美军智能指挥控制平台——“晶格”发展分析

简介

为支撑联合全域指挥控制（JADC2）发展，跨域连接战场传感器与射手，美军正大力发展联合层面的智能指挥控制平台，“晶格”（Lattice）系统是其中最为引人瞩目的平台之一。“晶格”系统是一个软件平台，由美国高科技初创公司Anduril公司2017年开始研制，系统能够连接从地面雷达到战斗机的各种军事装备，接收来自不同系统的信息，为作战人员提供一个单一的共用作战图，以支撑更快的决策。“晶格”系统采用轻量化设计，能够无缝集成进各类飞机、车辆和舰船平台，是美军由原来大型、综合性指挥控制平台转向基于人工智能的低成本指挥控制平台的重要尝试。

1、平台能力

2017年，Anduril公司开始研制一款名为“晶格”的操作系统，原为设计用于控制边境或基地监视设备的软件，随着美国防部对JADC2能力需求的不断增加，各大军工承包商及一些小型高科技公司纷纷推出能够实现跨域互连和数据共享、跨域指挥控制的产品。为顺应这一发展需求，Anduril公司逐步将其“晶格”操作系统发展为一个能够连接战场所有系统的智能化操作系统，并在此基础上发展出了“晶格”防空反导指挥控制平台、无人指挥控制平台以及反无人指挥控制平台等一系列智能化指挥控制平台。

“晶格”系列指挥控制平台被设计为一个简易、可伸缩、可扩展的开放式防务作战系统，利用机器智能来加速杀伤链的闭合。“晶格”系统利用传感器融合、计算机视觉、边缘计算、机器学习和人工智能等技术来检测、跟踪和分类作战人员关注的所有目标，其主要能力包括：

（1）支撑大规模多域作战的能力：系统能够集成全球陆地、海上、空中和太空多个领域的数千个传感器和效应器，在一张显示屏上生成智能的共用作战图，实现了在大范围战场空间中共享对战场的实时理解。

（2）支持开放的生态系统：能够对现有系统和服务进行系统集成，从而实现关键数据的传输并改善工作流程。

（3）支持强大的任务自主性：开放、模块化和可扩展的硬件组件支持自主感知和指挥控制功能，能够自主执行防务任务。

（4）具备自动决策优势：系统专为高风险和动态环境而设计，使用深度学习模型向作战人员提供决策点并推荐方案，显著简化决策过程的复杂性。

（5）综合性的指挥控制能力：系统能够跨多个领域、跨多个分布式地理位置并在对抗通信环境中对有人和无人资产进行实时指挥控制。

图 “晶格”系统界面

2、主要功能

2.1 防空反导指挥控制

“晶格”系统于2020年9月初应用于先进作战管理系统（ABMS）演示实验，验证了其防空反导指挥控制能力。演习开始前，Anduril公司部署了3座装有雷达和摄像头等传感器的导弹探测塔，从现有的空军系统，如雷达和声学传感器收集数据并向飞行员和其他平台传递指令。

演习中，美空军在马里兰州安德鲁斯联合基地设立了一个临时控制中心，作为本次试验的作战中心。实弹演习的主战场在新墨西哥州白沙导弹靶场，充当敌机的美空军轰炸机发射了6架BQM-167无人靶机以模拟俄罗斯巡航导弹。

在安德鲁斯联合基地控制中心，一名美国空军戴着Facebook旗下Oculus部门制造的虚拟现实头显，监控“晶格”系统提供的白沙导弹靶场三维地图。当模拟俄罗斯巡航导弹发射后，这名作战人员在屏幕上看到一个正在加速的物体，算法警告他这可能是一枚巡航导弹。作战人员通过调用虚拟环境中的摄像头和其他数据来确认导弹警报，当他选择导弹并将其标记为敌对导弹时，出现了一个如何应对的选项菜单。作战人员用手动控制器发出命令，命令立即被传递给控制武器系统的人——战斗机飞行员。随即，一枚真实导弹击落了白沙导弹靶场的模拟导弹。在整个过程中，一名作战人员能够同时跟踪和处理5枚模拟导弹。

2.2 无人机指挥控制

“晶格”无人机指挥控制系统被称为“晶格任务自主”（Lattice for Mission Autonomy）软件，是一个与硬件无关的端到端软件平台，采用开放且可扩展的架构，支持与第三方硬件和软件的集成和互操作，可同时控制上百架无人装备，包括无人协同作战飞机（CCA）和水下无人航行器。该平台能够在整个任务周期内，包括计划、演习、执行到战后分析，指挥控制无人资产协同工作，实现大规模的无人资产集成，在任意领域动态地执行复杂任务。“晶格”无人机指挥控制系统的核心功能包括自主驾驶、战场空间感知和理解、威胁和目标识别、信号和通信管理、多平台机动协调、效果同步、“人在环上”协同编队等。

“晶格”无人机指挥控制系统在任务规划上采用剧本（Playbook）设计理念及方法，即预设防御性制空（DCA）、战斗空中巡逻（CAP）、巡飞（Loiter）、集结（Marshal）等任务模板，并可针对这些战斗行动设置相应的参数，包括巡逻时间、传感器类型（雷达、红外等）。在目标识别功能中，“晶格”使用了计算机视觉（CV）中的深度学习算法实现目标检测。

2.3 反无人机指挥控制

2021年1月，美军特种作战司令部与Anduril公司签署价值10亿美元的反无人机解决方案合同，合同研制工作将于2032年1月19日完成。

该反无人机解决方案由一个系统族构成，包括“晶格”系统、“哨兵”塔（Sentry tower）和Anvil小型无人机系统组成，同时集成了最先进的第三方传感器和效应器以实现分层防御。“哨兵”塔由机载雷达和光学传感器组成，其内置计算能够利用机器学习算法处理数据，进而检测、识别和跟踪威胁。“晶格”系统在战场边缘提供自主侦察、分类和目标跟踪能力，发现威胁后对用户提出警告，为用户提示交战和打击解决方案。

3、演习实验

“晶格”系统的主要演习实验历程如下：

（1）2020年9月初的ABMS演示试验中，验证了“晶格”防空反导指挥控制能力，具体情况如2.1节所述。

（2）2023年6月“北方边缘2023”演习（EDGE23）

在该演习中，Anduril公司成功完成了“晶格”系统执行任务前规划、作战分析和指挥控制多架无人机的演示。操作员使用“晶格”系统指挥了多个具有混合传感器有效载荷和功能的无人机编队，包括1个Textron系统公司的Aerosonde HQ无人机和3个不同版本的阿尔提乌斯600无人机（ALTIUS-600），成功定位、识别和摧毁了地对空导弹（SAM）发射点，展示了无人机编队支持陆军航空兵敌防空火力压制/摧毁敌防空系统（SEAD/DEAD）任务的能力。

演示开始时，“晶格”系统控制了一架配置为空中诱饵的ALTIUS-600无人机，以及一架Aerosonde HQ无人机，该无人机配备电子战/情报、监视与侦察（ISR）有效载荷，用于进行广域防区外搜索，以定位地对空导弹雷达。

在Aerosonde HQ无人机检测到目标信号后，“晶格”系统匹配了一对侦察与打击的自主资产组合，由带有ISR有效载荷的ALTIUS-600和ALTIUS-600M无人机组成，以精确搜索信号和精确目标定位数据。

在识别地对空导弹发射点后，作战人员将目标标识为“敌对”，并授权ALTIUS-600M对目标进行打击，同时“晶格”系统给ALTIUS-600 ISR无人机重新分配战斗损伤评估的任务。扫清敌方导弹发射点后，一架UH-60载人直升机得以顺利抵达其着陆区。随后，UH-60飞行员使用安卓战术攻击套件（ATAK）开始对ALTIUS-600 ISR飞机进行战术控制，以开展在目标区域的特别任务。

Anduril和研制Aerosonde HQ无人机的Textron系统公司仅用了15周的时间就完成了上述解决方案从启动到在“北方边缘2023”演习中成功演示。本次演示通过将“晶格”系统和第三方传感器、平台、网络和武器集成到跨域有人-无人组队中，实现了硬件和软件的无缝集成，通过任务自主性和传感器融合实现了多个杀伤链的快速闭合。美军认为，这种能力可以应用于多个下一代陆军项目，如未来战术无人机系统（FTUAS）、可扩展控制接口（SCI）和发射效果（LE）等项目。

4、最新发展

据美防务进展网站2023年5月16日报道，Anduril公司与Aalyria公司签署了合作协议，将“晶格”系统与Aalyria公司的网络编排平台“太空时间”（Spacetime）相集成，以支撑美国防部的JADC2计划。

“太空时间”平台能够创建、管理和修复跨所有域的网状通信网络，确保网络连接始终可用。“晶格”系统从各种资产中提取数据并创建作战空间的整体视图，利用这些信息将打击任务或ISR任务分配给不同平台，同时明确执行任务所需满足的具体需求，包括端到端连接、数据速率和延迟限制等。根据这些需求，“太空时间”将快速创建和管理执行这些行动所需的Mesh通信网络。二者的集成能够自动降低网络资产受到的干扰，快速重建网状网络，以执行优先任务和大规模行动。JADC2的实现需要强大且韧性的网络与通信以及将信息实时转化为情报的能力，“晶格”的智能作战图生成能力与“太空时间”的高级网络编排能力的集成能够保障通信降级或拒止环境下的数据传输，进而支撑通用作战图的生成和指挥官决策，将为美军提供跨域、韧性、实时的指挥控制能力。

2023年7月，Anduril公司与美国太空军签订合同，将于2024年12月在太空监视网络（SSN）站点部署“晶格”系统，用于分析并集成太空监视网络传感器提供的导弹探测、卫星跟踪和太空碎片等相关图像。

5、几点认识

（1）“晶格”系统是美军从大型综合性平台转向基于人工智能的低成本平台的重要尝试

美军作战平台以大型、昂贵、难以升级换代的武器系统为主，无论从数量层面还是从决策支持工具层面都无法支撑未来的分布式作战，并且无法满足多样化的作战需求，而以“晶格”为代表的人工智能和自主系统将帮助美军超越这种人力密集型作战模式，转向发展利用人工智能、自主性和低成本传感器技术的新模式，有效提升部队多样性、适应性和重构能力，实现行动方案的指数级增长。

（2）以“晶格”为代表的智能指控系统将推动美军有人-无人编队技术发展

美国防部2018年8月发布的《2017~2042财年无人系统综合路线图》指出，人机协同是无人系统发展的最终目标。美国防部及各军种均在不断探索和验证有人-无人协同作战，开发基于人工智能技术的算法和软件，使无人平台具备更高的自主性，以协同完成发现、跟踪、识别和攻击目标等作战任务，典型计划有美空军正在发展的庞大的无人飞机部队——协同作战飞机（CCA）。CCA将作为少量有人驾驶飞机的无人僚机来执行传感和攻击任务，其成本远低于有人战斗机，同时能够在战斗中为任务规划者和执行者提供更多选择。

“晶格”无人机指挥控制系统聚焦无人系统和传感器集成，以及大型系统网络之间的协调，能够指挥控制多种无人资产，扩大了各类有人和无人平台的覆盖范围，提高了各类平台的整体生存能力。快速部署的无人资产具有边缘计算、协作自治和智能组网功能，能够与有人资产互操作，为指挥官提供决策优势。

（3）美国防部与小型高科技初创公司在新兴技术领域的合作将加速新能力的作战部署

与大型国防主承包商相比，Anduril等小型高科技初创公司机制灵活，绝大部分是数字化企业，其运营模式往往与美国防部正努力推广的软件工厂一致。通过小型企业来采办新技术与新能力，美国防部能够缩短合同签订周期，加快作战能力的实际部署速度。如ABMS项目的供应商不仅包括洛克希德•马丁公司这类传统大型国防承包商，还包括很多在大数据分析、人工智能、机器学习、传感器融合、建模仿真等方面颇有建树的中小型企业和初创公司。美国防部与小型企业的紧密合作能够刺激国防领域的创新和多样化，增强供应链，同时引发大型传统承包商之间的内部竞争与创新。