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美军测绘保障体系在伊拉克战争中的应用及未来发展

发布时间:2019-07-11 03:19 来源:未知 编辑:admin

  在伊拉克战争中,美英联军在占有绝对信息优势的情况下,实现了战场单向透明,同时使用了大量精确制导武器。而美军的测绘保障作为战场情报准备的一项基本内容,为战场指挥、武器使用以及作战行动提供精确、实时的战场地理空间(

  ①战前准备充分,提供大量战场地理空间基础信息美军利用其建立的庞大的战场地理空间信息数据库,可在短时间内提供各种比例尺的地形图、专题图及其他图像数据。对伊开战前,美测绘部门就为可能的作战行动准备了大量的基础数据,包括高程数据、人文要素和自然要素、控制图像、精确定位数据,以及航行安全信息等地理空间基础信息。这些基础数据可以随时获得并加以更新。它们可保证空中和海上航行安全,并能制作三维可视化地表景观,进行地形分析,生成目标精密定位数据。还能在此基础上生成更精确、更详细,并且包含更多时态地理空间数据的面向任务数据集的加固基础数据,以满足特殊任务的需要。

  基础数据主要通过光盘携带,面向任务的数据集则主要通过全球广播系统由国家机构,如美国国家图像与测绘局(NIMA)和国防后勤局传送到师、团、营各梯队,然后把这些数据发送到一系列服务器,分发给最终用户。

  ②全面使用全球定位系统(GPS)为作战行动提供精确的定位信息GPS系统的应用是美军对伊作战的主要技术支持手段之一。美军所有参战部队,包括海军舰艇、各种作战飞机、运输车辆、坦克装甲装备、绝大部分攻击导弹和制导炸弹以及地面作战人员和特种兵等均装备了各种GPS接收装置。美军使用具有抗干扰能力的军用GPS接收机,单机定位精度达到5米左右。GPS的广泛使用,为美军作战指挥和各种武器平台以及作战行动提供了高精度的战场定位信息。此外,为加强定位能力,美军还分别于今年1月29日和3月31日发射了2颗GPS-2R卫星。

  ③充分利用各种侦察平台,及时获取战场地理空间图像情报美军大量使用了包括航天、航空、无人机及地面侦察等多种传感器及时获取战场地理空间图像情报。根据信息获取的技术手段,地理空间图像情报可分为卫星图像情报和战场图像情报两类。

  卫星图像情报由成像卫星提供,美军使用的成像卫星主要包括:“锁眼”、“长曲棍球”等侦察卫星和“快鸟”、“伊克诺斯”、“陆地卫星”等商业成像卫星。这些卫星使用的传感器按照类型可分为全色、真彩色、红外、多光谱、超光谱、合成孔径雷达等。它们配合使用,既能保证足够的地面分辨率,有效识别地表物体,又可全天候、全天时对伊拉克战场实施监测。

  战场图像情报包括战场图像、地面各种目标信息、前沿敌方阵地地形与布设、兵力部署与调动、工事设施、交通情况、大比例尺等。主要获取设备包括无人机和有人机载侦察设备以及特种部队地面图像侦察系统等。

  ④由专业人员提供战场测绘保障在伊作战的美军第101空降师、第1步兵师、第3机步师和第4机步师等部队都配有连、排一级编制的测绘保障部队。他们的主要任务包括地形分析、地图与数据复制、数据生成、地形测量和数据库管理等服务保障;为战场的情报准备提供地理空间信息保障;为指挥人员提供可视化地形图。

  此外,NIMA还向伊拉克战区派驻了37名测绘工程技术人员,提供将地理空间信息与图像分析以及其他情报进行融合的能力,并随时为部队解决战争中遇到的实际问题。

  在伊拉克战争中,NIMA对多颗军用与商用卫星的图像进行了及时的处理,制作了大量的作战用图,并协助确定打击目标坐标和进行打击效果评估。NIMA提供的卫星图像情报是美军进行战争决策的重要情报来源。

  各种新型传感器的使用使图像情报的应用越来越广泛,图像处理技术愈显重要。美军的图像处理技术主要包括:多源图像融合、图像理解、图像目标自动识别、图像特征提取、图像判读与标绘、图像数据挖掘、图像检索与自动匹配、图像产品数据库建库以及图像自动分发技术等。利用这些技术手段,能够对原始图像进行过滤和净化,提取所需信息,形成有价值的情报。例如,经过地理校正的遥感图像可作为精确的电子地图,供导弹部队、特种作战部队使用;对不同时期遥感图像的叠加分析,可提供对目标的变化监测、趋势判断;现时图像与历史图像库图像的检索和匹配可用于战场的监视和毁伤评估;遥感图像与数字地形高程数据结合,可以形成三维地面可视图或建立虚拟现实战场环境等。

  伊拉克战争中,美军配备了众多先进的测绘保障装备,为美军提供了强大的战场态势感知能力与信息优势。主要包括:

  ①数字地形保障系统(DTSS)是美陆军战斗指挥系统(ABCS)的分系统,它能从NIMA的各类数据库和各种遥感卫星上接收数据,还能通过ABCS与各级作战单位实现数据交换与数据更新。主要功能包括:提供自动地形分析、NIMA数据库更新、图像产品、地形可视化产品和战略情报准备;管理野战(战区)数字地形数据库;根据扫描图像或数字图像标注图像地图;快速复印小批量、大幅面全色图像地图、态势图、特种图和其他地形产品。

  ②机动式综合地理空间情报系统(MIGS)是NIMA采用当前的先进技术最新推出的野战测绘保障系统,部署在美军中央司令部。该系统配有最先进的快速应答系统、地理空间情报生成系统以及可展开式卫星通信接收系统,能随作战部队一起机动,两小时内就可展开作业。

  ③陆军战斗指挥系统(ABCS)地图服务器可保障师、军、战区级的作战行动。用户通过战术局域网(LAN)连接到ABCS地图服务器,使用网络浏览器查看可用的地理空间数据,并通过用户界面下载到指挥与控制系统。主要功能包括:接收、存储、管理NIMA制作的数字地理空间数据、产品和定制的地理空间数据;提供基于网络的图形用户界面,查询用户感兴趣地区的各种地理空间数据;允许下载NIMA和定制的地理空间数据到用户工作站。

  ④高容量地图制造系统(HVMP)可作为DTSS的配套设备,在任何天气条件下进行野外作业。能满足陆军对快速、大数量硬拷贝地图产品生产的需要。

  ⑤联合测图工具包(JMTK)是NIMA为满足美军各类作战指挥与控制系统专门研发的实时测绘保障系统,也是伊拉克战争中美军各级作战指挥与控制系统的通用装备。其主要功能是在地图和图像背景下实现用户数据可视化,包括绘图、地理空间数据分析以及空间数据库管理。

  此外,美军的通用作战图、21世纪旅及旅以下部队战斗指挥系统、全源分析系统等均以地理空间情报为基础平台,并提供相应的战场地理空间信息。

  指挥自动化系统的迅速发展大大提高了军队指挥控制的效能,这其中除了电子、通信、计算机等技术的发展外,海量的地理空间情报是C4ISR有效运作的基础。地理空间情报不但为C4ISR系统提供了基础信息平台,而且作为辅助决策系统,已成为C4ISR系统必不可少的重要组成部分。高效的信息基础和一体化C4ISR系统使美军具备了近实时发现、跟踪、定位和攻击地球表面任何目标的能力,能在正确的时间、地点精确地使用兵力。

  在1991年的海湾战争中,美军及其盟军作战指挥使用的主要是纸质地图,通过电话线传真地图和图像资料,空军每天需派飞机向航空母舰传送有关数据,战场地理空间信息的时效性大打折扣。而此次战争中,除了少部分用特殊材料印刷的地图外,几乎所有战场地理空间信息均以数字格式通过分布式网络,实时或近实时传送给作战部队。部队可通过服务器在当地下载重要数据,也可以为任务的制定和实施下载最新的NIMA产品。由于有了共同的地理空间信息框架,各作战系统的互操作能力得到进一步提高。

  要实施精确打击,无论是运输工具、武器平台,还是弹药,都需要十分精确的导航系统。而导航精度不仅取决于系统本身的性能,更取决于地图的精度,这种地图就是包括数字高程模型(DEM)、数字正射图像图(DOM)和数字地形模型(DTM)等数字式地理空间信息。由此可见,地理空间信息不再是仅为标定打击目标的坐标,而是已经成为精确打击武器的重要组成部分。同时,地理空间信息保障能否做到迅速及时,也决定了精确制导武器打击的时效性。

  海湾战争中,尽管美军使用的精确制导武器的比例约占8%,但所取得的毁伤效果极大地促进了美军大力发展精确制导武器。此后,美军除了研发新型精确制导武器外,还对原有的常规武器弹药进行信息化改造,原来只属于作战人员使用的地理空间数据,越来越多地进入弹药内部,使普通炸弹变成了“聪明”炸弹。

  伊拉克战争中,美英联军使用的精确制导武器达到68%。美军利用多种传感器组成了严密的遥感探测网,可实时、全天候地测定战区固定与移动目标的坐标。这些实时方位数据与先期储存在伊拉克地形数据库中的数据形成了伊拉克战场的数字空间框架,为精确制导弹药如巡航导弹、“联合直接攻击弹药”(JDMA)和“联合防区外武器”(JSOW)等提供了导航数据。

  GPS系统是一个全天候、全球覆盖的精确定位、测速与报时系统,它已经渗透到美军作战系统的方方面面,为美军作战部队提供了重要的时空基准,是实现协同作战及防止误伤的根本保证。在对伊军事行动中,GPS的主要作用体现在:

  ①精确制导此次战争中大量使用的精确打击武器,如“战斧”巡航导弹、JDAM等都利用GPS进行精确制导。使用GPS制导的武器,只需十几分钟就可将打击目标的坐标输入其制导系统,而且具有全天候打击能力。

  ②导航定位美军所有陆上与空中作战平台都利用GPS进行导航定位,并提供时间基准。通过GPS系统,地面作战平台能实时确定自己所在位置,结合地理空间情报数据,规划出最为安全合理的行进路线,并通过战术因特网将自己所在的位置传送给指挥部,让指挥官实时掌握野战机动部队所处的位置,合理地指挥和调动部队。各种作战飞机利用GPS实时导航定位数据可以实现自动导航,并辅助在航母上安全降落。美军单兵多数都配备有手持式GPS接收机,即使在类似沙尘暴的恶劣天气条件下,也能准确地在沙漠地形中辨别方向和确定自己的位置。

  ③敌我识别陆地作战平台,如M1A2主战坦克等,通过发送自己的GPS定位数据及接收友军的GPS定位数据,可以及时了解战场上自己与友军的位置,避免误伤。

  ④救生美军飞行员携带的GPS救生系统与一般GPS接收机不同,除提供导航定位功能外,还能发射特定频率的求救信号,并将自己所处的位置传送给后方。救援人员在得知飞行员的位置后会立即派出直升机前往营救。

  此外,在战争中,GPS干扰与反干扰问题特别值得关注。战争初期,伊拉克对美军精确制导武器使用的GPS信号进行了干扰,影响了部分打击效果,并使美军多次出现误伤事件。美军随即进行了反跟踪并摧毁了6台伊军使用的GPS干扰机。这一事件虽然从总体上没有影响美军的打击行动,但却暴露出GPS易受干扰的问题。

  20世纪90年代以来,以数字地图为基础,利用可视化和虚拟现实技术,可生成虚拟战场,人们能够“进入”这个虚拟战场并进行作战模拟,以代替实战演习。这是以地理空间数据和可视化技术提供的新型战场测绘保障,已大大超越了传统地图的保障方式。

  在伊拉克战争爆发前,美军大量使用地形可视化和虚拟仿真技术,为参战人员提供战前训练保障。其中为执行空袭任务人员提供的“拓扑场景”(Topscene)系统曾在科索沃和阿富汗战争中发挥了很大作用,此次参战的美海、空军部队均装备了该系统。同时,美军考虑到可能面临的城市作战,还专门研制了“城市地形军事行动”模拟训练装备。这种装备长约12米、高2.7米、宽2.6米,可根据需要进行改装成各种形状或尺寸,还可进行组合,模拟多层大楼,也可建成训练地形。战前,美军在科威特进行了多次实弹训练演习。这些系统和装备的使用,既减少了实战训练不必要的人员伤亡,又节省了大量开支,提高了作战效能。

  地理空间情报作为国防部信息基础设施共同操作环境(DII COE)的重要组成部分和信息优势的基础框架,一直受到美国防部的重视,NIMA也被列为美军核心情报机构。伊拉克战争表明,美军的测绘保障体系已基本适应了全球作战的需要。随着作战思想和作战方式的变化,美军测绘保障将在以下几方面进一步发展:

  随着遥感技术、计算机技术、光电传感技术及航天技术的迅速发展,地理空间数据的采集手段越来越多,美军战场侦察和监视及快速处理情报的能力空前提高。为做好战场地理空间情报保障,美军将着力加强其接收多源和多维地理空间信息的能力,并将这些图像与地形高程数据、大地测量数据、水文数据、地形数据、航空摄影数据和图像情报数据相融合,形成一体化的地理空间情报产品。为此,美军于今年初将“地理空间情报”确定为NIMA的顶层概念,以取代原先的“图像、图像情报与地理空间信息”,从而确保测绘保障继续朝着一体化方向发展。

  尽管美军是世界上数字化程度最高的军队,但其所需的地理空间信息并未完全实现数字化。随着美军现代化进程的加快,对地理空间信息的数字化程度也越来越高。近年来,美军投资30亿美元用于地图数字化建设,力争在2003年取消纸质地图。同时,NIMA正在对其“任务规划、处理、开发利用和分发(TPED)”地面数据处理体系结构进行现代化,以满足“未来成像结构(FIA)”的需要,并与作战需要的情报信息的快速变化相匹配。

  没有统一标准和格式的数据,就无法共享地理空间信息,各作战系统之间将缺乏共同的地理空间基础和互操作能力,将直接影响作战行动的效能。2002年7月,美军正式成立国家地理空间情报标准化中心(NCGIS),专门负责解决由私营部门和国防、情报及国土安全部门使用的技术、数据体系结构和软件之间的标准化和互操作能力,监督NIMA在国家地理空间情报方面朝着标准化管理政策方向发展。

  所谓“商业化”是指充分利用民用部门的技术与产品,这是美军测绘发展的一项战略性措施,并将成为未来美国国土安全和军事行动中地理空间信息保障的主要渠道。这主要基于下列原因:一是美国军方对地理空间信息产品的需求增长过快,军内测绘保障单位必须借助地方和私营部门弥补军队地理空间信息保障产品研发力量之不足;二是包括遥感(RS)、地理信息系统(GIS)、可视化和虚拟现实等商业技术已相当成熟,军队无须进行重复开发;三是军队测绘保障经费投入有限,很难承担过高的成本独立开发地理空间信息产品。

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