21世纪初军事电子信息系统的发展趋势
Trend of Military Electronic Information Systems in the Early 21st Century
总装备部系统工程研究所(北京100101) 梁振兴
【摘要】 在分析新军事变革的基础上提出为适应新军
事变革的需要,军事电子信息系统在21世纪初将出现新的
发展趋势,即:功能综合化;三军系统一体化;侦察通信和导
航业务部分实现卫星化;信息和信息系统数字化、网络化;战
场空间透明化;指挥和武器系统计算机化;对抗欺骗化。还论
述了实现这些新趋势有赖于多种新技术和新理论的突破。
关键词:军事变革,功能综合化,一体化
【Abstract】 Based on the analysis of new military
changes, it is proposed that, the military information
system will appear with new development trend to meet the
requirements of the new military changes. This paper
concludes the new trends into the follows: synthetic
function, integration of army, navy and air force systems,
satellite for part of reconnaissance and naviga-tion tasks,
digital and network of information and information system,
transparent battlefield, computerization of command and
weapon systems, duplicity of counter measures. The paper
also indicates that the realization of these new trends
depends on the breakthroughs of new technology and new
theories.
Key words: military change,synthetic function,
integration
电子信息系统和产业,正在网络化,成为全球的基础设
施。它不仅是国民经济发展的动力,而且是正在出现的知识
经济的基本产业或主导产业。在未来20年内,整个电子信息
技术的发展速度将不会低于“摩尔定律”所揭示的速度:即一
块芯片上的晶体管数目,大约每隔18个月就增加一倍,而且
随着0.18μm特征尺寸的硅集成电路的投入生产,电子信息
系统的性能将以每年提高30%的速度持续到下个世纪。电子
信息技术已成为未来知识经济和新军事变革的主导。继火
力、船舶、航空、核武器和航天技术强军、兴装之后,现已进入
电子信息技术强军、兴装的新阶段。
1 电子信息技术正在引发新的军事变革
一场以信息技术为基础、以信息优势为核心和以高技术
武器为先导的军事领域的深刻变革正在世界范围内兴起。这
场变革发展迅猛,逐步深化,必将对军队的武器装备、体制编
制、作战训练及军事理论等方面产生重大而深远的影响,从
根本上改变部队各种军事行动的方法。
军事变革带来了武器装备建设观念的革命性变化。从单
纯重视军舰、坦克和飞机在作战中的作用,转向重视如何观
察战场、怎样传递战场情况、怎样运用能够攻击目标的性能
优越的精确武器,即从过去只重视作战平台转向了更重视电
子信息技术装备等平台的“负载”上。传感器、通信和
精确制
导武器等技术已经达到前所未有的特别受重视的程度。
提高隐身性、机动性、分散程度和更高的作战速度,将是
强敌在越来越具有杀伤力的作战空间中采取的作战方式。在
信息优势的基础上,美军提出了主宰机动、精确交战、全方位
防护和聚焦式保障等四种新的作战概念,而且其部队正在实
施转型:陆军以“力量投送”为纲,加速向全球力量投送型转
变;空军以“全球参与”为纲,向空天军转变;海军以“前沿交
战、由海向陆”为纲,向以近海对陆作战为重心的“棕色”海军
转变。
2 适应军事变革的要求,军事电子信息装备出现新
的发展趋势,技术有新的突破
技术进步不仅是机遇的表现,也是推动新需求的动力。
尽管信息技术的蓬勃发展正在改变全球范围内搜集、传送、
处理和应用信息的能力,对强化军事优势具有重要意义,但
只有综合运用这些技术,才能使军事能力真正获得大幅度提
高。衡量电子信息系统性能的焦点已是综合一体化能力,而
不再是个别技术指标的先进与否。军事电子信息系统的“系
统集成”已成为新军事变革的着眼点。互操作性、一体化和和
费效比合理是C4ISR(指挥、控制、通信、计算机、情报、监视
和侦察)系统追求的三大发展目标。以美军C4ISR系统为典
型代表,出现了功能综合化;三军系统一体化;侦察、通信和
导航部分业务卫星化;信息和信息系统数字化、网络化;战场
空间透明化;指挥与武器系统计算机化;对抗欺骗化等七方
面新的发展趋势和技术突破范围。
2.1 功能综合化
大系统功能综合化建立在综合思想、理论和方法的基础
上,依赖于信息融合技术、共用技术综合、仿真试验床等方面
的突破。功能综合化体现在两个方面。一是大系统功能综合
化,C3I(指挥、控制、通信和情报)系统功能向C4ISR系统功
能扩展与综合,并与武器系统交连。C4ISR一体化的系统使
战场感知与指挥控制的结合,能够生成优化的作战预案,提
高作战的效果;战场感知与武器系统的结合能产生完善的作
战评估;指挥控制与武器系统的结合能实现完善的作战分
配。功能综合的示意图如图1所示。
二是设备功能综合化。它是建立在模块化系统结构理论
突破上的。例如,模块化航空电子系统结构理论已将每架飞
机的航空电子模块总数减少到300个,只有30~40种不同
的类型。到下个世纪第一个十年结束时,至少会出现两个大
规模综合化航空电子系统:一个是综合化通信、导航、敌我识
别航空电子系统(ICNA);另一个是综合化电子战系统
(INEWS)。设备综合化将使资源有余度,系统有动态再构能
力,可用性提高。
2.2 三军系统一体化
三军系统一
体化也包括两个方面。一是,战略、战役、战
术系统一体化,即通常所说的纵向一体化。最典型的例子是
美国正在建立的全球指挥控制系统(GCCS)。该系统采用三
层客户机/服务器结构,最低层是战术层,中间层是战区和区
·1·
电子工程师2000年第2期专家论坛图1 功能综合示意图
域汇接层,最高层是国家汇接层,从而实现战略与战术系统
的一体化,最终将成为可互操作、资源共享、高机动、高生存
能力、无缝连接任何一级的系统。
二是,不同军兵种系统的一体化,即通常所说的横向一
体化。最典型的例子是美国国防信息系统网,它把独立的空
军网、海军网、国防后勤局共用网、国防数据网、太平洋统一
电信网和国防通信系统所属的西班牙与意大利的改建网等
集成起来,既节省了经费,又提高了性能。美国三军和国防部
的系统互联、互通、互操作减少了系统的数量,从143个系
统,过渡到62个系统,最后只需保留几个系统。三军系统一
体化还增加了各军种间协同指挥的灵活度,最终陆军指挥官
可以用海军舰艇上的指挥系统进行陆上作战指挥,海军指挥
官可以利用陆军或空军的指挥系统指挥岸上作战,实现三军
的通用。
三军系统一体化的实现主要取决于思想观念、指挥体制
和系统体系结构与技术体系结构文件的制定及实施。首先,
应当树立打赢未来高技术局部战争必须实现联合指挥的思
想,其核心是信息管理的思想观念。其次,必须打破自成一
体,以本部门利益为首要出发点,而不把全局利益放在首位
的思想观念和指挥体制。再次,必须研究指挥自动化系统体
系结构理论,统一作战体系结构、系统体系结构和技术体系
结构这三个概念,制定阐述以此三个概念为中心的体系结构
构成要素、相互关系、各部分作用的文件。1997年12月18
日,美国国防部颁布的《C4ISR体系结构框架》文件就是属于
此类高层指导文件的。《C4ISR体系结构框架》文件给出的作
战体系结构、系统体系结构和技术体系结构之间的关系如图
2所示。作战体系结构确定作战人员的关系和信息需求;系
统体系结构确定系统特征,并比较系统效能与作战的要求;
技术体系结构确定系统实现的细则。
此外,必须制定指挥自动化系统联合技术体系结构文
件,统一信息处理;信息传送;信息建模、元数据和信息交换;
人—机接口;信息系统安全等指挥自动化系统五个关键方面
的标准,使三军系统一体化的实现有章可循。1998年3月,美
国国防部颁布的《联合技术体系结构》文件就属于这类文件,
它给出由核心要素、域要素和子域要素三层结构组成的联合
技术体系结构(图3)。域包括C4ISR、武器系统、
建模与仿真
和作战支持四个部分。除建模与仿真外,每个域又分为若干
个子域。
2.3 侦察、通信和导航部分业务卫星化
航天电子信息系统已与C4ISR系统难以分开,在每次军
事行动中都将发挥重要的支援作用。从侦察角度看,要发现、
识别、确认和详细描述不同军事目标,对侦察分辨率应提出
四个等级的要求(表1)。它们影响着未来侦察系统的发展。九
十年代初已有0.7m×0.7m分辨率的合成孔径雷达问世,下
一步的目标是提高到0.3m×0.3m。
表1 不同目标的侦察分辨率要求
目标发现/m识别/m确认/m详描/m
桥 梁6 4.5 1.5 0.9
部队单位6 2.1 1.2 0.3
空军基地6 4.5 3 0.3
飞 机4.5 1.5 0.9 0.15
小 船7.5 4.5 0.6 0.3
车 辆1.5 0.6 0.3 0.05
道 路9 6 1.8 0.6
港 口4.5 1.5 0.9 0.15
城 市60 30 3 3
美国空军太空战中心已经证实,向战术飞机驾驶员座舱
直接发送从卫星得到的信息,以使驾驶员能测出飞机视线以
外的地对空导弹发射场的位置,并将其摧毁是可能的。
通信卫星已成为军事通信的重要手段,其易被干扰的缺
点正在得到克服。例如,在美国国防通信局负责处理的通信
业务中,有95%的业务是经通信卫星传送的,而战区内和战
区间的75%通信由国防卫星通信系统提供。美军即将建成的
“军事星”卫星通信系统使用44/20GHz频率,上行线路采用
频分多址和全频带跳频,下行线路采用时分多址和快速跳
频,提高了抗干扰能力,降低了被截获的概率。
全球卫星导航定位系统已完成24颗卫星的组网部署。
它为部队和国家安全、民用和商业用户提供了全天候、昼夜、
三维精确的导航、定位、定时和速度数据。巡航导弹加装GPS
制导后,中段制导误差由50 m减小到10 m;常规炸弹加装
GPS和尾部制导后,攻击精度由90 m变成12 m;常规炮弹
加装GPS制导后,杀伤率提高20~40%。GPS已是提高精确
制导武器系统精度的重要因素。在此领域必将展开激烈的斗
争。美国为防止其GPS系统受到对方的干扰,已从多方面开
展大量研究、试验工作。这些工作主要有:用低截获概率的扩
谱信号传输导航信息;对军用的P码加密; P码独立工作,
勿需C/A码引导;P码与C/D码频率隔离,C/D码遇干扰时
P码仍能正常工作;接收机采用自适应调零,对消不同方向
来的干扰信号;接收机前端加限幅器,机内加自适应滤波;
GPS与惯导交联;等等。
2.4 信息和信息系统数字化、网络化
信息系统已由模拟式向数字式过渡。信息数字化使多种
信息的综合成为可能,也易于压缩带宽,便于计算机实时处
理,同时能提高抗干扰能力。
网络化使信息流和决策可以按横向进行,不仅能满足逐
级、越级、集中、分散和混合五种指挥方式的要求,而且能够
将
情报、目标数据同时向各级部队分发。信息系统网络化最
终将实现,无论任何人,不管他在何时、何地,都可以方便、可
靠地与其他人进行话音、数据、图形和图像等多种形式的信
息联系,实现不间断的全球个人通信因此,信息系统网络化
能够支持分散在各地的多军种信息需求、方便各级的信息利
用和指挥决策,对军事行动效果产生巨大的影响。
作战指挥要求多媒体信息。多媒体技术业务的发展有赖
·2·
梁振兴:21世纪初军事电子信息系统的发展趋势于四个主要技术的突破:比较复杂的压缩和还原技术;高的
图2 三个体系结构间的基本交联关系
实时性技术;高速传输网络技术;巨大的存储空间技术。数字
化和网络化为多媒体业务提供了可行的途径。在五年内,美
国民用光纤网络、设备和协议将能够与国防部卫星与无线传
输线路相结合,提供端—端通信。完全综合的多媒体业务、多
级保密和分布式保密数据库将可用于各种机动平台与指挥
中心,其速率达到每秒几百兆比特。将为联合作战指挥员提
供与国家主要基础设施互通功效的快速多媒体通信,响应时
间比敌人的决策周期短,这将能克服在行进间和作用距离扩
展诸方面存在的缺点。
2.5 战场空间透明化
战场空间感知透明化依靠各种传感器技术的突破来实
现,这些技术包括成像雷达、红外与激光传感器、极为敏感的
微型声学传感器、重量分析接收器、磁性拾音器、化学传感
器、有视觉传感器和能窃听电话、拦截电子邮件及雷达信号
的微波传感器等。当前,探测器技术的频段已扩展到整个电
磁频谱,从无线电频率到红外与紫外,灵敏度提高,分辨率增
加。高灵敏度雷达能对雷达截面积降低30dB的低可观测目
标进行探测、跟踪、分类和识别。在2000年,照相侦察卫星的
长波红外探测器将达到100万元,CCD阵列达到3000万元,
使侦察卫星的分辨率达到0.1 m;无人侦察机装备的红外和
雷达成像系统的分辨率已达0.3 m,代号为“微型星”的无人
机其起飞重量仅为85 g,飞行距离5.6 km,能进行低空侦
察、信号干扰、通信中继、目标指示和生化武器探测。大幅度
提高的数字信号处理速度(每秒近百亿次运算)和存储器容
量(近万兆字节),使雷达成像卫星详查的分辨率达到0.3
m;集军用探测技术、近实时处理技术和快速分发技术为一
体,由24或48颗卫星组成的全天候、全天时雷达侦察卫星
星座在作战人员的指示下拍摄特定区域的照片,并在15 min
内得到照片信息。这种卫星侦察系统将在2004年开始签订
制造卫星的合同。另据报道,到2020年,对空间低轨道和静
止轨道上的直径分别为1 cm和10 cm的目标进行监视。利
用先
进的传感器,在人类历史上将第一次可在30 s内,在各
种气象条件下(包括透过云层)看清一个200 km×200 km的
战场,而且误差只有10 cm。对于地面目标的战斗识别,在今
后十年内将对所有早期部署的、一线战斗平台具有初步准确
的战斗识别能力,到2004年战斗必将达到大于98%的十分
准确地识别信息的能力。对于空中目标的识别,到2004年将
能够达到大于99.9%的近乎完美地识别信息的能力。另据报
道,1990年,侦察系统只能对战场上的不超过15%军事目标
提供实时、全天候和近连续的信息;而到1995年就达到了20
~30%,1997年达到40%;据估计,到2000年可达到50%,
2005年将达到90%,2010年则可达到98%,使战场空间特
别透明。
2.6 指挥与武器系统计算机化
计算机硬件与集成电路同步发展,更新极快。运算速度
大约每18个月增加一倍,成本却随之下降。万亿次巨型计算
机已投入使用。计算机和通信技术的结合形成了各种规模的
计算机网络,已将整个世界置于其覆盖之下。计算机硬件的
小型化、软件的适用化、网络的成熟化,推动了计算机在指挥
系统和武器系统中大量应用,计算机几乎无处不在。随着计
算机网络功能的日益增强和新的发展,创造了空前的机会。
在指挥控制系统中,可以进行可信赖的实时作战演习,能训
练工作人员掌握更高层次的专业技能,能创建有效的指挥自
动化系统的结构。通过计算机进行战术决策训练,将有可能
使决策准确性提高40%,并使重要决策所需时间减少30%。
通过计算机可以实现新的设计方法,将能设计与制造更好、
更经济可行的武器系统。
计算机硬件的价值不会丧失,但是软件的价值将相对增
大,其作用日益突出。据美国人估计,指挥、控制、通信、计算
机和情报系统的90%以上的费用以及航空电子系统产品的
·3·
电子工程师2000年第2期专家论坛80%的功能,都直接归因于软件。计算机软件现已成为整个武器系统能力的首要决定因素。
图3 联合技术体系结构层次图
2.7 对抗欺骗化
电子对抗技术的发展已走到十字路口,继续沿着原来拼
功率的路子走,会遇到经费方面的严重制约。据美军估计,
F—22飞机上仅电子战设备一项就需要200多万美元。因
此,在继续沿着原有思路发展的同时,必须探索新的发展途
径。1998财年美国《国防报告》指出,假目标为电子战提供了
解决办法。美国空军和海军都在积极研制欺骗式假目标装
备,有两项技术演示方案正在进行。理论分析给出了如表2
所列的对雷达实施压制干扰与欺骗干扰的基本特点。
欺骗干扰的主要问题是,必须产生具有明显多普勒频移
的可信目标,即必须产生一个长时间前后移动和具有真实感
的
令对方相信的假目标。计算机速度的迅速提高、体积的不
断减小重量的不断减轻,为欺骗式干扰机的发展奠定了技术
基础,从而出现了大量应用新趋势。
另外,伪装和设置诱饵欺骗敌方的侦察和轰炸,也是电
子战的一种重要手段。这种做法所需经费相对而言较少,特
别适合于发展中国家采用,已有多次成功的实例。例如,在海
湾战争期间,伊拉克用充气的塑料冒充坦克曾欺骗了盟军的
侦察与轰炸。在北约对南联盟的轰炸中,南联盟采用伪装和
设置诱饵的办法蒙骗了高空轰炸的北约空军,结果南联盟只
损失13辆坦克、6辆装甲运兵车、3门大炮、7门高射炮和约
10辆汽车,大大低于北约估计的数量。
再如,近来在我国领空上多次发现的异常空情,也是外
方采用电子战中的角度欺骗和距离欺骗方式形成的,可能这
将成为未来和平时期的一个重要斗争领域。
另据报道,美国已研制成功声音欺骗系统。该系统可以
截获敌方的无线电信号,改变其内容并用敌方话务员的原声
表2 压制干扰与欺骗干扰的基本特征
名 称压制干扰欺骗干扰
设备类型
瞄准式干扰机
阻塞式干扰机
扫描式干扰机
假目标产生器
转发器
波门偷引器
跟踪遮断器
基本作用妨碍位置和速度的测量产生假位置和假速度
信号类型与雷达回波不相似与雷达回波相似
干扰机需进行
处理的项目频率瞄准
假位置、假速度、
频率瞄准与假目
标个数
干扰机
所需功率
与雷达的峰值功
率成正比
与假目标个数以
及雷达的平均功
率成正比
需要考虑的
主要问题
最小作用距离
频率覆盖范围
间断观察
无源探测
可信的移动
可信的目标
回波扩展
无源探测
把信号重新传送出去,这样就可以迷惑敌军飞行员、地对空
导弹操作员甚至地面战术部队的指挥员。虽然这种欺骗经不
起彻底检查,但它只要引起短时间的混乱、耽搁和疑惑,就足
以延长敌方做出决策所需的时间。
从计算机网络攻击的角度看,欺骗也是正在大力发展的
重要作战方式。例如,通过瓦解敌方对信息、软件和信息系统
的保护措施而打入敌方的信息系统、网络和档案库,并注入
符合已方要求的信息而不被敌方察觉。当敌方使用这些错误
的信息时,这些错误信息就可发挥难以预料的作用。这已成
为人们当前关注的焦点。(收稿日期:1999-08-12)
·4·
梁振兴:21世纪初军事电子信息系统的发展趋势