王 睿,蘇志金

(海軍大連艦艇學院,遼寧 大連 116018)

現(xiàn)代海上作戰(zhàn)是基于多軍兵種密切協(xié)同的體系作戰(zhàn),水面艦艇作為海戰(zhàn)場重要任務兵力,承擔著火力進攻、體系防御、兵力輸送和信息支援等綜合使命任務。水面艦艇平臺屬性特殊,具有高度的機動性、集成性和技術密集性,遂行作戰(zhàn)任務時遠離大陸,對外信息傳輸主要依托無線通信手段達成,而無線通信鏈路不可避免地直接暴露于戰(zhàn)場空間,極易受到外部環(huán)境影響和敵方人為干擾,建立科學合理的、滿足不同維度需求的信息傳輸體系并采取針對性較強的效能管控方法對作戰(zhàn)效能的高效發(fā)揮至關重要[1]。

目前,相關學者在信息傳輸效能評判控制領域已進行了較深入研究并取得了一定成果,側重點主要圍繞以下兩個方面:一是聚焦信號處理層級,圍繞環(huán)境噪聲干擾對通信信號進行保真優(yōu)化方法研究,并進行必要的分析驗證;二是聚焦理想鏈路層級,以發(fā)射功率、信道編碼增益、天線增益等關鍵影響因素為切入點,圍繞可通率、傳輸容量、覆蓋范圍等度量指標開展能力評判及方法論證[2-7]。上述雖從不同視角有針對性地實現(xiàn)了信息傳輸效能評價控制,但對接軍事通信任務時,功能性和適用性普遍不強,特別是無法滿足攻守雙方動態(tài)博弈過程中,諸多隨機因子融入時不同指揮層級對信息傳輸保障的評判控制需求。如,敵方增加通信干擾空中平臺時,信息傳輸鏈路效能評判標準及模型選擇將做較大改變。此外,艦艇指揮員更加關注信息傳輸效果及可控空間的直觀反饋,以便為編組整體作戰(zhàn)資源配置提供支持。因此,本文以滿足現(xiàn)實軍事作戰(zhàn)需求為目標,以體系編組對抗作戰(zhàn)為任務背景,提出一套基于實戰(zhàn)任務的艦艇信息傳輸效能評判及控制方法體系,為海上作戰(zhàn)編組整體作戰(zhàn)能力可靠發(fā)揮提供輔助決策支撐。

1 實戰(zhàn)任務艦艇信息傳輸效能影響因子

海上作戰(zhàn)在敵我雙方體系攻防快速轉換不斷變化之中展開,為客觀反映信息保障真實效果,需更加關注攻防雙方人為潛在主觀因素產生的影響。因此,本文對影響因子整體上從信息傳輸維、電子進攻維兩個層面分析,外部自然環(huán)境影響以及其他靜態(tài)因素融入二維之中,不單獨分析。

1.1 作戰(zhàn)編組信息傳輸體系

1)通信裝備保障能力

海上作戰(zhàn)編組中,不同類型艦艇通常裝備與其使命任務、作戰(zhàn)能力相匹配的通信裝備,通信保障手段、覆蓋范圍、傳輸效率存在較大差異,進而間接反映了不同艦艇通信保障固有能力。從通信手段視角,可劃分為微波通信、超短波通信、短波通信、中波通信以及長波通信;從信道數(shù)量視角,可劃分為單臺單通道、多臺多通道以及綜合系統(tǒng)復合通道;從防偵抗擾視角,可劃分為無抗擾、一般抗擾和多重抗擾等多個級別。

2)通信網系規(guī)劃實效

艦艇通信裝備數(shù)量及性能反映艦艇通信保障的固有能力,而艦艇通信保障網系的構建則展現(xiàn)了通信指揮員對執(zhí)掌裝備的擺兵布陣。科學合理的資源配置和通信網系規(guī)劃能夠大限度提升作戰(zhàn)編組信息傳輸實效,反之則浪費資源制約體系作戰(zhàn)效能。優(yōu)質的通信網系規(guī)劃,必須緊密圍繞作戰(zhàn)任務、作戰(zhàn)編組、信息傳輸需求、戰(zhàn)場態(tài)勢、對方通信對抗能力等戰(zhàn)場動態(tài)影響因素靈活配置,進而確保整個網系“全維覆蓋、體系壓制、主備互補、備有冗余”。

1.2 敵方信息通信對抗體系

1)通信對抗裝備能力

通信對抗裝備是實施通信電子干擾的硬支撐,通常包括通信偵察裝備和通信干擾裝備(部分通信電子戰(zhàn)裝備可實現(xiàn)偵察干擾一體),從通信防御實戰(zhàn)視角,通信偵察裝備重點關注指標包括偵察頻率范圍、接收機靈敏度、搜索速度;通信干擾裝備重點關注指標包括干擾頻率范圍、干擾功率、干擾樣式、干擾目標數(shù)量。此外,通信對抗設備配置于不同平臺,作戰(zhàn)效能也存在較大差異。

2)對抗資源配置運用

作戰(zhàn)任務、力量配置不同,通信攻防雙方戰(zhàn)術運用也具有不同的特點和發(fā)揮空間。攻強守弱時,通信電子進攻重點是全維壓制;攻弱守強或攻守力量均衡時,通信電子進攻方的戰(zhàn)術目的達成難度更大,但對抗資源戰(zhàn)術配置模式方法也更具有特殊性,作戰(zhàn)思想主要圍繞如何制約通信方骨干信息傳輸鏈路,即統(tǒng)籌優(yōu)勢力量實現(xiàn)核心壓制。

2 強干擾背景下艦艇信息傳輸量化模型

實際作戰(zhàn)中,海上作戰(zhàn)編組必然要面對對方強烈的電磁干擾,為實現(xiàn)信息傳輸效果及合理管控,需要對通信攻防制約程度進行量化。強干擾環(huán)境下信息傳輸效果衡量指標較為繁雜,不同視角選用的指標也不一致,如,干擾方可選擇通信干擾有效壓制功率、通信干擾壓制臨界干信比、通信干擾有效壓制區(qū)等;通信方可選擇有效通信最小功率、有效通信臨界信干比、有效通信臨界誤碼率、通信有效區(qū)域等[8-10]。鑒于各項度量指標具有強相關性,本文按照便于模型構建及量化實施的原則,主要以干信比和信干比兩個互為反向的指標進行分析建模。

2.1 基于直射波的信息傳輸量化模型

在不考慮超視距傳輸?shù)那闆r下,艦艇衛(wèi)星通信、超短波通信、微波通信均屬于直射波信息傳輸范疇,即滿足通信收發(fā)信設備、通信干擾設備均在同一平面內,可按照各平臺空間位置分布關系進行信息傳輸模型的具體量化。

1)基礎干信比量化模型

依據(jù)經典電子對抗原理,為確保干擾效果,在達到通信攻防頻率一致、工作樣式一致基礎上,通信接收機收到的干信比還應滿足:

(1)

式中,Kj為達成干擾效果的臨界干信比,Prj、Prs分別為接收機接受通信干擾場強、通信場強,下文出現(xiàn)同類變量含義均以此為準。

2)通信鏈路與干擾鏈路均處于自由空間

(2)

式中,Pj、Pt分別為干擾機場強、發(fā)信機通信場強,Rj、Rt分別為干擾距離和通信距離,其他參量為各種增益、損耗帶寬等[1],不具體贅述,下文出現(xiàn)同類變量時含義均以此為準。

3)通信鏈路與干擾鏈路均處于地表(海面)

通信鏈路、干擾鏈路均為地表(海面)時,干信比可表示為

(3)

4)自由空間干擾對應地表(海面)通信

通信鏈路為地表(海面)、干擾鏈路處于無遮擋自由空間時,干信比可表示為

(4)

式中,A為電磁波海面?zhèn)鬏斔p因子。

2.2 基于反射波/繞射波的信息傳輸量化模型

艦艇通信手段中除直射波以外,還涵蓋可以通過電離層反射、地表繞射進而實現(xiàn)遠距離通信的電磁波,信息傳輸模型較直射波存在一定差異。鑒于艦艇長波通信只收不發(fā)且不易受到干擾,本文僅對短波信息傳輸進行量化建模。依據(jù)短波通信距離、短波干擾距離,可將信息傳輸模型進行對應分類。

1)地波受地波干擾信干比模型

當通信距離和干擾距離不大于50 km時

I=10lgPt-20lgRt-10lgPj+20lgRj

(5)

式中,I為接收機收到信號的信干比(單位dB),以下相同。

當通信距離不大于50 km時、干擾距離在50～200 km之間時

I=21+10lgPt-20lgRt-10lgPj+10lgRj

(6)

當通信距離在50～200 km之間、干擾距離不大于50 km時

I=10lgPt-10lgRt-20lgPj+10lgRj

(7)

當通信距離和干擾距離在50～200 km之間時

I=10lgPt-10lgRt-10lgPj+10lgRj

(8)

2)地波受天波干擾信干比模型

當通信距離不大于50 km時

(9)

式中,f為工作頻率、Lpj為系統(tǒng)額外損耗,以下均相同。

當通信距離在50～200 km之間時

10lgPj+20lgRj+Lpj-9.75

(10)

式中,f為工作頻率、Lpj為干擾機系統(tǒng)額外損耗。

3)天波受地波干擾信干比模型

為保證計算信干比的可靠,必須將電離層對天波的衰減和天波傳播中存在的衰落現(xiàn)象考慮進去。結合天波場強計算知識,整理得到接收信干比

(11)

式中,Gs是系統(tǒng)增益,n是跳數(shù),I為吸收系數(shù),fH為100 km高處的磁旋頻率,i100表示在100 km處的電波入射角,以下均相同。

4)天波受天波干擾信干比模型

從通信方視角,為確?？煽啃?此種態(tài)勢下接收信干比關鍵在于忽略干擾方部分損耗,通信方接收損耗不能忽略,接收信干比為

2(n-1)-Lps-10lgPj+20lgRj+Lpj

(12)

式中,Lps為發(fā)信機系統(tǒng)額外損耗。

3 艦艇信息傳輸效能綜合控制流程方法

準確判斷戰(zhàn)場態(tài)勢,預先謀劃行之有效的海上作戰(zhàn)編組信息傳輸體系,能夠適應戰(zhàn)場電磁環(huán)境變化并采取針對性較強的應變措施是確保體系作戰(zhàn)中信息傳輸效能的關鍵[11]。艦艇信息傳輸效能控制應貫穿海上作戰(zhàn)全流程,并在資源配置層面根據(jù)影響因子變化進行快速高效的動態(tài)調整,進而構建科學合理、行之有效的效能控制方法流程。

3.1 控制原則及標準

整體上遵循“非必要無須調整、受干擾適度調整、強干擾專項調整”的原則進行信息傳輸效果控制,主要目的在于兼顧確保信息傳輸可靠、避免通信資源浪費和避免工作頻率暴露三方面總要求。信息傳輸體系因外部干擾而迫切需要調整控制時,對于已開放鏈路可采用必要方法提升接收機信干比,信干比超過臨界值時即視為調整完畢可恢復通信。不同類別的信息傳輸,臨界信干比存在較大差異,大量實驗數(shù)據(jù)表明常見的幾類軍事通信業(yè)務種類中,臨界信干比大小依次為數(shù)據(jù)、報文、話音,即話音抗干擾能力最優(yōu)、數(shù)據(jù)抗干擾能力最弱,這與業(yè)界普遍認知基本吻合。不同類別通信業(yè)務的臨界信干比如表1所示。

表1 不同工作種類對應臨界信干比Tab.1 Critical sir of different work type

3.2 控制必要性評判

1)單鏈路受擾程度判定

海上作戰(zhàn)編組中,艦艇與水面、岸基、空中、水下平臺之間的兩兩通信可視為單信息傳輸鏈路(涵蓋多平臺通信網絡內部點對點信息傳輸),單鏈路信息傳輸效果評判是戰(zhàn)場整體通信保障效果評判的基礎,判定主要在明確收發(fā)信裝備性能、通信干擾設備性能和雙方各平臺空間位置分布基礎上,按照對應的模型量化計算。通過評判模型及相關參量確定通信暢通/干擾壓制區(qū),進行位置直接比對是較為便捷直觀的做法[12]。

2)信息傳輸體系保障效果判定

鑒于海上作戰(zhàn)編組使命任務中各平臺節(jié)點貢獻度不同,整體信息傳輸效能并不完全受制于單鏈路通信效果,還與整個網系配置拓撲結構合理性強相關。如表2所示,單鏈路中斷對作戰(zhàn)編組體系任務產生較大影響時,需要分析信息傳輸體系的整體健康性,即是否存在等效通信并行鏈路或迂回鏈路,如存在則視為整體信息傳輸效果無影響。但對“等效”概念應加以強調,必須以不影響平臺之間信息傳輸時效性為評價標準。

表2 作戰(zhàn)編組信息傳輸效果制約因素及判定Tab.2 The affective factors and judgement for Combat Formation information transmission efficiency

如表2所示,按照相關網系配設結構進行分析,當判定結論為“優(yōu)”時,作戰(zhàn)編組信息傳輸體系無須進行管控,而當判定結論為“差”時,則需要對作戰(zhàn)編組信息傳輸體系進行整體能力升級。

3)基于作戰(zhàn)需求的信息傳輸效果判定

信息化海戰(zhàn)場,海上作戰(zhàn)編組遂行作戰(zhàn)任務要充分關注全流程、全要素,體系作戰(zhàn)效能取決于武器系統(tǒng)、指揮信息系統(tǒng)的銜接配合程度。通信系統(tǒng)作為指揮信息系統(tǒng)重要組成部分,信息傳輸效果評判標準需要與體系作戰(zhàn)需求精準對接[13-15]。典型量化標準為時間限額度量,以作戰(zhàn)編組防空反導任務為例,達成作戰(zhàn)任務需滿足防空反導時間Ts不得大于導彈抵達防空安全區(qū)域的時間TD,即Ts≤TD,而Ts可分解為偵察預警、信息傳輸、信息融合、指揮控制、武器使用等多個環(huán)節(jié)存在對應的配置時間{TJ,TX,TR,TZ,TW,…},從體系作戰(zhàn)視角對不同環(huán)節(jié)可支配時間進行分配,信息傳輸最大可支配極限時間為TXM,則可依據(jù)實際占用時間與最大配置時間關系明確信息傳輸效果。作戰(zhàn)任務完成度制約的信息傳輸效果判定如表3所示。

表3 作戰(zhàn)任務完成度制約的信息傳輸效果判定Tab.3 The information transmission efficiency judgement on combat mission

3.3 綜合判定及控制方法

海上作戰(zhàn)環(huán)境及戰(zhàn)場態(tài)勢瞬息萬變,攻守雙方整體局勢及制約因素也呈動態(tài)屬性調整,而海上作戰(zhàn)編組本身遂行任務過程中需經由不同階段子任務,導致作戰(zhàn)編組信息保障需求及效果評判具有多維性和動態(tài)性,因此,信息傳輸效果控制需要區(qū)分類別、按需而定。艦艇信息傳輸效能評判及管控可按照單鏈路、體系編組和作戰(zhàn)需求反饋三個維度靈活組織實施,以滿足不同層面的信息傳輸任務保障需求?；诓煌枨蟮呐炌畔鬏斝茉u判及管控流程如圖1所示。

圖1 基于不同需求的艦艇信息傳輸效能評判及管控流程Fig.1 Judgement and control flow of warship information transmission efficiency based on different requirements

1)單鏈路信息傳輸效果判定。分析攻防雙方資源配置以及力量編組模式,在單艦艇信息傳輸裝備及模式、通信對抗能力基礎上,重點關注通信鏈路節(jié)點位置、通信頻率、干擾平臺屬性(岸基/空中/水面)、干擾平臺位置等要素。根據(jù)量化模型進行實測干信比與臨界值對比,進而實現(xiàn)基于單艦艇平臺單鏈路可通性判定,同時,根據(jù)需要選擇恰當可行的能力拓展方式。單鏈路判定是作戰(zhàn)編組信息傳輸效果綜合評判的基礎,適用于不同類別作戰(zhàn)任務各階段。

2)體系作戰(zhàn)編組信息傳輸效果判定。以單鏈路信息傳輸效果為判定輸入,重點分析單鏈路對作戰(zhàn)編組整體信息傳輸效果的制約程度,主要從編組作戰(zhàn)任務和信息傳輸拓撲網絡結構展開判定。單鏈路通信質量良好時,體系保障效果評定為優(yōu),無須進行方法拓展;單鏈路質量較差時,依托保障方案進行體系等效能力評判,進而實現(xiàn)體系保障能力判定。

3)作戰(zhàn)需求反饋的信息傳輸效果判定。根據(jù)海上作戰(zhàn)編組體系作戰(zhàn)任務目標,區(qū)分體系信息流各環(huán)節(jié)分配最低時間限度,以單鏈路、體系傳輸量化結論為輸入,通過信息傳輸時間與分配額度比較進行體系作戰(zhàn)效能制約程度評判,進而提出管控方法措施。

4 應用示例

為突出本文所給具體方法流程的實用性和可操作性,以具備一定攻防態(tài)勢的紅藍編組對抗任務為例,對給定方法進行具體闡述說明。紅方編組遂行防空反導任務,兵力包括預警機1架、大型驅逐艦3艘,構成預警機、岸上指揮所共同信息引導艦艇編隊超視距防空反導作戰(zhàn),主要信息鏈路見表4;藍方編組遂行空中打擊任務,兵力以突襲飛機為主,在機載電子戰(zhàn)兵力(具有1路直射波、1路反射波干擾能力)配合下實施遠程火力打擊。

表4 作戰(zhàn)編組指揮關系及主要信息鏈路Tab.4 The combat formation command interference and main information link

評判組織實施過程如下:1) 聚焦紅方重點保障方向進行信干比計算,以假定干擾距離大于300 km、通信距離80 km為輸入,發(fā)信機、干擾機功率為標準配置,兩條數(shù)據(jù)鏈路收信節(jié)點處于壓制區(qū)(接收信干比低于臨界值),單方向維度艦機鏈路中斷、信息傳輸效果差;2) 作戰(zhàn)編組核心節(jié)點編隊指揮艦,預警機對指揮艦數(shù)據(jù)信息傳輸仍可通過預警機-岸站-指揮艦迂回鏈路實現(xiàn),岸基指揮所也可通過岸-艦數(shù)據(jù)鏈路推送態(tài)勢、目指信息,迂回、替代鏈路等效性分析結論為優(yōu),體系保障效果為優(yōu);3) 對預警機-岸指-編指-打擊平臺信息傳輸時間量化,并與上級給定信息傳輸時限比對,可實現(xiàn)基于作戰(zhàn)需求的信息傳輸效果評判,當無法滿足傳輸時限時,可按照表3所提供方法進行能力提升。

5 結束語

實戰(zhàn)背景下信息傳輸時效判定影響因素多,基準不統(tǒng)一,針對不同層級需求的控制方法區(qū)別大。傳統(tǒng)方法更多聚焦單一鏈路保障效能評價,“重技術、輕戰(zhàn)術”現(xiàn)象表現(xiàn)較為突出,無法反映作戰(zhàn)進程動態(tài)更新過程中,攻防雙方態(tài)勢變化對作戰(zhàn)編組整體信息傳輸實效的影響,極大影響信息傳輸保障效果。本文秉承動態(tài)調整管控的整體思想,以實戰(zhàn)任務為背景,對不同類別通信電磁波傳輸模型進行量化,選用經典且廣泛認可的干信比/信干比為核心評價點,針對不同維度信息傳輸保障需求,在外部制約因素輸入基礎上,提出了鏈路、體系和編組作戰(zhàn)全覆蓋的信息傳輸評判控制方法體系架構。此外,文章提出的思路方法可依托計算機語言予以工程實現(xiàn),輔以必要的“情景庫”“方法庫”,構建完整的通信指揮決策系統(tǒng),為艦艇編隊體系作戰(zhàn)提供有效支持。