陳顏輝，王元斌，強超超

（中船重工集團公司第七○九研究所，武漢 430205）

0 引言

“自防御系統(tǒng)（Self-Defense System）”的概念由美國海軍首先提出，特指裝備于非“宙斯盾”級艦艇上的一種近程防空系統(tǒng)——SSDS（Ship Self-Defense System），該系統(tǒng)采取開放式的體系架構，能對相關傳感器資源、軟硬武器資源和指揮控制單元進行系統(tǒng)集成［1］。其中“自身防御”和“自動化、智能化防御”是SSDS 中“自防御”概念的兩項基本特征，以此為基礎可實現(xiàn)對來襲反艦導彈的快速、分層、優(yōu)化的多種武器綜合防御攔截。隨著SSDS 的研制成功和大量列裝，其先進的設計理念也影響到了水下作戰(zhàn)領域，水下自防御系統(tǒng)的研發(fā)成為當前艦船水下裝備建設中的一項全新概念，下面將探討水下自防御系統(tǒng)及其指揮控制（以下簡稱指控）功能設計中的幾個重要問題。

1 水下自防御系統(tǒng)研究范疇的界定

將自防御概念從SSDS 中引入到水下作戰(zhàn)領域并不是簡單的機械式套用，而應與艦船水下防御的基本特征相結合，形成對這一領域變革式發(fā)展階段的形象描述。下面從艦船水下作戰(zhàn)中兩項最主要任務——反潛和魚雷防御的角度來探討水下自防御系統(tǒng)的研究范疇。

水面艦艇反潛作戰(zhàn)可分為搜潛、攻潛和防潛3個任務方向，也可分為單艦反潛、編隊反潛兩個組織層面，單艦對潛防御相對而言更能體現(xiàn)“自身防御”的某些特征。但是無論從哪種組織層面或任務方向來講，反潛作戰(zhàn)都主要側重于對反潛兵力的部署、探潛器材的運用以及反潛武器的使用?！白詣踊?、智能化”的防御需求既不突出也不迫切，人員指揮藝術在低效的反潛行動中始終扮演著決定性作用。因此，將反潛作戰(zhàn)視為水下自防御系統(tǒng)所要解決的核心內容有些牽強。

水面艦艇魚雷防御與導彈防御存在較多相似性，兩者均強調對緊迫態(tài)勢的快速反應、對多種手段的綜合運用、對防御決策的優(yōu)化制定，也都具備實現(xiàn)“自身防御”與“自動化、智能化防御”的基本條件，因此，可將水下自防御系統(tǒng)視為是對綜合防御魚雷技術智能化水平發(fā)展到一定階段的定性描述。需要說明的是，SSDS 中“自防御”的概念主要是相對于編隊區(qū)域防空而言的，而魚雷防御技術長期以來都是聚焦于單平臺作戰(zhàn)層面，要體現(xiàn)出與傳統(tǒng)魚雷防御系統(tǒng)的區(qū)別，就要在水下自防御系統(tǒng)設計中更加突出“自動化、智能化防御”的基本特征，包括實現(xiàn)對威脅態(tài)勢快速可靠的感知與生成能力、對多手段綜合運用的相干性處理與自動優(yōu)化能力等等。

基于以上理解，可界定現(xiàn)階段水下自防御系統(tǒng)的主要研究范疇是：從系統(tǒng)科學角度對探測、決策和交戰(zhàn)控制的相關技術進行頂層設計，建立具有較高智能化水平和快速反應能力的多手段綜合防御魚雷系統(tǒng)。當然，水下自防御系統(tǒng)目前還是一個全新的概念，不排除隨著技術的發(fā)展和觀念的更新，其外延的拓展會覆蓋到全部水下作戰(zhàn)任務的可能，甚至可能與對空自防御系統(tǒng)相集成并發(fā)展為真正意義上的“艦艇自防御系統(tǒng)”。

2 綜合防御魚雷技術的現(xiàn)狀與發(fā)展

多手段綜合防御魚雷技術是水下自防御系統(tǒng)的內核，綜合防御理念的提出是針對水下防御的諸多不確定性因素而言的。水面艦船對潛射魚雷的防御手段主要包括規(guī)避機動、軟殺傷和硬殺傷3 類，在第二次世界大戰(zhàn)結束后的相當長時期內，歐美各國曾一度把魚雷防御器材的研發(fā)重點放在軟殺傷方面，推出了拖曳聲誘餌、火箭助飛聲誘餌、火箭助飛噪聲干擾器等各種水聲對抗器材；原蘇聯(lián)海軍則把魚雷防御器材的研發(fā)重點放在硬殺傷方面，最具代表性的就是UDAV1-M（RKPTZ-1）型火箭深彈反魚雷系統(tǒng)。進入21 世紀，世界主要海軍國家均將研發(fā)重心轉向了懸浮深彈、超空泡射彈、反魚雷魚雷（ATT）方面，從而將魚雷防御器材的發(fā)展推向了快速、精確、智能化硬殺傷攔截的新高度。

圖1 魚雷防御實施過程

水面艦船對來襲魚雷的防御并不僅僅是投放魚雷防御器材那么簡單，而是如圖1 所示包含對魚雷探測/識別/定位、信息綜合處理和決策、軟硬殺傷的實施等一系列對抗過程［2］。魚雷防御系統(tǒng)的研發(fā)正是將這些對抗功能融為一體，實現(xiàn)對來襲魚雷從探測識別到軟硬殺傷的快速反應和綜合防御。目前，綜合防御魚雷技術正在成為水面艦船魚雷防御領域的重點發(fā)展方向，也就是通過合理規(guī)劃軟殺傷、硬殺傷以及規(guī)避機動等多種對抗形式，建立多層次、多手段的綜合防御魚雷對抗體系。前面提到，水下自防御系統(tǒng)是對綜合防御魚雷技術智能化水平發(fā)展到一定階段的定性描述，而這種智能化發(fā)展水平在很大程度上就體現(xiàn)在水下自防御指控功能的研發(fā)中。

3 自防御指控功能設計中主要難點

作為性能先進的魚雷防御系統(tǒng)的控制中樞，自防御指控技術的研發(fā)除了要面對信息少、精度差、態(tài)勢緊迫等傳統(tǒng)魚雷防御技術所面臨的共性難題外，還需要面對一些深層次上的技術問題——尤其是防御對象的多樣性和防御手段的相干性，并由此引出了魚雷制導類型識別、多手段相干性處理兩項關鍵技術。

3.1 防御對象的多樣性

現(xiàn)代水面艦船所面對的魚雷威脅主要來自于敵方水下潛艇，盡管潛射魚雷技術性能已經(jīng)有了較大發(fā)展，但直航B1、聲自導B2、尾流自導B3和線導魚雷B4依然是現(xiàn)代潛艇反艦作戰(zhàn)的主戰(zhàn)武器。水面艦船在防御潛射魚雷過程中，只有識別出魚雷制導類型，才能更有針對性地確定規(guī)避機動策略并投放軟硬殺傷器材。如果不進行魚雷制導類型識別或錯誤地估測來襲魚雷制導類型，輕則會降低對抗魚雷效果——例如針對直航魚雷或尾流自導魚雷投放聲誘餌是毫無意義的；嚴重的則可能會加速本艦被魚雷命中——例如針對線導魚雷來襲而采取了防御尾流自導魚雷時的向雷轉向規(guī)避策略［3］。

關于如何判斷來襲魚雷制導類型問題，文獻［4-6］中構建了基于戰(zhàn)技特征層信息的DS 證據(jù)推理模型，這是一種基于知識和經(jīng)驗的專家推理系統(tǒng)。其中為了降低DS 合成算法的復雜度和運算量，將傳統(tǒng)制導類型的識別空間簡化為{直航魚雷B1，聲自導魚雷B2，尾流自導魚雷B3，線導魚雷B4，未知Θ}，同時還引入了基于否定概念的確定性推理技術用于預先淘汰識別空間中的假設命題，從而實現(xiàn)了將識別結果中的確定性信度與不確定性信度分開表述。為了降低實際作戰(zhàn)中對魚雷制導類型識別存在遺漏、誤判的風險，還可進一步剝離輸出結果中的不確定信度表述，則實際輸出結果可分為圖2 所示的單選、雙選、三選和全選4 組共計15 種確定性組合形式。

圖2 制導類型識別輸出的確定性組合結果

在自防御指控技術研發(fā)過程中，要求針對圖2所示的每種識別結果都能形成相應的綜合防御策略，例如：在判斷來襲魚雷肯定不是直航魚雷B1和線導魚雷B4，但無法確定是尾流自導魚雷B3還是聲自導魚雷B2時，就需要制定針對尾流自導魚雷和聲自導魚雷的組合情形（B2B3），同時有效綜合防御策略，這樣才能確保綜合防御魚雷決策適用范圍的完整性。

3.2 防御手段的相干性

多種防御魚雷手段的綜合運用是水下自防御系統(tǒng)的一個突出特征，自防御指控功能研發(fā)的一個主要任務，就是有效把握多種防御手段之間的相干影響，通過合理規(guī)劃來降低不同防御手段之間的相互沖突，從而實現(xiàn)綜合防御魚雷效能的最大化。這些相干影響主要體現(xiàn)在工程設計和作戰(zhàn)運用兩個方面［7］。

由工程設計原因所導致不同對抗器材之間的沖突與干擾是先天性的，沖突形式往往取決于不同產(chǎn)品在研發(fā)階段的設計理念，一旦產(chǎn)品定型則難以更改。這類相干因素包括：由共架或共控技術而引起的發(fā)射器材種類與數(shù)量相沖突，因工作頻域相近而導致不同對抗器材之間的聲學兼容性沖突，因設計原因而導致不同對抗器材之間存在的識別與互導問題等等。其中有些相干因素可以通過技術改進措施予以解決，而有些則是技術層面難以克服的，只能從運用層面尋求解決途徑。

由作戰(zhàn)運用原因所導致不同對抗器材之間的沖突與干擾是水下自防御指控技術研究的主要內容。這類相干因素主要是指多種防御手段在綜合運用時，可能會因時域或空域上運用不當而未能達到預期防御效果，導致甚至加劇不利態(tài)勢的形成，具體包括：由各種對抗器材的不同對抗原理而導致對抗目的發(fā)生沖突，不同對抗手段的運用時機與次序發(fā)生沖突，不同對抗器材的布放位置形成相互干擾，以及對由規(guī)避機動所引起魚雷彈道變化連鎖效應的利用情況等等。

4 自防御指控功能設計的基本思路

相比傳統(tǒng)的魚雷防御系統(tǒng)，人工干預的減少、優(yōu)化決策的生成、系統(tǒng)反應的加快，是水下自防御指控技術研發(fā)的3 個基本著眼點。其中，人工干預的減少是“自動化、智能化防御”特征的根本體現(xiàn)，而人工干預的減少程度則與系統(tǒng)組成和系統(tǒng)規(guī)模密切相關，并受水下作戰(zhàn)環(huán)境的特殊性制約。例如：對于“報警聲納-控制設備-拖曳式水聲對抗器材”這種非消耗型的簡單對抗系統(tǒng)，構建全自主型任務通道的難度并不大；而對于包含有多種消耗型對抗器材或需以規(guī)避機動相配合的綜合防御行動而言，必要的人工干預則是不可缺少的，保障系統(tǒng)高速運行的關鍵就在于能多大程度上降低人工干預的頻率、減少人工干預的時間。根據(jù)魚雷防御的一般過程分析，在整個防御系統(tǒng)已經(jīng)具備從傳感器、控制設備到各種軟硬武器一體化的物理架構下，人工干預措施主要集中在圖3 所示態(tài)勢感知、輔助決策兩個環(huán)節(jié)。

圖3 水下自防御系統(tǒng)人工干預示意

4.1 態(tài)勢感知手段

態(tài)勢感知與態(tài)勢生成是決策制定的基本依據(jù)，魚雷防御過程中的具體態(tài)勢感知途徑主要包括圖4所示的3 種：探測方式、估測方式、綜合解算方式。

圖4 態(tài)勢感知與弱信息防御示意

所謂探測方式主要包括由被動聲納直接獲取的目標方位或噪聲頻譜、主動聲納直接獲取的目標距離或回波強度等信息，也包括由其他手段直接探測的目標聲、光、磁等特征信息。直接探測所獲信息是觸發(fā)魚雷防御行動的重要依據(jù)，但是由于信息少、精度差、態(tài)勢緊迫，針對直接探測所獲信息并利用傳統(tǒng)意義上的目標識別方法和要素解算算法往往難以及時構造出清晰、完整的戰(zhàn)場態(tài)勢。

在直接探測所獲數(shù)據(jù)本身不能提供足夠支持下，試圖通過對傳統(tǒng)融合算法的改進來強制實現(xiàn)態(tài)勢生成，則可能導致態(tài)勢的失真甚至決策的失誤。在這種情況下，展開合理估測就成為了信息補充的必要手段，也就是在各種探測信息的基礎上通過直接估測而得出某些關鍵信息，例如人工估測給出目標航速、距離、自導距離等估值信息。

所謂綜合解算方式也就是以探測信息和估測信息為基礎構建數(shù)學模型，綜合推導出關于目標的其他衍生類信息，例如根據(jù)探測和估測信息求解出目標運動要素、彈道散布［8］或制導類型［4-6］等等，進而形成對戰(zhàn)場態(tài)勢相對客觀的描述。

4.2 綜合防御決策

信息獲取能力始終是水下攻防對抗研究的主要焦點，但即使水面艦船能對來襲魚雷信息的獲取手段發(fā)揮到極致，在緊迫態(tài)勢下也往往難以確保態(tài)勢生成的真實性以及決策制定的正確性，這種情況下就應將提高弱信息背景下的魚雷防御能力作為重要突破方向。弱信息防御能力的提升應按圖4 所示從戰(zhàn)術和技術兩方面著手：一是研制可滿足弱信息背景下防御魚雷作戰(zhàn)需求的新型對抗器材，二是建立可滿足弱信息背景下防御魚雷作戰(zhàn)需求的綜合防御決策。

立足于現(xiàn)有裝備技術水平，加強多種對抗手段綜合防御魚雷技術研究是當前提高弱信息背景下防御魚雷作戰(zhàn)效能的主要途徑，也是自防御指控技術研發(fā)的一個核心內容。需要注意的是，圖1 中防御魚雷的5 個階段在理論上雖然可以構成多次循環(huán)過程，但在實際對抗中應立足于一次性防御成功的理念展開技術研發(fā)和行動部署。這是因為魚雷報警聲納在發(fā)現(xiàn)魚雷來襲并持續(xù)跟蹤過程中，一旦水面艦船采取了軟硬殺傷或規(guī)避機動后，就可能導致目標進入報警聲納探測盲區(qū)或探測誤差的增大，或者軟硬殺傷器材的工作噪聲干擾報警聲納對目標的跟蹤，進而導致來襲魚雷信息丟失且短時間內難以恢復聲納接觸。此外，有些防御器材的重新裝填也往往難以滿足二次攔截的時間需求。

因此，在水下自防御指控技術研發(fā)中，要求能夠提前構建出周密細致、涵蓋全面的行動預案，確保一次生成的對抗方案快速、合理、可信度高。例如針對圖2 中魚雷制導類型識別的15 種結果分別構建出本艦純機動規(guī)避、單一器材對抗和多手段綜合防御等功能模塊，這就形成了自防御指控功能核心的方法庫、模型庫、規(guī)則庫，實際對抗中可根據(jù)本艦裝備情況和具體戰(zhàn)場態(tài)勢調用相應模塊，從而生成針對性強、可信度高的作戰(zhàn)方案。

5 對自防御指控功能的辯證理解

自防御指控功能的設計是針對一種短暫而激烈的對抗態(tài)勢展開研究，集中了從技術到戰(zhàn)術、從理論到實踐、從方法到理念等各個層面的諸多矛盾問題，其中有些問題甚至需要從辯證的角度來理解和把握，才能達到自防御指控功能設計優(yōu)化的目的。

5.1 人機結合與系統(tǒng)時效

指揮控制系統(tǒng)的自動化發(fā)展水平在很大程度上取決于戰(zhàn)場的態(tài)勢感知與生成能力，例如：防空態(tài)勢生成的清晰度和可信度高，具備構成全自主指控作戰(zhàn)的條件；水下態(tài)勢生成的清晰度和可信度差，則很難構建出全自動指控系統(tǒng)。因此，在魚雷防御行動中指揮員的作用是必不可少的，合理設計人工干預的節(jié)點及功能才是確保魚雷防御系統(tǒng)高效運行的關鍵。

正由于魚雷來襲態(tài)勢緊迫且信息模糊，水面艦艇不可能在有限時間內，對支持決策生成的各種因素展開深入系統(tǒng)的理性分析，很多本該通過定量分析和濾波解算的問題將不得不依靠經(jīng)驗甚至直覺來處理，因此，所執(zhí)行的防御決策往往未能達到充分的成熟度。但是在涉及生死存亡的緊要關頭，依據(jù)自防御指控技術快速生成及時而不太成熟的決策，要遠比一個成熟但卻過時的決策重要得多［9-11］。

5.2 指控功能的評價標準

在已經(jīng)具備從傳感器、控制設備到各種軟硬武器一體化的物理架構下，魚雷防御系統(tǒng)“自動化、智能化”的基本特征主要體現(xiàn)在指控功能的研發(fā)方面。但在指控研發(fā)過程中，不應把試圖繞過指揮員的自動化、智能化作為指控研發(fā)的根本目的，確保態(tài)勢生成的真實性和決策制定的正確性，才是指控技術的核心追求。

在理想的水下自防御決策過程中，指揮員的任務應在于人機結合地實現(xiàn)態(tài)勢感知，以獲得對當前態(tài)勢的快速確認，而不應為決策制定的合理性投入過多額外時間和精力；指控系統(tǒng)在人機結合實現(xiàn)態(tài)勢感知功能的同時，更重要的是提供可分辨態(tài)勢下的精細化模型庫與規(guī)則庫，并能基于所確認的態(tài)勢快速生成較強置信度的防御決策。要做到這一點，就必須將指揮員的“理解、信任與授權”作為評價指控功能的基本指導思想。只要態(tài)勢生成的真實性和決策制定的正確性得到指揮員的充分理解與信任，指揮員才會真正放心地授予自防御系統(tǒng)快速組織通道和協(xié)同控制武器的權力，也才能真正體現(xiàn)出自防御系統(tǒng)快速、自主、高效的防御魚雷能力。

6 結論

水下自防御系統(tǒng)技術研發(fā)的涵蓋面廣、實踐要求強，以上僅是從基本概念和指控功能方面做了初步探索。后續(xù)研究中不但要結合具體裝備性能和試驗數(shù)據(jù)進行量化分析，還需要將其納入到艦船整個作戰(zhàn)系統(tǒng)層面予以宏觀把握，進而提出新理論、研發(fā)新器材、開發(fā)新功能，以推動水面艦艇魚雷防御整體技術的進步。