1.4　战场时空一致性现状、难点与科学问题

战争的幽灵随着社会文明的进步，其出现的形式、地点和时间存在不确性，危害性也在不断增加。尽管残酷的人类战争的毒瘤历来受到全世界热爱和平的人们的谴责，但至今难以被彻底清除。于是乎为了减小战争可能造成的危害，管控可能的分歧，将战争的苗头扼杀在源头，超级大国试图为整个地球装上显微镜一般的监视器，随时扫描地球上各个角落的一举一动。由此，各种类型的测控仪器和传感器系统就应运而生，但受到传感器的技术体制、波段差异等限制，传感器探测信息中存在着大量的不确定性，甚至是差错；同时，复杂电磁环境和对抗条件更是加剧了处理这种不确定性和差错的难度。

2001年“9·11”事件中，当纽约双子星世贸大厦在飞机撞击产生的熊熊大火中倒塌的画面被现场直播，以及一遍又一遍在全世界重播时；2003年，当美军攻打巴格达时，仍有上班族在上班，很多商场照样营业[56]；2015年岁末，当记者采访在瑟瑟寒风中光着脚、穿着单衣的叙利亚难民时；2015年11月第二个礼拜日，当法国总统奥朗德正在巴黎郊区法兰西体育场观看德法足球比赛时，恐怖袭击的枪声在这个浪漫的城市骤然响起；2016年伊始，当俄罗斯总统普京和他的幕僚，在莫斯科指挥大厅观看俄战机攻击叙利亚境内恐怖分子营地直播时……这一切是否意味着，未来任何的城市和乡村都可能成为战场。

1.4.1　实例解读

考虑到动态目标（威胁）在战场中占据的重要地位，因此对动态目标的联合探测与感知、监视与跟踪问题就成为战场态势信息处理中的焦点和难点。

现在的问题是时空一致性在其中起什么作用？下面，我们将以俄罗斯的Su-24被土耳其击落这件事件为例[57]，阐明时空一致性的重要性。

接下来将分别从物理域、信息域和认知域角度，基于时空一致性原理对该事件进行分析。

争论始于物理域的时空不一致（物理呈现）。事件发生后，一开始，俄罗斯坚持认为Su-24没有越过土耳其边界，并提供了Su-24飞行轨迹图；土耳其则早有准备，提供了防空地面雷达跟踪轨迹图，并认为Su-24两次进入其领空。专家从俄土两国提供的Su-24轨迹对比后，分析认为俄罗斯提供的是Su-24飞行计划图，而土耳其提供的是地面雷达的跟踪轨迹，两者显然不可能一致。据说失事飞机的黑匣子已找到，但遭到损坏，记录的数据已经无法读出。因此，Su-24的真实轨迹到底如何，将永远是一个谜。

接下来在看信息域的时空不一致（信息分析）。事件发生后的第一时间，土耳其提交了一封信给联合国秘书长潘基文及联合国安理会15个成员国，有一段这样写道：“两架飞机忽视了这些警告，飞行在19 000英尺的高空，从当地时间9：24：05开始进入土耳其领空，越境深度1.36英里，长度1.15英里，累积时间17秒。”土耳其因为区区17秒，竟然冒着与俄罗斯冲突风险于不顾？再看维基解密给出的分析：“土耳其递给联合国的声明中写着：（1.15英里/17秒）×60×60＝243英里/小时＝391千米/小时。换句话，被击落的Su-24必须用失速速度才能飞得如此慢。要知道Su-24战机的最快速度是1320千米/小时。所以，假设Su-24真能飞那么快，那么应该不是飞了17秒，而是5秒，甚至更短时间？”但由于飞机最终坠毁在叙利亚境内，则需要更加详细的飞机最后轨迹图才能给出进一步解释。

真相或许隐含在认知域的时空不一致（事情背后的原理）。事件发生后第一时间克里姆林宫对此表示愤怒。普京说埃尔多安是在“背后捅刀子”，并称他是ISIS的支持者。真相慢慢浮出水面了，由于土耳其政府反对阿萨德，因此对支持叙政府军的俄罗斯早就不爽。就在4天前，土耳其政府召见俄罗斯大使安德烈·卡尔洛夫，问责俄轰炸事件，据称：“土耳其要求俄罗斯立即停止轰炸，土耳其政府警告说轰炸那些居住着叙利亚土库曼少数民族的村庄，可能导致‘严重后果’”。随即Su-24事件发生。因此答案已经很清晰，该事件表面上看是Su-24入侵土领空，本质上则是俄土两国在俄打击ISIS这件事情上认知不一致所致。

人们不禁要问，战场时空一致性究竟包括哪些亟待解决的难题？假定俄罗斯能够证实土耳其确确实实是在叙利亚境内击落Su-24，那么按照普京的性格，土耳其一定会遭到俄罗斯严厉的报复；倘若土耳其能够证实Su-24的确是在土耳其境内被击中，俄罗斯大概也就只能自认倒霉。但土耳其为何要为这区区“5秒钟”所谓入侵，冒着与俄罗斯交恶的风险，其中隐含在背后的秘密（认知域的不一致）才是矛盾的根源。

1.4.2　现状和难点分析

假如所有传感器对目标的探测不存在任何误差，也就是说所有观测到的目标的位置都是确定的，那么人们对世界的认识将会变得非常容易。“俄土事件”就不可能发生，因为从俄Su-24飞行轨迹看，飞行员也不会主观故意（5秒钟入侵领空）去激怒土耳其；退一步，即使俄飞机进入土领空，5秒钟时间，土耳其人也需要冒巨大风险在如此短的时间发射导弹击落飞机。由于黑匣子受损，所有的秘密都消失在这些不确定性当中。事实上，正是这类人类对世界观测的误差（不确定性），才造就了如此“多彩”的世界。

再回到“俄土事件”，飞机飞行轨迹应该是确定的，但由于“探测源”的差异，轨迹差异竟然如此大？其中一定很多无法告人的原因。抛开各种主观的因素，实际应用中传感器的误差失配问题时常很严重，以至于在“融合处理”中起主导作用的不再是随机误差，而是系统性偏差。正是这类系统性偏差的存在，严重影响了态势中动态目标一致性。我们还是从六个环节对这一问题进行分析。

（1）信息获取环节。由于存在运动平台导航定位误差、传感器探测误差、目标检测概率和虚警率等不确定性或局限性，导致战场信息获取过程中经常出现：传感器报出的目标航迹不连续、虚假目标多、一批目标出现多条航迹；传感器信息共享能力差；技术侦察、部队侦察、电子战情报存在不确定性等。

（2）信息传输环节。由于存在通信组网传输时间延误和误码率、数据链报告不完善等不足，导致信息传输过程中出现：指挥控制系统联网通达率偏低；无线传输带宽低、抗干扰能力差、误码率高；缺乏多军兵种情报信息交换规范等。

（3）时空配准环节。由于存在时间基准和同步误差、不同分辨率空间转换误差、多传感器系统误差失配等不确定性和不足，导致多传感器联网探测仍难以发挥出效果，具体表现在：缺乏完备的时空基准体系；固定平台传感器离线时空配准尚未完全实现；动平台传感器在线时空配准尚处于起步阶段等。

（4）信息融合环节。由于存在目标状态估计误差、目标属性识别的准确率、目标机动检测滞后、多源信息融合理论不成熟等，导致信息融合结果与指挥员的预期仍然存在较大差异，主要表现为：航迹关联正确率低，一批变多批现象时有发生；机动目标跟踪存在滞后、跟错、丢失和航迹间断现象；目标航迹的稳定性差，航速航向有跳动现象；数据链的不同节点TQ值标准不统一，引起航迹上报错误；目标识别准确性低等。

（5）态势估计环节。由于当前态势感知的手段受限、态势表示的理论缺乏、态势估计与预测偏差等，导致态势估计至今缺乏基本有效的方法，主要难点包括：知识提取和态势估计处于概念和方法研究阶段；缺乏有效的态势估计辅助手段等。

（6）态势显示和分发环节。由于存在战场目标投影与底图投影差异、异构平台的态势显示与标绘差异、地理坐标投影形变、展现方式与实际战场情况存在较大差异等，导致态势显示仍然是影响指挥员对态势和目标的感知和理解的重要因素，体现在：军队标号标准尚不完善，未能覆盖三军所有目标类型；异构平台态势标绘、显现不一致；目标地理坐标投影与地图投影体制不一致；缺乏态势按需分发的机制等。

未来战争将在陆、海、空、天、电磁五维空间展开，所涉及的探测平台手段多样、探测信息多维、信息类型异构等特征愈加明显，所呈现出的问题和难题只会越来越多。这些难题既涉及物理域中平台定位/定姿误差、传感器探测误差、时间传递同步误差等独自或相互间耦合演化的机理，也涉及在信息域中建立完整的战场态势，所面临的信息获取与校正、关联与辨识、估计和组合等自适应态势创建过程中，目标信息一致性表征与描述的难题；同时还包括认知域和社会域中，知识的描述与处理，指挥员决策及其行动，产生效果乃至后果与预期差异等。

通过对上述问题或难点的分析，我们可以归纳出影响联合作战战场时空一致性的一些主要的应用基础性问题：

①信息源的复杂性和多样性。

②传感器组网的方式方法。

③信息传输的时间延时误差。

④时间误差与空间误差的耦合模型。

⑤运动平台的定位定向误差配准。

⑥传感器探测误差不确定性及其配准。

⑦复杂环境下目标关联方法。

⑧不同尺度类型模糊信息综合方法。

⑨态势估计理论与方法。

⑩目标识别理论与方法。

时空一致性体系结构。

多维信息组织与管理。

时空统一描述和提取方法。

时空一致性的质量与可信度。

1.4.3　科学问题

由前面的分析可知，战场时空一致性是一个综合性的课题，涉及导航定位、预警探测、情报侦察、军事通信、作战指挥、武器控制、大地测量、信息融合等诸多领域。联合作战为了完成不同作战任务，也会对时空一致性提出不同的要求。通过对上述应用基础性问题进一步归纳，得到以下科学问题，包括：时空单元与体系的统一描述、时空误差的动态演化、时空单元的约束与协同、时空一致性体系优化与控制、时空一致性评估。

（1）时空单元与体系的统一描述

该科学问题涉及信息源的复杂性和多样性、时空一致性体系结构、多维信息组织与管理、时空统一描述和提取方法等。

时空单元与体系的统一描述就是通过分析与揭示时空一致性体系的工作机理，根据联合作战对时空一致性的需求，结合时空单元的特点，建立时空信息的概念体系、时空信息内容、时空能力特性、时空任务空间、时空一致性体系等的规范化描述。

联合作战需要构建面向不同作战任务需求的时空一致性体系。在战场中，时空单元具有多元、分布、多精度、动态演化等方面的特性，不同的时空单元在工作机理、能力特性、信息格式等方面都存在差异，影响时空信息的共享和应用，缺乏对时空一致性体系进行统一的模型分析，难以实现战场时空一致性。因此，必须对战场的时空单元、时空信息、时空一致性体系进行统一的描述，将战场中的时空信息转换到统一描述中，以实现对时空能力的分析，时空信息的共享、处理和应用。

时空单元与体系的统一描述主要包括时空概念体系、时空任务空间、时空能力特性、时空信息内容等的描述方法以及时空综合保障体系构建理论方法。其中，时空概念体系研究主要对时空信息的相关概念、内涵进行规范化定义与描述；时空任务空间描述主要研究作战对时空信息、时空一致性需求的定量描述方法和模型；时空能力特性描述主要研究时空单元、时空综合保障体系所具备的时空能力的定量描述方法和模型；时空信息内容描述研究时空信息包含的内容、描述方式、模型和时空信息共享的相关协议。时空一致性体系构建理论与方法主要研究根据作战任务动态构建时空综合保障体系的相关理论与方法。

（2）时空误差的动态演化

该科学问题涉及传感器的组网的方式方法、信息传输的时间延时误差、时间误差与空间误差的耦合模型、传感器探测误差不确定性及其配准、复杂环境下目标关联方法等。

战场中时空误差的动态演化是指在时空信息形成、转换、传递、融合、配准、约束、协同及时空一致性体系动态构建过程中，时空误差的传播、累积、修正和补偿等动态变化过程，各种误差既存在绝对变化也存在相对变化。

时空误差在多维、分布、多尺度的信息空间与物理空间中动态演化，与系统体系结构、时空单元间的相互约束和协同关系密切相关。时空误差动态演化问题的解决，是进行时空误差建模、补偿从而实现时空一致性的基础；是定量分析时空综合保障体系的时空能力、进行结构优化的前提；是分析时空误差的可观测性和能控性，进行时空误差模型辨识和参数估计，实现系统时空信息协同、优化和误差控制的关键。

（3）时空单元的约束与协同

该科学问题涉及信息源的复杂性和多样性、传感器的组网的方式方法、运动平台的定位定向误差配准、传感器探测误差不确定性及其配准、复杂环境下目标关联方法时空一致性体系结构、多维信息组织与管理、时空一致性的质量与可信度等。

时空单元的约束与协同是指战场中各类时空节点互相之间存在的制约关系，以及为了提高时空基准水平和达成时空一致性而采取的分工和协作。约束与协同是时空单元间的基本关系，是构建合理有效时空一致性体系的基础。

联合作战要求诸多作战系统无缝连接、横向融合、纵向沟通，多级跨越、互动指挥，以及传感器、指挥控制系统与武器平台一体化，这就要求战场中多个节点或子系统构成一个有机整体。一方面，由于受到空间分布、时空资源能力、时空单元间的信息传递关系、时空基准水平的差异等因素的影响，使得不同时空单元间存在制约；另一方面，“基于效果的联合”又要求各时空单元相互配合、协同工作，形成一个灵活、有序和协同的时空一致性体系，以满足战场中不同层次时空一致性的需求。

时空单元的约束与协同包括两方面的内容：时空单元约束机制分析和时空单元协同规则与方法。前者指根据时空网格拓扑结构和时空误差动态演化规律，分析不同制约条件对时空单元时空误差的影响，建立约束关系模型；后者指为了构建时空一致性体系，形成动态、多层次时空基准信息，利用时空单元约束关系模型，通过时空单元各类信息一致性解析分析和数值分析，建立协同规则与方法。

（4）时空一致性体系优化与控制

该科学问题主要涉及传感器组网的方式方法、信息传输的时间延时误差、时间误差与空间误差的耦合模型、运动平台的定位定向误差配准、传感器探测误差不确定性及其配准、复杂环境下目标关联方法、不同尺度类型模糊信息综合方法、目标识别理论与方法、时空一致性体系结构、多维信息组织与管理、时空一致性的质量与可信度等。

时空一致性体系优化与控制就是针对战场这一复杂大系统中时空单元的多元性和时空一致性体系的多变性、多层次等特点，对时空一致性体系的结构与组成进行优化配置，对时空信息的产生过程、传递环节和方式进行控制，并对时空误差进行补偿与修正，以形成满足各级各类武器装备需求的统一的时空基准信息。

不同作战任务和战场环境条件下，与时间、空间相关的传感器与武器平台复杂多样，战场的时空单元不断变化，生成时空信息的方式各不相同，合理配置时空一致性体系的时空单元组成，优化时空一致性体系的结构关系，可以更快、更准地形成时空基准信息。同时，不同的时空信息传播途径和传播方式产生不同的时空误差，不同的时间、空间信息转换算法导致不同程度的时空误差累积，不同的时空误差修正方法可以产生不同的时空误差补偿效果，选择适宜的时空信息传播途径，采取合理的时空转换算法，建立正确的时空误差修正机制，可以有效地控制时空误差，最大限度地实现时空一致。因此，研究在联合作战任务下时空一致性体系的优化与控制方法及策略，解决其中的关键理论问题，可以为实现战场的时空一致性建立方法基础。

时空一致性体系优化与控制问题的本质，是在时空网格基础上通过合理配置时空单元，控制时空误差的产生过程和传播途径，提供时间同步控制机制以及空间误差分析、补偿和修正方法，形成统一的时空基准信息。

解决该问题，主要应从以下几个方面开展研究：时空单元优化配置方法，时间传递与同步控制方法，空间信息转换与分析方法，空间误差的补偿、修正方法，时空基准信息生成方法，战场的时空配准服务机制与优化控制方法等。

（5）时空一致性评估

该科学问题主要涉及信息源的复杂性和多样性、传感器组网的方式方法、信息传输的时间延时误差、时间误差与空间误差的耦合模型、运动平台的定位定向误差配准、传感器探测误差不确定性及其配准、复杂环境下目标关联方法、时空一致性的质量与可信度等。

时空一致性评估就是通过研究时空一致性评估指标体系、评估模型和评估机理，建立时空一致性评估方案，形成时空一致性评估规范，完成装备时空一致性体系对联合作战任务时空需求符合程度的评价。

战场的时空一致性评估是一个复杂的新课题，其复杂性主要表现在：一是评估对象结构的复杂性，联合作战中时空单元，具有多元、多层次、多精度、动态分布等特性，存在虚拟时空与物理时空的耦合；二是联合作战中时空信息的复杂性，在时空信息的生成、转换、传递、融合、配准、协同过程中，时空误差将经历产生、传播、累积和实时修正等动态变化过程；三是评估对象所处环境的复杂性，因为战场时空一致性评估必须在复杂的联合作战背景下进行，才能有效地评估装备时空一致性体系对联合作战任务时空需求的符合程度。因此，目前已有的评估方法已无法完成战场的时空一致性评估，为了对战场中时空一致性有效性进行客观评价，必须开展新的评估方法研究。

时空一致性的评估主要研究联合作战战场时空一致性评估指标体系，给出战场时空一致性评估的模型、机理、方案和规范，为战场时空一致性评估提供科学依据。评估指标体系反映的是对军事作战影响的度量问题，是评估的基础；评估模型主要研究对评估信息的需求和统计处理方法，是评估机理研究的前提；评估机理主要研究评估试验的内容、过程、方法和想定，是进行战场时空一致性评估试验的依据；评估方案主要研究评估系统的功能、组成和流程，是对战场时空一致性评估的实现；评估规范是对评估指标、评估模型、评估机理和评估方案的总结和提炼，是指导战场时空一致性评估试验的标准。

1.4.4　主要研究思路

时空一致性概念的提出来源于实际应用中的问题，虽然概念本身是对存在于物理域、信息域、认知域和社会域中时空不一致的现象进行分析和抽象，而找出其中的关键因素和主要原因则是我们的研究目标。时空一致性比较好地概括了这一类问题的本质特征，研究时空一致性也是为了更好地理解未来联合作战的战场时空演化的规律，其终结目的则是为了减少/消除战争迷雾。

本书在概念分析阐述的基础上，结合实际应用中的时空一致性问题，重点以舰艇编队中传感器探测中时空信息综合为背景，研究平台定位/定向和传感器探测误差演化和传递规律，研究时间基准和空间基准信息在其中的传递和演化规律，研究舰载传感器（雷达）组网探测系统误差估计和修正的原理和方法，研究多个平台传感器探测信息一致性分析表征的模型，同时对海战场联合作战时间同步体系进行分析和研究。总体上侧重于采用信息域中的定性定量分析方法，解决存在于物理域和信息域中的时空一致性问题，包括从时空一致性的角度思考相关系统、装备和理论的发展。

为了更好地理解上述研究工作的意义，我们将运用时空一致性原理和体系分析的方法，专题讨论美国国防部PNT体系、联合作战战场态势图体系等相关研究工作，其中态势一致性体系应该说是时空一致性体系在战场态势纬度的一种映射，美军在这一领域开展了诸多的工程实践，他们的成功经验和失败教训无疑值得我们学习借鉴。

本书的总体研究思路如图1-12所示。