艦艇編隊(duì)協(xié)同制導(dǎo)防空作戰(zhàn)的關(guān)鍵技術(shù)?

劉勝男 王道重 馬興華 唐建濤 鄭偉廣

（1.海軍駐沈陽(yáng)地區(qū)航空軍事代表室 沈陽(yáng) 110000）（2.91206部隊(duì) 青島 266108）

1 引言

現(xiàn)代海上空襲與反空襲的作戰(zhàn)中，水面艦艇主要受到各種平臺(tái)發(fā)射的反艦導(dǎo)彈的威脅，隨著科學(xué)技術(shù)在軍事領(lǐng)域的不斷發(fā)展，反艦導(dǎo)彈具有多樣化、超低空化、高速化、靈活化和隱身化等特點(diǎn)，而襲擊方式又趨于超視距化、多方向飽和化和電子干擾化，再加上反艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃技術(shù)，使得艦空導(dǎo)彈的防御越來(lái)越被動(dòng)。由于受到地球曲率的影響，單個(gè)水面艦艇的視距和制導(dǎo)范圍是有限的，在面臨超視距攻擊（防區(qū)外打擊）的情況下，不能探測(cè)到發(fā)射平臺(tái)，不能預(yù)知敵來(lái)襲方向，只能處于被動(dòng)挨打的局面。因此，構(gòu)建超視距協(xié)同反導(dǎo)防御系統(tǒng)，既是未來(lái)海上防御作戰(zhàn)的必然要求，也是艦艇編隊(duì)防御由平臺(tái)中心戰(zhàn)向網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)轉(zhuǎn)型的必由之路［1］。

2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀分析

2.1 美軍協(xié)同制導(dǎo)概況

美國(guó)海軍在冷戰(zhàn)時(shí)期為了防御遠(yuǎn)程巡航導(dǎo)彈對(duì)其艦船的攻擊，提高海岸和艦隊(duì)對(duì)空防御能力，于20世紀(jì)70年代提出了協(xié)同交戰(zhàn)能力（Cooperative Engagement Capability，CEC）概念［2］。CEC系統(tǒng)協(xié)調(diào)和整合整個(gè)作戰(zhàn)系統(tǒng)中所有傳感器的信息，將其合成一個(gè)單一、實(shí)時(shí)的綜合航跡，并用于武器級(jí)防空作戰(zhàn)的信息支持［3］。2007年，美國(guó)海軍把CEC系統(tǒng)裝備到全部航空母艦、“宙斯盾”巡洋艦/驅(qū)逐艦和兩棲艦，以及E-2C預(yù)警機(jī)上［4］。美軍經(jīng)過(guò)幾場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)的檢驗(yàn)，CEC技術(shù)已經(jīng)成熟，新型CEC系統(tǒng)已經(jīng)大量列裝于美軍各種作戰(zhàn)平臺(tái)，形成一種無(wú)縫隙的防空反導(dǎo)系統(tǒng)。

2.2 國(guó)內(nèi)協(xié)同制導(dǎo)現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)有關(guān)艦艇編隊(duì)協(xié)同制導(dǎo)方面的研究起步較晚，在理論上進(jìn)行了多年的研究和探索。目前，我國(guó)海軍艦艇編隊(duì)平臺(tái)與平臺(tái)之間，可以通過(guò)數(shù)據(jù)鏈初步共享探測(cè)信息、指揮和決策數(shù)據(jù)，還處于研究試驗(yàn)階段，與美軍協(xié)同制導(dǎo)體系相比，還有一定的差距。

3 實(shí)現(xiàn)協(xié)同制導(dǎo)的關(guān)鍵技術(shù)

CEC系統(tǒng)是美海軍“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”的核心計(jì)劃，其總體架設(shè)是數(shù)據(jù)鏈與融合處理器的配合。依據(jù)網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的概念［5～6］，作戰(zhàn)平臺(tái)越多，傳感器就越多，協(xié)同作戰(zhàn)就越困難，但如果能夠?qū)⑴炌Ь庩?duì)內(nèi)部、外部各單元組成一個(gè)作戰(zhàn)網(wǎng)，平臺(tái)與平臺(tái)之間的作戰(zhàn)資源和情報(bào)資源共享，把不同作戰(zhàn)單元的探測(cè)信息集成一個(gè)共享的實(shí)時(shí)的作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)圖，就可以使各種兵力資源得到充分利用，擴(kuò)大艦艇編隊(duì)的視野，從而掌握海戰(zhàn)的主動(dòng)權(quán)。所以，多傳感器組網(wǎng)技術(shù)是艦艇編隊(duì)協(xié)同制導(dǎo)的前提。

3.1 傳感器組網(wǎng)技術(shù)

3.1.1 傳感器組網(wǎng)的概念及意義

傳感器組網(wǎng)是指某一作戰(zhàn)兵力群為完成特定的戰(zhàn)術(shù)任務(wù)，根據(jù)現(xiàn)有傳感器資源的特點(diǎn)合理地對(duì)不同傳感器進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，從而形成一個(gè)統(tǒng)一的有機(jī)整體［7］。傳感器組網(wǎng)其實(shí)就是架設(shè)數(shù)據(jù)鏈的過(guò)程，對(duì)于艦艇編隊(duì)而言，就是利用計(jì)算機(jī)、通信和網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，將艦艇編隊(duì)內(nèi)、外各平臺(tái)的目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)、武器系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)等聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)且高度共享作戰(zhàn)信息，每艘艦艇都可以實(shí)時(shí)掌握戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，擴(kuò)大了單個(gè)平臺(tái)的作戰(zhàn)半徑，提高了各作戰(zhàn)兵種之間的協(xié)同能力，進(jìn)而大大增強(qiáng)了艦艇編隊(duì)的戰(zhàn)斗力。

3.1.2 傳感器組網(wǎng)的原則

在整個(gè)作戰(zhàn)過(guò)程中，戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)和兵力資源等方面是隨著時(shí)間的推移而不斷變化的，這就要求整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)也要隨之變化，因此，提出如下建網(wǎng)原則：

1）傳感器網(wǎng)絡(luò)必須具有“即插即拔”的特征，以保證整個(gè)協(xié)同網(wǎng)不會(huì)受到網(wǎng)絡(luò)單元數(shù)量的影響，即網(wǎng)絡(luò)單元的增加或移除不會(huì)影響到整個(gè)協(xié)同網(wǎng)或其他網(wǎng)絡(luò)單元的正常運(yùn)行；

2）傳感器網(wǎng)絡(luò)必須具有“互操作”性，無(wú)縫融合所有無(wú)線數(shù)據(jù)，確保各傳感器單元協(xié)調(diào)工作，不允許交換沒(méi)有意義的數(shù)據(jù)，減少單元間的耦合，從而滿足不同用戶的需求，提高信息利用率和系統(tǒng)的可靠性；

3）傳感器網(wǎng)絡(luò)必須具有實(shí)時(shí)性和高效性，確保協(xié)同探測(cè)信息不會(huì)滯后于真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，以提高整個(gè)系統(tǒng)的精確度；

4）傳感器網(wǎng)絡(luò)可以采取多種或分層的數(shù)據(jù)獲取方式，以保證信息傳輸安全。

3.1.3 傳感器組網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)上述原則，建立傳感器組網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

根據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖可以看出，傳感器組網(wǎng)系統(tǒng)主要由作戰(zhàn)平臺(tái)、傳感器、網(wǎng)絡(luò)連接、即插即拔的網(wǎng)絡(luò)接口、信息融合數(shù)據(jù)庫(kù)、戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)等模塊構(gòu)成。其信息流程為

1）各作戰(zhàn)平臺(tái)傳感器協(xié)同探測(cè)；

2）對(duì)探測(cè)的信息進(jìn)行融合處理，評(píng)估戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)；

3）根據(jù)評(píng)估結(jié)果，產(chǎn)生作戰(zhàn)數(shù)據(jù)需求，形成任務(wù)指令；

4）將任務(wù)指令傳送至各作戰(zhàn)平臺(tái)；

5）各作戰(zhàn)平臺(tái)的傳感器把重新調(diào)整后探測(cè)到的信息再傳送至信息融合數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行融合處理。

這樣就可以充分利用各傳感器資源，增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和協(xié)同能力，形成一個(gè)閉合的回路，不斷更新戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)圖。

圖1 傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3.1.4 傳感器組網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

多傳感器組網(wǎng)之后，艦艇編隊(duì)內(nèi)異構(gòu)平臺(tái)協(xié)同探測(cè)，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行復(fù)合跟蹤與識(shí)別，平臺(tái)與平臺(tái)之間需要交換大量的實(shí)時(shí)的信息。海上通信不僅受到海雜波等大自然的干擾，還會(huì)受到敵方的電子和電磁干擾，所以必須采用先進(jìn)的組網(wǎng)技術(shù)，其關(guān)鍵技術(shù)：1）異構(gòu)傳感器組網(wǎng)優(yōu)化部署技術(shù)；2）信息柵格和航跡融合的組網(wǎng)技術(shù)；3）傳感器資源管控技術(shù)；4）大容量、抗干擾的先進(jìn)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；5）“即插即拔”的智能接口技術(shù)；6）網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)節(jié)點(diǎn)的分配與選取技術(shù)。

3.2 信息融合技術(shù)

3.2.1 信息融合技術(shù)的歷史與現(xiàn)狀

早在1973年，美國(guó)研究機(jī)構(gòu)就開(kāi)展了聲吶信號(hào)理解系統(tǒng)的研究，信息融合技術(shù)便迅速發(fā)展了起來(lái)。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，美國(guó)國(guó)防部、海軍和空軍進(jìn)一步把信息融合技術(shù)作為GIG、CEC、C4ISR、C4KISR和彈道導(dǎo)彈防御中的關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)行攻關(guān)研究［8］。目前美軍最新的信息融合系統(tǒng)對(duì)信息源幾乎沒(méi)有限制，能夠接收預(yù)警機(jī)、無(wú)人機(jī)、水面艦艇等各種平臺(tái)傳感器的信息，經(jīng)過(guò)融合處理，形成對(duì)各兵種有用的信息，并以高速、高精度、高效率的方式發(fā)送給各作戰(zhàn)平臺(tái)。

國(guó)內(nèi)信息融合技術(shù)的研究起步較晚，至今也出現(xiàn)了一大批理論成果和具有初步信息融合能力的系統(tǒng)，預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)，會(huì)有更多可靠的信息融合系統(tǒng)列裝部隊(duì)。

3.2.2 信息融合的概念及意義

信息融合是指利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)按時(shí)序獲得的若干傳感器的觀測(cè)信息在一定準(zhǔn)則下加以自動(dòng)分析、優(yōu)化綜合以完成所需的決策和估計(jì)任務(wù)而進(jìn)行的信息處理過(guò)程。信息融合主要包括檢測(cè)、互聯(lián)、關(guān)聯(lián)（相關(guān)）、狀態(tài)估計(jì)、目標(biāo)識(shí)別、態(tài)勢(shì)描述、威脅估計(jì)、傳感器管理和數(shù)據(jù)庫(kù)等。它是一個(gè)在多個(gè)級(jí)別上對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理的過(guò)程，其核心是指對(duì)來(lái)自多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行多級(jí)別、多方面、多層次的處理，從而產(chǎn)生新的有意義的信息，而這種信息是任何單一傳感器所無(wú)法獲得的［8］。

根據(jù)高速交戰(zhàn) CEC 系統(tǒng)的概念［9～10］，多傳感器信息融合技術(shù)是超視距協(xié)同作戰(zhàn)的基本特點(diǎn)。在艦艇編隊(duì)中，存在多種探測(cè)器，由于各平臺(tái)探測(cè)器的體制精度不同，對(duì)目標(biāo)的探測(cè)能力就不相同。來(lái)自不同傳感器的信息具有重復(fù)性和互補(bǔ)性等特點(diǎn)，通過(guò)數(shù)據(jù)融合的算法，不僅比單個(gè)傳感器精度更高，而且可以得到更加完整的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)圖。多傳感器信息融合的利用，克服了單個(gè)傳感器受到的視距限制，提高了整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力，擴(kuò)大了目標(biāo)有效打擊縱深。

3.2.3 信息融合的關(guān)鍵技術(shù)

1）時(shí)空同步技術(shù)。實(shí)現(xiàn)艦與艦之間的時(shí)間同步和相對(duì)定位，是艦艇編隊(duì)協(xié)同制導(dǎo)的前提，時(shí)空同步的精度直接影響協(xié)同制導(dǎo)精度；

2）高速并行的推理機(jī)制和高效精準(zhǔn)的信息融合算法。在艦艇編隊(duì)信息融合系統(tǒng)中，單個(gè)傳感器所提供的信息一般都是模糊、不精確、不完整的，甚至可能與其他傳感器提供的信息相矛盾。而信息融合數(shù)據(jù)庫(kù)又必須根據(jù)這些不確定的信息進(jìn)行推理和計(jì)算，這就要求信息融合系統(tǒng)采用高效的推理機(jī)制和信息融合算法；

3）點(diǎn)跡融合技術(shù)。艦艇編隊(duì)協(xié)同探測(cè)過(guò)程中，單傳感器探測(cè)可能會(huì)受到視距限制、干擾等一些原因而無(wú)法精確判斷目標(biāo)，但如果把不同平臺(tái)探測(cè)的信息進(jìn)行融合處理，就能夠得出精確的目標(biāo)要素；

4）多屬性的信息融合技術(shù)。信息融合是信息層、火力層、決策層等多層面、多屬性的融合，其目的在于把各種平臺(tái)的信息進(jìn)行融合處理，形成對(duì)各兵種有用的信息，并以高速、高精度、高效率的方式發(fā)送給各作戰(zhàn)單位。所以多屬性的信息融合技術(shù)是重要的研究方向；

5）信息融合的效能評(píng)估技術(shù)。艦艇編隊(duì)的信息融合系統(tǒng)是多個(gè)傳感器或平臺(tái)的集成，對(duì)于這樣復(fù)雜的系統(tǒng)，通常借助于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)進(jìn)行評(píng)估。國(guó)內(nèi)外信息融合仿真驗(yàn)證平臺(tái)在仿真支撐技術(shù)方面的特點(diǎn)和趨勢(shì)包括：仿真實(shí)體模型多粒度建模，用于滿足不同的仿真需求；算法模塊組件化開(kāi)發(fā)，支撐靈活替換；建立獨(dú)立的評(píng)估分析支持庫(kù)，對(duì)整個(gè)仿真過(guò)程的評(píng)估提供支撐［11］。

4 協(xié)同制導(dǎo)

編隊(duì)艦空導(dǎo)彈協(xié)同制導(dǎo)防空作戰(zhàn)是指在艦艇之間信息共享的基礎(chǔ)上，利用多傳感器探測(cè)、跟蹤和協(xié)同制導(dǎo)等手段，充分發(fā)揮中遠(yuǎn)程艦空導(dǎo)彈的潛力，加大作戰(zhàn)縱深，對(duì)空中來(lái)襲目標(biāo)，尤其是低空反艦導(dǎo)彈實(shí)施打擊，提高對(duì)目標(biāo)的毀傷概率［12］。協(xié)同制導(dǎo)可大大增加艦艇編隊(duì)的探測(cè)距離及制導(dǎo)距離，并且由于采用不同平臺(tái)交接制導(dǎo)，可有效對(duì)抗反輻射導(dǎo)彈的攻擊［13］。

4.1 協(xié)同制導(dǎo)的流程

艦艇編隊(duì)協(xié)同制導(dǎo)（如圖2所示）的具體流程為

1）艦艇編隊(duì)協(xié)同探測(cè)，圖中的發(fā)射平臺(tái)由于視距受限，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)來(lái)襲目標(biāo)。預(yù)警機(jī)率先發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，并將目標(biāo)信息共享給整個(gè)編隊(duì)；

2）經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)融合、威脅評(píng)估和火力分配，艦艇A接收到發(fā)射指令，發(fā)射打擊目標(biāo)的艦空導(dǎo)彈，此時(shí)艦空導(dǎo)彈由艦艇A制導(dǎo)；

3）編隊(duì)各平臺(tái)共享我方艦空導(dǎo)彈速度、方向角和位置信息，根據(jù)我方當(dāng)前制導(dǎo)數(shù)量和我方最大制導(dǎo)數(shù)量，再由編隊(duì)協(xié)同探測(cè)、數(shù)據(jù)共享敵襲目標(biāo)的速度、方向和位置等信息，最后計(jì)算出我方各接力平臺(tái)的優(yōu)先權(quán)值；

4）選出優(yōu)先權(quán)值最大的接力平臺(tái)，如果該平臺(tái)符合制導(dǎo)條件，則選擇該平臺(tái)為下一個(gè)接力制導(dǎo)平臺(tái)；

5）當(dāng)前制導(dǎo)平臺(tái)向已確定的接力平臺(tái)發(fā)出交接請(qǐng)求；

6）接力平臺(tái)收到交接請(qǐng)求，并根據(jù)發(fā)射平臺(tái)提供的信息對(duì)艦空導(dǎo)彈進(jìn)行截獲；

7）接力平臺(tái)獲得艦空導(dǎo)彈制導(dǎo)權(quán)，并向發(fā)射平臺(tái)發(fā)出交接完成的信息；

8）完成一次制導(dǎo)權(quán)交接，分析當(dāng)前制導(dǎo)平臺(tái)是否需要再次接力，是則執(zhí)行步驟3），否則執(zhí)行下一步；

9）對(duì)攔截效果進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如果攔截成功則打擊完畢，否則執(zhí)行第2）步，或進(jìn)入下一個(gè)攔截層。這樣就完成一次協(xié)同制導(dǎo)過(guò)程。

圖2 艦艇編隊(duì)協(xié)同制導(dǎo)

4.2 協(xié)同制導(dǎo)的關(guān)鍵技術(shù)

1）彈目匹配技術(shù)。艦艇編隊(duì)在協(xié)同制導(dǎo)作戰(zhàn)情況下，編隊(duì)中的火力單元和武器系統(tǒng)形成“集成火控系統(tǒng)”。“集成火控系統(tǒng)”不是一成不變的，而是根據(jù)作戰(zhàn)需要進(jìn)行解體與重組的動(dòng)態(tài)集成系統(tǒng)，如何使發(fā)射節(jié)點(diǎn)、協(xié)同制導(dǎo)節(jié)點(diǎn)、目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化匹配，是協(xié)同制導(dǎo)的難點(diǎn)。

2）導(dǎo)彈交班控制技術(shù)。艦艇編隊(duì)協(xié)同制導(dǎo)需要對(duì)導(dǎo)彈進(jìn)行大空域的交班控制，如何消除誤差，對(duì)導(dǎo)彈的中、末段進(jìn)行平穩(wěn)精確的接力制導(dǎo)，是艦艇編隊(duì)協(xié)同制導(dǎo)設(shè)計(jì)的工作重點(diǎn)。

3）協(xié)同制導(dǎo)通道。協(xié)同制導(dǎo)通道是指這樣一個(gè)高空、管狀空域，艦空導(dǎo)彈在這個(gè)空域中飛行，并接受2個(gè)或2個(gè)以上艦艇平臺(tái)制導(dǎo)雷達(dá)的協(xié)同制導(dǎo)控制，且兩兩制導(dǎo)雷達(dá)協(xié)同制導(dǎo)交班的的概率P交班不小于給定值 P給定，即 P交班≥。在艦艇編隊(duì)大空域中選取一條最佳的協(xié)同制導(dǎo)通道，需要對(duì)其提出優(yōu)化算法，是今后研究的重點(diǎn)方向。

5 結(jié)語(yǔ)

艦艇編隊(duì)協(xié)同制導(dǎo)，解決了單個(gè)平臺(tái)探測(cè)視距受限的問(wèn)題，艦空導(dǎo)彈不再受單個(gè)制導(dǎo)平臺(tái)的限制，同時(shí)，整個(gè)編隊(duì)的反應(yīng)速度、抗毀和重組能力都得到了很大程度的提高，為艦艇編隊(duì)超視距攔截創(chuàng)造了條件。本文對(duì)實(shí)現(xiàn)艦艇編隊(duì)協(xié)同制導(dǎo)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了初步探討，詳細(xì)說(shuō)明了協(xié)同制導(dǎo)的交接方式和具體步驟，對(duì)未來(lái)協(xié)同反導(dǎo)防御系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。艦艇編隊(duì)協(xié)同制導(dǎo)超視距攔截反艦導(dǎo)彈是未來(lái)海軍防空反導(dǎo)系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，是一個(gè)嶄新的具有廣闊探索空間的研究問(wèn)題，深入研究協(xié)同理論，破解關(guān)鍵技術(shù)難題，是提高艦艇編隊(duì)超視距協(xié)同制導(dǎo)能力的關(guān)鍵所在。