馬溢清,燕永敦,王東輝
(1.海軍裝備研究院,北京 100161;2.上海機(jī)電工程研究所,上海 201109)
隨著信息化技術(shù)水平的發(fā)展和高新技術(shù)的融入,反艦導(dǎo)彈的遠(yuǎn)距離攻擊、超低空掠海飛行、隱蔽突防等特性對(duì)水面艦艇的生存安全造成了極大威脅,戰(zhàn)斗艦艇面臨的空中威脅態(tài)勢(shì)正變得愈來(lái)愈嚴(yán)峻。同時(shí),現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)形式也已由單純的火力打擊向精確火力打擊+信息攻擊轉(zhuǎn)變,防御一方不僅面臨空海一體的精確化火力打擊的威脅,而且面對(duì)高強(qiáng)度電子壓制、網(wǎng)絡(luò)攻擊和各種新概念武器打擊的威脅。艦空導(dǎo)彈作為水面艦艇對(duì)空防御的主要武器,其武器系統(tǒng)發(fā)展備受關(guān)注。隨著艦艇安全威脅的不斷發(fā)展變化,特別是反艦導(dǎo)彈的技術(shù)進(jìn)步使單一型艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)已不能完全適應(yīng)保障艦艇生命力的需求,艦載防空反導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)展趨向于體系化方向變革。艦空導(dǎo)彈武器裝備的作戰(zhàn)使命從以防空為重點(diǎn)逐步發(fā)展為攔截精確制導(dǎo)武器為主,這是體系對(duì)抗的要求[1]。在現(xiàn)有艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,完善信息流程和控制措施,將不同層次、不同方位的防御武器融為一體,形成具有自身特色的多層次的整體防御作戰(zhàn)能力,最終構(gòu)建艦艇一體化綜合防御系統(tǒng),提升艦艇防空反導(dǎo)能力已成為防空反導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)展的方向。
綜合防御系統(tǒng)以艦艇一體化綜合防御需求為牽引,以能力提升為目標(biāo),以集成優(yōu)化的要求為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,基于現(xiàn)有艦艇防空反導(dǎo)武器系統(tǒng),充分利用已有成熟技術(shù),進(jìn)行功能擴(kuò)展,以提升整體效能和提高系統(tǒng)持續(xù)作戰(zhàn)水平為目標(biāo),實(shí)現(xiàn)多武器資源共享和協(xié)同作戰(zhàn),為艦艇提供全面有效的綜合防御能力,有效提高艦艇作戰(zhàn)能力和生存概率。本文對(duì)以中、近程艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)為基礎(chǔ)構(gòu)建一體化的艦載對(duì)空綜合防御武器系統(tǒng)進(jìn)行了研究。
該系統(tǒng)類(lèi)似俄羅斯的施基利導(dǎo)彈武器系統(tǒng),擔(dān)負(fù)艦艇編隊(duì)中程區(qū)域防空和自衛(wèi)反導(dǎo)作戰(zhàn)任務(wù)[2]。具有以下特點(diǎn)。
a)武器系統(tǒng)的彈道設(shè)計(jì)、制導(dǎo)控制、制導(dǎo)照射、無(wú)線(xiàn)電引信、戰(zhàn)斗部、雷達(dá)等采用了多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù),能攔截高掠海反艦導(dǎo)彈,對(duì)掠海反艦導(dǎo)彈的殺傷縱深大、殺傷能力強(qiáng)。
b)采用了垂直發(fā)射和半主動(dòng)制導(dǎo)體制,4~6座照射器工作范圍全空域覆蓋,確保武器能對(duì)360°范圍內(nèi)的威脅目標(biāo)實(shí)施攔截,可同時(shí)制導(dǎo)十多發(fā)導(dǎo)彈攔截多批目標(biāo)。
c)導(dǎo)彈在整個(gè)制導(dǎo)飛行過(guò)程中無(wú)需系統(tǒng)提供目標(biāo)距離信息,僅要求照射系統(tǒng)角度跟蹤目標(biāo);導(dǎo)引頭采用多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù),具抗噪聲壓制干擾(并能跟蹤噪聲干擾源)、欺騙干擾、泊條干擾和背景干擾等電子干擾的能力。
d)作戰(zhàn)空域覆蓋大,對(duì)超聲速、亞聲速超低空反艦導(dǎo)彈攔截距離達(dá)到近、中殺傷區(qū)遠(yuǎn)界。
該系統(tǒng)類(lèi)似美拉姆導(dǎo)彈武器系統(tǒng),擔(dān)負(fù)水面艦艇末端對(duì)空防御任務(wù),主要用于攔截來(lái)襲反艦導(dǎo)彈[2]。具有以下特點(diǎn)。
a)可應(yīng)用全自動(dòng)作戰(zhàn)方式和高密度反導(dǎo)技術(shù),提高系統(tǒng)反導(dǎo)效率,有效攔截多方向多批次攻擊的反艦導(dǎo)彈。
b)能抑制海天線(xiàn)、海面閃爍、云團(tuán)和煙霧等自然環(huán)境和戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境干擾,連續(xù)發(fā)射導(dǎo)彈時(shí)具抑制前發(fā)導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)尾焰影響的能力。
c)導(dǎo)彈采用傾斜發(fā)射和被動(dòng)微波/紅外復(fù)合尋的復(fù)合制導(dǎo)或純紅外尋的制導(dǎo)體制,可發(fā)射后不管。
d)對(duì)超聲速、亞聲速超低空反艦導(dǎo)彈的殺傷區(qū)覆蓋近程、末端全域和中程大部分空域。
在同一型艦上同時(shí)裝載中、近程兩型防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng),增強(qiáng)了載艦的防空反導(dǎo)作戰(zhàn)能力。若兩型武器系統(tǒng)獨(dú)立安裝,則會(huì)面臨兩型武器的兼容控制、梯次攔截優(yōu)化、作戰(zhàn)流程優(yōu)化等問(wèn)題。僅靠指控系統(tǒng)管控和兩型武器系統(tǒng)協(xié)調(diào),很難充分發(fā)揮兩型武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能。
1.3.1 兼容控制
由于兩型導(dǎo)彈的制導(dǎo)體制的差異、設(shè)備位置安裝間的影響、發(fā)射瞬間的相互干擾等因素,導(dǎo)致兩型導(dǎo)彈在攔截目標(biāo)過(guò)程中存在兼容性問(wèn)題,主要有
a)中程艦空導(dǎo)彈尾焰進(jìn)入近程艦空導(dǎo)彈紅外視場(chǎng),對(duì)導(dǎo)彈紅外制導(dǎo)產(chǎn)生影響;
b)中程艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)照射頻段與反艦導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)頻段同頻時(shí),對(duì)近程艦空導(dǎo)彈微波制導(dǎo)產(chǎn)生影響;
c)中程艦空導(dǎo)彈發(fā)射時(shí)煙霧對(duì)近程艦空導(dǎo)彈純紅外制導(dǎo)方式下架上紅外截獲的影響。
雖然本艦作戰(zhàn)系統(tǒng)通過(guò)時(shí)分管控能避免出現(xiàn)上述兼容性問(wèn)題,但是因這些控制方式基本是在沖突產(chǎn)生時(shí)才進(jìn)行控制,控制時(shí)間也無(wú)法精確處理,常通過(guò)加長(zhǎng)控制時(shí)間的方法實(shí)現(xiàn)兼容,會(huì)導(dǎo)致貽誤戰(zhàn)機(jī)、作戰(zhàn)效能下降。解決方式是結(jié)合梯次攔截優(yōu)化和作戰(zhàn)流程優(yōu)化,合理調(diào)度兩型武器資源,預(yù)測(cè)和避免沖突,實(shí)現(xiàn)真正意義上的兼容。
1.3.2 梯次攔截優(yōu)化
兩種導(dǎo)彈的作戰(zhàn)空域存在重合部分,合并后作戰(zhàn)空域得到了擴(kuò)充,可增加目標(biāo)的攔截次數(shù),提高對(duì)目標(biāo)的殺傷概率。獨(dú)立控制的兩型武器也能完成對(duì)目標(biāo)的梯次攔截,但目標(biāo)攔截控制權(quán)交接過(guò)程中的時(shí)間延誤(包括交接前的等待和交接后的攔截準(zhǔn)備等)會(huì)導(dǎo)致總攔截次數(shù)下降,而過(guò)度強(qiáng)調(diào)解決交接過(guò)程中的時(shí)間延誤問(wèn)題,又會(huì)提前占用武器通道,對(duì)兩型武器攔截其他目標(biāo)造成影響,從而影響兩型武器的綜合作戰(zhàn)效能。
同時(shí),一體化綜合防御系統(tǒng)還可使用兩型武器對(duì)單個(gè)目標(biāo)進(jìn)行混合攔截(即1次發(fā)射兩型導(dǎo)彈),以提高對(duì)只有1次攔截機(jī)會(huì)目標(biāo)的殺傷率。因兩型導(dǎo)彈的兼容限制條件,需嚴(yán)格控制兩型武器的發(fā)射次序和時(shí)機(jī),這是獨(dú)立控制兩型武器無(wú)法完成的。
兩型武器制導(dǎo)體制不同,故采用兩型武器進(jìn)行梯次攔截和混合攔截,能提高武器的抗干擾能力,提高兩型武器在復(fù)雜作戰(zhàn)環(huán)境中的作戰(zhàn)效能。
1.3.3 作戰(zhàn)流程優(yōu)化
中、近程艦空導(dǎo)彈分別采用半主動(dòng)和被動(dòng)制導(dǎo)體制,形成了兩者各有特點(diǎn)的作戰(zhàn)流程。
a)中程艦空導(dǎo)彈射擊通道從分配后要占用至彈目遭遇,導(dǎo)彈發(fā)射后需隨時(shí)補(bǔ)射,在射擊效果評(píng)估未命中后可及時(shí)發(fā)射導(dǎo)彈進(jìn)行二次攔截;
b)近程艦空導(dǎo)彈發(fā)射后就可釋放射擊通道資源,用于其他目標(biāo)的攔截,但作出二次攔截決策后,還需完成導(dǎo)彈加電等準(zhǔn)備工作后才能發(fā)射導(dǎo)彈進(jìn)行攔截。
由上述流程可知:在使用中程艦空導(dǎo)彈射擊通道攔截目標(biāo),若還有需該通道攔截目標(biāo),則只能等待其攔截完當(dāng)前目標(biāo)后才能進(jìn)行;近程艦空導(dǎo)彈攔截的目標(biāo)未命中時(shí),二次攔截需額外增加導(dǎo)彈準(zhǔn)備的時(shí)間。在使用一體化綜合防御系統(tǒng)后,通過(guò)優(yōu)化作戰(zhàn)流程,統(tǒng)籌調(diào)度兩型武器,能減輕上述問(wèn)題造成的系統(tǒng)效能下降。
綜合防御系統(tǒng)采用兩型武器原發(fā)射控制設(shè)備和發(fā)射裝置,重新研制武控系統(tǒng)(綜合武控系統(tǒng))。綜合武控系統(tǒng)對(duì)兩型武器原武控系統(tǒng)功能進(jìn)行集成設(shè)計(jì),采用綜合功能機(jī)柜統(tǒng)一艦上各設(shè)備信息接口并接收艦指控系統(tǒng)的統(tǒng)一指揮,使用功能和技術(shù)狀態(tài)完全一致的多個(gè)武控臺(tái)進(jìn)行并行處理解算與控制,對(duì)已突破遠(yuǎn)程防空武器攔截的多種空襲目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化攔截。
綜合防御系統(tǒng)集成技術(shù)突破的重點(diǎn)方向是最大限度地發(fā)揮原有系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能,有效提高攔截反艦導(dǎo)彈的能力。
武控臺(tái)集成了原武控臺(tái)、中心臺(tái)和通道臺(tái)的功能,用于接收目標(biāo)信息,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、威判排序、射擊諸元解算、武器通道組織、導(dǎo)彈預(yù)裝參數(shù)裝訂、導(dǎo)彈發(fā)射控制和射擊效果評(píng)估等。
綜合功能機(jī)柜集成了原綜合功能機(jī)柜和武控接口機(jī)柜的功能,增加視頻信息錄取及回放功能,用于武器系統(tǒng)內(nèi)外信息交互、接口轉(zhuǎn)換、作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)仿真,以及雷達(dá)、電視跟蹤儀、紅外警戒設(shè)備的視頻信息記錄與回放等。
與原兩型武器的專(zhuān)用武控系統(tǒng)相比,綜合防御系統(tǒng)對(duì)綜合武控系統(tǒng)的要求更高,特別是對(duì)武控臺(tái)的要求更高。一方面要求綜合武控系統(tǒng)武控臺(tái)數(shù)減少條件下,主要功能性能不下降,另一方面還要求提高射擊效果評(píng)估準(zhǔn)確性,并增加人工逐點(diǎn)建航功能,以提高單目標(biāo)攔截效費(fèi)比和目標(biāo)攔截?cái)?shù)量,加強(qiáng)復(fù)雜作戰(zhàn)環(huán)境中的目標(biāo)建航能力。
面對(duì)新需求,原中心臺(tái)管分配、通道臺(tái)管武器控制的方式已不適用,應(yīng)采用目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的分布式同步技術(shù),即每個(gè)武控臺(tái)具備完成原3種顯控臺(tái)(中心臺(tái)、通道臺(tái)和武控臺(tái))各項(xiàng)功能的能力,完成功能的方式不再以通道為對(duì)象,而是以目標(biāo)為對(duì)象,各武控臺(tái)間根據(jù)互相傳遞的信息進(jìn)行自同步。
2.1.1 目標(biāo)驅(qū)動(dòng)
目標(biāo)驅(qū)動(dòng)是通過(guò)目標(biāo)驅(qū)動(dòng)各項(xiàng)工作。武控臺(tái)各項(xiàng)任務(wù)均以目標(biāo)為對(duì)象,打破原顯控臺(tái)與武器通道綁定的模式,一切以目標(biāo)為中心。武控臺(tái)根據(jù)當(dāng)前作戰(zhàn)態(tài)勢(shì),選擇攔截對(duì)象,一旦選定目標(biāo),則該目標(biāo)的整個(gè)攔截過(guò)程都由該武控臺(tái)控制。
操作手可通過(guò)武控臺(tái)顯示各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息和決策提示選擇任意一個(gè)或多個(gè)(混合攔截)可用的武器通道攔截目標(biāo),采用自動(dòng)分配方式時(shí)武控臺(tái)也可自行分配。導(dǎo)彈發(fā)射后,武控臺(tái)顯示已跟蹤目標(biāo)的電視跟蹤儀的視頻,雷達(dá)、紅外警戒設(shè)備目標(biāo)位置的視頻以及目標(biāo)航跡質(zhì)量變化、目標(biāo)航向、速度變化等輔助操作手評(píng)估擊效果。在首次攔截失敗后,可繼續(xù)使用當(dāng)前武器通道進(jìn)行攔截,也能選擇其他可用的武器通道繼續(xù)攔截。
2.1.2 分布式自同步
每個(gè)武控臺(tái)都能實(shí)現(xiàn)單目標(biāo)從目標(biāo)分配、目標(biāo)攔截、射擊效果判斷、目標(biāo)再次攔截的所有過(guò)程,但攔截指定目標(biāo)的武控臺(tái),以及完成目標(biāo)攔截任務(wù)能使用的武器通道的確定,都需要各武控臺(tái)間進(jìn)行協(xié)調(diào)確定。綜合武控系統(tǒng)采用分布式自同步技術(shù)實(shí)現(xiàn)各武控臺(tái)間的協(xié)調(diào)。
綜合武控系統(tǒng)采用目前通用的準(zhǔn)秒脈沖和時(shí)碼報(bào)文結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)各設(shè)備間的時(shí)間同步。因網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中交換機(jī)收到報(bào)文后轉(zhuǎn)發(fā)到各端口的時(shí)間不能保持一致,故不能保證各武控臺(tái)收到的目標(biāo)信息的時(shí)間一致性,這樣,按周期處理的各武控臺(tái)軟件雖然能保證各周期的起始時(shí)間基本一致,但不能保證在同一個(gè)周期內(nèi)收到相同的報(bào)文。因此,即使各武控臺(tái)采用同一版本的軟件,也不能保證輸出相同的結(jié)果。這就需要采用分布式自同步機(jī)制同步不同的輸出結(jié)果,即發(fā)生沖突的雙方在確定對(duì)方已收到各自的輸出結(jié)果,按預(yù)定的優(yōu)先級(jí)順序,確定某一方的輸出結(jié)果為最終結(jié)果,并按此執(zhí)行。
針對(duì)兩型武器不同的制導(dǎo)方式、殺傷空域、殺傷概率等,綜合武控需根據(jù)梯次攔截優(yōu)化策略,優(yōu)化兩型導(dǎo)彈的發(fā)射控制和火力兼容控制流程,縮短火力交接時(shí)間,實(shí)現(xiàn)對(duì)攻擊目標(biāo)的優(yōu)化梯次攔截,最大化對(duì)同一目標(biāo)的攔截次數(shù),同時(shí)在保證兩型武器攔截目標(biāo)數(shù)和多目標(biāo)流服務(wù)能力不降低的條件下,實(shí)現(xiàn)兩型導(dǎo)彈對(duì)不同威脅目標(biāo)的優(yōu)化配對(duì),提高對(duì)目標(biāo)的綜合殺傷概率,提升兩型武器的綜合作戰(zhàn)效能。
從兩型武器的性能來(lái)看,中程艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)具全方位作戰(zhàn)、多通道同時(shí)攔截目標(biāo)數(shù)多、目標(biāo)殺傷區(qū)遠(yuǎn)界遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、能及時(shí)對(duì)未命中目標(biāo)進(jìn)行補(bǔ)射等優(yōu)點(diǎn),近程艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)具多目標(biāo)攔截能力強(qiáng)、系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間短、目標(biāo)殺傷區(qū)近界近、殺傷概率大等優(yōu)點(diǎn)。為此,綜合防御系統(tǒng)在將繼承原中程艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的通道使用數(shù)量最大化原則和分配的目標(biāo)威脅程度總和最大化原則的基礎(chǔ)上,結(jié)合近程艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)單個(gè)目標(biāo)服務(wù)時(shí)間短、殺傷概率高的特點(diǎn),形成特有的符合兩型武器特點(diǎn)的攔截原則:
a)對(duì)目標(biāo)實(shí)施盡遠(yuǎn)攔截。只要發(fā)現(xiàn)目標(biāo),并有完好、空閑的可用通道和導(dǎo)彈,就應(yīng)盡早實(shí)施攔截,以盡可能獲得多次攔截的機(jī)會(huì)。
b)因近程艦空導(dǎo)彈的殺傷概率高、攔截服務(wù)時(shí)間短,故對(duì)兩型武器都能攔截的目標(biāo),優(yōu)先選擇其進(jìn)行攔截,以提高系統(tǒng)的多目標(biāo)攔截能力,同時(shí)延長(zhǎng)系統(tǒng)全方位覆蓋的時(shí)間。
c)在兩型武器通道都可用時(shí),對(duì)目標(biāo)實(shí)施兩種導(dǎo)彈混合攔截或梯次攔截,在提高對(duì)目標(biāo)的殺傷概率的同時(shí),利用兩型武器的不同制導(dǎo)方式,提高綜合防御系統(tǒng)的抗干擾能力。
d)利用近程艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間短、單目標(biāo)攔截時(shí)間短的特點(diǎn),對(duì)其通道實(shí)施動(dòng)態(tài)時(shí)間片分配方法,充分發(fā)揮兩型武器一體化綜合防御的優(yōu)勢(shì),根據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算結(jié)果,動(dòng)態(tài)優(yōu)化通道分配。
根據(jù)兩型導(dǎo)彈兼容性仿真研究結(jié)果,將兩型導(dǎo)彈兼容控制要求通過(guò)可攔性判斷、分配預(yù)案生成、分配方案選擇、分配方案動(dòng)態(tài)調(diào)整、發(fā)射時(shí)機(jī)提示和發(fā)射條件控制等方面實(shí)現(xiàn),明確兩型武器同時(shí)使用時(shí)的限制條件,并在作戰(zhàn)流程中進(jìn)行兼容控制,既滿(mǎn)足兩型導(dǎo)彈的兼容控制要求,又提高了綜合防御系統(tǒng)作戰(zhàn)效能。
原系統(tǒng)主要用兩種方式評(píng)估射擊效果。首先通過(guò)判斷在彈目遭遇后規(guī)定時(shí)間內(nèi),雷達(dá)的目標(biāo)航跡質(zhì)量是否下降到閾值以給出射擊效果提示,操作手以射擊效果提示為參考,主要通過(guò)觀(guān)察電視跟蹤儀視頻信息、雷達(dá)視頻信息評(píng)估射擊效果。由于電視跟蹤成功率低、視場(chǎng)小,而雷達(dá)的回波圖像也較模糊,雷達(dá)目標(biāo)航跡質(zhì)量在短時(shí)間內(nèi)很難準(zhǔn)確判斷。
綜合武控系統(tǒng)從三方面提高射擊效果評(píng)估效果:
a)增加紅外警戒視頻源,改善原電視跟蹤視頻顯示質(zhì)量。
b)增加多部雷達(dá)、電子偵察設(shè)備、紅外警戒設(shè)備等目標(biāo)信息源,直觀(guān)顯示航跡質(zhì)量圖和目標(biāo)水平或垂直航跡圖,提高操作手的射擊效果評(píng)估效率。
c)綜合多信息源的目標(biāo)航跡質(zhì)量、目標(biāo)消失標(biāo)記、速度、航向、高度等狀態(tài)信息的變化計(jì)算各類(lèi)命中值,并按各類(lèi)信息的權(quán)重進(jìn)行加權(quán)處理后顯示,提高操作手射擊效果評(píng)估的準(zhǔn)確性。
本文以中、近程艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)為基礎(chǔ)構(gòu)建一體化的艦載對(duì)空綜合防御武器系統(tǒng)。該一體化綜合防御系統(tǒng)在某中程和某近程艦空導(dǎo)彈武器控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行集成設(shè)計(jì),綜合了兩型武器武控系統(tǒng)的成熟技術(shù),在充分發(fā)揮單一武器系統(tǒng)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上,優(yōu)化兩型導(dǎo)彈的發(fā)射控制和火力兼容控制流程,縮短火力交接時(shí)間,實(shí)現(xiàn)對(duì)攻擊目標(biāo)的優(yōu)化梯次攔截,使對(duì)同一目標(biāo)的攔截次數(shù)最大化,同時(shí)在保證兩型武器攔截目標(biāo)數(shù)和多目標(biāo)流服務(wù)能力不降低的條件下,實(shí)現(xiàn)兩型導(dǎo)彈對(duì)不同威脅目標(biāo)的優(yōu)化配對(duì),提高對(duì)目標(biāo)的綜合殺傷概率,提升兩型武器的綜合作戰(zhàn)效能。
[1] 焦金安.美國(guó)海軍艦載“標(biāo)準(zhǔn)”系列導(dǎo)彈的發(fā)展與應(yīng)用研究[M].北京:航空工業(yè)出版社,2010:125-130.
[2] 魏毅寅.世界導(dǎo)彈大全(第三版)[M].北京:軍事科學(xué)出版社,2011:533-535.