艦載巡航導(dǎo)彈遠(yuǎn)程對(duì)陸打擊工作模式研究

陳 辭

（海軍駐426廠軍代室 大連 116005）

1 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭越來越重視從海上對(duì)敵方縱深領(lǐng)土進(jìn)行打擊，使敵方陸上主要軍事設(shè)施陷于癱瘓，同時(shí)將己方損失減至最小［1］。在水面艦艇平臺(tái)上裝備制導(dǎo)精度高、射程遠(yuǎn)的巡航導(dǎo)彈等遠(yuǎn)程打擊武器將使其作戰(zhàn)范圍擴(kuò)大到陸地遠(yuǎn)程軍事目標(biāo)，能夠以最低的消耗對(duì)敵目標(biāo)實(shí)施“外科手術(shù)”式的打擊，減少己方人員損失和降低沖突升級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)。例如美國海軍在海灣戰(zhàn)爭、伊拉克戰(zhàn)爭中多次使用宙斯盾驅(qū)逐艦發(fā)射戰(zhàn)斧巡航導(dǎo)彈，有效打擊了敵方的戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)遠(yuǎn)程目標(biāo)［2］。

在水面艦艇發(fā)射平臺(tái)上使用巡航導(dǎo)彈武器對(duì)敵遠(yuǎn)程陸上目標(biāo)執(zhí)行精確打擊任務(wù)時(shí)，根據(jù)巡航導(dǎo)彈武器自身的技術(shù)水平和操控能力，其工作模式主要可分為2種［3］：基于“發(fā)射后不管”的開環(huán)工作模式、基于“人在回路控制”的閉環(huán)工作模式。其中，基于“發(fā)射后不管”的巡航導(dǎo)彈開環(huán)工作模式，具有武器操控功能單一、任務(wù)規(guī)劃簡單、真正做到發(fā)射后不管的無人職守等技術(shù)特點(diǎn)，非常適合用來打擊敵方陸上長期存在且不發(fā)生變化的固定目標(biāo)。而基于“人在回路控制”的巡航導(dǎo)彈閉環(huán)工作模式，在武器發(fā)射后需要根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)態(tài)勢(shì)的動(dòng)態(tài)變化、上級(jí)指揮機(jī)構(gòu)的任務(wù)變更指令，對(duì)巡航導(dǎo)彈進(jìn)行實(shí)時(shí)操作與控制，能夠用來打擊敵方陸上的機(jī)動(dòng)目標(biāo)、稍縱即逝的臨時(shí)目標(biāo)［4］。這種模式一方面極大地提高了遠(yuǎn)程精確打擊任務(wù)執(zhí)行的靈活性，另一方面無疑也使得前期的任務(wù)規(guī)劃更加復(fù)雜、后期對(duì)武器實(shí)時(shí)操控的技術(shù)要求更高。

2 基于“發(fā)射后不管”的開環(huán)工作模式

在基于“發(fā)射后不管”的開環(huán)工作模式下，巡航導(dǎo)彈通常只需要在發(fā)射前對(duì)其做好任務(wù)規(guī)劃［5］工作，包括規(guī)劃好飛行航路、裝載制導(dǎo)數(shù)據(jù)和目標(biāo)特征信息等，在巡航導(dǎo)彈發(fā)射后操作員可以做到放任不管，不再對(duì)其實(shí)施控制，只需通過導(dǎo)彈飛行中的位置上報(bào)系統(tǒng)來接收信息。巡航導(dǎo)彈則按照預(yù)先規(guī)劃好的航路飛行，抵達(dá)目標(biāo)區(qū)域后自動(dòng)搜索目標(biāo)并予以攻擊。

2.1 工作原理

基于發(fā)射后不管的巡航導(dǎo)彈開環(huán)工作模式，其原理示意圖如圖1所示。

圖1 基于發(fā)射后不管的巡航導(dǎo)彈開環(huán)工作模式原理圖

巡航導(dǎo)彈預(yù)先任務(wù)規(guī)劃，主要完成巡航導(dǎo)彈飛行航路的規(guī)劃與設(shè)計(jì)、彈載信息裝訂等工作。在巡航導(dǎo)彈發(fā)射后，任務(wù)監(jiān)控管理主要負(fù)責(zé)對(duì)巡航導(dǎo)彈執(zhí)行遠(yuǎn)程打擊任務(wù)的全過程進(jìn)行實(shí)時(shí)任務(wù)監(jiān)控與管理，巡航導(dǎo)彈武器自身的彈載制導(dǎo)系統(tǒng)，與巡航導(dǎo)彈武器控制系統(tǒng)一起完成對(duì)巡航導(dǎo)彈的內(nèi)環(huán)制導(dǎo)與控制。

2.2 固定目標(biāo)打擊流程

基于發(fā)射后不管的巡航導(dǎo)彈開環(huán)工作模式，其針對(duì)敵方陸上固定目標(biāo)的典型打擊流程示意圖如圖2所示。

圖2 基于發(fā)射后不管的巡航導(dǎo)彈打擊固定目標(biāo)流程示意圖

假如要打擊敵方岸基指揮所目標(biāo)，至少需要2枚以上巡航導(dǎo)彈，分別從目標(biāo)正前方和側(cè)面同時(shí)予以打擊。那么圖中編號(hào)為#1的巡航導(dǎo)彈可先從水面艦艇平臺(tái)上發(fā)射，并沿著第1條飛行航路瓊海和貼地低空飛行，待飛抵目標(biāo)區(qū)域后按照預(yù)定入射角從側(cè)面對(duì)目標(biāo)實(shí)施打擊。同時(shí)，編號(hào)為#2的第2枚巡航導(dǎo)彈從水面艦艇或潛艇平臺(tái)上發(fā)射（圖中是從潛艇平臺(tái)上發(fā)射，且飛行航路更短），沿著第2條飛行航路飛抵目標(biāo)區(qū)域，并按照預(yù)定入射角從目標(biāo)正前方對(duì)目標(biāo)實(shí)施打擊。巡航導(dǎo)彈在飛行過程中，利用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精確導(dǎo)航定位［6］，同時(shí)借助通信衛(wèi)星向發(fā)射平臺(tái)報(bào)告其位置信息。此外，如果采用地形匹配制導(dǎo)技術(shù)，巡航導(dǎo)彈在陸地上空飛行時(shí)，地形匹配輔助制導(dǎo)系統(tǒng)將巡航導(dǎo)彈飛經(jīng)地區(qū)的地形與儲(chǔ)存的參考地形進(jìn)行比較，使巡航導(dǎo)彈保持在正確的航線上。

3 基于“人在回路控制”的閉環(huán)工作模式

3.1 工作原理

基于人在回路控制的巡航導(dǎo)彈閉環(huán)工作模式，其原理示意圖如圖3所示。

圖3 基于人在回路控制的巡航導(dǎo)彈閉環(huán)工作模式原理圖

與前述基于發(fā)射后不管的巡航導(dǎo)彈開環(huán)工作模式的原理圖中一樣：巡航導(dǎo)彈預(yù)先任務(wù)規(guī)劃，主要完成巡航導(dǎo)彈飛行航路的規(guī)劃與設(shè)計(jì)、彈載信息裝訂等工作；任務(wù)監(jiān)控管理，主要負(fù)責(zé)對(duì)巡航導(dǎo)彈執(zhí)行遠(yuǎn)程打擊任務(wù)的全過程進(jìn)行實(shí)時(shí)任務(wù)監(jiān)控與管理，必要情況下可對(duì)巡航導(dǎo)彈發(fā)送預(yù)先裝訂的武器控制指令；巡航導(dǎo)彈武器自身的彈載制導(dǎo)系統(tǒng)，與巡航導(dǎo)彈武器控制系統(tǒng)一起完成對(duì)巡航導(dǎo)彈的內(nèi)環(huán)制導(dǎo)與控制。

閉環(huán)與開環(huán)的不同之處在于：巡航導(dǎo)彈發(fā)射后，指揮官能夠根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)、作戰(zhàn)意圖的變化，利用衛(wèi)星通信等數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)手段對(duì)巡航導(dǎo)彈武器實(shí)施靈活指揮與控制。例如導(dǎo)彈操控者可在航改變打擊目標(biāo)，對(duì)當(dāng)前打擊任務(wù)進(jìn)行在航重規(guī)劃，并實(shí)時(shí)將重規(guī)劃好的任務(wù)數(shù)據(jù)和指令發(fā)送給巡航導(dǎo)彈武器，巡航導(dǎo)彈接收到重規(guī)劃指令和任務(wù)數(shù)據(jù)后，自動(dòng)裝訂新的任務(wù)數(shù)據(jù)并更新打擊目標(biāo)和飛行航路，完成對(duì)目標(biāo)的打擊。

總的來說，基于人在回路控制的巡航導(dǎo)彈工作模式，其基本原理是基于一種閉環(huán)武器控制的方法，來實(shí)現(xiàn)對(duì)巡航導(dǎo)彈武器的發(fā)射與在航控制。采用這種工作模式的巡航導(dǎo)彈的典型代表，就是美國海軍的“戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斧”Block-4多任務(wù)巡航導(dǎo)彈［7］。

3.2 主從目標(biāo)打擊流程

基于人在回路控制的巡航導(dǎo)彈閉環(huán)工作模式，其針對(duì)敵方陸上主從目標(biāo)的打擊流程示意圖如圖4所示。

圖4 基于人在回路控制的巡航導(dǎo)彈打擊主從目標(biāo)流程圖

圖中所示為美國海軍的“戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斧”Block-4多任務(wù)巡航導(dǎo)彈的打擊主從目標(biāo)典型流程［8］。在靠近敵方海灣的近海區(qū)域，從美海軍“阿利伯克”級(jí)導(dǎo)彈驅(qū)逐艦上先后共發(fā)射了3枚巡航導(dǎo)彈，其打擊目標(biāo)的信息裝訂遵循以下規(guī)則：

1）3枚巡航導(dǎo)彈的首選打擊目標(biāo)都是主目標(biāo)（如圖中所示，主目標(biāo)為指揮中心，Primary Targets）；

2）第1枚巡航導(dǎo)彈（如圖中右上角所示，打擊指揮中心的、編號(hào)#1的那枚巡航導(dǎo)彈）只打擊指揮中心主目標(biāo)，不設(shè)備選目標(biāo)，因此只裝訂指揮中心的主目標(biāo)信息；

3）第2枚巡航導(dǎo)彈、第3枚巡航導(dǎo)彈在預(yù)先任務(wù)規(guī)劃時(shí)，除了裝訂主目標(biāo)信息之外，還可以分別裝訂另外2個(gè)次目標(biāo)（Secondary Targets）信息，作為備選的打擊目標(biāo)；

4）第2枚巡航導(dǎo)彈（如圖中右下角所示，打擊兵力集結(jié)陣地的、編號(hào)#2的那枚巡航導(dǎo)彈）可以同時(shí)裝訂指揮中心主目標(biāo)、兵力集結(jié)陣地次目標(biāo)共2個(gè)目標(biāo)的信息，并且打擊目標(biāo)的優(yōu)先順序?yàn)椤爸笓]中心”主目標(biāo)→“兵力集結(jié)陣地”次目標(biāo)；

5）第3枚巡航導(dǎo)彈（如圖中右下角所示，打擊武器彈藥庫的、編號(hào)為#3的那枚巡航導(dǎo)彈）可以同時(shí)裝訂指揮中心主目標(biāo)、武器彈藥庫次目標(biāo)共2個(gè)目標(biāo)的信息，并且打擊目標(biāo)的優(yōu)先順序?yàn)椤爸笓]中心”主目標(biāo)→“武器彈藥庫”次目標(biāo)。

上述3枚巡航導(dǎo)彈從CG/DDG平臺(tái)上發(fā)射升空后，都是經(jīng)過最初的拋物線彈道運(yùn)動(dòng)后下降到指定的高度上作瓊海飛行，順利到達(dá)第1個(gè)海上航路點(diǎn)（圖中所示的First Preplanned Waypoint黑色圓點(diǎn)）。之后這3枚巡航導(dǎo)彈均按照預(yù)先規(guī)劃好的航路“沿線”作瓊海和貼地飛行，并依次一一途經(jīng)航路前段部分的所有海上和陸上航路點(diǎn)。巡航導(dǎo)彈在到達(dá)飛行航路上的狀態(tài)上報(bào)點(diǎn)（如圖中所示的黑色三角形）時(shí)將通過戰(zhàn)術(shù)打擊網(wǎng)TSN中的UHF衛(wèi)星通信網(wǎng)向武器發(fā)射平臺(tái)上報(bào)巡航導(dǎo)彈自身的健康狀態(tài)信息，并在飛行過程中通過UHF通信衛(wèi)星接收廣播的BDI戰(zhàn)損圖像［9］。

正常情況下，當(dāng)這3枚巡航導(dǎo)彈越過最后一個(gè)制導(dǎo)航路點(diǎn)（Guidance Waypoints）之后，利用彈上預(yù)先裝訂好的末制導(dǎo)數(shù)字景象匹配DSMAC地圖，完成精確的數(shù)字景象匹配末制導(dǎo)，待識(shí)別出主目標(biāo)后立即調(diào)整飛行姿態(tài)并沖向目標(biāo)予以摧毀。

當(dāng)這3枚巡航導(dǎo)彈到達(dá)第1個(gè)曲折航路點(diǎn)（如圖中所示的，編號(hào)*1的紅色圓點(diǎn)，F(xiàn)lex Points）時(shí)，此時(shí)遠(yuǎn)程打擊作戰(zhàn)指揮官需要根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)、巡航導(dǎo)彈健康狀態(tài)、上級(jí)作戰(zhàn)指令等多種條件對(duì)這些巡航導(dǎo)彈進(jìn)行基于人在回路的指揮與控制。

需要說明的是，主目標(biāo)就是巡航導(dǎo)彈默認(rèn)打擊的目標(biāo)，次目標(biāo)就是巡航導(dǎo)彈不打擊主目標(biāo)時(shí)所更改的備選打擊目標(biāo)。對(duì)于次目標(biāo)來說，既可以在預(yù)先規(guī)劃階段就將其裝訂到巡航導(dǎo)彈中，也可以在巡航導(dǎo)彈飛行階段進(jìn)行實(shí)時(shí)目標(biāo)在航裝訂［10］。

4 模擬軟件仿真設(shè)計(jì)

在上述艦載巡航導(dǎo)彈遠(yuǎn)程對(duì)陸打擊理論分析的基礎(chǔ)上，從工程實(shí)踐的角度，對(duì)遠(yuǎn)程對(duì)陸打擊任務(wù)規(guī)劃模擬軟件［11］——RPLSIPS進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì)。RPLSIPS模擬仿真軟件的功能組成設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 RPLSIPS模擬仿真軟件的功能組成

1）打擊目標(biāo)優(yōu)先級(jí)計(jì)算子功能，負(fù)責(zé)計(jì)算每個(gè)被打擊目標(biāo)的優(yōu)先級(jí)，通過算法中定義的優(yōu)先級(jí)評(píng)價(jià)函數(shù)來計(jì)算目標(biāo)優(yōu)先級(jí)。

2）多目標(biāo)優(yōu)先級(jí)綜合排序子功能，負(fù)責(zé)將計(jì)算所得的所有目標(biāo)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行綜合排序，以便遵照目標(biāo)優(yōu)先級(jí)先后順序進(jìn)行后續(xù)任務(wù)規(guī)劃。

3）導(dǎo)彈-目標(biāo)匹配度計(jì)算子功能，負(fù)責(zé)計(jì)算每個(gè)打擊目標(biāo)與不同導(dǎo)彈型號(hào)之間的匹配度，進(jìn)而為每個(gè)打擊目標(biāo)選取匹配度最高的導(dǎo)彈型號(hào)作為其遠(yuǎn)程打擊武器。

4）導(dǎo)彈-目標(biāo)分配全局優(yōu)化子功能，負(fù)責(zé)在當(dāng)前可用型號(hào)導(dǎo)彈和所有打擊目標(biāo)之間進(jìn)行全局彈目分配，以達(dá)到最優(yōu)化彈目分配效果。

5）戰(zhàn)術(shù)規(guī)劃打擊方案生成子功能，負(fù)責(zé)為每個(gè)打擊目標(biāo)制定符合其打擊時(shí)間要求的戰(zhàn)術(shù)打擊方案，并生成綜合的戰(zhàn)術(shù)規(guī)劃打擊方案。

RPLSIPS模擬仿真軟件的主界面及其各個(gè)主要功能界面，設(shè)計(jì)如圖6所示。

圖6 RPLSIPS軟件的功能界面設(shè)計(jì)

RPLSIPS模擬仿真軟件的操作試驗(yàn)流程，設(shè)計(jì)如圖7所示。

圖7 RPLSIPS軟件的操作試驗(yàn)流程設(shè)計(jì)

RPLSIPS模擬仿真軟件的操作試驗(yàn)步驟說明如下：

第1步：啟動(dòng)運(yùn)行遠(yuǎn)程對(duì)陸打擊任務(wù)規(guī)劃技術(shù)驗(yàn)證仿真軟件，配置系統(tǒng)環(huán)境變量。

第2步：設(shè)定本次技術(shù)驗(yàn)證的試驗(yàn)參數(shù)，包括試驗(yàn)內(nèi)容、試驗(yàn)場(chǎng)景和試驗(yàn)流程的類型。

第3步：根據(jù)上一步設(shè)置好的試驗(yàn)參數(shù)，創(chuàng)建打擊目標(biāo)、武器狀態(tài)、氣象地形等各類遠(yuǎn)程對(duì)陸打擊任務(wù)規(guī)劃支撐數(shù)據(jù)庫，初始化相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

第4步：接收主界面數(shù)據(jù)窗口輸入的遠(yuǎn)程打擊任務(wù)數(shù)據(jù)包。

第5步：從遠(yuǎn)程打擊任務(wù)數(shù)據(jù)包中解析、提取出目標(biāo)名稱、打擊時(shí)間等目標(biāo)基本信息。

第6步：以該目標(biāo)基本信息為檢索條件，從相關(guān)數(shù)據(jù)庫中檢索出該目標(biāo)詳細(xì)信息，經(jīng)數(shù)據(jù)組織后生成用于任務(wù)規(guī)劃的任務(wù)目標(biāo)數(shù)據(jù)。

第7步：計(jì)算每個(gè)目標(biāo)初始優(yōu)先級(jí)。

第8步：對(duì)所有目標(biāo)按照優(yōu)先級(jí)高低進(jìn)行排序。

第9步：分別計(jì)算出與各個(gè)目標(biāo)匹配度最高的導(dǎo)彈型號(hào)。

第10步：對(duì)所有目標(biāo)在全局范圍內(nèi)進(jìn)行彈目分配。

第11步：將彈目分配結(jié)果與外部輸入的航路規(guī)劃結(jié)果進(jìn)行綜合，生成戰(zhàn)術(shù)任務(wù)規(guī)劃打擊方案。

第12步：通過人機(jī)交互主界面上的推演顯示窗口對(duì)方案執(zhí)行過程進(jìn)行監(jiān)控。

第13步：在人機(jī)交互主界面上的評(píng)估結(jié)果顯示窗口上顯示效能評(píng)估結(jié)果。

5 結(jié)語

本文首先介紹了艦載巡航導(dǎo)彈對(duì)敵實(shí)施遠(yuǎn)程對(duì)陸精確打擊的概念和作戰(zhàn)背景，然后詳細(xì)分析了艦載巡航導(dǎo)彈遠(yuǎn)程對(duì)陸打擊的開環(huán)、閉環(huán)等不同工作模式的工作原理，以及在不同工作模式下各種目標(biāo)的典型打擊流程，最后從工程實(shí)踐的角度對(duì)遠(yuǎn)程打擊任務(wù)規(guī)劃模擬軟件的功能組成、操作界面以及試驗(yàn)流程進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì)。本文的研究能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)艦載巡航導(dǎo)彈對(duì)陸遠(yuǎn)程打擊提供一定的技術(shù)參考。