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iPush-based C4ISR在軍事方面的應用

現今戰場決策,大部分仍依循美國內戰時期就開始沿用的軍用地圖、透明圖、及製圖筆, 用人工來更新戰場的景象。而現今科技能力的躍進,數位化電子地圖日益成熟,不僅可支援 戰場指揮管制系統,並能提供各階層作戰系統所需。
在防空作戰中,了解要害區週遭的地形地物特徵、運輸道路、陣地位置等重要資訊不僅 是理所當然,更是不可或缺。諸如:防空計畫、防空火力分配、空中安全走廊、禁射區、 禁航區等設置,必須以地理資訊(GIS) 為基礎,否則就如同無根之草、空中樓閣。
此外,基層防空部隊最感到困擾的,除了進入陣地的準備動作之外,就是對於狀況的掌 握。狀況包括敵情以及我方的動靜態情報
以往的防空部隊作業方式,須一面收聽語音敵情傳遞,一面也要部署對空監視哨,在 敵情的掌握上有時間差不說,目標方位、高度、速度、航向、種類 等資料的正確性與時效性都有很大的問題,造成陣地上人人有如驚弓之鳥,深怕讓敵 機由眼皮底下溜走,反倒無法以逸待勞,影響作戰效能甚深。
現代空襲作戰的顯著特點是:空襲地域範圍廣、突然性增大、 空襲兵器數量與種類增多,且能從不同高度、不同方向實施 飽和攻擊,防空預警時間短。為了適應空襲作戰的新特點,更有效地對付敵空襲, 防空武器系統必須要提高機動性能和反應速度,在廣闊的地域內廣泛機動,並對敵空襲兵器 的突然進攻作出即時反應,以及實現 同時多目標接戰
目前各國開始將計算機技術應用於射控系統中,採用高速數位式計算機進行系統檢測和資訊處理,實現搜索、探測、識別、追蹤和導引的自動化,使火力反應時間通常小於10秒。雖然如此,在即時敵情的掌握上仍有缺陷;射控系統的雷達戰情並未和上級指揮中心連成一氣,無法共享同樣的即時戰場圖像。這樣的狀況,絕不能說是已經滿足了 C4ISR 的需求。
掌握資訊優勢,將防空武器系統融入整個戰場 C4ISR 網路是一種發展趨勢。防空武器系統真正融入 C4ISR 網路後,一方面它是整個戰場 C4ISR 網路的一部分,受上級指揮機關的指揮控制;另一方面,它又與網路中其他系統相互交流資訊。
以美軍為例,在美軍五大基本 C4ISR 系統當中,自動化空防/野戰防空指管系統 (AMDPCS/FAADC2I) 即擔任戰區及野戰防空的重要角色。自動化空防/野戰防空指管系統能提供空中目標情報給防空飛彈及野戰防空單位,以進行目標摧毀,保護我領空及地面部隊之安全。
自動化空防指管系統 (AMDPCS) 負責提供中、高空目標情報給防空飛彈部隊,以確保戰區領空之安全。部署在旅級單位的自動化空防指管系統會將整個戰場景象圖傳輸給戰區內各層級的防空單位,讓各級指揮官能監控防空飛彈與目標接戰情形。
野戰防空指管系統 (FAADC2I) 負責提供低空目標情資給復仇者/後衛者防空飛彈營,並提供地面部隊早期預警能力以減少損失。該系統能偵測、鎖定及辨識目標,並將所獲得之目標情報傳輸給下級或鄰接單位,以發揮野戰防空整體的效能。

圖二、AMDPCS 架構示意圖 ( 來源:TPIO-ABCS Requirements Division )

圖三、AMDPCS 骨幹互動圖 ( 來源:TPIO-ABCS Requirements Division )

圖四、FAADC2I 架構示意圖 ( 來源:Federation of American Scientists)

除此之外,自動化空防/野戰防空指管系統必須和戰術空域管制系統配套。戰術空域管制系統 (TAIS) 提供航行管制、開闢空中安全走廊等功能,自動化空防/野戰防空指管系統則提供防空火網的涵蓋範圍,兩者使用共同作業環境及互通的通信裝備,能將目標情報、戰場景象、防空能力結合在一起,讓各級指揮官對於防空作戰態勢一目了然,以達成早期預警和及早接戰之目的。
根據以上所述,各位可以對於美軍現役的防空 C4ISR 有一個基本的認識,或許也會產生這樣的疑問:這樣的系統能夠全盤移植到台灣來嗎?
根據「打、裝、編、訓」的 C4ISR 建置執行流程,要回答這樣的問題,必須先弄清楚一點:要打甚麼、該怎麼打?
以美軍自二次大戰以來所經歷過的戰爭來看,美軍毫無例外的掌握了絕對空優,只有到了波灣戰爭時才面臨地對地戰術導彈的威脅,所以一直以來對於防空作戰的重視不足。反觀台灣,面臨的假想敵人多勢眾,戰術導彈、巡弋飛彈、各式戰機一應具全,所面臨的威脅十倍、百倍於美軍。以此角度觀之,美軍的防空 C4ISR 是否能全盤移植已經不言而喻。
時至今日,防空作戰更面臨了新的威脅 ── 恐怖主義的攻擊。自從 911 事件發生之後,民航部分也必須納入防空作戰之中考慮。以此推論,美軍的防空 C4ISR 也須因應此一狀況而進行變革,而我軍防空作戰思維亦必須隨此狀況更加全面化。
註:作者服役期間,恰巧是中國連續發生劫機來台事件的高峰期,從一開始以為兩邊要打起來,到後來則是一聽到警報就在猜 -- 又是哪一家航空公司的飛機被劫來台。自從 911 發生之後,我們又多了一個新的假想狀況:萬一是恐怖份子駕機意圖衝撞要害區 -- 譬如說,總統府呢?
在此,我們先整理歸納出要害區防空 C4ISR 的需求:
  • 具備多目標接戰能力
  • 能將自身偵蒐戰情、同級單位偵蒐戰情與上級下傳戰情進行融接,構成共同之即時戰情動態圖像。尤其是飛行目標的方位、航向、速度等隨基準點而變的數字,更應將換算過程自動化。
  • 基地指揮單位必須具備戰術空域管制能力,開闢/關閉空中安全走廊;安全走廊的開閉,必須能即時顯示在共同之即時戰情動態圖像上。
  • 民用航管即時情資的接收,納入即時戰情動態圖像中。
  • 兼顧主動防禦與被動防禦
    首先,要害區是足以嚴重影響戰力維持的區域,如:指揮中心、煉油廠、儲油槽、機場、雷達站、海軍基地、通信中樞 ......。而防空作戰就是以讓敵方飛行物無法遂行其任務為目標的一種作戰型態。
    防空作戰的手段可以千變萬化,但是大致上還是可以分為被動防禦主動防禦兩者。被動防禦的主要手段是混淆對方視聽,如:電子干擾、視覺干擾、偽裝 ......;主動防禦則是以擊破為主要手段,可由多層機、彈、砲構成防空火網。如何統馭主動防禦與被動防禦兩種手段,達成防空作戰目標,保護要害區安全,就是要害區防空指揮官需要 C4ISR 輔助的地方。
    要達到要害區防空作戰的目標,要害區防空 C4ISR 須滿足以下需求:
    • 具備多目標接戰能力。
    • 能將自身偵蒐戰情、同級單位偵蒐戰情與上級下傳戰情進行融接,構成共同之即時戰情動態圖像。尤其是飛行目標的方位、航向、速度等隨基準點而變的數字,更應將換算過程自動化。
    • 基地指揮單位必須具備戰術空域管制能力,開闢/關閉空中安全走廊;安全走廊的開閉,必須能即時顯示在共同之即時戰情動態圖像上。
    • 民用航管即時情資的接收,納入即時戰情動態圖像中。
    • 兼顧主動防禦與被動防禦。
    現行防空作戰指揮管制
    圖一為現行防空作戰防情傳遞的流程,也就是防空作戰訊息供應鏈的一部分。

    圖一、現行防情傳遞程序 (引用來源:黃宗麟「野戰防空作戰指管之研究」)

    一來是由於通信裝備的因素,二來也是由於教戰準則的因素,至今防情傳遞仍然是以語音為主要手段,同時陸軍的野戰雷達與空軍強網的雷達情資並未連通。在現行的防空作戰流程下,會衍生出兩個問題:
    • 陸軍防空部隊與空軍防砲部隊各自為戰
    陸空兩軍的防情無法連通,各自只知道自己防區內的敵軍動向,無法有共同的動態即時防情圖像,自然只能各自為戰,無法彼此掩護,發揮整合防空作戰戰力。
    • 防情傳遞有時間差、誤報機率較高
    以語音為防情傳遞主要手段,每報一個防情就需要 30 秒左右 (收聽、轉換座標、描跡、下報),以目前航空器的航速推估,中間就造成將近 10 公里的誤差。同時,以語音傳遞防情需要訓練有素且抗壓性強的人員,這也是我們目前最缺乏的。
    為了解決以上問題,現行防空作戰必須有幾個方面的變革:
    • 建構防情傳遞與指揮管制之數據網路,以數據取代語音為主要防情傳遞手段。
    • 連通陸海空軍防空雷達情資,讓各雷達的戰情能夠融合成一共同即時戰情動態圖像。
    • 修改作戰準則,讓防空作戰的指管通情能夠平順的由人工作業移轉為自動化作業。
    過去幾年以來國軍也並未停止追求卓越的步伐,研發或採購引進了不少具備自動化指揮管制接戰的防空武器系統,諸如:低空防禦射控雷達系統、陸射型 TC-1 飛彈系統與 L70 快砲。但是這些努力仍然屬於局部層面,在中層、上層的自動化還有待加強。
    當然這是以「由下而上」建置方式的必然結果,但是由於國軍防空武器項目、廠牌眾多,在中上層的整合上又往往卡在國外技術取得困難、原廠支援有限,實有必要扶植國內技術原廠來進行,同時也可以促進國內產業技術提升,國軍軍品採購確實需要在這方面再多費一些心力。
    C4ISR 的建構構想
    接下來,我們以機場這類要害區為例,解釋一下要害區防空作戰的部署與 C4ISR 建構的構想。
    首先我們必須指出,防空作戰首重早期情報獲得與目標偵測、鑑別、防情傳遞、作戰行動管制等時效。有賴於事前週密計畫,嚴密協調與管制,構成完整防情體系,俾能早期獲得預警,立即反應,適切運用防空兵、火力,以發揮野戰防空作戰效益。
    圖二是以機場防空為例的要害區防空作戰部署範例。要害區防空指揮中心接獲由強網來的即時雷達情資後,將其與作戰區域的地圖進行覆疊,即可明顯的了解敵我現時態勢。一旦敵機進入接戰區域,立即下令負責接戰的連隊進行接戰動作。
    在接戰當中,一定會產生彈藥消耗與戰損,這些資料在接戰告一段落時由各接戰連隊回報,旁收的營指揮所便匯整資料,進行補給、搶修、或發出支援請求給相關單位。
    以上這些動作,如果以舊有的人工作業流程,不僅耗時,錯誤機率也高,絕非如同演習一般的正確無誤。C4ISR 的導入,正是為了解決這些問題,減少人為失誤,加快反應速率。
    註:作者在參加實兵演習時,由於緊張的緣故,台詞唸得結結巴巴的,還被營長賞了個白眼,這也算是人為失誤的一種。

    圖二、要害區 (機場) 防空部署範例 (要害區作戰指揮中心/各連指揮所)

    根據黃宗麟「野戰防空作戰指管之研究」(砲兵學術月刊第 118 期) 一文指出,防空指管系統必須能在功能面上達到:
    (一) 防情傳遞功能:
    系統可將強網系統提供之遠程防情,即時傳輸顯示於各級指揮所,再結合單位內預警雷達偵獲之近程防情,使各級指揮官能有效掌握敵機動態,適時下達接戰射擊命令,有效殲滅來犯之敵。整合遠程防情與預警雷達偵蒐之近程防情,消除兩者間之誤差,使營、連指揮所對於排、班接戰時機與接戰狀況之掌握可以數據傳輸方式獲得,把握時效。
    (二) 作戰指揮功能:
    系統具有完整之自動化作戰指管功能,從防空警報、戰備狀況、行動狀態、目標分配等各項作戰指管命令,均以按鍵行動下達,線上即時傳輸至下級指揮所,且自動顯示各種訊息與語音,提示指揮官當前部隊狀況,在作戰指管功能上可達自動化作業之目標,克服語音通信方式下達各種指管命令所造成之不便。同時需具備自動威脅評估及目標分配能力,適時建議指揮官決心之下達,即便遭遇敵以多批多架次多方向之飽和攻擊時,仍不致造成指管混亂之情況,故系統應具備人工接戰自動接戰兩種指管模式,可自動分配目標或人工介入,以因應戰場之變化。
    (三) 戰場管理功能:
    系統之戰場管理功能包括有部隊輪值戰備狀況、武器裝備彈藥狀況、各部隊線上鏈路狀況、各項戰果回報統計、各陣地座標位置之輸入與變換等,以上之各項功能於平、戰時隨時提供指揮官瞭解掌握所屬部隊狀況,可針對問題即時處理,俾使部隊隨時保持最高戰力,完成最佳戰備狀態。另,並須具備自動示警功能,由於戰時之戰耗甚鉅,當各類補給品低於標準存量時系統應立即示警,提醒指揮官緊急申補或節約火力,以利持續戰力之發揮。另須具備標繪功能,於多兵種協同作戰時對防空火力實施有效管制,如防空 (安全) 走廊、友軍部隊位置、要害區之標繪等,以保障兵種協同作戰部隊之安全。
    (四) 情資共享功能:
    系統具有目標 (敵機) 資料查詢、儲存、列印、傳送、呈報等功能,可提供其他系統運用與情報分析之功能。並具備敵機航圖自動標繪輸出功能,以利情報人員實施航路分析。
    (五) 訓練教學功能:
    系統可藉由歷史航跡或模擬敵人可能進襲航路、必然進襲航路來加強部隊訓練,以利戰時能有效攔阻敵之空中攻擊。營、連指揮所戰術演練可運用系統模擬真實狀況,由 ACC 提供遠程防情及下達管制命令,營、連指揮所依防空作戰接戰程序實施操演驗證。對於模擬航跡之設定必須模擬真實航跡對地攻擊時各種戰術航路之變化,並以設定速度與飛行航向來決定飛行時間,而時間單位須以秒來設定,方能符合戰場狀況瞬息萬變之所需。
    在以上這五大功能需求中,雖然地理資訊不可或缺,但是「即時」才是真正的關鍵,搭配即時訊息傳遞平台,地理資訊系統 (GIS) 才能提供即時動態的戰情圖像,這也是第四代地理資訊系統的一大特徵。
    如作者在前期所整理、提出的需求來比較,兼具即時、鉅量、多點特色的防空訊息供應鏈就已經隱然成形了。這也正是作者為何一再強調以 iPush® Server 來建構 C4ISR 的優越性所在;iPush® Server 的最大特色,正是在於建構管理訊息供應鏈的優越能力

    圖三、基層防空連指揮所的戰情圖像 

    以 iPush® Server 建構防空 C4ISR
    根據艾揚電子週報第 19 期所提出的訊息供應鏈通用特性,防空作戰 C4ISR 的訊息供應鏈應該長成這個樣子:

    < n 種資訊來源 > ─ < 通用傳送機制 > ─ < m 種接收端 >

    • n 種資訊來源:包括強網即時情資、來自各軍的各中短程防空雷達防情、各火力單位的戰術資料 (兵員傷亡、武器戰損、彈藥消耗、戰果)。
    • m 種接收端:各級單位的接收端可能是軍規工作站、軍用 Notebook、PDA、射控指揮車,甚至是接在槍砲、飛彈發射器上的小型載具。
    • 通用傳送機制:指的是以 iPush&reg; Server 為基礎所建構的防空通用 C4ISR 雙向戰術網路。
    由於資訊來源與接收端分散各處,並不適合以完全中央集權的方式建構訊息交換平台,而且也缺乏備援。以 iPush&reg; Server 為基礎所建構的平台可以擺脫完全中央集權架構的傳統桎梏,因為 iPush&reg; Server 有極其強韌的容錯架構,可以確保多重的訊息供應鏈強固性。(請參考艾揚電子週報第 7 期)
    圖四為 iPush-Inside 防空 C4ISR 的示意圖,各段防情傳遞原本以語音為主要手段,現在可以透過以 iPush&reg; Server 為基礎的即時數據訊息雙向傳遞網路來傳送,而且不只是防情的傳遞,指揮管制的指令與資料也可以經由同一網路下達,不僅可以共享共同的即時動態戰情圖像,也可以免除因為語音傳遞的先天障礙 (噪音干擾、人為失誤) 而造成的錯誤。
    為何以 iPush&reg; Server 為基礎所建構的 C4ISR 可以達到這樣的目標?這是由於可以利用 iPush&reg; Server 的「Publish/Subscribe」訊息傳遞模式,只要資訊來源一有資料送出便即時被送給訂閱此資訊的接收端,不需透過層層的人工作業,接收端也不必每隔幾秒就要定時向資料來源求調資料 (Request),保障了訊息傳遞的即時性,同時不僅較節省頻寬,訊息發送的流向也讓敵方電戰單位無從琢磨戰區裡我軍真正的實力,附帶保障了通信安全

    圖四、iPush-Inside 防空 C4ISR 示意圖

    至於如何應對軍事領域各式各樣的接收端需求,iPush&reg; Server 也有解決方案。iPush&reg; Server 目前提供有 C/C++ Library、ActiveX Control、Java Class 等類型的API 封裝,適用作業平台有 Linux、Windows、Windows CE 等,可適用於各式各樣的接收端。就算是 Server 本體,其作業環境也由原先的 Windows、Linux 延伸到了 Windows CE 上,所以 Server可以放在各種工作站、Notebook、甚至是工業電腦、程控 PLC 與 Car PC 上,要用來建構適應戰場環境的 C4ISR 更是方便。
    結語
    綜觀軍事史的發展,由一開始的體力,進化到機械力,現在則是進化到以資訊力為主戰武器。在戰爭中人力資源的地位與需求品質越來越高,成本也會越來越貴,終究或許會讓戰爭的傷亡成為不可承受之事。不管是從成本面向,或是效果面向來看,C4ISR 的建設只會更加重要,而不只是一時的流行。 為了避免洩露軍機,作者對於許多細節已經加以淡化,或許讀者會覺得不太過癮,或是沒搔到癢處,作者只能深感抱歉。如果讀者有任何意見,歡迎直接回饋意見給作者或其他編輯群成員。

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这是03年的东西了,不知道还有没有借鉴意义了。

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