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        基于UML的艦載預(yù)警機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)流程建模研究*

        2012-11-23 04:18:06
        艦船電子工程 2012年5期
        關(guān)鍵詞:飛機(jī)

        (中國艦船研究設(shè)計(jì)中心 武漢 430064)

        1 引言

        目前各軍事強(qiáng)國都已普遍認(rèn)識到提高空中預(yù)警能力是使軍事力量變得強(qiáng)大的有效途徑,具有重大的戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)意義,預(yù)警機(jī)由此應(yīng)運(yùn)而生。

        預(yù)警機(jī)的發(fā)展十分迅速,已經(jīng)成為各國提高其探測感知和指揮空間范圍的重要力量。在和平時(shí)期,預(yù)警機(jī)可用于空中值勤,監(jiān)視敵方行動,以防突然襲擊;在戰(zhàn)爭時(shí)期,預(yù)警機(jī)執(zhí)行警戒、指揮和武器引導(dǎo)任務(wù),不僅可以加大預(yù)警距離,使截?fù)魴C(jī)的攔截線大大向外延伸,而且還可以把各參戰(zhàn)部隊(duì)緊密地聯(lián)成一個(gè)整體,統(tǒng)一控制戰(zhàn)區(qū)內(nèi)所有的作戰(zhàn)武器,有效地指揮不同兵種作戰(zhàn)。

        2 預(yù)警機(jī)分類

        預(yù)警機(jī)的全稱為預(yù)警和控制系統(tǒng)飛機(jī)(AEWA:Airborne Early Warning Aircraft),是一種裝有遠(yuǎn)距離搜索雷達(dá)、數(shù)據(jù)處理、敵我識別以及通信導(dǎo)航、指揮控制、電子對抗等電子設(shè)備,集預(yù)警、指揮、控制、通信和情報(bào)于一體,用于搜索、監(jiān)視、跟蹤空中和海上目標(biāo)并指揮、引導(dǎo)己方飛機(jī)遂行作戰(zhàn)任務(wù)的作戰(zhàn)支援飛機(jī),起到活動雷達(dá)站和空中指揮中心的作用,是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中重要的武器裝備[1]。

        按預(yù)警機(jī)使用可將其分為戰(zhàn)略預(yù)警機(jī)、戰(zhàn)術(shù)預(yù)警機(jī);按機(jī)種又可分為固定翼預(yù)警機(jī)和旋翼預(yù)警機(jī);按使用條件又可分為艦載預(yù)警機(jī)和陸基預(yù)警機(jī)。

        戰(zhàn)略預(yù)警機(jī),一般飛行高度為9000~12000m,速度Ma為0.7~0.95,續(xù)航時(shí)間為6~12h,為延長空中飛行時(shí)間往往備有空中受油裝置;容積和載重量大,能容納一批龐大的設(shè)備和眾多人員。裝有雷達(dá)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)顯示和控制系統(tǒng)、敵我識別系統(tǒng),通訊系統(tǒng)、導(dǎo)航與制導(dǎo)系統(tǒng)及無源探測系統(tǒng)等諸多系統(tǒng),單架裝備費(fèi)和使用費(fèi)用高。典型機(jī)種有美國的E-3和俄羅斯的A-50,具有戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)預(yù)警功能,可以擔(dān)負(fù)國土戰(zhàn)略防御作戰(zhàn)和戰(zhàn)役戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)。

        戰(zhàn)術(shù)預(yù)警機(jī)與戰(zhàn)略預(yù)警指揮飛機(jī)相反,多用于局部戰(zhàn)爭和海上編隊(duì)空中預(yù)警、指揮引導(dǎo)防空和空中力量,一般造價(jià)低,使用費(fèi)用少,航程短,控制功能小。典型的機(jī)種有美國E-2。預(yù)警直升機(jī)只能作為戰(zhàn)術(shù)預(yù)警機(jī)的一種臨時(shí)替代品,在預(yù)警機(jī)中性能最低,多為艦載使用。它的續(xù)航時(shí)間短、飛行高度低、速度慢、電子設(shè)備性能低,相應(yīng)的造價(jià)和使用費(fèi)用也低。其代表機(jī)種有俄羅斯的KA-31,英國的海王Mk·2預(yù)警直升機(jī),它們往往是在固定翼預(yù)警機(jī)研制受阻而采取的臨時(shí)應(yīng)急措施。

        60多年來,預(yù)警機(jī)的發(fā)展已經(jīng)歷了三代。第一代預(yù)警機(jī)的典型機(jī)種有美國的WF-1(又稱E-1B)艦載預(yù)警機(jī)及英國的“塘鵝”和“手銬”預(yù)警機(jī);第二代預(yù)警機(jī)的典型機(jī)種有美國的E-2系列預(yù)警機(jī)和前蘇聯(lián)的圖126預(yù)警機(jī);第三代預(yù)警機(jī)的典型機(jī)種有美國的E-3 系列預(yù)警機(jī)和俄羅斯的A-50預(yù)警機(jī)等。

        3 預(yù)警機(jī)的任務(wù)劃分

        預(yù)警機(jī)作戰(zhàn)均是利用其對低空目標(biāo)的探測能力和遠(yuǎn)視能力,精密通暢的通訊聯(lián)系能力,機(jī)動性長航時(shí)、高生存力、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn),完成多種作戰(zhàn)任務(wù)??罩蓄A(yù)警機(jī)的出動本身往往就向?qū)Ψ桨l(fā)出了強(qiáng)烈的政策信號,表明政策意圖,往往能不戰(zhàn)而達(dá)到政治目的。預(yù)警機(jī)的作戰(zhàn)任務(wù)可分為戰(zhàn)略預(yù)警任務(wù)和戰(zhàn)術(shù)預(yù)警任務(wù)。

        3.1 戰(zhàn)略預(yù)警任務(wù)[2]

        冷戰(zhàn)時(shí)期,美國、前蘇聯(lián)二個(gè)超級大國爭奪的重點(diǎn)在歐洲,歐洲具有多山脈、多峽谷、犬牙交錯(cuò)的海岸線和濕潤的氣候和地形特點(diǎn),使北約在戰(zhàn)時(shí)兵力調(diào)動和快速部署困難,提前預(yù)警具有重要價(jià)值。北約在1978年開始建立空中預(yù)警和控制系統(tǒng),使用空中預(yù)警機(jī)使北約增加30min的空襲警報(bào)時(shí)間,可將戰(zhàn)爭首次空戰(zhàn)地點(diǎn)向外推移300~500km。同時(shí)還可以使用空中預(yù)警機(jī)探測對大西洋、英吉利海峽及北約運(yùn)輸造成威脅的敵機(jī)和戰(zhàn)艦,還可監(jiān)視和跟蹤前蘇聯(lián)海面艦艇在波羅地海區(qū)域的活動。

        此階段,美國將預(yù)警機(jī)納入大型預(yù)警網(wǎng)進(jìn)行研究,以加強(qiáng)美國本土對蘇防空問題,美國海軍和空軍預(yù)警機(jī)分別在大西洋和太平洋建立了兩條空中預(yù)警警戒線。為空軍的預(yù)警機(jī)提供大約1h 預(yù)警時(shí)間、海軍提供2.5~3.5h 預(yù)警時(shí)間、對Ma=3的洲際巡航導(dǎo)彈獲得1h預(yù)警時(shí)間。

        3.2 戰(zhàn)術(shù)預(yù)警任務(wù)

        1)實(shí)施空中引導(dǎo)

        越南戰(zhàn)爭期間,美軍派出E-1B 艦載預(yù)警機(jī)巡邏警戒,掩護(hù)為轟炸機(jī)護(hù)航的四架戰(zhàn)斗機(jī),美四架戰(zhàn)斗機(jī)利用越南山陰處的雷達(dá)盲區(qū)待命。E-1B很快發(fā)現(xiàn)迎戰(zhàn)的米格-21飛機(jī),及時(shí)通報(bào)并引導(dǎo)低空待戰(zhàn)戰(zhàn)斗機(jī),美戰(zhàn)斗機(jī)編隊(duì)長機(jī)從90m 低空突然拉起,尾隨其中一架米格-21,發(fā)射兩枚響尾蛇空空導(dǎo)彈,均擊中目標(biāo),將其擊落。

        1991年1月17日海灣戰(zhàn)爭中,美國第125航空母艦艦載E-2C 預(yù)警機(jī)中隊(duì),發(fā)現(xiàn)伊拉克西部H3機(jī)場兩架米格-21起飛,隨即命令“薩拉托加”航空母艦的第17 航母艦載機(jī)F/A-18起飛,此時(shí)F/A-18已經(jīng)裝有執(zhí)行轟炸任務(wù)的武器,接到任務(wù)升空作戰(zhàn),先截?fù)舨袈淞藘杉苊赘?21,后又去繼續(xù)完成轟炸任務(wù)。

        2)空戰(zhàn)指揮

        1979年和1981年,在黎巴嫩,以色列為支持小范圍空戰(zhàn)就采用了早期預(yù)警。1982年在黎巴嫩的貝卡谷地,以色列和敘利亞空軍發(fā)生了大規(guī)模的空戰(zhàn),從1982年6月2日起,以色列的4架E-2C就在地中海的安全空域?qū)④娦袆訉?shí)施監(jiān)控。6月5日首輪攻擊中,以色列空軍就摧毀了敘利亞部署在貝卡谷地的大量雷達(dá)和地對空導(dǎo)彈,同時(shí)還監(jiān)控?cái)⒗麃嗭w機(jī)的起落頻率,并用無線電通訊快速引導(dǎo)己方飛機(jī)進(jìn)入伏擊位置,進(jìn)行側(cè)向攻擊,敘利亞空軍損失慘重,幾乎完全潰敗。

        2003年伊拉克戰(zhàn)爭中,美軍一架E3 預(yù)警指揮控制飛機(jī),在伊拉克上空執(zhí)行戰(zhàn)場監(jiān)視與偵察任務(wù),在獲得“出擊”信號后將任務(wù)有關(guān)信息和坐標(biāo)數(shù)據(jù)中繼給了正在附近巡航的一架B-1B 轟炸機(jī),該機(jī)駕駛員鍵控輸入這些數(shù)據(jù),經(jīng)20m 證明目標(biāo)是真實(shí)之后,立即啟動一個(gè)非常短暫的作戰(zhàn)程序,即刻完成了對地轟炸任務(wù)。

        3)統(tǒng)一指揮戰(zhàn)區(qū)的各參戰(zhàn)單位

        預(yù)警機(jī)可以把預(yù)警和指揮功能集于一身,在一個(gè)戰(zhàn)區(qū),把陸、海、空各參戰(zhàn)單位緊密地聯(lián)合成一個(gè)作戰(zhàn)整體,加速情報(bào)的傳遞,協(xié)同作戰(zhàn)。在1991年海灣戰(zhàn)爭的“沙漠盾牌”、“沙漠風(fēng)暴”和“沙漠軍刀”行動中,E-3主宰著整個(gè)戰(zhàn)場,機(jī)載指揮部門,自動調(diào)用各方力量,完成戰(zhàn)場管理。

        4)預(yù)警機(jī)對海軍艦隊(duì)提供保障作用

        主要是向艦隊(duì)提供入侵兵器的綜合數(shù)據(jù)和威脅方向,便于艦隊(duì)對空中和海上采取攻擊對策,可使敵方在發(fā)射反艦導(dǎo)彈前遭到截?fù)?;提供通訊保障,?zhàn)爭的通信量非常的大,光靠傳統(tǒng)手段或者軍用通訊衛(wèi)星保障,能力不足,所以需要用預(yù)警機(jī)進(jìn)行通訊保障。美國航空母艦編隊(duì)都載有E-2c艦載預(yù)警機(jī),在主要威脅方向200kin處巡航,這樣可以發(fā)現(xiàn)距艦隊(duì)500kin處以外的敵方飛機(jī)并組織攔截,保證航空母艦編隊(duì)的安全。

        5)對緊急事件及時(shí)做出反應(yīng)

        利用預(yù)警機(jī)下視和遠(yuǎn)視能力,加上機(jī)動靈活和暢通的通訊能力,預(yù)警機(jī)具有多種用途??梢栽诰o急事件發(fā)生時(shí),迅速飛往出事點(diǎn),應(yīng)對緊急事件,提供空中監(jiān)視能力,借以表明政治態(tài)度和軍事意圖?,F(xiàn)代戰(zhàn)爭證明預(yù)警機(jī)已經(jīng)在戰(zhàn)爭中發(fā)揮著無可替代的作用。

        4 預(yù)警機(jī)的基本功能

        經(jīng)過分析,預(yù)警機(jī)的主要的基本功能可以歸納為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測、數(shù)據(jù)處理、目標(biāo)識別、導(dǎo)航引導(dǎo)、通信指揮。在這些基本的功能的基礎(chǔ)上進(jìn)行不同的配置使用就可以形成不同的作戰(zhàn)預(yù)警模式,從而滿足不同的作戰(zhàn)任務(wù)的需求。

        圖1 預(yù)警機(jī)基本功能圖

        預(yù)警機(jī)的使用為不同作戰(zhàn)兵種和作戰(zhàn)部隊(duì)間的相互協(xié)同作戰(zhàn)提供了很好的平臺,針對預(yù)警機(jī)應(yīng)用的研究也越來越多,而且其意義也非常的重大,特別是利用預(yù)警機(jī)完成對協(xié)同防空作戰(zhàn)和協(xié)同反潛作戰(zhàn)的流程研究成為目前海軍編隊(duì)艦載預(yù)警機(jī)亟待解決的研究課題。

        5 預(yù)警機(jī)對空協(xié)同作戰(zhàn)[3~7]

        5.1 預(yù)警機(jī)對空協(xié)同作戰(zhàn)任務(wù)劃分

        預(yù)警機(jī)對空協(xié)同作戰(zhàn)任務(wù)可主要細(xì)分為戰(zhàn)術(shù)編隊(duì)、威脅評估、目標(biāo)分配、飛機(jī)引導(dǎo)。戰(zhàn)術(shù)編隊(duì)是進(jìn)行目標(biāo)威脅評估、目標(biāo)分配和飛機(jī)導(dǎo)引的基礎(chǔ),目標(biāo)威脅評估是對空作戰(zhàn)決策的核心,目標(biāo)分配和飛機(jī)的指揮與導(dǎo)引是預(yù)警機(jī)對空協(xié)同作戰(zhàn)的重要部分。

        圖2 預(yù)警機(jī)對空協(xié)同作戰(zhàn)任務(wù)劃分圖

        ·戰(zhàn)術(shù)編隊(duì):指當(dāng)為我方截?fù)魴C(jī)分配攻擊任務(wù)時(shí),把所有的目標(biāo)航跡具有相似或相差不大態(tài)勢屬性按照一定的規(guī)則進(jìn)行劃分所得的綜合體,主要判斷:通過對航跡特性和敵我屬性的判斷進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)編隊(duì),其后進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)編隊(duì)的更新。

        ·威脅評估:主要判斷目標(biāo)機(jī)組的數(shù)量、飛機(jī)類型、戰(zhàn)術(shù)重要性、目標(biāo)機(jī)群中飛機(jī)的殺傷概率等。

        ·目標(biāo)分配:在目標(biāo)威脅評估的基礎(chǔ)上,由預(yù)警機(jī)根據(jù)當(dāng)前的作戰(zhàn)態(tài)勢將我方的機(jī)群兵力合理的分配給各個(gè)目標(biāo)機(jī)組,使分配給每個(gè)目標(biāo)機(jī)組的我方機(jī)組的作戰(zhàn)效能最好。

        ·飛機(jī)引導(dǎo):通過數(shù)據(jù)鏈將目標(biāo)組的位置、航向、速度、與截?fù)魴C(jī)的相對距離、方向、速度差和高度差提供給截?fù)魴C(jī)飛行員,并還提供戰(zhàn)斗機(jī)應(yīng)采用的飛行參數(shù)指令(航速、航向),使目標(biāo)機(jī)組進(jìn)入階級機(jī)組武器系統(tǒng)的供給范圍內(nèi)。

        在實(shí)際的作戰(zhàn)過程中,預(yù)警機(jī)利用探測設(shè)備進(jìn)行目標(biāo)的搜索、跟蹤,結(jié)合實(shí)際情況不斷的進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)編隊(duì)、威脅評估、目標(biāo)分配和飛機(jī)引導(dǎo),組織多個(gè)波次的攻擊和防御,直到敵方目標(biāo)全被擊落(引導(dǎo)返回)或者我方全部失利。

        5.2 預(yù)警機(jī)對空協(xié)同作戰(zhàn)流程

        對預(yù)警機(jī)使用距離的限制條件基本上和航空兵保持一致,在飛機(jī)安全飛離甲板之前,其控制權(quán)限被限制,當(dāng)?shù)竭_(dá)其可使用的安全距離范圍后,編隊(duì)系統(tǒng)可以對其進(jìn)行授權(quán),由其完成遠(yuǎn)程的目標(biāo)探測和對空作戰(zhàn)的指揮和控制。

        1)當(dāng)預(yù)警機(jī)距水面艦艇編隊(duì)指揮艦的距離≤(艦載作戰(zhàn)飛機(jī)正常按起飛安全作戰(zhàn)飛行距離)時(shí),預(yù)警機(jī)接受編隊(duì)指揮,進(jìn)行目標(biāo)探測預(yù)警,并準(zhǔn)備接管起飛的作戰(zhàn)飛機(jī);

        2)當(dāng)預(yù)警機(jī)距水面艦艇編隊(duì)指揮艦的距離>(艦載作戰(zhàn)飛機(jī)正常起飛安全作戰(zhàn)飛行距離)時(shí),編隊(duì)可將指揮權(quán)交給預(yù)警機(jī),預(yù)警機(jī)作為空中指揮所,指揮戰(zhàn)場的作戰(zhàn),可以全面接管起飛的飛機(jī),并進(jìn)行目標(biāo)探測,組織作戰(zhàn)飛機(jī)進(jìn)行對空作戰(zhàn),同時(shí)還可以利用艦載武器協(xié)助完成對空攻擊。

        5.2.1 編隊(duì)指揮(水面艦艇)

        編隊(duì)系統(tǒng)向預(yù)警機(jī)發(fā)送協(xié)同作戰(zhàn)命令,預(yù)警機(jī)開始進(jìn)行預(yù)警,探測目標(biāo)(特別是低空目標(biāo)),根據(jù)編隊(duì)指令向其發(fā)送實(shí)時(shí)目標(biāo)航跡。編隊(duì)利用艦載武器進(jìn)行對空打擊。

        5.2.2 空中指揮(預(yù)警機(jī))

        當(dāng)預(yù)警機(jī)距水面艦艇編隊(duì)指揮艦的距離≤(艦載對空武器的作用距離)時(shí),不僅要實(shí)現(xiàn)對作戰(zhàn)飛機(jī)的引導(dǎo)指揮,還要利用艦載武器進(jìn)行對空打擊。預(yù)警機(jī)進(jìn)行空中目標(biāo)的探測及路徑生成,對己方作戰(zhàn)飛機(jī)進(jìn)行編隊(duì),后對目標(biāo)進(jìn)行威脅判斷,對飛機(jī)編隊(duì)進(jìn)行目標(biāo)分配,下達(dá)作戰(zhàn)指令;在此過程中可以選擇時(shí)機(jī),向編隊(duì)發(fā)送目標(biāo)航跡利用艦載武器對敵目標(biāo)進(jìn)行打擊。

        圖3 預(yù)警機(jī)近距協(xié)同對空指揮流程圖

        當(dāng)預(yù)警機(jī)距水面艦艇編隊(duì)指揮艦的距離>(艦載對空武器的作用距離)時(shí),預(yù)警機(jī)主要完成對己方作戰(zhàn)飛機(jī)的指揮引導(dǎo)。先進(jìn)行目標(biāo)探測,并接收己方作戰(zhàn)飛機(jī)的狀態(tài)信息,對作戰(zhàn)飛機(jī)進(jìn)行編隊(duì),其后完成目標(biāo)威脅的判斷,對飛機(jī)編隊(duì)進(jìn)行目標(biāo)分配,下達(dá)作戰(zhàn)指令。在作戰(zhàn)過程中,結(jié)合實(shí)際情況,不斷的完成作戰(zhàn)命令的調(diào)整。

        圖4 預(yù)警機(jī)遠(yuǎn)程協(xié)同對空指揮流程圖

        6 預(yù)警機(jī)協(xié)同反潛作戰(zhàn)

        利用預(yù)警機(jī)完成協(xié)同反潛任務(wù)的作戰(zhàn)方式主要有兩種:

        1)通過航空反潛機(jī)(包括固定翼反潛巡邏機(jī)和反潛直升機(jī),兩者反潛的手段分別為施放聲吶浮標(biāo)和吊放聲吶)實(shí)現(xiàn)對潛艇的探測與跟蹤,然后將目標(biāo)信息發(fā)送給預(yù)警機(jī),其后由預(yù)警機(jī)實(shí)現(xiàn)打擊任務(wù)分配,完成反潛作戰(zhàn)。

        2)直接由預(yù)警機(jī)布放聲吶浮標(biāo),完成對潛艇目標(biāo)的探測、跟蹤,獲取目標(biāo)信息后,進(jìn)行打擊任務(wù)分配,完成反潛作戰(zhàn)。

        從廣義的預(yù)警機(jī)的功能上講,應(yīng)該優(yōu)先選擇第二種方案,但是由于預(yù)警機(jī)的主要功能以及機(jī)艙條件限制,不允許攜帶大量的聲吶浮標(biāo),而且其對潛探測的能力遠(yuǎn)不如反潛機(jī),所以一般不作選擇,多數(shù)情況下,采取第一種方案完成協(xié)同反潛作戰(zhàn),更加有利于區(qū)域協(xié)同作戰(zhàn)的資源分配和任務(wù)的完成[8~9]。

        6.1 預(yù)警機(jī)協(xié)同反潛作戰(zhàn)任務(wù)劃分

        預(yù)警機(jī)協(xié)同反潛的主要任務(wù)可以劃分為:任務(wù)下發(fā)(下發(fā)給反潛機(jī)所在艦艇還是直接給反潛機(jī)),權(quán)限轉(zhuǎn)移,目標(biāo)搜索探測/跟蹤/定位、威脅判斷、目標(biāo)分配、實(shí)施攻擊、巡邏待命/任務(wù)結(jié)束。

        圖5 預(yù)警機(jī)協(xié)同反潛任務(wù)劃分圖

        圖6 預(yù)警機(jī)協(xié)同反潛流程圖

        6.2 預(yù)警機(jī)協(xié)同反潛作戰(zhàn)流程

        預(yù)警機(jī)對協(xié)同反潛過程中,對反潛機(jī)和艦艇的指揮在預(yù)警機(jī)升空后即可開始,甚至可以在沒起飛時(shí)就對反潛機(jī)進(jìn)行指揮。

        首先根據(jù)任務(wù)需求(來源可為自己或者編隊(duì)指揮所),預(yù)警機(jī)開始編制搜潛任務(wù),得到確認(rèn)后,向反潛飛機(jī)下發(fā)搜潛命令,接收反潛飛機(jī)的相關(guān)信息(包括狀態(tài)、目標(biāo)信息),進(jìn)行目標(biāo)威脅判斷,授權(quán)攻擊,任務(wù)完成待命。

        7 結(jié)語

        預(yù)警機(jī)的應(yīng)用和發(fā)展十分迅速。艦載預(yù)警機(jī)的應(yīng)用需求愈來愈迫切[12],其承擔(dān)的作戰(zhàn)指揮任務(wù)也愈來愈復(fù)雜和多樣化。通過對艦載預(yù)警機(jī)協(xié)同對空和反潛作戰(zhàn)的流程進(jìn)行UML建模分析,對作戰(zhàn)流程的合理性進(jìn)行了分析和模型驗(yàn)證,為艦載預(yù)警機(jī)的功能和作戰(zhàn)流程設(shè)計(jì)提供理論支撐。

        [1]羅乖林,徐勝,王宇.預(yù)警機(jī)技術(shù)及發(fā)展前景[C]∥探索、創(chuàng)新、交流-中國航空學(xué)會青年科技論壇文集:31-40.

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