多防空武器平臺(tái)一體化協(xié)同作戰(zhàn)樣式與關(guān)鍵技術(shù)探討

王越，趙凱，劉學(xué)超，楊維，姚桐

(西北機(jī)電工程研究所，陜西 咸陽(yáng) 712099)

現(xiàn)代空襲兵器朝著遠(yuǎn)射程、高機(jī)動(dòng)、高精度和高抗干擾能力的方向發(fā)展，并且往往采用多方向、多批次的飽和攻擊樣式[1]，給以“平臺(tái)為中心”的防空武器系統(tǒng)帶來(lái)了極大的考驗(yàn)，為有效對(duì)抗當(dāng)前及未來(lái)空襲打擊體系，陸軍防空武器系統(tǒng)應(yīng)由單武器平臺(tái)獨(dú)立防空向網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同防空轉(zhuǎn)變，在最短的時(shí)間內(nèi)形成最佳的防御手段，有效應(yīng)對(duì)各種可能出現(xiàn)的威脅，提升整體作戰(zhàn)效能和戰(zhàn)場(chǎng)生存能力[2]。

美國(guó)一體化防空反導(dǎo)作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)(IBCS)是美國(guó)陸軍實(shí)踐多平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同作戰(zhàn)的重要項(xiàng)目，它本身不是雷達(dá)、導(dǎo)彈等武器裝備，而是能夠使武器裝備更好工作的指揮控制與通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它把原本互不兼容的陸軍雷達(dá)系統(tǒng)、防空反導(dǎo)武器等連接起來(lái)，將體系內(nèi)所有雷達(dá)探測(cè)到的目標(biāo)數(shù)據(jù)融合生成高精度的目標(biāo)航跡，并將航跡數(shù)據(jù)傳遞給處于最佳攔截打擊位置的火力打擊單元，并指揮該火力打擊單元對(duì)來(lái)襲目標(biāo)實(shí)施攔截打擊。近年來(lái)，IBCS系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)展了多次協(xié)同攔截巡航導(dǎo)彈、高速無(wú)人機(jī)、彈道導(dǎo)彈等靶標(biāo)試驗(yàn)[3]。

國(guó)內(nèi)有關(guān)學(xué)者也針對(duì)多防空武器平臺(tái)協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化火控系統(tǒng)、火指控一體化系統(tǒng)的作戰(zhàn)體系架構(gòu)[4]、使用需求[5]、指揮控制[6]等方面開(kāi)展了大量研究，并初步實(shí)現(xiàn)了分散配屬的多個(gè)防空武器平臺(tái)的信息共享[7]、協(xié)同打擊[8]等，但是與國(guó)外先進(jìn)的一體化防空反導(dǎo)作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)相比，國(guó)內(nèi)的多武器平臺(tái)一體化防空反導(dǎo)的理論體系和工程實(shí)踐都依然處于起步階段[9]。

1 防空協(xié)同作戰(zhàn)體系架構(gòu)

未來(lái)防空作戰(zhàn)對(duì)象類(lèi)型呈多樣化趨勢(shì)，種類(lèi)繁多，在要地防空或野戰(zhàn)伴隨防空模式下，混編協(xié)同作戰(zhàn)是一個(gè)動(dòng)態(tài)復(fù)雜的過(guò)程，并呈現(xiàn)出多樣化、快速性和實(shí)時(shí)性的特征。因此，要想提升協(xié)同作戰(zhàn)的整體對(duì)抗能力和指揮效率，需要一種扁平化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、作戰(zhàn)資源共享的協(xié)同作戰(zhàn)體系架構(gòu)。

防空作戰(zhàn)分隊(duì)通過(guò)火指控網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)型的武器平臺(tái)間的信息實(shí)時(shí)共享和火力實(shí)時(shí)控制，完成編組內(nèi)部的探測(cè)資源、跟蹤資源、火力資源的統(tǒng)一調(diào)度。作戰(zhàn)分隊(duì)中的平臺(tái)數(shù)量可按照作戰(zhàn)需求進(jìn)行編配，作戰(zhàn)分隊(duì)指定其中一門(mén)防空武器作為指揮平臺(tái)，啟動(dòng)編隊(duì)作戰(zhàn)指揮功能，并根據(jù)整個(gè)編隊(duì)防空區(qū)域的空情態(tài)勢(shì)、各武器平臺(tái)的位置、使用的資源狀況、戰(zhàn)術(shù)性能等制定最佳的協(xié)同方案。編隊(duì)內(nèi)的其余防空武器作為作戰(zhàn)平臺(tái)，接受作戰(zhàn)分隊(duì)指揮平臺(tái)的統(tǒng)一調(diào)度指揮。作戰(zhàn)分隊(duì)在同一時(shí)刻有且只有一個(gè)指揮平臺(tái)，當(dāng)指揮平臺(tái)喪失指揮功能時(shí)，其他作戰(zhàn)平臺(tái)按邏輯次序遞補(bǔ)，啟動(dòng)編隊(duì)作戰(zhàn)指揮功能，經(jīng)過(guò)身份升級(jí)認(rèn)證后，承擔(dān)編隊(duì)指揮功能。靈活多變且可動(dòng)態(tài)重組的防空協(xié)同作戰(zhàn)體系架構(gòu)的特點(diǎn)主要包括：

1)作戰(zhàn)資源高度共享。作戰(zhàn)資源高度共享是指打破原有傳感器與武器平臺(tái)“捆綁”式的固定鏈接，使發(fā)現(xiàn)目標(biāo)、跟蹤目標(biāo)和打擊目標(biāo)的無(wú)縫切換，在物理位置、功能和控制上實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)、分布式控制,提高作戰(zhàn)分隊(duì)從傳感器發(fā)現(xiàn)目標(biāo)到實(shí)施火力打擊的反應(yīng)速度，增強(qiáng)防空武器裝備的打擊能力[8]。

2)指揮層次扁平化。將“煙囪”式的指揮體制升級(jí)成扁平化指揮體制，減少指揮層次，作戰(zhàn)分隊(duì)內(nèi)的武器平臺(tái)可分為指揮平臺(tái)和作戰(zhàn)平臺(tái)。在同一時(shí)刻，有且只有一個(gè)指揮平臺(tái)，承擔(dān)指揮任務(wù)，作戰(zhàn)平臺(tái)數(shù)量按需動(dòng)態(tài)編配，指揮平臺(tái)根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)統(tǒng)一協(xié)調(diào)作戰(zhàn)平臺(tái)生成作戰(zhàn)方案，向作戰(zhàn)單元下達(dá)作戰(zhàn)命令。當(dāng)指揮平臺(tái)喪失指揮功能時(shí)，作戰(zhàn)平臺(tái)可通過(guò)預(yù)先設(shè)定的邏輯次序，經(jīng)過(guò)身份認(rèn)證后，升級(jí)成指揮平臺(tái)，承擔(dān)指揮任務(wù)。

3)多體制防空武器混合編組。未來(lái)防空作戰(zhàn)對(duì)象類(lèi)型種類(lèi)繁多，單一類(lèi)型的防空武器很難做到“包打天下”，需要將防空導(dǎo)彈、火炮、戰(zhàn)術(shù)激光武器、微波武器等不同體制防空武器混合編組，充分發(fā)揮各自?xún)?yōu)勢(shì)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，構(gòu)成連續(xù)、多層攔截網(wǎng)，應(yīng)對(duì)多方向、多批次來(lái)襲目標(biāo)的飽和攻擊。

4)高效指揮決策與火力調(diào)度。為了使各防空分隊(duì)的作戰(zhàn)行動(dòng)協(xié)調(diào)一致，形成綜合戰(zhàn)斗力，并能有效地監(jiān)控計(jì)劃的實(shí)施，需要對(duì)分隊(duì)各武器平臺(tái)獲取的目標(biāo)航跡和目標(biāo)屬性進(jìn)行準(zhǔn)確估計(jì)，綜合考慮敵方目標(biāo)、我方各武器平臺(tái)狀態(tài)、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境等信息進(jìn)行作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)評(píng)估，并能夠隨著戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的不斷變化，動(dòng)態(tài)的調(diào)整火力計(jì)劃、目標(biāo)選擇、火力分配和戰(zhàn)術(shù)協(xié)調(diào)。

2 防空協(xié)同作戰(zhàn)樣式

2.1 協(xié)同搜索

協(xié)同搜索作戰(zhàn)樣式如圖1所示，多個(gè)火力平臺(tái)的多頻譜、多元化傳感器協(xié)同進(jìn)行戰(zhàn)場(chǎng)搜索，相互協(xié)調(diào)，將目標(biāo)信息實(shí)時(shí)發(fā)布在網(wǎng)絡(luò)上，實(shí)現(xiàn)“一點(diǎn)發(fā)現(xiàn)，全網(wǎng)皆知”；各武器平臺(tái)通過(guò)陣地部署實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測(cè)區(qū)域全空域覆蓋，減小盲區(qū)，擴(kuò)大搜索范圍，武器平臺(tái)雷達(dá)可根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境，交替開(kāi)機(jī)，提高戰(zhàn)場(chǎng)生存能力和搜索效率。

2.2 協(xié)同引導(dǎo)

當(dāng)分散配置的作戰(zhàn)分隊(duì)中的武器平臺(tái)發(fā)現(xiàn)來(lái)襲目標(biāo)不在自身火力打擊范圍，可通過(guò)火指控網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)作戰(zhàn)分隊(duì)中其他具備打擊條件的武器平臺(tái)截獲目標(biāo)，提高整個(gè)武器系統(tǒng)的目標(biāo)截獲能力、快速反應(yīng)和打擊能力。空情相互引導(dǎo)示意圖如圖2所示，武器平臺(tái)1搜索雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，將目標(biāo)位置信息發(fā)送給武器平臺(tái)2，引導(dǎo)武器平臺(tái)2的跟蹤傳感器截獲目標(biāo)，武器平臺(tái)2截獲目標(biāo)后，對(duì)目標(biāo)實(shí)施打擊。

2.3 協(xié)同跟蹤

對(duì)于單個(gè)武器平臺(tái)而言，精確制導(dǎo)炸彈對(duì)“高、小、快”目標(biāo)具有高仰角發(fā)現(xiàn)、截獲困難的特點(diǎn)，指揮平臺(tái)根據(jù)目標(biāo)來(lái)襲方向、各戰(zhàn)車(chē)位置、光電視場(chǎng)/跟蹤雷達(dá)波束角，制定各戰(zhàn)車(chē)探測(cè)搜索跟蹤區(qū)域，并在該區(qū)域進(jìn)行探測(cè)搜索，通過(guò)實(shí)時(shí)協(xié)同數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行共享，各戰(zhàn)車(chē)轉(zhuǎn)為協(xié)同跟蹤模式。協(xié)同跟蹤可對(duì)空間某一指定區(qū)域?qū)崿F(xiàn)無(wú)縫隙最大范圍的搜索跟蹤，擴(kuò)大光電/雷達(dá)的探測(cè)范圍，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的快速截獲[10]。

協(xié)同跟蹤示意圖如圖3所示。

協(xié)同用于當(dāng)目標(biāo)從一門(mén)防空武器的防區(qū)飛至另一門(mén)防空武器的防區(qū)時(shí)，兩門(mén)防空武器協(xié)同實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)過(guò)渡，避免交接班丟失目標(biāo)，減少系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間。當(dāng)目標(biāo)即將飛過(guò)防空武器1的防區(qū)時(shí)，持續(xù)跟蹤該目標(biāo)，并將跟蹤信息持續(xù)發(fā)送給防空武器2，防空武器2可利用防空武器1的目標(biāo)跟蹤信息引導(dǎo)自身光電跟蹤傳感器捕獲該目標(biāo)，若目標(biāo)快速飛臨時(shí)，防空武器2可直接利用防空武器1的跟蹤信息完成快速射擊諸元解算，直接打擊目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)兩個(gè)武器平臺(tái)對(duì)目標(biāo)的接力打擊，火力無(wú)縫切換。

2.4 協(xié)同制導(dǎo)

協(xié)同制導(dǎo)作戰(zhàn)樣式如圖4所示。信息平臺(tái)負(fù)責(zé)完成武器系統(tǒng)作戰(zhàn)指揮調(diào)度與火力分配，探測(cè)平臺(tái)為發(fā)射平臺(tái)和制導(dǎo)平臺(tái)提供目標(biāo)指示信息和目標(biāo)引導(dǎo)信息，引導(dǎo)制導(dǎo)平臺(tái)截獲目標(biāo)，制導(dǎo)平臺(tái)接收引導(dǎo)指令，成功截獲目標(biāo)，目標(biāo)進(jìn)入發(fā)射平臺(tái)射程后，發(fā)射平臺(tái)發(fā)射導(dǎo)彈攻擊目標(biāo)，導(dǎo)彈在飛行過(guò)程中，制導(dǎo)平臺(tái)根據(jù)來(lái)襲目標(biāo)和導(dǎo)彈相對(duì)位置，形成制導(dǎo)修正指令，發(fā)送給導(dǎo)彈。

2.5 協(xié)同打擊

指揮平臺(tái)可根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)、戰(zhàn)場(chǎng)形勢(shì)，完成分隊(duì)級(jí)的輔助決策和多目標(biāo)火力分配，實(shí)現(xiàn)分隊(duì)作戰(zhàn)控制，將集中指揮射擊與擇機(jī)自主射擊相結(jié)合，以彈-炮-彈分層攔截說(shuō)明典型協(xié)同打擊來(lái)襲目標(biāo)樣式。

在航前發(fā)射一枚導(dǎo)彈攔截目標(biāo)，若目標(biāo)未被擊中，進(jìn)入火炮射程范圍內(nèi)，用火炮攔截一次，若目標(biāo)還未被擊中，目標(biāo)過(guò)航后，用導(dǎo)彈尾追發(fā)射一枚導(dǎo)彈攻擊目標(biāo)。彈-炮-彈分層攔截示意圖如圖5所示。

3 關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 一體化總體架構(gòu)技術(shù)

多防空武器協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)采用全分布式體系結(jié)構(gòu)，打擊任務(wù)由不同武器平臺(tái)協(xié)同完成，各平臺(tái)需要實(shí)現(xiàn)的功能根據(jù)打擊任務(wù)和戰(zhàn)斗態(tài)勢(shì)進(jìn)行優(yōu)化分配，作戰(zhàn)信息和控制指令需要在平臺(tái)間實(shí)時(shí)分發(fā)，需對(duì)系統(tǒng)的功能界面、操作流程、信息流程、作戰(zhàn)指令等進(jìn)行深入研究。包括網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)條件下的作戰(zhàn)模式、作戰(zhàn)資源分配、打擊控制流程、控制和協(xié)同關(guān)系、任務(wù)分配模型和網(wǎng)絡(luò)化控制模型等內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)功能、打擊任務(wù)和戰(zhàn)斗態(tài)勢(shì)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化分配[11]，實(shí)現(xiàn)防空分隊(duì)在網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)條件下作戰(zhàn)模式快速切換、形成適用于陸軍防空武器系統(tǒng)協(xié)同作戰(zhàn)體系架構(gòu)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 一體化網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)防空分隊(duì)內(nèi)“扁平化、隨遇入網(wǎng)、協(xié)同作戰(zhàn)”的能力，需構(gòu)建快速開(kāi)通、多跳可達(dá)、靈活重組的火指一體化網(wǎng)絡(luò)，所構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)需要同時(shí)滿(mǎn)足火控信息的高寬帶、低時(shí)延交互和指揮控制信息的高可靠交互等需求。需要綜合采用軟件無(wú)線電技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)智能感知技術(shù)、分布式自組網(wǎng)、路由快速收斂技術(shù)、低顆粒度時(shí)隙分配等技術(shù)，提供高可靠、低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力，為作戰(zhàn)武器平臺(tái)提供高速、實(shí)時(shí)、靈活的傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)武器平臺(tái)之間數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分發(fā)、組網(wǎng)協(xié)同和指令控制等，滿(mǎn)足火控平臺(tái)協(xié)同作戰(zhàn)、指揮控制組網(wǎng)需求。一體化網(wǎng)絡(luò)還具備電磁環(huán)境主動(dòng)探測(cè)、頻率自動(dòng)規(guī)劃和分發(fā)、智能快速組網(wǎng)等功能，實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)人工方式到智能方式的轉(zhuǎn)變，有效提升多用戶(hù)條件下的高速網(wǎng)絡(luò)快速開(kāi)通和復(fù)雜電磁環(huán)境下的適應(yīng)能力，以及面向業(yè)務(wù)自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)資源分配。

3.3 實(shí)時(shí)預(yù)警與火控空情融合及分發(fā)技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)各類(lèi)傳感器高效管控，信息高效利用，梳理遠(yuǎn)程、中遠(yuǎn)程、近程預(yù)警雷達(dá)聯(lián)合檢測(cè)與跟蹤，火控雷達(dá)聯(lián)合跟蹤、雷達(dá)紅外聯(lián)合跟蹤、多站紅外聯(lián)合跟蹤中的技術(shù)難點(diǎn)，并針對(duì)防空作戰(zhàn)中協(xié)同探測(cè)預(yù)警與火力協(xié)同使命任務(wù)所面臨的解決傳感器綜合利用率不高、信息傳輸時(shí)延不可控、傳輸鏈路不穩(wěn)定造成的信息不確定性等問(wèn)題，對(duì)量測(cè)缺失、量測(cè)失序、非同質(zhì)化、不完備量測(cè)信息融合問(wèn)題開(kāi)展研究。解決多平臺(tái)傳感器管理與融合、多平臺(tái)多傳感器空間一致性、干擾環(huán)境下的多傳感器目標(biāo)關(guān)聯(lián)與定位、多平臺(tái)火控級(jí)數(shù)據(jù)融合等技術(shù)，提升預(yù)警空情信息的實(shí)時(shí)性、可靠性以及確定性，提升火控信息融合精度和完備性。

3.4 基于可變帶寬的動(dòng)態(tài)信息分發(fā)技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)高效協(xié)同作戰(zhàn)，必須建立武器平臺(tái)間數(shù)據(jù)分發(fā)策略，對(duì)預(yù)警、探測(cè)、識(shí)別、目標(biāo)分配、跟蹤、協(xié)同控制和裝備狀態(tài)等多類(lèi)信息進(jìn)行梳理，根據(jù)信息屬性和資源屬性，在充分考慮網(wǎng)絡(luò)資源和作戰(zhàn)環(huán)境等情況下，統(tǒng)一進(jìn)行信息分發(fā)規(guī)劃，制定多種分發(fā)策略[12]。研究基于預(yù)測(cè)的帶寬動(dòng)態(tài)分配模型，為武器平臺(tái)間動(dòng)態(tài)信息分發(fā)提供支撐。

根據(jù)信息屬性和資源屬性，在充分考慮網(wǎng)絡(luò)資源和作戰(zhàn)環(huán)境等情況下，統(tǒng)一進(jìn)行信息分發(fā)規(guī)劃，制定多種分發(fā)策略。同時(shí)，需研究基于預(yù)測(cè)的帶寬動(dòng)態(tài)分配模型，為武器平臺(tái)間動(dòng)態(tài)信息分發(fā)提供支撐。

3.5 網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同控制技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)協(xié)同作戰(zhàn)的最大效能，需解決協(xié)同作戰(zhàn)輔助決策、武器平臺(tái)綜合控制、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同控制等技術(shù)。綜合打擊目標(biāo)類(lèi)型及數(shù)量、作戰(zhàn)平臺(tái)位置及狀態(tài)、作戰(zhàn)平臺(tái)資源及戰(zhàn)術(shù)性能等綜合因素的對(duì)比分析，形成最優(yōu)打擊方案[13]。突破各協(xié)同平臺(tái)的精確位置獲取技術(shù)，跨平臺(tái)不確定性條件下的實(shí)時(shí)控制技術(shù)，快速、實(shí)時(shí)的協(xié)同信息處理等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)警、探測(cè)、識(shí)別、目標(biāo)分配、跟蹤等多類(lèi)信息的綜合處理，發(fā)揮防空分隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)的最大效能。

3.6 一體化操控平臺(tái)技術(shù)研究

采用模塊化綜合集成技術(shù)，研究火指控一體化軟件平臺(tái)、硬件平臺(tái)和實(shí)時(shí)信息交換平臺(tái)，形成具有獨(dú)立功能、標(biāo)準(zhǔn)接口和互換性的通用軟硬件模塊，構(gòu)建作戰(zhàn)指揮與火力打擊相融合的通用化操作平臺(tái)，采用軟件構(gòu)件化、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分發(fā)、協(xié)議與應(yīng)用分離、圖元化等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、信息處理、通信協(xié)議、操作系統(tǒng)、硬件架構(gòu)之間的耦合問(wèn)題[14]。構(gòu)成開(kāi)放式、分布式綜合處理平臺(tái)，與操作控制終端等人機(jī)交互單元實(shí)現(xiàn)服務(wù)器/客戶(hù)端的信息處理與顯示。以開(kāi)放式系統(tǒng)架構(gòu)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)易擴(kuò)充、可靈活重構(gòu)的通用硬件平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，保證系統(tǒng)各模塊硬件平臺(tái)隨技術(shù)發(fā)展和系統(tǒng)需要進(jìn)行獨(dú)立升級(jí)和重構(gòu)。

4 結(jié)束語(yǔ)

筆者在防空協(xié)同作戰(zhàn)體系架構(gòu)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討了多防空武器協(xié)同作戰(zhàn)主要特點(diǎn)、協(xié)同作戰(zhàn)模式、所涉及的關(guān)鍵技術(shù)等。筆者所提出的防空協(xié)同作戰(zhàn)樣式可促進(jìn)由空情預(yù)警到戰(zhàn)場(chǎng)火力打擊的扁平化指揮體系的建立，可應(yīng)用于現(xiàn)役防空武器升級(jí)改造和新研防空武器裝備中，可充分發(fā)揮多平臺(tái)多種軟、硬殺傷武器的作戰(zhàn)能力，并進(jìn)而提高編隊(duì)協(xié)同防空作戰(zhàn)能力。