艦載對空自防御系統(tǒng)分析＊

劉 楊

（北京西三環(huán)中路19號 北京 100841）

1 引言

21世紀的今天，海面戰(zhàn)斗艦船所面臨的威脅態(tài)勢正變得愈來愈嚴峻，其中受超音速反艦導彈、俯沖式反雷達導彈、低成本無人駕駛飛行器等新威脅尤其突出。隨著“軟硬一體戰(zhàn)”的新觀念的深入，現(xiàn)代戰(zhàn)爭形式已經(jīng)由單純的火力打擊向“精確火力打擊＋信息攻擊”轉(zhuǎn)變，由單純的火力防空向“火力防空＋電子防空”轉(zhuǎn)變，由主要爭奪制空權(quán)、制海權(quán)向爭奪“制天、制空、制海權(quán)＋制信息權(quán)”轉(zhuǎn)變，在信息化戰(zhàn)場上，防御一方不僅面臨空海一體的精確化火力打擊的威脅，還面臨著高強度電子壓制、網(wǎng)絡(luò)攻擊和各種新概念武器打擊的威脅。

在現(xiàn)有對空防御裝備的基礎(chǔ)上，完善信息流程和控制措施，把不同層次、不同方位的武器裝備融為一體，形成具有自身特色的多層次的整體防御作戰(zhàn)能力，最終構(gòu)建艦艇對空自防御系統(tǒng)，從而提高軟硬防護能力才是取勝的關(guān)鍵。新威脅帶來新挑戰(zhàn)，艦艇對空自防御系統(tǒng)開始迅速走上戰(zhàn)爭舞臺，成為水面戰(zhàn)艦必不可少的“護身符”。

2 美國艦載對空自防御系統(tǒng)開發(fā)情況

早在20世紀90年代，美軍投入研制了第一代艦艇自防御系統(tǒng)——快速反艦導彈集成防御系統(tǒng)（RAIDS），具有將多個艦載傳感器集成，信息共享的功能，提高艦艇對反艦導彈防御的快速反應(yīng)能力，初具艦艇自防御系統(tǒng)協(xié)同集成的設(shè)計思想，裝備非“宙斯盾”系統(tǒng)的水面艦艇。

第二代艦載自防御系統(tǒng)——SSDS系統(tǒng)集成全艦傳感器和武器系統(tǒng)為一體化作戰(zhàn)防御系統(tǒng)來幫助提供人員生命和高價值戰(zhàn)艦的保護。SSDS是一種綜合型全自動傳感器融合和武器控制系統(tǒng)，通過光纖局部區(qū)域網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)有傳感器和武器部件結(jié)合在一起，從而協(xié)調(diào)傳感器數(shù)據(jù)，識別和評估潛在的威脅，并且評估艦載防御系統(tǒng)的準備狀態(tài)。然后，系統(tǒng)按照確定的海軍水面戰(zhàn)原則執(zhí)行預(yù)定的戰(zhàn)術(shù)程序，同時仍可使戰(zhàn)斗人員對武器發(fā)射功能保持全面控制。SSDS艦船自防御系統(tǒng)綜合使用硬殺傷武器和電子對抗設(shè)備以摧毀來襲目標，為艦船提供分層的自動化防御能力。當發(fā)現(xiàn)目標時，首先由主、被動誘餌進行干擾，接著用“北約海麻雀”和／或“拉姆”導彈進行攔截，然后用“密集陣”近程武器系統(tǒng)打擊漏網(wǎng)目標。由于采用計算機自動控制，因此縮短了探測、識別、跟蹤和壓制反艦導彈的時間，其作用相當于宙斯盾艦艇上的“宙斯盾”武器系統(tǒng)。

SSDS是一種開放式體系結(jié)構(gòu)OA 的分布式系統(tǒng)，由商用軟硬件COTS構(gòu)成，通過FDDI光纖局域網(wǎng)連接而成的具有探測-控制-交戰(zhàn)能力的一體化防御系統(tǒng)。SSDS包括了美海軍UYQ-70（V）標準顯控臺組件構(gòu)成的人機交互接口，現(xiàn)有的商用局域網(wǎng)接入單元LAU 和商用光纖局域網(wǎng)。

3 艦艇對空自防御系統(tǒng)特點分析

3.1 體系結(jié)構(gòu)特點

艦艇自防御系統(tǒng)全系統(tǒng)由探測—控制—交戰(zhàn)三大功能構(gòu)成，其體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。實質(zhì)上由以下三個單元組成：

1）承擔探測功能的傳感器單元；

2）承擔指揮控制功能的控制臺單元；

3）承擔交戰(zhàn)功能的武器系統(tǒng)單元。

三個單元通過SSDS系統(tǒng)集成為一體，各傳感器和武器系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)接入單元LAU 接入SSDS系統(tǒng)的光纖局域網(wǎng)，所有節(jié)點由SSDS系統(tǒng)的控制臺部分進行控制和信息處理。以上三個單元聯(lián)合SSDS基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)共同構(gòu)成了快速反應(yīng)作戰(zhàn)能力QRCC，從而實現(xiàn)一體化的艦艇自防御作戰(zhàn)能力。

通過分析，SSDS的開放式體系結(jié)構(gòu)具有如下特點：

1）SSDS通過光纖局域網(wǎng)將現(xiàn)有傳感器和武器系統(tǒng)接入SSDS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，通過LAU 提供統(tǒng)一接口規(guī)范，各武器系統(tǒng)保持自身原系統(tǒng)完備性和體系結(jié)構(gòu)不變。

2）SSDS系統(tǒng)自身的體系結(jié)構(gòu)為開放式體系結(jié)構(gòu)OA，遵循OA 模型的全部特征，通過硬件底層、OA 接口、OA 標準框架和OA 功能模塊來實現(xiàn)系統(tǒng)柔性特征。

3）LAU 的作用，為已有的武器系統(tǒng)及傳感器提供OA物理適應(yīng)接口和應(yīng)用層接口。不打破各分系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)及組成，而將其作為SSDS網(wǎng)絡(luò)節(jié)點納入全系統(tǒng)，通過物理轉(zhuǎn)換接口、操作系統(tǒng)API和OA 中間件等外圍接口，實現(xiàn)硬件底層和系統(tǒng)應(yīng)用層提供各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的兼容與信息交互。

4）SSDS系統(tǒng)基于開放式體系結(jié)構(gòu)模型來構(gòu)建。在硬件底層和接口層之上，再分為兩層，OA 標準框架與OA 功能模塊層。標準框架定義SSDS的基礎(chǔ)操作系統(tǒng)，支持應(yīng)用軟件的功能重用，提供分布式計算資源管理；功能模塊層基于OA 標準框架提供各種功能模塊應(yīng)用。

5）SSDS最終通過一臺包含三人指揮桌的標準顯控臺提供人機交互接口，實現(xiàn)對全系統(tǒng)的管理與操控。

3.2 功能特點

SSDS實現(xiàn)全自動一體化艦艇自防御能力，是通過基礎(chǔ)組織功能模塊、任務(wù)控制功能模塊、戰(zhàn)術(shù)圖像功能模塊和自防御作戰(zhàn)功能模塊四項功能模塊來實現(xiàn)的。通過分析，SSDS的功能具有如下特點：

1）功能齊備。具備從探測-指揮控制-武器交戰(zhàn)的作戰(zhàn)全過程的功能組成。作為全時自備式全自動防御作戰(zhàn)系統(tǒng)，具備全面的系統(tǒng)功能，能夠完成全過程的對抗防御作戰(zhàn)的所有作戰(zhàn)環(huán)節(jié)，通過其相應(yīng)功能模塊實現(xiàn)。

2）信息綜合處理功能強。系統(tǒng)能夠?qū)崟r協(xié)同調(diào)度多個傳感器，獲取信息來源廣，形式多樣，能同步處理并提取有利于作戰(zhàn)指揮與決策的戰(zhàn)場信息，提高系統(tǒng)獲取信息品質(zhì)與效率。

3）具有輔助決策功能。系統(tǒng)通過針對多批次目標的跟蹤識別，高效的威脅評估，結(jié)合戰(zhàn)術(shù)輔助軟件實現(xiàn)快速反應(yīng)的全自動交戰(zhàn)決策，為指揮官及時做出正確決策提供支撐。

4）具有武器綜合管理功能。系統(tǒng)控制多型武器系統(tǒng)，其中包括軟／硬結(jié)合，彈／炮結(jié)合，遠／近程結(jié)合，主／被動結(jié)合多種特征，武器使用及控制規(guī)則復(fù)雜，系統(tǒng)能夠根據(jù)實際作戰(zhàn)態(tài)勢對各型武器做出最優(yōu)的調(diào)度控制管理，達到最優(yōu)的系統(tǒng)作戰(zhàn)效能。

3.3 任務(wù)特點

艦艇自防御是艦艇的最高優(yōu)先級的作戰(zhàn)任務(wù)之一。SSDS系統(tǒng)的傳感器必須滿足24小時全天候、大范圍覆蓋的探測與警戒，同時能夠相互共享敵目標信息。AEGIS系統(tǒng)和SSDS系統(tǒng)是美海軍現(xiàn)役的兩大主要水面艦艇防空系統(tǒng)。

SSDS的主要任務(wù)就是為不具備AEGIS系統(tǒng)防空能力的大型水面艦艇提供全天候、全自動、快速反應(yīng)的自防御作戰(zhàn)能力。尤其對作為航母編隊核心的航空母艦來說，艦艇自防御系統(tǒng)就是航空母艦的最后一道防御屏障，而航空母艦本身的安全保障是為全編隊提供航空兵縱深防御和縱深打擊的基礎(chǔ)與前提，因此，SSDS關(guān)系航空母艦本身甚至整個航母作戰(zhàn)編隊防御體系的完整與平衡。SSDS是保證航空母艦存亡安危的核心防御系統(tǒng)，是保障航母作戰(zhàn)編隊能夠順利執(zhí)行作戰(zhàn)使命的重要作戰(zhàn)系統(tǒng)之一。

3.4 性能特點

SSDS集成了非“宙斯盾”系統(tǒng)艦艇上已有配置的全部傳感器和武器系統(tǒng)。整個系統(tǒng)，包括傳感器和武器，統(tǒng)稱為快速反應(yīng)作戰(zhàn)能力QRCC系統(tǒng)。SSDS是QRCC的核心單元，在于通過系統(tǒng)集成優(yōu)化來不斷提升全系統(tǒng)作戰(zhàn)能力，而不是通過提高單一系統(tǒng)的性能來達到目的。整個作戰(zhàn)系統(tǒng)的能力，包括傳感器和武器系統(tǒng)，統(tǒng)一通過快速反應(yīng)作戰(zhàn)能力QRCC來衡量。SSDS集成正是提升QRCC 的重要因素之一。SSDS并不強調(diào)任何獨立傳感器和武器系統(tǒng)的能力超出原有性能，其主要優(yōu)點在于對軟／硬武器系統(tǒng)的協(xié)同能力以使其達到最優(yōu)的戰(zhàn)術(shù)使用。SSDS的性能具有以下特點：

1）SSDS通過商用軟硬件（COTS）技術(shù)，將傳感器和軟／硬殺傷防空武器系統(tǒng)集成為一體，在開放式體系結(jié)構(gòu)下對全系統(tǒng)計算資源進行統(tǒng)一調(diào)度，提高系統(tǒng)信息處理能力。

2）SSDS使用嵌入戰(zhàn)術(shù)軟件以提供戰(zhàn)術(shù)輔助決策，將軟／硬殺傷武器集成為一體化的自動武器系統(tǒng)，以提高探測-交戰(zhàn)能力。

3）SSDS不需要提升單一傳感器的能力，通過接收若干個不同傳感器跟蹤信息的數(shù)據(jù)融合處理來提高目標復(fù)合跟蹤能力。例如，SSDS 通過各獨立雷達，電子支援系統(tǒng)（ESM），敵我識別器（IFF），融合以上數(shù)據(jù)在目標識別和威判的同時進行目標復(fù)合跟蹤。

4）SSDS不需要提升單一武器的能力，通過為指揮官提供作戰(zhàn)方案建議，通過全自動模式下的武器開火控制、ECM 電磁發(fā)射、干擾彈發(fā)射等手段提高交戰(zhàn)時的武器調(diào)度效率。

3.5 裝備應(yīng)用特點

美軍的SSDS系統(tǒng)裝備對象為所有的非“宙斯盾”系統(tǒng)戰(zhàn)艦，在20世紀90年代，作為第一代艦艇自防御系統(tǒng)，快速反艦導彈集成防御系統(tǒng)（RAIDS）裝備了“斯普魯恩斯”級驅(qū)逐艦和“佩里”級護衛(wèi)艦。

進入21世紀后開發(fā)的第二代艦艇自防御系統(tǒng)SSDS，主要針對為航空母艦和兩棲作戰(zhàn)艦艇而設(shè)計。提供對抗漏防的空中威脅的自防御能力來實現(xiàn)最終的全維保護。SSDS系統(tǒng)現(xiàn)已裝備各型艦艇約30套，美軍預(yù)計將采購約58套。美軍在研制SSDS MK 2后，經(jīng)過快速發(fā)展已經(jīng)形成了適應(yīng)不同裝備對象的六型系統(tǒng)，分別裝備六型大型水面作戰(zhàn)艦艇，其中包括全部十艘現(xiàn)役“尼米茲”級航空母艦和建造中的“福特”級航空母艦。SSDS已經(jīng)成為航空母艦自防御裝備體系中不可或缺的標準配置和重要系統(tǒng)之一。在未來近十年（2009～2018）海軍裝備采購預(yù)算規(guī)劃中，對SSDS系統(tǒng)的財政投入約4.46億美元，說明美軍對已經(jīng)取得良好驗證效果的SSDS系統(tǒng)仍將會持續(xù)大力發(fā)展。

4 構(gòu)建艦載對空自防御系統(tǒng)需解決的關(guān)鍵技術(shù)

通過以上分析可知，要構(gòu)建具備艦載對空自防御系統(tǒng)，實現(xiàn)從發(fā)現(xiàn)反艦導彈到與其交戰(zhàn)整個過程的自動化，減少人工干預(yù)，縮短反應(yīng)時間，通過硬殺傷和電子協(xié)同對抗來挫敗威脅，還需要進行下面幾個關(guān)鍵技術(shù)的研究和攻關(guān)。

4.1 多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)

要構(gòu)建艦載對空自防御系統(tǒng)，首先是實現(xiàn)對目標信息的資源共享，通過利用各防御武器系統(tǒng)的傳感器，采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)，提取目標信息，形成目標航跡，為決策和交戰(zhàn)系統(tǒng)提供信息輸入。數(shù)據(jù)融合是對來自多個傳感器的測量數(shù)據(jù)或者其它信息進行綜合處理以便使融合系統(tǒng)能夠提供更多的單個傳感器無法提供的信息，實現(xiàn)單個傳感器數(shù)據(jù)處理無法實現(xiàn)的系統(tǒng)功能，完成單個傳感器無法完成的信息提取任務(wù)。

對艦載已有目標探測和跟蹤設(shè)備進行信息融合處理，需要解決的問題主要集中在時空層信息融合處理層面上。它的主要任務(wù)是利用多傳感器輸出的目標參數(shù)、傳感器平臺參數(shù)和時統(tǒng)參數(shù)等各種數(shù)據(jù)對目標進行參數(shù)估計和預(yù)測。對于護衛(wèi)本艦的單艦艦載探測設(shè)備而言，融合面臨的主要問題有多傳感器情形下的航跡起始、航跡維持、航跡撤消以及多傳感器數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)等。對于跟蹤設(shè)備信息融合模塊來說，主要問題是如何輸出精度更高的融合跟蹤當前值和預(yù)測值。

4.2 綜合毀傷模型技術(shù)

從高層指揮的角度看，艦載對空自防御系統(tǒng)能有效運行的前提之一是建立一個統(tǒng)一的綜合毀傷模型。研究反導導彈系統(tǒng)、電子戰(zhàn)系統(tǒng)、近程反導武器系統(tǒng)的毀傷概率模型，然后在此基礎(chǔ)上建立艦載對空自防御系統(tǒng)綜合毀傷模型，為武器資源的有效實時調(diào)度和毀傷性能在線評估提供支持。

4.3 實時武器調(diào)度技術(shù)

除了在協(xié)同交戰(zhàn)能力中的多傳感器數(shù)據(jù)融合、復(fù)合航跡形成等問題，艦載對空自防御系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要體現(xiàn)在武器分配過程中，其中的難點是如何實現(xiàn)實時武器調(diào)度。艦船自防御系統(tǒng)中涉及多種高速輸入以及不同射程、不同效率的多種硬、軟殺傷武器，同時目標類型和殺傷概率都存在不確定性。系統(tǒng)應(yīng)該具有處理在多目標情況下多種武器調(diào)度問題的能力，并能針對威脅類型，給不同的自防御資源提供輔助決策。

4.4 武器調(diào)度資源管理及沖突協(xié)調(diào)技術(shù)

由于傳感器的局限性和及時性要求，系統(tǒng)有時很難對面臨的威脅作出完全確定的決策，更為困難的是，各種自防御資源都存在各自的局限和制約，面對有限的防御資源，不可能總是以最優(yōu)的方式來使用它們?？赡艹霈F(xiàn)的沖突是：某個武器系統(tǒng)由于已被使用而不能按照理想的計劃，對兩個或兩個以上的不同目標進行發(fā)射，構(gòu)建的艦載對空自防御系統(tǒng)需要系統(tǒng)地解決這些沖突，完善對防御資源的管理，克服防御資源的物理限制，應(yīng)能夠根據(jù)從艦載傳感器得來的各種信息，協(xié)調(diào)資源使用沖突，正確選擇和確定發(fā)射各個防御資源的最佳時間，從而實時地解決沖突問題。

4.5 對空自防御輔助策劃技術(shù)

在多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)和綜合毀傷模型技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)有的防御資源，及交戰(zhàn)準則包括航跡評估參數(shù)、武器交戰(zhàn)參數(shù)和電子戰(zhàn)非交戰(zhàn)區(qū)域等信息為指揮員提供對威脅目標進行綜合防御的規(guī)劃建議，輔助指揮員進行決策。

5 結(jié)語

今后在艦載對空自防御研制過程中，要以艦艇對空自防御需求為牽引，以能力提升為目標，以集成優(yōu)化的要求為系統(tǒng)集成及設(shè)計準則，在現(xiàn)有艦艇防空反導武器系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，充分利用現(xiàn)有成熟技術(shù)，進行功能擴展。以提升整體效能為目標，將資源合理配置，有機交聯(lián)，充分進行系統(tǒng)集成，形成整體對抗能力；以提高系統(tǒng)的自動化水平為目標，依托信息網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)信息資源共享、完備系統(tǒng)信息，充分利用信息處理手段對信息進行科學分析、合理使用，形成智能輔助決策及自動化交戰(zhàn)的能力；以提高系統(tǒng)持續(xù)作戰(zhàn)水平為目標，綜合考慮使用約束，優(yōu)化系統(tǒng)控制流程，消除武器使用沖突，提高系統(tǒng)綜合毀傷評估能力，形成武器動態(tài)實時調(diào)度及互操作的能力。最終通過構(gòu)建艦載對空自防御系統(tǒng)，實現(xiàn)多武器資源共享和協(xié)同作戰(zhàn)，為艦艇提供全面有效的防護能力，切實提高艦艇作戰(zhàn)能力和生存概率。

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