劉敬蜀，姜文志，劉 濤，代進進

(海軍航空工程學(xué)院，山東 煙臺 264001)

海軍要地是海軍兵力生存和作戰(zhàn)依托，是駐屯區(qū)域內(nèi)的海軍兵力賴以棲息、修整、恢復(fù)戰(zhàn)斗力、待機、補給和維修的根據(jù)地，也是實施海上作戰(zhàn)進攻的出發(fā)地，軍事戰(zhàn)略地位重要。海軍要地防空擔(dān)負海軍要地及其轄區(qū)范圍內(nèi)的國土防空任務(wù)，保護駐防兵力、設(shè)施、指揮所、技術(shù)陣地、洞庫等目標的安全，包括對空預(yù)警、遠距空中截擊、轄區(qū)協(xié)同防空、要點目標自衛(wèi)反導(dǎo)等綜合防空作戰(zhàn)任務(wù)［1］。

隨著新技術(shù)的發(fā)展，空襲目標的作戰(zhàn)能力得到較大提高，突出體現(xiàn)在電子對抗、機動飛行、低空突防、飽和攻擊和防區(qū)外攻擊等戰(zhàn)術(shù)的應(yīng)用，這些戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用對傳統(tǒng)的平臺中心戰(zhàn)提出挑戰(zhàn)。隨著信息化的不斷推進，網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)［2-3］作為一種新的作戰(zhàn)概念(Network-Centric Warfare，NCW)應(yīng)運而生，它的產(chǎn)生對現(xiàn)代軍事理論產(chǎn)生了重要影響，針對不同的背景，其具體實現(xiàn)和應(yīng)用也有所不同，美國海軍的協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)［4］(cooperative engagement capability，CEC)就是網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)在海軍編隊作戰(zhàn)中的具體實現(xiàn)。

為了適應(yīng)未來我海軍要地防空作戰(zhàn)的需求，本文基于網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)思想，提出動態(tài)火力單元接入下要地防空作戰(zhàn)系統(tǒng)。它是基于戰(zhàn)術(shù)指揮控制中心集中指揮，利用計算機、通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將地理上分布的各防空火力單元的作戰(zhàn)資源聯(lián)網(wǎng)成統(tǒng)一高效的防空體系，各防空火力單元可以根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)需求隨時接入與退出。在這種作戰(zhàn)系統(tǒng)下，要地防空體系的超視距攔截能力、反干擾能力和反隱身能力都將得到大大提高，也能更充分地發(fā)揮作戰(zhàn)資源的整體效能。

本文運用體系研究的理論和方法，對動態(tài)火力單元接入下的要地防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)能力需求、系統(tǒng)的組成與功能結(jié)構(gòu)、作戰(zhàn)過程與方式以及系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)等問題進行了深入探討。

1 作戰(zhàn)系統(tǒng)的組成與功能結(jié)構(gòu)

1.1 組成結(jié)構(gòu)

海軍要地防空作戰(zhàn)的火力單元是指用于海軍要地防空的可以獨立作戰(zhàn)的一組設(shè)備。

直接作戰(zhàn)設(shè)備主要包括通信系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)、目標探測跟蹤系統(tǒng)、制導(dǎo)系統(tǒng)、發(fā)射裝置、彈(丸)、干擾系統(tǒng)等，基于戰(zhàn)術(shù)指揮控制中心集中指揮的防空作戰(zhàn)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 動態(tài)火力接入下防空作戰(zhàn)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

當(dāng)戰(zhàn)術(shù)指揮控制中心完好時，接入的m個火力單元通過鏈路A在戰(zhàn)術(shù)指控中心組織下進行協(xié)同作戰(zhàn)。基于網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)思想，將火力單元的組成抽象為指揮控制節(jié)點、探測跟蹤節(jié)點、發(fā)射節(jié)點(包括發(fā)射系統(tǒng)和導(dǎo)彈系統(tǒng))和制導(dǎo)節(jié)點，動態(tài)火力接入下的防空作戰(zhàn)系統(tǒng)不再是火力單元層面的簡單組合，而是各作戰(zhàn)節(jié)點在戰(zhàn)術(shù)指揮控制中心的集中指揮下，根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)需要以及各節(jié)點的狀態(tài)臨時集成為一個面向威脅目標的動態(tài)虛擬組織，稱其為虛擬火力單元(virtual fire unit，VFU)，VFU能夠隨著任務(wù)的變化動態(tài)地解體與重組。另外，針對要地防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的特點，發(fā)射節(jié)點只接受其所在火力單元指控節(jié)點的支配，而探測跟蹤節(jié)點和制導(dǎo)節(jié)點可根據(jù)任務(wù)需要為其他多個火力單元提供目標以及攔截彈的信息支持。不難發(fā)現(xiàn)，VFU就是動態(tài)火力接入作戰(zhàn)系統(tǒng)下被賦予新的涵義的火力單元概念。

當(dāng)戰(zhàn)術(shù)指揮控制中心戰(zhàn)損時，指定某火力單元(如火力單元1)進行接替指揮，接入的火力單元通過鏈路B(圖1虛線所示)直接連通進行協(xié)同作戰(zhàn);戰(zhàn)損的火力單元j(1≤j≤m)退出作戰(zhàn)體系，修復(fù)好的火力單元可隨時接入作戰(zhàn)體系。

1.2 功能結(jié)構(gòu)

按照作戰(zhàn)資源的功能不同，將動態(tài)接入下要地防空作戰(zhàn)系統(tǒng)劃分為:在戰(zhàn)術(shù)指揮控制中心集中指揮下，通過地域通信網(wǎng)進行連通的傳感器網(wǎng)、指揮控制網(wǎng)和攔截火力網(wǎng)3種邏輯結(jié)構(gòu)，傳感器網(wǎng)和火力攔截網(wǎng)通過相對應(yīng)的指揮控制節(jié)點接入通信網(wǎng)，如圖2所示。

圖2 動態(tài)火力接入下防空作戰(zhàn)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

1)戰(zhàn)術(shù)指揮控制中心

戰(zhàn)術(shù)指揮控制中心，主要由計算機信息處理系統(tǒng)、顯控系統(tǒng)、通信設(shè)備以及一些接口設(shè)備和輔助設(shè)備組成，它通過匯集上級指揮所、友鄰部隊、預(yù)警信息系統(tǒng)以及各火力單元探測跟蹤節(jié)點的目標信息進行信息融合，并通過地域通信網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)給其他火力單元，各火力單元指控中心統(tǒng)一目標編號以及其他信息，從而形成統(tǒng)一空情信息場;在確定攔截目標的情況下，戰(zhàn)術(shù)指控中心根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)和火力單元實時狀態(tài)信息，確定需要動態(tài)接入的火力單元指揮控制節(jié)點，通過威脅評估、目標分配等決策過程，形成對目標攔截最有利的一個或多個虛擬火力單元，并指揮協(xié)調(diào)接入的多個火力單元間協(xié)同作戰(zhàn)。

2)指揮控制網(wǎng)

指揮控制網(wǎng)由動態(tài)接入的多個火力單元指控中心組成，每個指控中心視為一個指揮控制節(jié)點，它是組織火力、控制武器系統(tǒng)作戰(zhàn)的樞紐，其主要功能是完成本級火力單元的指揮控制，實現(xiàn)傳感器網(wǎng)和攔截火力網(wǎng)與戰(zhàn)術(shù)指控中心的信息交互功能。當(dāng)戰(zhàn)術(shù)指控中心受損時，可指定某一火力單元指控中心進行接替指揮，其功能不變，但是指揮控制能力將減小。

另外，各火力單元的干擾系統(tǒng)受控于本單元的指控中心，它能夠正確響應(yīng)和執(zhí)行指控命令，并實時向火力單元指控節(jié)點回送自身工作狀態(tài)，對來襲的反輻射導(dǎo)彈實施有效誘偏。

3)傳感器網(wǎng)

傳感器網(wǎng)由動態(tài)接入防空導(dǎo)彈火力單元的探測跟蹤節(jié)點和制導(dǎo)節(jié)點組成。

探測跟蹤節(jié)點主要是在較大作戰(zhàn)空域內(nèi)搜索和監(jiān)測目標，完成對來襲目標的截獲和跟蹤，從而為指揮控制網(wǎng)提供足夠精度的目標跟蹤信息;截獲并跟蹤攔截彈，為指揮控制網(wǎng)提供攔截彈跟蹤信息;向指揮控制網(wǎng)提供干擾偵察信息以及雷達狀態(tài)信息。

制導(dǎo)節(jié)點的主要功能是形成并向?qū)棸l(fā)送制導(dǎo)指令，接受導(dǎo)彈下行信息，引導(dǎo)導(dǎo)彈飛向目標，動態(tài)接入的每一個制導(dǎo)節(jié)點可以同時為多個火力單元發(fā)射的多枚攔截彈進行制導(dǎo)。

4)攔截火力網(wǎng)

攔截火力網(wǎng)主要由動態(tài)接入各火力單元的發(fā)射系統(tǒng)和防空導(dǎo)彈組成，發(fā)射系統(tǒng)根據(jù)指揮控制網(wǎng)的作戰(zhàn)指令，做好發(fā)射準備和裝訂發(fā)射參數(shù)，并發(fā)射防空導(dǎo)彈，防空導(dǎo)彈接收制導(dǎo)節(jié)點的制導(dǎo)指令，同時向制導(dǎo)節(jié)點發(fā)送下行指令以此修正彈道，從而實現(xiàn)對目標的準確攔截。

5)通信網(wǎng)

通信網(wǎng)由戰(zhàn)術(shù)級和火力單元級的通信系統(tǒng)組成，它是實現(xiàn)動態(tài)火力接入多火力單元協(xié)同作戰(zhàn)的基礎(chǔ)。地域通信網(wǎng)傳輸?shù)男畔⒅饕ǜ骰鹆卧那閳笮畔?、武器狀態(tài)信息，戰(zhàn)術(shù)指控中心協(xié)同多火力單元作戰(zhàn)的指揮命令和控制指令等。

2 動態(tài)接入下要地防空作戰(zhàn)過程

戰(zhàn)術(shù)指揮控制中心集中指揮下，各火力單元動態(tài)接入的要地防空作戰(zhàn)過程如圖3所示。

圖3 動態(tài)火力接入下要地防空作戰(zhàn)過程

2.1 作戰(zhàn)準備

作戰(zhàn)準備階段，各火力單元根據(jù)上級命令和情報信息，設(shè)備加電開機、進行自檢，武器系統(tǒng)建鏈，確定武器系統(tǒng)作戰(zhàn)方式，進入作戰(zhàn)程序。特別地，該階段增加了火力單元與戰(zhàn)術(shù)指揮控制中心(或接替指揮的火力單元)之間動態(tài)建立通信鏈路的過程，各火力單元與戰(zhàn)術(shù)指控中心均預(yù)留通信接口，根據(jù)作戰(zhàn)需要，通過有線或者無線鏈路實現(xiàn)動態(tài)建鏈。

2.2 情報獲取

情報獲取包括對目標的搜索跟蹤、截獲以及綜合識別3個環(huán)節(jié)。在這一階段，火力單元可以向戰(zhàn)術(shù)指控中心(或接替指揮的火力單元)提出隨機接入與退出申請。傳統(tǒng)的火力單元自主作戰(zhàn)時，各探測跟蹤節(jié)點獨立工作，相互之間沒有信息的交流，而在戰(zhàn)術(shù)指揮控制中心集中指揮(或火力單元接替指揮)的動態(tài)接入防空體系下，各火力單元獲取情報是經(jīng)由戰(zhàn)術(shù)指控中心融合各級探測信息所得的目標統(tǒng)一空情信息。這種作戰(zhàn)體系最大的優(yōu)勢就是各探測跟蹤節(jié)點在戰(zhàn)術(shù)指控中心的協(xié)調(diào)控制下增加了橫向協(xié)作，當(dāng)某一火力單元受到干擾或者隱身目標威脅時，戰(zhàn)術(shù)指控中心可以組織其他探測跟蹤節(jié)點為其提供目標跟蹤、識別信息。

2.3 戰(zhàn)術(shù)級決策

戰(zhàn)術(shù)級決策包括威脅評估、攔截排序和目標分配幾個環(huán)節(jié)，由戰(zhàn)術(shù)指控中心完成，在作戰(zhàn)過程中，一旦戰(zhàn)術(shù)指控中心收到攻擊、干擾或出現(xiàn)故障，由指定的火力單元指控中心進行接替指揮，完成決策任務(wù)。

1)威脅評估與攔截排序

戰(zhàn)術(shù)指控中心(或接替指揮的火力單元)指控中心根據(jù)統(tǒng)一空情信息場提供的目標信息和各火力單元實時狀態(tài)參數(shù)，進行目標威脅評估，給出目標威脅排序表，進而給出攔截排序。威脅評估的起點是目標被穩(wěn)定跟蹤，終點是目標被擊毀或喪失對我方要地進行攻擊的能力。目標威脅評估應(yīng)以整體衡量、綜合分析、合理量化為基本要求［5］。到這一階段，戰(zhàn)術(shù)指控中心(或接替指揮的火力單元)仍然接受火力單元的隨機接入與退出申請。

2)目標分配

由于動態(tài)火力接入下，各火力單元通過戰(zhàn)術(shù)指控中心實現(xiàn)了組網(wǎng)作戰(zhàn)，攔截導(dǎo)彈與傳感器的組合關(guān)系實現(xiàn)解耦，因此，戰(zhàn)術(shù)指控中心的目標分配任務(wù)相應(yīng)發(fā)生變化，就是根據(jù)目標威脅排序，將目標依次分配給對其攔截最有利的一個或多個虛擬火力單元，也就是“目標—發(fā)射節(jié)點—制導(dǎo)節(jié)點”三者的優(yōu)化匹配。

2.4 決策執(zhí)行

決策執(zhí)行由虛擬火力單元完成，收到攔截命令的火力單元指控中心協(xié)調(diào)其配屬的虛擬火力單元對目標實施攔截，該過程包括射擊諸元計算、攔截適宜性判斷、火力分配、導(dǎo)彈發(fā)射控制和制導(dǎo)控制5個環(huán)節(jié)，其中導(dǎo)彈制導(dǎo)控制與火力單元獨立作戰(zhàn)區(qū)別較大，動態(tài)接入下的組網(wǎng)作戰(zhàn)實現(xiàn)了多個制導(dǎo)節(jié)點對攔截彈的接力制導(dǎo)，并且在這一階段，戰(zhàn)術(shù)指控中心或接替指揮的火力單元開始接受火力單元的隨機接入申請。

2.5 攔截效果評定

參與作戰(zhàn)的火力單元指控中心在目標與導(dǎo)彈遭遇時，根據(jù)攔截效果評定準則判斷是否殺傷目標，火力單元評定完成后，將結(jié)果上報戰(zhàn)術(shù)指控中心或接替指揮的火力單元指控中心，由其進行作戰(zhàn)結(jié)果統(tǒng)計，完成攔截效果評定。

3 動態(tài)火力接入下組網(wǎng)作戰(zhàn)方式

基于戰(zhàn)術(shù)指控中心集中指揮的動態(tài)火力接入作戰(zhàn)模式，實現(xiàn)了基于協(xié)同跟蹤數(shù)據(jù)發(fā)射、超視距攔截和接力制導(dǎo)3種組網(wǎng)作戰(zhàn)方式。

3.1 基于協(xié)同跟蹤數(shù)據(jù)發(fā)射

動態(tài)火力接入作戰(zhàn)模式下，各探測跟蹤節(jié)點通過戰(zhàn)術(shù)指控中心集中指揮實現(xiàn)了多傳感器集中式組網(wǎng)，從而使火力單元可以利用外部協(xié)同跟蹤數(shù)據(jù)發(fā)射導(dǎo)彈，導(dǎo)彈發(fā)射之后繼續(xù)依賴發(fā)射單元制導(dǎo)節(jié)點提供的信息進行制導(dǎo)，如圖4所示。

圖4 基于協(xié)同跟蹤數(shù)據(jù)發(fā)射示意圖

通過戰(zhàn)術(shù)指控中心對多個探測跟蹤節(jié)點信息進行融合處理，可以獲得比單個節(jié)點更高質(zhì)量的航跡;同時，由于各探測跟蹤節(jié)點相對于目標的視角不同，協(xié)同跟蹤數(shù)據(jù)可以減少目標的起伏、閃爍、地形遮蔽的影響。另外，協(xié)同跟蹤過程中，戰(zhàn)術(shù)指控中心還可以采取頻率分集、空間分集以及三角測量等技術(shù)來提高反電子干擾能力［6］。

3.2 超視距攔截

超視距攔截是指當(dāng)火力單元收到指定攔截指令，但本單元探測跟蹤節(jié)點尚未跟蹤目標，可通過戰(zhàn)術(shù)指控中心獲得其他信息源滿足航跡質(zhì)量要求的目標跟蹤信息，完成射擊諸元計算、導(dǎo)彈參數(shù)裝訂、制導(dǎo)指令形成，并發(fā)射導(dǎo)彈攔截目標，如圖5所示。要地防空作戰(zhàn)中，主要用于解決超低空目標攻擊問題。

3.3 接力制導(dǎo)

接力制導(dǎo)是指當(dāng)火力單元發(fā)射導(dǎo)彈后，將攔截彈的跟蹤制導(dǎo)權(quán)移交給其他火力單元，由其他火力單元對攔截彈接替跟蹤、完成制導(dǎo)過程，如圖6所示。要地防空作戰(zhàn)中，接力制導(dǎo)主要用于解決反輻射導(dǎo)彈(ARM)攻擊問題。

4 關(guān)鍵技術(shù)

圖5 超視距攔截示意圖

圖6 接力制導(dǎo)示意圖

動態(tài)火力接入下要地防空作戰(zhàn)系統(tǒng)的實現(xiàn)涉及到多個領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，如高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多雷達組網(wǎng)技術(shù)、多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)、多武器系統(tǒng)指控控制技術(shù)和決策技術(shù)等［7］，本文重點討論基于戰(zhàn)術(shù)指控中心集中指揮的多武器系統(tǒng)動態(tài)接入指揮控制技術(shù)與決策技術(shù)。

4.1 動態(tài)火力接入下防空導(dǎo)彈殺傷區(qū)構(gòu)建技術(shù)

通過對一般防空導(dǎo)彈殺傷區(qū)定義的擴展，動態(tài)火力接入下防空導(dǎo)彈殺傷區(qū)可以描述為這樣一個空域:動態(tài)火力接入條件下，在該空域中防空導(dǎo)彈殺傷某特定目標的概率不低于某個給定值。殺傷區(qū)通常受到導(dǎo)彈最大飛行斜距、雷達最大跟蹤距離和最大制導(dǎo)距離的限制［8-9］。在動態(tài)火力接入條件下，各火力單元探測跟蹤節(jié)點實現(xiàn)了協(xié)同探測與跟蹤，以及多個制導(dǎo)節(jié)點的接力制導(dǎo)，大大增大了對低空、超低空目標的探測距離和制導(dǎo)距離，使得導(dǎo)彈射程得到充分發(fā)揮，進而大大改善防空導(dǎo)彈殺傷區(qū)的低空超低空特性，因此，動態(tài)火力接入作戰(zhàn)方式下，必須重新探索防空導(dǎo)彈殺傷區(qū)的構(gòu)建方法，重新建立殺傷區(qū)邊界計算模型。

4.2 動態(tài)火力接入下目標威脅評估技術(shù)

威脅評估是一個連續(xù)、動態(tài)的過程，它貫穿于整個作戰(zhàn)過程，從第一個威脅的出現(xiàn)到所有威脅的消失。相比單個火力單元獨立作戰(zhàn)模式，動態(tài)火力接入下的目標威脅評估指標體系以及威脅影響因素都發(fā)生了改變，因此，研究動態(tài)火力接入下目標威脅評估應(yīng)以指標體系構(gòu)建和威脅指標量化兩個方面為重點。

在指標體系構(gòu)建過程中，由于要地防空中，通常是戰(zhàn)術(shù)單元集中指揮動態(tài)接入火力單元保衛(wèi)多處要地對象，并且一般要地與防空陣地在地理位置上是分離的，個別要地前出于防御陣地，因此，必須充分考慮到各要地相對價值對于目標威脅程度的影響。在威脅指標量化過程中，要充分考慮目標相對其要攻擊的要地對象的信息，應(yīng)深入分析指標對威脅的影響機理，建立合理的量化模型，以盡量減少主觀因素的引入。

4.3 動態(tài)火力接入下目標分配技術(shù)

動態(tài)火力接入下組網(wǎng)作戰(zhàn)，實現(xiàn)了防空武器系統(tǒng)的協(xié)同共用，火力單元變成了發(fā)射節(jié)點和制導(dǎo)節(jié)點的臨時構(gòu)成的虛擬組織，即虛擬火力單元(VFU)。動態(tài)火力接入作戰(zhàn)下，VFU的組成不是固定不變的，它根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)需要和各作戰(zhàn)節(jié)點實時狀態(tài)信息解體和重組，這就使得目標火力通道的組織突破了單個火力單元的限制，戰(zhàn)術(shù)指控中心根據(jù)目標信息決策VFU的組合，再優(yōu)化VFU與目標的配對，即“發(fā)射節(jié)點-制導(dǎo)節(jié)點-目標”三者的優(yōu)化匹配問題［10］。

4.4 動態(tài)火力接入下要地防空作戰(zhàn)仿真技術(shù)

當(dāng)前，計算機仿真已經(jīng)成為系統(tǒng)分析、研究、測試、評估和訓(xùn)練的重要手段，在作戰(zhàn)系統(tǒng)研制方面，其有助于縮短研制周期、減少研制經(jīng)費［11］，因此，動態(tài)火力接入下要地防空作戰(zhàn)系統(tǒng)要從理論走向設(shè)備，計算機仿真是其必由之路。

動態(tài)火力接入下要地防空作戰(zhàn)過程是一個交互的過程，系統(tǒng)的各功能節(jié)點之間存在多種信息的交互，包括狀態(tài)信息、位置信息和控制信息等［12］。因此，采用HLA構(gòu)建動態(tài)火力接入下要地防空作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)是行之有效的，為仿真應(yīng)用中系統(tǒng)間的互通、互聯(lián)互操作性提供了先進平臺和技術(shù)路線，滿足防空作戰(zhàn)系統(tǒng)對靈活性和可擴充性的需求。

5 結(jié)束語

動態(tài)火力接入條件下，防空火力單元的反應(yīng)速度、抗飽和能力、抗干擾能力、重組和抗毀能力以及低空超低空特性都得到了大大提升，同時也解決了防空導(dǎo)彈殺傷區(qū)受制于單個火力單元探測跟蹤距離和制導(dǎo)距離的限制。因此，構(gòu)建動態(tài)火力接入下要地防空作戰(zhàn)體系，既是未來海軍要地防空的必然趨勢，也是要地防空作戰(zhàn)由平臺中心站向網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)轉(zhuǎn)型的必由之路，同時，深入研究其作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)，對于完善動態(tài)火力接入下防空組網(wǎng)作戰(zhàn)理論體系具有一定的理論指導(dǎo)意義。

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