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阅兵装备看的过瘾,可你想过该如何技术性地避免空地误伤吗?

作者:李红辉,夏鸿,娄宁 来源:学术plus公众号 2019-10-14 10:58:51

摘要:自二战以来,多次战争记录近距空中支援误伤己方地面部队的案例。随着战争中介入大量的媒体报道,美军开展研究、开发和应用一系列敌我识别技术,以期望在联合作战中减少误伤,对未来技术应用发展有极大的参考和学习价值。

关键词:射频标签[24篇]  空地误伤[0篇]  

自二战以来,多次战争记录近距空中支援误伤己方地面部队的案例。随着战争中介入大量的媒体报道,美军开展研究、开发和应用一系列敌我识别技术,以期望在联合作战中减少误伤,对未来技术应用发展有极大的参考和学习价值。

引 言

20世纪以来,为夺取陆空联合作战的主动权,以高制低、以快捷见长、以大密度制胜的近距空中支援成为合力制敌的有效途径[1]。近距空中支援是由固定翼或者旋转翼作战飞机临空打击与友军距离较近的敌方目标来支援地面战术单元的作战行动 。经统计,海湾战争中美军误伤率17%,致死比例24%,大概1/3误伤事件涉及空对地攻击[4];伊拉克战争中误伤致死比例为美军18%、英军15%[5],大多数死亡来自空地误伤。即使美军拥有先进的武器装备,空地误伤问题始终未得到有效解决。

空地误伤主要因素分析

通过对空地误伤事件的分析,总体看,空地误伤主要影响因素为战场环境和操作使用。

01战场环境影响

从空地支援作战误伤事件分析,战场环境影响主要包括三个方面。

一是气象环境限制,昼夜、雨雪、沙尘等条件等限制视觉观察目标特征准确性,造成误伤,如1991年2月17日海湾战争中“阿帕奇”误伤已方装甲车辆;

二是地理环境限制,城市、密林等遮挡效应造成通信欠佳,话音、数据传输受限,缺乏空地直接识别手段,造成误伤,如2003年3月23日伊拉克战争中A-10攻击已方两栖突击车;

三是电磁干扰限制,系统内部干扰造成敌我识别系统失效,引发误伤,如1982年6月5日马岛战争中“卡迪夫”号误击已方“小羚羊”直升机。

02操作使用影响

作战是一个高度紧张的环境,所有军事装备的设计都是给疲惫、害怕、愤怒和兴奋的个人使用,这种作战环境的士兵几乎很难处于最好的状态。即使目标和战场态势信息是准确而及时的,操作员吸收消化信息的能力也是非常有限的,如2006年12月5日阿富汗战争中美军F/A-18C误击英海军陆战队事件。据美军经验表明,面对复杂巨系统,环节越多、流程越杂、处理越繁,越容易出现错误[6],复杂系统本身就有内在的不可避免的危险。因此,监视识别目标简单、武器操作便捷就非常重要。

由于协作式询问-应答敌我识别系统技术更能适应战场上气象、地理、电磁环境,操作上更易于应用,美军经实战检验最终将敌我识别器作为空地支援作战的必备条件;同时,为抑制操作者心理因素副作用影响,通过战术、技术和规程(TTP)与交战规则(ROE)来约束目标识别操作规程。

避免空地误伤主要技术及其特点分析

技术上看,美军近年来研发运用的减少空地误伤系统与设备种类繁多,既有视觉识别、热标识、红外标识等被动无源识别手段,也有基于询问-应答的射频标签、战场敌我识别、雷达敌我识别系统。

01视觉识别

中科彩票app视觉识别是最基本用于减少误伤的手段,但在空地支援作战中,已经被反复证明不可靠,其准确度受到视觉传感器性能、天气情况、人为判断等多种因素限制。

对于固定翼飞机空地支援作战,美军试验数据表明,当飞行高度超过2000英尺(610米)时,机上观察员发现并识别目标能力会显著降低,其正确识别一辆坦克概率仅为50%;而当飞行高度为3000英尺(915米)时,这一概率则降至20%;足以证明视觉识别在空地识别中的局限性。

对于旋翼飞机空地支援作战,虽然其飞行速度易于视觉观察,但其加装的前视红外系统性能无法与机载武器最大射程匹配,对美军AH-64 “阿帕奇”直升机和AH-1W“超级眼镜蛇”直升机敌我识别操作流程分析得知,飞行员须机动接近目标以对其进行视觉识别,导致作战效能降低。

此外,视觉识别易受到外部因素制约,包括昼夜、气象、地形、伪装等。

02热标识装置

美陆军在曾海湾、伊拉克战争中使用热识别板来辅助装备有前视红外系统车辆进行视觉识别。该装置采用低发射性热材料,易于在前视红外系统显示器上形成冷点以区别敌我,安装于车辆顶部,便于空地识别。但若遇恶劣沙尘天气、地面机动中标识板被弄脏覆盖,识别板有效性会大打折扣。

图1热识别板(TIP)

中科彩票app理论上分析,热标识装置可在6至8千米距离外发现识别,但实战距离远小于理论值。在伊拉克战争中,“阿帕奇”直升机只能在3千米处识别,远远小于其打击距离。

03红外标识装置

红外标识装置主要包括红外闪光灯和近红外激光指示器两类。

红外闪光灯是地面部队用于防止夜间空地误伤的基本配置。利用红外闪光灯闪烁(可以固定频率闪烁,也可以对闪烁光进行现场编程)发射信号,配备夜视镜的空中部队能在4千米左右距离发现红外闪光灯发出的闪光。该手段有助于提高机组人员使用夜视装置发现友军部队的概率,但其缺陷也相当明显,无法在昼间提供保护。

近红外激光指示器与红外闪光灯相同的光谱区,通过夜视装置才能发现。指示器能在夜间指示友军和敌军的位置,便于空中飞机辨识。地面引导人员可用激光能照射目标,从而对激光制导武器实施引导或者协助具有激光跟踪功能的飞机进行目标捕获。

04射频标签

射频标签旨在使装备雷达的飞机能够识别配备射频标签的友军,为空地支援作战飞机提供更远的目标识别能力与及时的态势更新能力。射频标签使用原始信号的调制版本应答空地雷达的激励信号,并雷达显示屏上显示友军的位置,降低空地友军误伤概率。射频标签具备实时性好、雷达探测与识别同时完成、识别过程自动完成、成本低及全天候工作等优点,但在开发射频标签方面仍然有许多迫切需要解决的技术问题,如在多体制雷达适应性、多杂波环境标签信号检测、多雷达干扰环境标签信号准确获取等。

05战场目标识别系统(BTID)

战场目标识别系统虽起源于地地识别需求,但实际已运用部署于旋翼飞机上,通过空地协同识别方式,有效避免低空、超低空机动平台对地面装甲的误伤。目前,该系统已得到美军部署及演示运用。

中科彩票app战场目标识别系统使用Ka频段毫米波进行询问-应答,频率在36.7~37.0GHz之间,采用低截获概率扩跳频脉冲机制、询问旁瓣抑制技术,具备敌我识别和数据交互功能,其空对地识别距离能够达到14Km以上。系统采用毫米波具备穿透战场烟尘、雾、雨雪等障碍能力,扩跳频设计被敌方探测、截获的概率极低,波束窄、分辨率高特别适用于陆战场密集交错机动武器群识别。该系统操作使用便捷,操作者通过武器观察瞄准器或者雷达直接牵引识别系统进行目标区分,但同所有协作式目标识别系统一样,不能识别机动平台为“敌方”,实现开火打击必须严格遵守交战规则。

06雷达敌我识别系统(Mark XIIA)

Mark XIIA雷达敌我识别系统是美军最新研制并正在大面积换装的系统,核心是在原Mark XII系统上新增模式5能力。模式5设计上除采用现代编译码算法、新型调制扩频技术以提升系统抗干扰、抗欺骗能力外,更为重要的是新增空地识别方式。

模式5仍采用1030/1090MHz作为询问-应答频率,理论上空地识别威力达到视距。模式5的空地识别方式有两种:

一是空对地一般态势识别,机载平台1030MHz频率询问发射,不指定精确杀伤区,地面以1090MHz频段应答自身的经纬度坐标,由机载平台判断目标是否在杀伤区;

中科彩票app二是空对地精确识别,机载平台以1090MHz频段发射精确的攻击区域,地面平台接收并计算是否处于杀伤区,若处于则以1030MHz上报短信息代码,缩短响应时间[7]。

07其他技术

空地误伤避免的主要技术手段,其特点及适应性如下表所示。

表1 空地误伤避免敌我识别技术

中科彩票app除上述技术之外,美军为解决空地误伤问题,采用冗余互补方式研发多种技术手段,如基于无线电的战斗识别系统、蓝军跟踪系统(BFT)、联合蓝军态势感知系统(JBFSA)等态势感知系统。究其本质,均为通过数据链网络统一空地情报、缩短态势数据获取时间,是为解决设备形态各异、数据交互困难、装备数量过多等烟囱问题,如伊拉克战争中BFT系统数量达9种、信息不可共享、延迟大于快速机动部队速度(自己刷新10-15秒,友军刷新数分钟)等问题[8]。态势感知系统和所有的敌我识别系统之间的关键差别是信息的迟滞性[9],在解决空地误伤问题上,敌我识别系统仍是基础手段。

空地误伤避免技术发展趋势

总体上看,美军为解决空地误伤问题,笔者认为可归纳为两个方面开展研究。一是适应战场环境的误伤避免技术研究及应用,二是为减少人为副作用影响而开展的操作规程研究。

01空地误伤避免技术研究及应用

1) 新型敌我识别系统加装应用。美军继续深入研究测试及加装询问-应答方式的新型敌我识别系统,以Mark XIIA模式5与BTID的空地识别为核心,其他标识装备技术手段为辅助,冗余应用共同降低空地误伤概率,可从美军及其盟军对敌我识别系统加装及演习中得出结论。

2) 综合识别技术研究。综合识别技术是解决协作式询问-应答技术仅提供“友”与“非我”二元属性,增强对“敌”判决的有效途径,美军不断迭代开发综合识别技术。2018年1月,美空军发布“精确实时作战识别传感开发”(PRECISE)项目,旨在解决远距离、对抗条件下目标识别新问题,包括多种协作与非协作敌我识别技术研究、目标检测技术研究、多传感器数据融合精确识别定位技术研究。

3) 态势信息共享技术研究。为减少空地支援作战协同响应时间,增强态势感知能力,2015年,DARPA演示的持久近距空中支援项目(PCAS),解决飞机数据链数量过多以及报文格式不统一的问题,将发出请求到实施攻击的时间由现在的30-60分钟缩短至6分钟,避免时间长态势变化引发误伤。

02空地误伤避免操作规程研究

1) 明确空地目标识别技术应用。空地支援作战时,美军明确区分“敌”与“友”的多种技术手段。对“敌”判定包括视觉识别、电子侦察信息、雷达探测图像、保密地空通信等;对“友”判定包括视觉识别、标识装置识别、MarkXII雷达敌我识别系统、BTID战场目标识别系统、态势系统等。美军依托体系力量,多冗余技术手段协同判决,避免误伤。

2) 美军规范联合作战杀伤盒。杀伤盒是一个三维区域空间,采用网格化定义空间,包括高度、经纬度、时间等信息,主要用于加强火力协调支援措施,促进空对地快速打击。2014年,美军联合火力支援作战条令(JP 3-09)中迭代杀伤盒的建立、取消、标识、协调规程,避免多军种联合作战时空地操作冲突而引发误伤。

3)建立火力打击安全距离矩阵。火力打击安全距离是美军为避免弹药打击误伤,根据弹药量、打击方式、毁伤概率等确定的差异化安全距离,其操作性和针对性较强,采用0。1%失能概率(PI)描述。美军建立了不同的空地支援飞机、不同弹药、不同飞行高度的0。1%失能概率矩阵,并不断迭代安全距离数据,便于地面指挥官评估风险距离。

结 语

美军的实战经验表明,深入敌后作战唯一能够依靠的火力支援来自空中[11]。随着军队信息化程度的不断提升,近距空中支援的指挥层级也延伸至更低层级,联合作战不可控因素将增加更多;高价值平台和高毁伤弹药的不断列装,误伤威胁将更为严重;迫切需要空地目标识别技术的应用。美军采用的多种空地误伤避免敌我识别技术及实战操作规程,对未来装备的发展和联合作战运用有极大的参考和借鉴意义。

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