成順利

(中國人民解放軍92941部隊(duì)，遼寧 葫蘆島 125001)

0 引言

自1982年英阿馬島戰(zhàn)爭中，阿根廷戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)射“飛魚”反艦導(dǎo)彈擊沉英國謝菲爾德驅(qū)逐艦后，現(xiàn)代海戰(zhàn)水面艦艇最大威脅始終是來自于各種平臺(艦載和機(jī)載)發(fā)射的反艦導(dǎo)彈。對艦艇編隊(duì)區(qū)域防空作戰(zhàn)而言，為應(yīng)對這些反艦導(dǎo)彈威脅，各種現(xiàn)代驅(qū)逐艦艇均已裝備多種不同型號的艦空導(dǎo)彈武器或近防武器，例如美國艦艇裝備的標(biāo)準(zhǔn)2/6導(dǎo)彈、海麻雀導(dǎo)彈、海拉姆導(dǎo)彈、密集陣近防武器等。由于各型防空導(dǎo)彈武器的作戰(zhàn)原理、使用時機(jī)和作用距離各不相同，要想防御反艦導(dǎo)彈多批次、多方位的飽和攻擊，單獨(dú)使用一型防空武器，必然無法有效地對付新一代的反艦導(dǎo)彈，因此必須采取多型防空武器綜合控制的方式，在編隊(duì)指揮系統(tǒng)、本艦指揮系統(tǒng)進(jìn)行了目標(biāo)分配及目標(biāo)指示以后，本艦防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)在頻域、時域和空域上進(jìn)行協(xié)同配合，指明由哪一型武器、哪些火力單元對哪些目標(biāo)在何時采取何種射擊方案進(jìn)行射擊(稱為目標(biāo)武器分配，weapon target assignment，WTA)，實(shí)現(xiàn)編隊(duì)區(qū)域防空作戰(zhàn)的最大效能。

國外對艦空導(dǎo)彈武器分配有大量實(shí)戰(zhàn)化研究成果，較為突出典型應(yīng)用之一是美國的艦艇自防御系統(tǒng)(SSDS)。SSDS可將各種傳感器、防御武器及指揮控制系統(tǒng)集成為一體，采用人工智能技術(shù)和基于作戰(zhàn)規(guī)則的戰(zhàn)術(shù)輔助決策技術(shù)，通過綜合使用軟硬武器摧毀來襲目標(biāo)，極大提高了對空防御作戰(zhàn)效能。SSDS系統(tǒng)可對海麻雀導(dǎo)彈、海拉姆導(dǎo)彈、密集陣近防武器及其他軟殺傷武器進(jìn)行綜合控制。SSDS采用嵌入式作戰(zhàn)原則，能夠?qū)硪u導(dǎo)彈威脅做出綜合響應(yīng)，提供從戰(zhàn)術(shù)輔助決策到使用軟、硬殺傷武器交戰(zhàn)等能力，可以利用多型武器實(shí)現(xiàn)對反艦導(dǎo)彈的分層防御能力，使各類水面艦艇能夠?qū)Ω队又旅姆磁炑埠綄?dǎo)彈的威脅。

國內(nèi)對于編隊(duì)防空的目標(biāo)武器分配也已進(jìn)行很多研究[1-10]。文獻(xiàn)[1]提出了基于目標(biāo)威脅程度的動態(tài)武器分配方法，該分配方法集中在目標(biāo)端，沒有考慮對不同的武器類型的協(xié)調(diào)分配過程。文獻(xiàn)[2]提出基于Agent方法的艦艇編隊(duì)目標(biāo)武器分配方法，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一防空目標(biāo)態(tài)勢下編隊(duì)內(nèi)不同艦艇間的武器分配。文獻(xiàn)[3]提出基于動態(tài)規(guī)劃的編隊(duì)內(nèi)多武器類型及多武器通道條件下的武器分配策略，從編隊(duì)宏觀角度分析了多次射擊及武器轉(zhuǎn)火對編隊(duì)武器分配的影響。文獻(xiàn)[4]提出基于灰色決策理論的防空艦艇武器數(shù)量分配方法，實(shí)現(xiàn)不同作戰(zhàn)任務(wù)條件下的單艦戰(zhàn)前多武器的數(shù)量分配模型。文獻(xiàn)[5]提出了基于時間窗的準(zhǔn)動態(tài)目標(biāo)武器分配算法，綜合考慮攔截概率、攔截時間和武器耗費(fèi)等指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)多類防空武器的優(yōu)化分配。

綜上所述，國內(nèi)現(xiàn)有各目標(biāo)武器分配方法均只從編隊(duì)或本艦作戰(zhàn)效能優(yōu)化的理論角度出發(fā)，宏觀上給出作戰(zhàn)效能較高的武器分配方法。部分研究在討論武器分配的同時，對艦艇編隊(duì)防空作戰(zhàn)時的目標(biāo)分配進(jìn)行了一同考慮。在編隊(duì)防空作戰(zhàn)時，目標(biāo)分配通常屬于編隊(duì)指揮范疇。本文只對單艦防空武器系統(tǒng)層面進(jìn)行分析研究，即在上級指揮系統(tǒng)下達(dá)目標(biāo)指示后，需由武器系統(tǒng)進(jìn)行的武器分配方法進(jìn)行研究，并從艦載防空導(dǎo)彈武器攔截過程的實(shí)施層面對武器分配的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行分析。

1 防空作戰(zhàn)指揮及武器攔截過程

艦空導(dǎo)彈射擊指揮是編隊(duì)指揮及本艦指揮等各級指揮人員在使用艦空導(dǎo)彈作戰(zhàn)時，為了充分發(fā)揮武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能所采取的各項(xiàng)措施與活動的總和，需要在全艦集中統(tǒng)一、各系統(tǒng)密切配合的基礎(chǔ)上進(jìn)行。根據(jù)艦空導(dǎo)彈射擊指揮層次劃分和指揮原則，應(yīng)當(dāng)充分利用艦艇指控系統(tǒng)和艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)在指揮自動化方面的潛力,按照突出優(yōu)勢、合理分工、相互協(xié)調(diào)的原則，開發(fā)相應(yīng)的艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)綜合武器控制軟件。

綜合美軍和俄羅斯等外軍艦艇進(jìn)行防空作戰(zhàn)時的指揮情況，艦指揮所通過艦艇指控系統(tǒng)來重點(diǎn)完成對空偵察預(yù)警；目標(biāo)探測、跟蹤、識別和威脅判斷；進(jìn)行目標(biāo)分配和目標(biāo)指示；作戰(zhàn)區(qū)域敵我態(tài)勢監(jiān)控；艦空導(dǎo)彈、艦炮和電子戰(zhàn)等武器裝備綜合運(yùn)用的優(yōu)化；艦艇機(jī)動決策；指揮射擊，組織觀察和評估射擊效果等[11-15]。

在武器攔截過程方面，綜合美國和俄羅斯典型艦空導(dǎo)彈系統(tǒng)的防空作戰(zhàn)過程，艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)在接到艦指控系統(tǒng)的目標(biāo)分配或指示后，進(jìn)行武器分配、目標(biāo)通道分配、導(dǎo)彈射擊效率預(yù)測計(jì)算和火力分配、射擊方式選擇、導(dǎo)彈發(fā)射準(zhǔn)備、導(dǎo)彈武器系統(tǒng)作戰(zhàn)指揮程序控制、發(fā)射前可攔截性判斷、殺傷區(qū)與發(fā)射區(qū)顯示、應(yīng)急情況處理決策等。一次目標(biāo)攔截的簡化過程如下：

(1) 作戰(zhàn)準(zhǔn)備：武器系統(tǒng)收到上級的作戰(zhàn)命令后，操作人員將武器系統(tǒng)各設(shè)備加電、啟動，各設(shè)備自檢，并進(jìn)行通信鏈路檢查。

(2) 接收目標(biāo)指示及目標(biāo)跟蹤信息：當(dāng)武器系統(tǒng)接到目標(biāo)指示及目標(biāo)跟蹤數(shù)據(jù)后，對目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)處理，并進(jìn)行目標(biāo)諸元計(jì)算。

(3) 發(fā)射準(zhǔn)備：武控系統(tǒng)按照一定的流程步驟進(jìn)行武器分配、目標(biāo)通道分配、火力分配及導(dǎo)彈的發(fā)射準(zhǔn)備工作。

(4) 導(dǎo)彈發(fā)射：基于武器分配及火力分配結(jié)果，進(jìn)行導(dǎo)彈發(fā)射流程的控制，導(dǎo)彈進(jìn)入不可逆程序，發(fā)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈發(fā)射。

(5) 制導(dǎo)控制：武控系統(tǒng)根據(jù)一定的算法模型及制導(dǎo)階段控制導(dǎo)彈飛向目標(biāo)。

(6) 彈目交會：滿足一定條件時，導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部引爆，對目標(biāo)進(jìn)行殺傷。

(7) 攔截評估：武控系統(tǒng)根據(jù)一定模型進(jìn)行攔截效果評估。

2 武器分配的約束條件

當(dāng)本艦裝有多種不同型號的防空導(dǎo)彈，且本艦防空導(dǎo)彈武器控制系統(tǒng)(簡稱武控系統(tǒng))對多型導(dǎo)彈具有兼容控制能力時，多型武器的作戰(zhàn)能力可以形成互補(bǔ)，對各類空襲目標(biāo)可以形成更廣的殺傷范圍。各型武器有各自的殺傷區(qū)，這些殺傷區(qū)有一定的重疊區(qū)域，也有各自獨(dú)占的區(qū)域，這就形成了一個綜合武器殺傷區(qū)，當(dāng)目標(biāo)攔截點(diǎn)落入任意一型武器的殺傷區(qū)內(nèi)，本艦的武器系統(tǒng)即應(yīng)對該目標(biāo)形成殺傷能力，如圖1所示。為形成上述殺傷能力，在上級(編隊(duì)指揮或本艦指揮)下達(dá)目標(biāo)指示后，需由武控系統(tǒng)進(jìn)行武器分配，選擇一型武器對目標(biāo)進(jìn)行攔截。后續(xù)根據(jù)武器分配結(jié)果，對所選武器類型進(jìn)行火力分配，并適時發(fā)射導(dǎo)彈對目標(biāo)進(jìn)行攔截。

圖1 艦艇多型防空武器的殺傷區(qū)示意圖Fig.1 Illustration of the killing zones of multi-type air defense weapons

對于武器分配過程，需要考慮的約束條件有目標(biāo)類型、目標(biāo)諸元(目標(biāo)速度、目標(biāo)高度、目標(biāo)斜距、目標(biāo)航路捷徑)、各型武器對當(dāng)前目標(biāo)的殺傷區(qū)、本艦制導(dǎo)資源、本艦武器資源、各型武器殺傷效能等因素。其中，目標(biāo)類型可根據(jù)空情探測情況進(jìn)行實(shí)時更新，也可隨時由作戰(zhàn)人員進(jìn)行更改；目標(biāo)諸元隨著目標(biāo)機(jī)動在實(shí)時的變化；各型武器的殺傷區(qū)以目標(biāo)類型及目標(biāo)諸元為輸入進(jìn)行實(shí)時解算；制導(dǎo)資源及武器資源，指對當(dāng)前目標(biāo)可用的制導(dǎo)通道數(shù)及可用的導(dǎo)彈數(shù)，上述資源還可能被其他目標(biāo)占用，也可能被艦上其他武器系統(tǒng)占用，也有可能受本艦指揮系統(tǒng)各類干預(yù)命令的影響。

綜上所述，各類約束條件均為動態(tài)變化的約束條件，在攔截導(dǎo)彈發(fā)射前隨時可能變化，通過一次武器分配決策無法應(yīng)對約束條件的實(shí)時改變，而應(yīng)在導(dǎo)彈發(fā)射前適時進(jìn)行武器重分配。例如，如圖2所示，當(dāng)目標(biāo)處于高空時，武控系統(tǒng)進(jìn)行了一次武器分配，選擇A型導(dǎo)彈對目標(biāo)進(jìn)行攔截，而在武器分配之后，目標(biāo)突然降低高度實(shí)施超低空突防，這時A型武器不再對該目標(biāo)具有攔截優(yōu)勢，而B型武器更適合攔截低空目標(biāo)，此時須通過武器的重新分配，將該目標(biāo)分配給B型目標(biāo)進(jìn)行攔截。

圖2 約束條件動態(tài)變化導(dǎo)致的武器重分配Fig.2 Redistribution of weapons caused bydynamic constraints

3 武器分配的驅(qū)動策略

以執(zhí)行武器分配的驅(qū)動條件的不同，本文提出3種武器分配的驅(qū)動策略，并對這3種武器分配策略進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)比較。

3.1 方法1：目標(biāo)指示驅(qū)動武器分配

目標(biāo)指示驅(qū)動武器分配的核心思想是在上級指揮系統(tǒng)下達(dá)目標(biāo)指示以后，根據(jù)目標(biāo)指示里的目標(biāo)信息盡早進(jìn)行武器分配。采用該方法進(jìn)行武器分配時需要對目標(biāo)指示中相應(yīng)的目標(biāo)信息進(jìn)行計(jì)算，得到目標(biāo)諸元，并基于其他已知約束信息進(jìn)行武器分配。

采用該武器分配方法，優(yōu)點(diǎn)是武器分配早，所分配武器可盡早進(jìn)行發(fā)射準(zhǔn)備，武器操作人員及指揮人員心理準(zhǔn)備時間長；缺點(diǎn)是武器分配與導(dǎo)彈發(fā)射間隔時間長，各種約束條件發(fā)生變化的可能性大，有更大的可能需要進(jìn)行武器重分配。

3.2 方法2：預(yù)測可攔驅(qū)動武器分配

預(yù)測可攔驅(qū)動武器分配的核心思想是在上級指揮系統(tǒng)下達(dá)目標(biāo)指示以后，先不進(jìn)行武器分配，而是根據(jù)接收到的目標(biāo)跟蹤數(shù)據(jù)進(jìn)行目標(biāo)諸元計(jì)算，當(dāng)預(yù)測目標(biāo)即將進(jìn)入某一型武器的發(fā)射區(qū)前，基于目標(biāo)諸元及其它已知約束信息進(jìn)行武器分配。

采用該武器分配方法，優(yōu)點(diǎn)是武器分配與導(dǎo)彈發(fā)射間隔相對較短，各種約束條件發(fā)生變化的可能性相對小，需要進(jìn)行武器重分配的可能性相對小，并且導(dǎo)彈可以在目標(biāo)進(jìn)入發(fā)射區(qū)之前提前進(jìn)行發(fā)射準(zhǔn)備；缺點(diǎn)是目標(biāo)預(yù)測可攔并不等同于導(dǎo)彈可以火力分配，在某些情況下，不能對所分配的武器類型進(jìn)行火力分配，此時所分配的武器不能進(jìn)行導(dǎo)彈發(fā)射。

3.3 方法3：火力分配驅(qū)動武器分配

火力分配驅(qū)動武器分配的核心思想是在上級指揮系統(tǒng)下達(dá)目標(biāo)指示以后，先不進(jìn)行武器分配，而是根據(jù)接收到的目標(biāo)跟蹤數(shù)據(jù)進(jìn)行目標(biāo)諸元計(jì)算，當(dāng)某一型武器可攔且可以進(jìn)行火力分配時，進(jìn)行武器分配，在某些情況下，如果導(dǎo)彈去火力分配后，需重新進(jìn)行武器分配。

采用該武器分配方法，優(yōu)點(diǎn)是將火力分配與武器分配進(jìn)行綁定，當(dāng)能夠火力分配時才進(jìn)行武器分配，火力去分配時需重新進(jìn)行武器分配，這種方式保證了武器分配與導(dǎo)彈發(fā)射間的最短間隔，各種約束條件發(fā)生變化的可能性最小，需要進(jìn)行武器重分配的可能性最小，并且武器重分配可直接通過火力去分配驅(qū)動；缺點(diǎn)是武器分配時刻較晚，各型導(dǎo)彈需提前進(jìn)行發(fā)射準(zhǔn)備，且武器操作人員及指揮人員心理準(zhǔn)備時間短。

4 武器分配的設(shè)計(jì)原則

從具體作戰(zhàn)實(shí)施角度出發(fā)，在進(jìn)行火武器分配時可以考慮的設(shè)計(jì)原則如下：

(1) 基于人工指定優(yōu)先原則，當(dāng)上級或武控指揮人員人工指定某一武器類型，優(yōu)先分配該類型導(dǎo)彈，當(dāng)人工指定其它武器類型時，進(jìn)行武器重分配。

(2) 基于盡早攔截原則，當(dāng)某一型武器先滿足可攔條件時，優(yōu)先嘗試分配該類武器。

(3) 基于抗干擾優(yōu)先原則，當(dāng)某一型武器所需制導(dǎo)資源受干擾時，優(yōu)先嘗試分配其它類型武器。

(4) 基于殺傷效能優(yōu)先原則，當(dāng)多型武器均可武器分配時，基于提高殺傷效能的目的，優(yōu)先嘗試殺傷效能較高的武器類型。

5 結(jié)束語

本文從單艦防空武器系統(tǒng)綜合控制的角度出發(fā)，對武器分配方法進(jìn)行了分析，提出了戰(zhàn)場環(huán)境動態(tài)變化條件下影響武器分配過程的若干約束條件，并以武器分配執(zhí)行驅(qū)動條件的不同，總結(jié)了三種不同的武器分配驅(qū)動策略，并分析了各個驅(qū)動策略和優(yōu)缺點(diǎn)，最后從具體作戰(zhàn)實(shí)施角度出發(fā)，總結(jié)了武器分配模型設(shè)計(jì)時需考慮的設(shè)計(jì)原則。