、传感器和任务系统并把空战能力分布于大量可互操作的有人和无人平台上。SoSITE项目由洛马公司臭鼬工厂和美空军牵头,参研者包括诺格公司、洛马公司导弹和火控部、BAE系统公司、通用动力公司、罗克韦尔·柯林斯公司、菲尼克斯飞行试验公司(Phoenix
Flight Test)和“远地点”研究公司(Apogee
Research)。SoSITE项目的成功是支撑未来战场环境中的多域作战行动和维持作战优势的重要一步。

OFFSET项目将使用空中和地面无人集群平台通过多种基于能力的试验验证关键技术。在项目进行过程中,作战场景的复杂程度将通过调整大量技术和作战试验变量而逐渐提升,以挑战集群架构和集群战术。其中的变量为集群尺寸、集群平台混合、任务执行时间和其他与集群系统相关的特征。

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OFFSET项目对以下使能技术非常感兴趣,并十分鼓励相关技术专家加入本项目:开放软件和系统架构、游戏软件设计和基于游戏的团体研发、沉浸式交互技术、分布式机器人系统集成和算法研发。

SoSITE 项目构想

SoSITE
项目的研究目的是通过开展分布式航空作战体系架构研究,保持美国在竞争环境下的空中优势,发展能够快速集成任务系统/模块到体系的技术,研究验证体系对抗的有效性以及体系架构的稳定性。具体包括:

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SoSITE
项目计划在现有作战模式下,共派出3架有人机执行任务,每架飞机都具有电子攻击、雷达探测和成像能力,并同时挂载相应的杀伤性武器,它们均与空中指控系统通信,并受控于空中指控系统。然而在SoSITE作战模式中,仅需派出一架有人机和一架无人机执行任务,空中指控系统控制有人机,有人机控制无人机,具有电子干扰、雷达探测和成像能力以及有杀伤力的武器装备则分别从无人机平台发射,而非将这些能力全部集中在一个作战平台上,这将大大降低体系作战成本,同时达到远远超出成本的作战效果。

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综合分析框架

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Phase-2 Rapid Integration &
Experimentation

分布式空战体系技术发展现状

SoSITE项目明确提出了发展分布式空战的概念、架构及技术集成工具。除此之外,近年来,多个相关项目的提出、发展也在不断佐证着分布式空战体系这一发展趋势。美海军一体化防空火控系统(NIFC-CA)是分布式作战思想的典型代表,参照其关键技术组成并结合DARPA的上述目标,可对分布式空战体系的基础能力构成有一个初步认识。

中平台间的通信能力对抗环境中的通信(C2E)项目旨在发展抗干扰、难探测的通信技术,从而应对各种频谱战威胁,确保战场网络功能安全。C2E项目研究重点涉及适应传统平台的异构网络能力、适应新型/改进型通信能力的系统架构以及适应第三方技术和快速更新能力的研发环境三个方面。目前,C2E项目正设计全新的灵活架构,确保在使用相同射频和波形的飞机之间开展不受限制的通信。

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另外,由于各空基无线网络不兼容,专用的数据链网关虽可连接不同空基网络,但能力有限,无法满足有人/无人平台间无缝、高效的数据传递需求及复杂的分布式和动态作战任务。

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美军现有主要空基网络示意图

2015年,DARPA发布的满足任务最优化的动态适应网络(DyNAMO)项目,旨在开发网络动态适应技术,保证各类航空平台在面对敌主动干扰时,能在一定安全等级下进行即时高速通信。DyNAMO项目所发展的技术将使用C2E项目的硬件开展演示验证,并将研究C2E项目所没有涉及的领域,即保证原始射频数据在目前不兼容的空基网络之间进行通信,不仅进行数据传输,还能把数据转化为各类航空平台均能理解和处理的信息。C2E、DyNAMO等项目为分布式空战体系中平台间的实时数据共享奠定了技术基础。

DARPA发布的拒止环境中的协同作战(CODE)项目公告提出,通过发展新型软件和算法,提高现有无人机在高对抗环境中的自主性和协同作战能力,同时降低对操作人员数量及成本的要求。具体而言,DARPA希望未来无人机组可在一个指控人员的管理下协同工作;无人机可不断评估自身状态及周边环境,并为指控者提供无人机组行动建议,指控者可选择采纳、拒绝或让机组继续收集更多数据;在发现目标后,可根据既定交战规则开展打击,并可以调用附近采用CODE项目相关技术的无人机。

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CODE
项目中无人机协同作战能力示意图

层云(STRATUS)是MBDA于2014年发布的远景概念项目,聚焦于在全域全平台为导弹系统的指挥控制(C2)和任务控制(MC)提供一种创新方法,从而在战场空间内使可用武器的作用最大效能地发挥。层云系统包括一整套的架构规范、接口标准和实现该标准规范的软硬件设备。2014年,DARPA也发布了与层云功能类似的分布式作战管理(DBM)项目,旨在开发用于作战管理的控制算法和决策辅助软件以及用于驾驶舱的先进人机交互技术,形成可应对空空、空地作战任务的综合分布式管理能力。

层云、DBM等项目中涉及的作战管理系统可把整个战场的传感器、作战武器和区域内可用资源整合成为一个虚拟的分布式武器系统,实现复杂战场环境下动态的任务管理、决策辅助和武器协同,是构建体系化作战的基础能力。

作战系统组网集成技术演示

2018年7月13日,美国洛马公司宣布,该公司的臭鼬工厂和美国国防预先研究计划局(DARPA)开展了一系列“系统之系统集成技术与实验”(SoSITE)项目飞行试验,演示验证了如何应用“系统之系统”(SoS)方法和手段在对抗环境中对包括空、天、地、海、网络空间的各个作战域内的系统进行快速无缝的集成。

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洛马公司开放式系统架构演示验证演进历程示意图

飞行试验在加利福尼亚州美海军空中战争中心进行,是为期5年的SoSITE项目中的一部分工作。飞行试验演示了1个地面站、1架飞行试验台、1架C-12飞机和1架飞行试验飞机之间的互用性,并演示了利用一种名为“缝合”(STITCHES)的新颖集成技术在这些系统之间传输数据的能力。

上述演示验证使用了臭鼬工厂开发的复杂组织体开放式系统架构(E-OSA)任务计算机第二版(EMC2),即所谓的“爱因斯坦盒”。它作为开放式计算环境,提供了系统之间的安全保护。利用“爱因斯坦盒”,可对新能力进行快速且安全的实验,然后再将它部署运用到作战系统(装备)。

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“复杂组织体开放式系统架构”(E-OSA)作战示意图

项目团队成功演示验证了四种能力:

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至此,SoSITE项目演示验证了将任务系统快速并经济上可承受地集成到现有的和新的架构中,它将会帮助美军在当下瞬息万变的作战环境当中维持作战优势。

SoSITE项目启示

未来战争中,体系对抗将是主要的作战表现形式,继续聚焦于发展高精尖武器装备已不足以威慑竞争对手,在战争中占据优势。美国自20世纪90年代以来,就已逐渐开始了武器装备体系化作战能力建设,SoSITE项目的确立表明美军目前正在开展一项更加灵活的体系技术方法研究,旨在构建作战体系时能够更加快速且更低成本地将全新技术集成进来。美军SoSITE项目的确立代表了武器装备作战体系能力建设未来的发展方向,从该项目内容中可以得到以下启示:

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主要参考资料:

[1]. System of Systems Integration
Technology & Experimentation(SoSITE)

[2]. Enterprise Open System
Architecture

[3].
DARPA和洛马公司演示作战系统组网集成技术

[4]. SoSITE:US Pilots To Command DARPA
Drone Army

[5]. 王怿,严江江,陈晓东,孙鑫.
美军体系综合技术和试验(SoSITE)项目概况及启示.
中国指挥控制大会,2015

[6]. 李东兵,申超,蒋琪.
SoSITE等项目推动美军分布式空战体系建设和发展.
《飞航导弹》,2016,23(9):65-70

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