賀揚清 沈治河

(海軍大連艦艇學(xué)院科研部 大連 116018)

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反艦導(dǎo)彈集群協(xié)同作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃研究

賀揚清 沈治河

(海軍大連艦艇學(xué)院科研部 大連 116018)

體系作戰(zhàn)條件下反艦導(dǎo)彈集群協(xié)同作戰(zhàn)的優(yōu)勢明顯,針對提升反艦導(dǎo)彈集群突防能力的需求,提出了遠程反艦導(dǎo)彈集群協(xié)同作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃的要求。在分析智能化反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)過程的基礎(chǔ)上,研究反艦導(dǎo)彈集群作戰(zhàn)協(xié)同任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu),設(shè)計反艦導(dǎo)彈集群突防的任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)。

反艦導(dǎo)彈集群; 協(xié)同作戰(zhàn); 任務(wù)規(guī)劃; 邏輯結(jié)構(gòu)

Class Number E919

1 引言

現(xiàn)代海戰(zhàn)中隨著水面艦艇信息化裝備的不斷完善,體系作戰(zhàn)能力凸顯。水面艦艇對海攻擊的作戰(zhàn)方式已經(jīng)由導(dǎo)彈武器的火力機動逐漸取代了傳統(tǒng)海戰(zhàn)的平臺機動[1]。反艦導(dǎo)彈信息化協(xié)同作戰(zhàn)能力的強弱體現(xiàn)在任務(wù)規(guī)劃的優(yōu)劣,而通訊技術(shù)的發(fā)展則賦予反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)發(fā)達的神經(jīng)功能,使任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)在數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的幫助下更加智能化。

2 反艦導(dǎo)彈集群協(xié)同作戰(zhàn)的特點及優(yōu)勢分析

攻擊方編隊在發(fā)射導(dǎo)彈前已獲知目標方位和距離信息,指控中心利用任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng),依據(jù)戰(zhàn)場態(tài)勢感知結(jié)果,在給定的約束條件下,對多枚反艦導(dǎo)彈進行任務(wù)規(guī)劃。根據(jù)打擊任務(wù),指控中心任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)制定出目標分配計劃,按照打擊目標將彈群分組,并為每枚導(dǎo)彈找出一條從發(fā)射點到預(yù)定點的最優(yōu)飛行航跡,計算導(dǎo)彈群到達預(yù)定位置的協(xié)同時刻。協(xié)同時刻各導(dǎo)彈開啟數(shù)據(jù)通訊鏈路,此時指控中心或中繼制導(dǎo)站/衛(wèi)星對各導(dǎo)彈進行精確定位[2]。同時,由事先指定的一枚反艦導(dǎo)彈作為領(lǐng)彈爬升到一定高度后導(dǎo)引頭開機對目標或目標群進行探測,并將目標或目標群信息通過衛(wèi)星傳回指控中心,然后領(lǐng)彈導(dǎo)引頭關(guān)機降高平飛。如果領(lǐng)彈在升空期間失控、被摧毀或通訊中斷,可以按照預(yù)先規(guī)定,由某攻擊彈升任領(lǐng)彈執(zhí)行預(yù)定任務(wù)。指控中心任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)根據(jù)領(lǐng)彈傳回的目標編隊航向與航速、各目標位置等信息以及通過衛(wèi)星定位系統(tǒng)獲知的反艦導(dǎo)彈編隊各彈位置、飛行方向等信息,在必要時對導(dǎo)彈要打擊的目標重新進行分配,根據(jù)分配情況對彈群重新分組并設(shè)置導(dǎo)彈選擇目標模式,然后對各導(dǎo)彈的剩余航路進行修正或重規(guī)劃。最后,指控中心將目標分配和航路規(guī)劃信息通過衛(wèi)星傳給各反艦導(dǎo)彈,要求預(yù)定時刻所有導(dǎo)彈到達自控終點,導(dǎo)彈飛行方向?qū)暑A(yù)定目標,導(dǎo)彈導(dǎo)引頭開機搜捕目標[3],如圖1所示。

圖1 “領(lǐng)彈”與“從彈”協(xié)同攻擊

3 反艦導(dǎo)彈任務(wù)規(guī)劃的要求

反艦導(dǎo)彈任務(wù)規(guī)劃,就是從確定打擊目標到作戰(zhàn)任務(wù)完成的整個過程中,規(guī)劃反艦導(dǎo)彈集群執(zhí)行何種作戰(zhàn)任務(wù)以及如何實施這些任務(wù),使導(dǎo)彈突防概率和整體作戰(zhàn)效能達到最佳[4]。其任務(wù)規(guī)劃的要求表現(xiàn)為以下幾個方面:

1) 預(yù)先規(guī)劃與在線重規(guī)劃

由于反艦導(dǎo)彈射程較遠、飛行時間較長,慣性導(dǎo)航誤差會很大,導(dǎo)彈編隊飛行到預(yù)定時刻會偏出指定位置較遠,而預(yù)定時刻各導(dǎo)彈間的方位偏差和距離偏差也會較大,協(xié)同攻擊將無從談起。實時任務(wù)規(guī)劃可以解決上述問題,但反艦導(dǎo)彈巡航段全程實時任務(wù)規(guī)劃也是不現(xiàn)實的,實時規(guī)劃需要保持彈群與指控中心之間、導(dǎo)彈與導(dǎo)彈之間的通信暢通,這既容易過早暴露自己,也易受到敵方電磁干擾。因此,可將反艦導(dǎo)彈整個飛行過程分為兩段,按段進行預(yù)先規(guī)劃和在線重規(guī)劃[5]。

2) 通暢的數(shù)據(jù)鏈傳輸技術(shù)

數(shù)據(jù)鏈技術(shù)是反艦導(dǎo)彈協(xié)同作戰(zhàn)的重要保障,它在反艦導(dǎo)彈與中繼衛(wèi)星、指控中心之間組網(wǎng)以實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和信息處理。領(lǐng)彈在飛行過程中將探測到的目標信息通過數(shù)據(jù)鏈發(fā)送給衛(wèi)星,再由衛(wèi)星傳給指控中心,指控中心根據(jù)當前戰(zhàn)場態(tài)勢進行在線任務(wù)規(guī)劃,然后將規(guī)劃結(jié)果通過數(shù)據(jù)鏈發(fā)送給衛(wèi)星,再由衛(wèi)星傳給各反艦導(dǎo)彈,各導(dǎo)彈根據(jù)指令對目標實施攻擊。

3) 任務(wù)規(guī)劃協(xié)同性要求高

現(xiàn)代化水面艦艇編隊裝備有遠、中、近程防空導(dǎo)彈,大、中、小口徑火炮以及遠、中、近預(yù)警探測設(shè)備,構(gòu)筑了多層次軟硬對抗攔截防空網(wǎng)絡(luò),若要有效地實施反艦作戰(zhàn),需要協(xié)同攻擊的反艦導(dǎo)彈數(shù)量會很大,而任務(wù)規(guī)劃時不僅要考慮單枚導(dǎo)彈航路的可行性、導(dǎo)彈的生存概率,還要考慮導(dǎo)彈集群在時間和空間上的協(xié)同,保證各導(dǎo)彈對目標的毀傷概率及編隊整體遂行打擊任務(wù)的成功率最大,因此對反艦作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃協(xié)同性要求很高[6]。

4) 任務(wù)規(guī)劃要保證算法的高效性和可實現(xiàn)性

由于反艦導(dǎo)彈的作戰(zhàn)對象是海上機動目標,不論是預(yù)先任務(wù)規(guī)劃還是在線重規(guī)劃,都要在很短的時間內(nèi)完成,否則將致使目標遠離我有利打擊位置而貽誤戰(zhàn)機,因此算法的收斂性和運行速度應(yīng)滿足反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃的可實現(xiàn)和快速高效要求。

4 反艦導(dǎo)彈任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)

反艦導(dǎo)彈任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng),從組成設(shè)備講,分布在發(fā)射平臺任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)和彈載任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)兩大部分中。從功能上講,由態(tài)勢感知、火力分配、路徑規(guī)劃等模塊組成。規(guī)劃系統(tǒng)最后所給出的具體規(guī)劃結(jié)果包括反艦導(dǎo)彈資源分配、敵方目標分配和飛行路徑。

4.1 單反艦導(dǎo)彈任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)

單反艦導(dǎo)彈任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)主要組成和邏輯結(jié)構(gòu)如圖2所示,其核心組成和主要功能包括信息融合、態(tài)勢評估、航路規(guī)劃、遠程通訊等[7]。

圖2 單反艦導(dǎo)彈任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)

1) 信息融合子系統(tǒng)

智能化反艦導(dǎo)彈結(jié)合人工智能、模式識別、信息融合等多種技術(shù),針對不同傳感器所獲取的同源、異源信息和各種情報信息,利用它們的互補性和冗余性,按不同層次進行信息融合,通過雙模/多模復(fù)合、分布式融合、時空融合,可最大程度地提取目標信息。它們所測量的信息不僅包括導(dǎo)彈本身的位置、速度、姿態(tài),還包括導(dǎo)彈所處的外部環(huán)境信息,如海上障礙物、大氣流等,并且將這些信息傳輸至綜控計算機,預(yù)測并控制導(dǎo)彈下一時刻的飛行航跡[8]。

2) 態(tài)勢評估子系統(tǒng)

態(tài)勢評估是在一級融合處理的基礎(chǔ)上,按照軍事專家的思維方式和經(jīng)驗,對戰(zhàn)場上敵、我、友軍及戰(zhàn)場環(huán)境的綜合情況和事件的定量或定性描述,以及對未來戰(zhàn)場情況或事件的預(yù)測。為了使反艦導(dǎo)彈正確、可靠、高效地完成作戰(zhàn)任務(wù),就必須首先對戰(zhàn)場的態(tài)勢進行評估,一旦完成態(tài)勢評估,決策幾乎可以根據(jù)態(tài)勢自動生成。態(tài)勢評估的結(jié)果是形成態(tài)勢分析報告、情況判斷結(jié)論和戰(zhàn)場綜合態(tài)勢圖,為作戰(zhàn)指揮提供輔助決策信息[9]。因此,態(tài)勢評估是決策過程的首要任務(wù),正確、快速的態(tài)勢評估是進行飛行任務(wù)規(guī)劃的基礎(chǔ)。態(tài)勢評估是一個涉及到不確定性的信息融合的推理和決策過程,可采用的方法一般有基于統(tǒng)計理論的經(jīng)典推理、貝葉斯推理和D-S證據(jù)推理。

3) 航路規(guī)劃子系統(tǒng)

航路規(guī)劃是指在特定約束條件下,尋找運動體從初始點到目標點并且滿足某種性能指標最優(yōu)或次優(yōu)的運動軌跡,能使導(dǎo)彈規(guī)避自然障礙和敵方威脅,安全地突防并有效地打擊目標。航路規(guī)劃子系統(tǒng)是任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)的核心,主要實現(xiàn)單導(dǎo)彈航路規(guī)劃、飛行航路選擇性管理等。其主要技術(shù)難點是:在不確定性戰(zhàn)場環(huán)境下出現(xiàn)突發(fā)威脅源或突發(fā)事件時,航路規(guī)劃子系統(tǒng)能夠根據(jù)態(tài)勢評估結(jié)果對飛行航路進行實時重規(guī)劃。

4) 遠程數(shù)據(jù)鏈子系統(tǒng)

遠程數(shù)據(jù)鏈負責導(dǎo)彈控制站與導(dǎo)彈之間的雙向通訊,通訊信息主要包括控制站發(fā)出控制指令、接收導(dǎo)彈發(fā)回的目標信息。導(dǎo)彈數(shù)據(jù)鏈子系統(tǒng)由數(shù)據(jù)鏈終端、數(shù)據(jù)中繼平臺、數(shù)據(jù)鏈地面設(shè)備管理中心和地面戰(zhàn)術(shù)指揮應(yīng)用中心等組成。戰(zhàn)場立體感知系統(tǒng)和火力控制系統(tǒng)借助相應(yīng)數(shù)據(jù)鏈的“實時傳送、無縫鏈接”功能[10],組成一體化的戰(zhàn)場網(wǎng)絡(luò),因此可以說,加裝了數(shù)據(jù)鏈的導(dǎo)彈,才能稱之為智能化導(dǎo)彈或信息化導(dǎo)彈。

4.2 多反艦導(dǎo)彈協(xié)同任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)

1) 反艦導(dǎo)彈協(xié)同攻擊的定義與分類

反艦導(dǎo)彈協(xié)同攻擊是指建立在反艦導(dǎo)彈或其它與之相連系統(tǒng)的智能化作戰(zhàn)能力基礎(chǔ)上,反艦導(dǎo)彈、衛(wèi)星、指控中心通過信息共享、分工協(xié)作、能力互補,對目標進行整體打擊的作戰(zhàn)方式。按照決策的階段可將多彈協(xié)同攻擊分為靜態(tài)協(xié)同和動態(tài)協(xié)同兩類。

多彈靜態(tài)協(xié)同攻擊是指由多枚導(dǎo)彈以彈群的形式對目標或編隊進行攻擊,其中每枚導(dǎo)彈的攻擊目標和采取的戰(zhàn)術(shù)在發(fā)射前已確定并裝訂于彈上。這類協(xié)同是在攻擊前由任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)進行各枚導(dǎo)彈的戰(zhàn)術(shù)和技術(shù)規(guī)劃,發(fā)射后不管,各枚導(dǎo)彈按照預(yù)定的程序?qū)χ付繕诉M行攻擊。靜態(tài)協(xié)同適用于攻擊距離較近且目標固定的對地導(dǎo)彈,并不適用于以海上機動目標為攻擊對象的反艦導(dǎo)彈,尤其是中遠程反艦導(dǎo)彈。

多彈動態(tài)協(xié)同攻擊指由多枚導(dǎo)彈以彈群的形式對指定目標進行攻擊,但是每枚彈的攻擊目標和戰(zhàn)術(shù)選擇可以在攻擊過程中通過彈與人、彈與彈、彈群與彈群之間的協(xié)商與合作動態(tài)指定。具體根據(jù)決策方式的不同又可分為人在回路的協(xié)同與自主協(xié)同兩種類型。人在回路的協(xié)同除了在發(fā)射前進行任務(wù)規(guī)劃外,還可在飛行過程中將目標信息實時傳回指控中心,由指揮員進行動態(tài)任務(wù)規(guī)劃。美國的戰(zhàn)斧戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈采用了這種協(xié)同方式。自主協(xié)同除了在發(fā)射前進行任務(wù)規(guī)劃外,還可在發(fā)射后對目標進行協(xié)同搜索,發(fā)現(xiàn)目標后,通過彈間數(shù)據(jù)鏈或C4I進行彈與彈之間的信息共享,并進行多彈的任務(wù)自主式規(guī)劃,最終對目標進行攻擊。

多彈自主式協(xié)同完全由導(dǎo)彈群自主探測感知戰(zhàn)場信息、自主分配目標、自主航跡規(guī)劃、自主控制導(dǎo)引飛行,雖然可以不用人參與,降低了被干擾的概率,但領(lǐng)彈長時間高彈道飛行,很容易暴露并遭受打擊,而且受彈載存儲量的限制,任務(wù)規(guī)劃的速度和精度都不會很高。

2) 反艦導(dǎo)彈集群協(xié)同任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)

根據(jù)反艦導(dǎo)彈協(xié)同攻擊的作戰(zhàn)過程,多枚反艦導(dǎo)彈協(xié)同任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)如圖3所示,其組成部分包括信息融合、態(tài)勢評估、目標分配、協(xié)同航路規(guī)劃、數(shù)據(jù)通訊等,其中目標分配、協(xié)同航路規(guī)劃為其核心部分。與單枚反艦導(dǎo)彈任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)相比,信息融合、態(tài)勢評估兩部分功能基本相同,不同之處在于增加了目標分配,航路規(guī)劃在原來基礎(chǔ)上突出了導(dǎo)彈之間的時空協(xié)同要求[11]。

圖3 反艦導(dǎo)彈群協(xié)同任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

多枚反艦導(dǎo)彈協(xié)同作戰(zhàn)過程中,不可避免地面臨目標分配和編隊配置問題。協(xié)同目標分配的目的就是明確反艦導(dǎo)彈的攻擊目標并進行分配,對反艦導(dǎo)彈進行編隊、設(shè)計其粗略路徑,使得整個反艦導(dǎo)彈集群的作戰(zhàn)效能最高。目標分配子系統(tǒng)綜合考慮影響反艦作戰(zhàn)效能的各種因素,包括各反艦導(dǎo)彈對各個目標的預(yù)估航路代價、需要飛行的時間范圍、毀傷概率以及各個目標的戰(zhàn)術(shù)價值、經(jīng)濟價值和對我方的威脅度等,按照戰(zhàn)術(shù)任務(wù)要求確定協(xié)調(diào)分配方案,將攻擊目標分配給各個反艦導(dǎo)彈。

5 結(jié)語

反艦導(dǎo)彈集群作戰(zhàn)是未來體系作戰(zhàn)條件下海上攻擊樣式的主要發(fā)展趨勢,集中體現(xiàn)了反艦導(dǎo)彈智能化、協(xié)同化、網(wǎng)絡(luò)化的作戰(zhàn)思想。在飛航導(dǎo)彈信息技術(shù)發(fā)展的帶動下,未來的反艦導(dǎo)彈海上作戰(zhàn)將不再局限于“獨立平臺,單一使用”,協(xié)同作戰(zhàn)必然成為提升戰(zhàn)斗力的首選作戰(zhàn)方式。隨著反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的發(fā)展,必須有針對性地研究協(xié)同作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃問題,以適應(yīng)未來的作戰(zhàn)。本文為此進行了初步探討,可為下一步深入開展研究奠定基礎(chǔ)。

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Anti-ship Missiles Clustered Together Mission Planning

HE Yangqing SHEN Zhihe

(Ministry of Scientific Research, Dalian Naval Academy, Dalian 116018)

Cluster coordinated combat anti-ship missile system under operational conditions have obvious advantages. Aiming at the requirements of enhancing the anti-ship missile for the cluster penetration capability, the anti-ship missile remote cluster cooperative combat mission planning requirements are proposed. Based on the analysis of intelligent anti-ship missiles on combat process, the logical structure of the cluster research ship missile cooperative combat mission planning system is researched and the anti-ship missile cluster penetration mission planning systems are designed.

anti-ship missile clusters, coordinated operations, mission planning, logical structure

2015年1月2日,

2015年2月27日 作者簡介:賀揚清,男,碩士,實習(xí)研究員,研究方向:艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)作戰(zhàn)使用。

E919

10.3969/j.issn1672-9730.2015.07.001