反臨作戰(zhàn)天海地一體化傳感器資源調(diào)度的挑戰(zhàn)與思考

邢清華 高嘉樂(lè)

摘?要：著眼于未來(lái)臨近空間高超聲速目標(biāo)即將形成戰(zhàn)略威脅的發(fā)展趨勢(shì)，針對(duì)當(dāng)前天海地一體化傳感器資源協(xié)同調(diào)度問(wèn)題進(jìn)行研究。首先，對(duì)臨近空間高超聲速目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特性、電磁特性和紅外特性進(jìn)行分析，并與其他類(lèi)型導(dǎo)彈進(jìn)行對(duì)比。其次，從搭載平臺(tái)和工作方式兩個(gè)角度對(duì)傳感器探測(cè)跟蹤能力進(jìn)行分析。最后，總結(jié)并提出反臨作戰(zhàn)天海地一體化探測(cè)跟蹤調(diào)度任務(wù)的難點(diǎn)及對(duì)策，為未來(lái)構(gòu)建多維多平臺(tái)一體化傳感器網(wǎng)絡(luò)提供理論參考。

關(guān)鍵詞：臨近空間高超聲速飛行器;傳感器調(diào)度;探測(cè)跟蹤體系;反臨作戰(zhàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TJ760;V271.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1673-5048（2020）01-0001-08

0?引言

臨近空間高超聲速飛行器（Near Space Hypersonic Vehicle，NSHV）是指能夠在20～100 km高度的臨近空間飛行，巡航飛行馬赫數(shù)為5～25，用于執(zhí)行全球快速精確打擊、遠(yuǎn)程投送、監(jiān)視偵察等戰(zhàn)略作戰(zhàn)任務(wù)的一類(lèi)飛行器[1-2]。這種飛行器不僅具有與彈道導(dǎo)彈相似的超遠(yuǎn)距離攻擊和雷達(dá)橫截面（Radar Cross-Section，RCS）小的特點(diǎn)，還具有彈道導(dǎo)彈不具備的橫向大跨度機(jī)動(dòng)的能力。因此，單一傳感器難以對(duì)其全程持續(xù)穩(wěn)定地跟蹤。整合現(xiàn)有傳感器資源，構(gòu)建天海地多源異構(gòu)傳感器一體化探測(cè)網(wǎng)絡(luò)是對(duì)高超聲速飛行器有效持續(xù)探測(cè)跟蹤的必然手段，是攔截超遠(yuǎn)距離武器的重要前提，而傳感器資源優(yōu)化調(diào)度是提高傳感器作戰(zhàn)效能的重要環(huán)節(jié)[3-4]。

1?臨近空間高超聲速飛行器目標(biāo)特性分析

1.1?運(yùn)動(dòng)特性

臨近空間高超聲速飛行器的飛行運(yùn)動(dòng)過(guò)程可以分為三個(gè)階段，分別是飛航段、滑躍段和再入滑翔段。圖1為典型臨近空間高超聲速飛行器和彈道導(dǎo)彈（Ballistic Missile，BM）目標(biāo)軌跡對(duì)比示意圖。在飛航段，運(yùn)載平臺(tái)將高超聲速飛行器助推到一定高度，為飛行器在臨近空間飛行做準(zhǔn)備?；S段是高超聲速飛行器進(jìn)行遠(yuǎn)距離機(jī)動(dòng)的主要階段，這個(gè)階段中飛行器高速高空的機(jī)動(dòng)能力極大地提高了探測(cè)跟蹤傳感器調(diào)度的難度。在再入滑翔段，飛行器以高速無(wú)動(dòng)力滑翔的形式從臨近空間到達(dá)地面目標(biāo)位置，并且具有一定的機(jī)動(dòng)變軌能力。

在滑躍段，高超聲速飛行器以縱向“打水漂”的方式進(jìn)行超聲速滑躍飛行。由于氣動(dòng)外形的設(shè)計(jì)不同，HTV-2和X-51A在滑躍段的彈道軌跡略有不同。HTV-2采用升力體氣動(dòng)布局，需要在飛航段爬升至較高的高度，通過(guò)無(wú)動(dòng)力滑行完成滑躍段飛行。X-51A采用乘波體氣動(dòng)布局，在超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的推動(dòng)下，依靠激波壓力產(chǎn)生升力，進(jìn)行無(wú)翼跳躍滑翔。此階段，臨空高超聲速飛行器的飛行馬赫數(shù)為5～20，在高速特性方面與彈道目標(biāo)相似，但是其飛行軌跡不可預(yù)測(cè);飛行器在20～100 km高的臨近空間可以縱向跳躍滑翔和橫向大跨度機(jī)動(dòng)，在機(jī)動(dòng)特性方面與氣動(dòng)目標(biāo)相似，但是高空高速的機(jī)動(dòng)能力遠(yuǎn)超一般氣動(dòng)目標(biāo)。從機(jī)動(dòng)特性方面考慮，高超聲速飛行器與彈道目標(biāo)和氣動(dòng)目標(biāo)都具有一定的相似性，但其探測(cè)跟蹤難度遠(yuǎn)超后兩者。

橫向機(jī)動(dòng)是提升臨近空間高速機(jī)動(dòng)目標(biāo)突防能力的有效手段。在臨近空間無(wú)動(dòng)力飛行時(shí)，橫向機(jī)動(dòng)方式為傾斜轉(zhuǎn)彎，機(jī)動(dòng)能力主要由機(jī)體姿態(tài)和氣流的空間關(guān)系決定[5-6]。選定飛行器滑躍段的初始高度和攻角為60 km和10°，初始飛行馬赫數(shù)為20。傾側(cè)角在不同取值條件下，飛行器橫向機(jī)動(dòng)航跡如圖2所示。

圖2中，飛行器橫向轉(zhuǎn)彎角度越大，其飛行距離越小，最大橫向機(jī)動(dòng)距離為5 000 km，因此，飛行器在高空高速突防的過(guò)程中，傾側(cè)角越大，轉(zhuǎn)彎半徑越大，目標(biāo)的飛行距離越受限。

1.2?電磁特性

高速飛行的過(guò)程中，高溫致使周?chē)諝獍l(fā)生電離，在灼燒表面材料的同時(shí)會(huì)在周?chē)纬梢粚与婋x層，即等離子鞘體。當(dāng)雷達(dá)波照射時(shí)，電磁波會(huì)形成多種折射、散射、衰減等離子體散射模式，使得雷達(dá)探測(cè)跟蹤難度增大[7]。依據(jù)等離子鞘體對(duì)雷達(dá)電磁波衰減計(jì)算方法[8]，繪制P波段和X波段電磁波在等離子鞘體中衰減狀態(tài)如圖3～4所示。

從圖3和圖4中可以看出，頻率越高，最大衰減幅度越大。在X波段雷達(dá)頻率為10 GHz時(shí)，最大衰減為22 dB，約為發(fā)射信號(hào)功率的1/9，而P波段雷達(dá)頻率為0.5 GHz時(shí)，回波衰減僅有8 dB，約為入射信號(hào)的1/2。

1.3?紅外特性

高超聲速飛行器在臨近空間滑躍飛行的過(guò)程中，機(jī)體表面與空氣劇烈摩擦，氣動(dòng)熱效應(yīng)產(chǎn)生了蒙皮輻射。飛行馬赫數(shù)為2～3時(shí)，蒙皮輻射占了整個(gè)目標(biāo)紅外輻射的絕大部分，隨著速度的增加，蒙皮輻射占比也劇烈增加[9-10]。對(duì)于紅外傳感器而言，蒙皮輻射可以更好地描繪出飛行器的本體輪廓，更有利于傳感器識(shí)別目標(biāo)并進(jìn)行特征分析。

圖5為高超聲速飛行器的高度和速度對(duì)蒙皮溫度的影響。從圖中可以看出，當(dāng)飛行器的飛行馬赫數(shù)為3時(shí)，蒙皮溫度在500 K左右，飛行器的高度對(duì)蒙皮溫度影響不大，但是飛行馬赫數(shù)達(dá)到10時(shí)，蒙皮溫度劇烈增加至4 000 K左右，飛行高度對(duì)蒙皮溫度的影響顯著，由此可以看出，速度是影響蒙皮溫度的主要因素。

依據(jù)文獻(xiàn)[9]提供的飛行器蒙皮輻射面積，取θV=0°，繪制不同紅外波段下溫度對(duì)紅外輻射強(qiáng)度的影響，如圖6所示。

從圖中可以看出，溫度對(duì)于短波紅外輻射強(qiáng)度影響最為劇烈，三個(gè)波段紅外輻射強(qiáng)度依次相差一個(gè)數(shù)量級(jí)。

1.4?與其他類(lèi)型導(dǎo)彈對(duì)比分析

臨近空間高超聲速目標(biāo)與一般的空氣動(dòng)力學(xué)目標(biāo)和彈道目標(biāo)具有顯著的差別。將三種目標(biāo)的目標(biāo)特性對(duì)比，如表1所示。

巡航導(dǎo)彈一般是在防區(qū)外發(fā)射，采取超低空突防的形式對(duì)地攻擊，如“戰(zhàn)斧”式巡航導(dǎo)彈，根據(jù)衛(wèi)星定位引導(dǎo)自身沿著固定的航線繞過(guò)防空區(qū)對(duì)地攻擊。目標(biāo)的紅外特性主要是尾焰，但是由于地面雜波干擾太大，不會(huì)采用紅外傳感器跟蹤目標(biāo)。巡航導(dǎo)彈本身RCS十分小，小于0.1 m2，飛行高度低，因此對(duì)于巡航導(dǎo)彈的探測(cè)主要依靠雷達(dá)前置部署進(jìn)行發(fā)現(xiàn)，使目標(biāo)盡早發(fā)現(xiàn)盡早攔截[10]。

彈道導(dǎo)彈一般采用高拋式彈道，以近乎垂直式的攻擊角度在再入段高速突防，極大地縮短了防御武器的有效攔截時(shí)間，對(duì)于末段低層反導(dǎo)武器系統(tǒng)，如“愛(ài)國(guó)者3”，其有效攔截時(shí)間僅有3～5 s。彈道目標(biāo)在再入段與大氣層劇烈摩擦，表面產(chǎn)生了等離子鞘體，使得地基雷達(dá)難以探測(cè)，洲際彈道導(dǎo)彈再入段的速度最大可以達(dá)到馬赫數(shù)25，攔截難度遠(yuǎn)大于巡航導(dǎo)彈。彈道目標(biāo)的自由段飛行高度最大可達(dá)1 200 km，盡管目標(biāo)在自由段的溫度不高，但是以深空背景探測(cè)時(shí)紅外特性明顯，因此彈道目標(biāo)飛行中段，探測(cè)跟蹤難度不大。但是彈道目標(biāo)飛行跨度大，受到地球曲率的影響，需要多傳感器協(xié)同探測(cè)[13]。

臨近空間高超聲速目標(biāo)的探測(cè)跟蹤和攔截的難度遠(yuǎn)大于前兩者。飛航段中，目標(biāo)的紅外特性與彈道目標(biāo)相似，都需要載荷平臺(tái)助推。但是在滑躍段，高超聲速目標(biāo)縱向以“打水漂”的樣式跳躍前進(jìn)，同時(shí)，其氣動(dòng)外形能夠使其橫向大范圍機(jī)動(dòng)。以HTV-2為例，假設(shè)平均速度馬赫數(shù)10、機(jī)動(dòng)能力1g、射程4 000 km時(shí)，目標(biāo)的轉(zhuǎn)彎半徑可以達(dá)到1 100 km，目標(biāo)落地時(shí)攻擊航向與落地點(diǎn)發(fā)射點(diǎn)連線幾乎垂直。也就是說(shuō)，如果發(fā)射點(diǎn)在北方，高超聲速目標(biāo)可以在空中拐一個(gè)90°的彎，從正東或正西方向到達(dá)落地點(diǎn)。高超聲速飛行器高速飛行階段，與大氣層劇烈摩擦產(chǎn)生的等離子鞘體能夠極大地衰減電磁波，飛行速度越大，等離子鞘體對(duì)電磁波的衰減越大，因此，其電磁特性相比巡航導(dǎo)彈要弱。彈道目標(biāo)僅在再入段才能夠產(chǎn)生等離子鞘體，彈道目標(biāo)的探測(cè)跟蹤難度也小于高超聲速目標(biāo)。但是劇烈摩擦的同時(shí)，目標(biāo)表層溫度升高，表現(xiàn)出較強(qiáng)的紅外特性，紅外傳感器能夠在較遠(yuǎn)的距離探測(cè)跟蹤目標(biāo)，然而受到地球曲率的影響，天基傳感器有效探測(cè)范圍有限。

2?傳感器資源探測(cè)性能分析

2.1?天基紅外傳感器

天基平臺(tái)可以分為大橢圓軌道衛(wèi)星（Highly Elliptical Orbit，HEO）、地球同步軌道衛(wèi)星（Geosynchronous Earth Orbit，GEO）和近地球軌道衛(wèi)星（Low Earth Orbit，LEO）三種。其中HEO和GEO的軌道高度高，因此兩者統(tǒng)稱為高軌衛(wèi)星[14]。

（1）高軌衛(wèi)星

HEO的軌道為大橢圓軌道，其遠(yuǎn)地點(diǎn)在北極上空，距離地平面大于36 000 km。探測(cè)跟蹤主要區(qū)域?yàn)楸本?0°以上高緯地區(qū)。HEO處于遠(yuǎn)地點(diǎn)時(shí)，運(yùn)行速度極慢，兩顆HEO即可滿足對(duì)北極地區(qū)24 h探測(cè)覆蓋。GEO為地球同步軌道衛(wèi)星，距離地平面大約36 000 km，三顆間隔120°的GEO通過(guò)全天候不間斷的探測(cè)掃描，即可完成對(duì)地球中低緯度地區(qū)的24 h探測(cè)覆蓋。

HEO和GEO主要針對(duì)高超聲速目標(biāo)的飛航段進(jìn)行探測(cè)預(yù)警。在飛航段，高超聲速目標(biāo)通過(guò)火箭或飛機(jī)運(yùn)載到臨近空間進(jìn)行發(fā)射，此階段運(yùn)載平臺(tái)的發(fā)動(dòng)機(jī)具有較強(qiáng)的紅外特性，大橢圓軌道和地球同步軌道的紅外傳感器以地球?yàn)楸尘澳軌蛱綔y(cè)跟蹤目標(biāo)。高超聲速目標(biāo)脫離運(yùn)載平臺(tái)后，盡管在臨近空間與空氣摩擦產(chǎn)生了一定的紅外特性，但是由于距離較遠(yuǎn)，目標(biāo)的紅外輻射在大氣中衰減極大，以地球?yàn)楸尘斑M(jìn)行探測(cè)的HEO和GEO無(wú)法探測(cè)到目標(biāo)飛航段以外的航跡信息，因此在反臨作戰(zhàn)過(guò)程中，HEO和GEO的職責(zé)是早期預(yù)警。

（2）低軌衛(wèi)星

軌道高度決定了衛(wèi)星載荷的使用方式。較低的軌道意味著更精準(zhǔn)的探測(cè)跟蹤能力，但也限制了其探測(cè)范圍。受地球曲率的影響，獨(dú)立LEO的探測(cè)范圍有限，需要通過(guò)多軌道多星構(gòu)建LEO星座，以達(dá)到多重覆蓋多角度監(jiān)視的目的。目前資料公開(kāi)最為全面且已進(jìn)入實(shí)驗(yàn)階段的是美國(guó)提出的天基紅外監(jiān)視系統(tǒng)（STSS）。STSS中的LEO以大傾角多軌道星座的形式部署，部署數(shù)量在24～30顆之間，軌道高度為1 600 km左右，通信方式采用星-星鏈路和星-地鏈路，有效載荷為寬視場(chǎng)短波紅外傳感器和窄視場(chǎng)多色跟蹤型傳感器[15]。

寬視場(chǎng)短波紅外傳感器主要探測(cè)以地球?yàn)楸尘暗奶幱陲w航段的目標(biāo)。在飛航段，目標(biāo)的運(yùn)載平臺(tái)依靠發(fā)動(dòng)機(jī)將目標(biāo)運(yùn)送至較高發(fā)射位置，運(yùn)載平臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)尾部發(fā)出明亮的火焰，短波紅外傳感器能夠捕獲目標(biāo)，因此短波紅外傳感器的主要工作方式為對(duì)地掃描，增加重點(diǎn)區(qū)域的監(jiān)視時(shí)間。跟蹤型傳感器的主要工作是以深空為背景跟蹤高超聲速目標(biāo)。在飛航段結(jié)束后，目標(biāo)在臨近空間進(jìn)行遠(yuǎn)距離飛行（滑躍階段），并在到達(dá)目標(biāo)上空后以無(wú)動(dòng)力滑翔的方式落地（再入段），在這兩個(gè)階段目標(biāo)的紅外輻射主要是中長(zhǎng)波。由于地表的紅外輻射較強(qiáng)，對(duì)地觀測(cè)已經(jīng)難以捕獲目標(biāo)，需要以深空為背景的中長(zhǎng)波和可見(jiàn)光傳感器才能夠捕獲目標(biāo)。LEO跟蹤型傳感器探測(cè)范圍示意圖如圖7所示。

圖7中虛線為目標(biāo)飛行軌跡，藍(lán)色區(qū)域?yàn)楦櫺蛡鞲衅骺商綔y(cè)范圍。天基傳感器正下方為寬視場(chǎng)短波紅外傳感器的探測(cè)范圍，可探測(cè)到AMB區(qū)域中處于飛航段的目標(biāo)。跟蹤型傳感器需要以深空為背景進(jìn)行探測(cè)，因此傳感器的俯仰角度為∠FMG和∠IMJ，可探測(cè)目標(biāo)航行區(qū)間段為弧CEG和弧DHJ。假設(shè)LEO軌道高度1 600 km，地球半徑6 371 km，目標(biāo)在100 km高度勻速直線飛行，那么LEO的深空背景探測(cè)角度∠FMG不到1°。

紅外傳感器的工作方式與雷達(dá)傳感器不同，紅外傳感器通過(guò)照射的方式發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，單獨(dú)的紅外傳感器僅僅能夠提供目標(biāo)與傳感器的角度，并不能得到兩者之間的距離，因此無(wú)法計(jì)算出目標(biāo)的準(zhǔn)確位置信息，僅能夠提供目標(biāo)的方向信息，即目標(biāo)大致的攻擊方向。如果天基高軌衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后，高軌衛(wèi)星將目標(biāo)的初始信息交接給可探測(cè)目標(biāo)區(qū)域的LEO，LEO的跟蹤型傳感器開(kāi)啟“捕獲”模式，對(duì)目標(biāo)可能的空域進(jìn)行掃描，當(dāng)截獲到目標(biāo)后，LEO跟蹤型傳感器切換為“跟蹤”模式，以凝視的方式跟蹤目標(biāo)。如果是LEO掃描型傳感器對(duì)地觀測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，則將目標(biāo)的區(qū)域信息發(fā)給臨近的LEO，臨近的LEO跟蹤型傳感器截獲并跟蹤目標(biāo)[16]。當(dāng)有兩顆LEO同時(shí)跟蹤一個(gè)目標(biāo)時(shí)，通過(guò)兩個(gè)LEO的角度信息以及自身的位置，可以計(jì)算出目標(biāo)的位置信息，地面接收站在獲得目標(biāo)的位置信息后，通過(guò)計(jì)算目標(biāo)的位置、速度和加速度等運(yùn)動(dòng)信息以及獲得的目標(biāo)紅外特性，能夠進(jìn)一步對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，得到目標(biāo)可能的威脅方式、來(lái)襲方向、可能攻擊目的等信息。

2.2?地/?；走_(dá)傳感器

雷達(dá)探測(cè)跟蹤目標(biāo)能力主要受目標(biāo)運(yùn)行特性和電磁特性的影響。目標(biāo)的電磁特性對(duì)雷達(dá)的影響主要體現(xiàn)在隱身外形設(shè)計(jì)和高速飛行等離子鞘體對(duì)雷達(dá)電磁波的衰減，使得雷達(dá)接收的目標(biāo)信號(hào)十分弱小，很容易淹沒(méi)在雜波信號(hào)中。目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特性對(duì)于雷達(dá)的影響主要在于目標(biāo)的高超聲速，過(guò)快的速度極大地縮短了地基雷達(dá)的觀測(cè)時(shí)間窗口[17]。

受地球曲率的影響，雷達(dá)探測(cè)空域范圍十分有限，最遠(yuǎn)的探測(cè)距離與目標(biāo)的飛行高度和自身天線高度有關(guān)。雷達(dá)可視距離的計(jì)算方法為

天線高度和目標(biāo)飛行高度對(duì)雷達(dá)視線距離的影響如圖8所示。從圖中可以看出，較高的雷達(dá)天線設(shè)計(jì)和較高的目標(biāo)飛行高度能夠提高雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的最遠(yuǎn)視線距離。但是高超聲速飛行器的滑躍高度主要是30～70 km，一般的地/?；笮屠走_(dá)的高度在1 km左右，因此，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的最遠(yuǎn)距離在1 000 km左右。

假設(shè)目標(biāo)與雷達(dá)的航路角為0°，即目標(biāo)的飛行路線經(jīng)過(guò)雷達(dá)正上空，雷達(dá)探測(cè)的方位角范圍為0°～360°，俯仰角范圍為0°～90°，目標(biāo)速度和高度對(duì)于雷達(dá)觀測(cè)時(shí)間窗口的影響如圖9所示。從圖中可以看出，對(duì)飛行馬赫數(shù)20，飛行高度20 km的目標(biāo)，在經(jīng)過(guò)雷達(dá)探測(cè)范圍路徑最長(zhǎng)的情況下，觀測(cè)時(shí)間窗口為181 s。由此可見(jiàn)，高超聲速飛行器的速度對(duì)地基雷達(dá)探測(cè)跟蹤的反應(yīng)時(shí)間影響極大，越快的速度，對(duì)雷達(dá)的反應(yīng)時(shí)間要求越高。

3?反臨作戰(zhàn)傳感器資源調(diào)度的難點(diǎn)分析

結(jié)合臨近空間高超聲速飛行器的目標(biāo)特性以及天/海/地基傳感器的探測(cè)性能，可以得出反臨作戰(zhàn)預(yù)警探測(cè)跟蹤傳感器資源調(diào)度的難點(diǎn)。

（1）探測(cè)跟蹤難

現(xiàn)有的反臨作戰(zhàn)傳感器資源主要是地/?；走_(dá)傳感器和天基紅外傳感器。

對(duì)于雷達(dá)傳感器來(lái)說(shuō)，臨近空間高超聲速飛行器的隱身外形設(shè)計(jì)極大降低了雷達(dá)的監(jiān)測(cè)檢測(cè)概率，目標(biāo)在臨近空間中高速飛行產(chǎn)生的等離子鞘體，更是能夠進(jìn)一步影響雷達(dá)的電磁衰減和散射，使得地/海基雷達(dá)探測(cè)跟蹤難度進(jìn)一步增加。盡管現(xiàn)有的雷達(dá)能夠?qū)崿F(xiàn)上千公里的探測(cè)能力，但是受到地球曲率和雷達(dá)探測(cè)俯仰角度的限制，高空高速目標(biāo)的可視時(shí)間窗口十分有限。

對(duì)于天基紅外傳感器來(lái)說(shuō)，受限于傳感器能力，HEO和GEO主要用于探測(cè)，LEO主要用于跟蹤，但是受地球曲率和目標(biāo)飛行高度的限制，LEO跟蹤型傳感器的可用俯仰角不到1°，且需要兩顆衛(wèi)星同時(shí)觀測(cè)才能實(shí)施精準(zhǔn)定位。文獻(xiàn)[18]研究了LEO部署對(duì)深空背景下探測(cè)漏洞的影響，從其研究結(jié)果中可以看出，不同的部署形式下不同高度的探測(cè)漏洞不同，但總體來(lái)說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)無(wú)漏洞的全球覆蓋需要的衛(wèi)星數(shù)量遠(yuǎn)多于STSS計(jì)劃的28顆星的數(shù)量。

綜上所述，對(duì)于天/海/地基傳感器來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)探測(cè)和全程穩(wěn)定持續(xù)跟蹤是極其困難的，需要大量的多源異構(gòu)傳感器合理部署。

（2）傳感器交接頻繁

高超聲速目標(biāo)在臨近空間飛行，相比于彈道目標(biāo)，它更“貼近地表”飛行，目標(biāo)的飛行高度限制了傳感器的探測(cè)范圍。越小的探測(cè)跟蹤范圍，意味著需要更多的傳感器交替跟蹤，才能實(shí)現(xiàn)更完整的飛行軌跡跟蹤。

傳感器交接時(shí)，需要依據(jù)上一個(gè)傳感器的探測(cè)跟蹤信息計(jì)算傳感器交接的時(shí)刻、交接區(qū)域以及誤差信息，在交接時(shí)刻，下一個(gè)傳感器對(duì)交接區(qū)域進(jìn)行快速連續(xù)的掃描。如果交接傳感器能夠捕獲目標(biāo)，則開(kāi)始建立航跡，計(jì)算并跟蹤目標(biāo)飛行軌跡。但是高超聲速飛行器高速飛行且擁有橫向大空域機(jī)動(dòng)能力，傳感器交接時(shí)刻和位置預(yù)測(cè)難度大，計(jì)算結(jié)果精度低，這就導(dǎo)致了在交接時(shí)，可能由于交接區(qū)域太大導(dǎo)致目標(biāo)高速穿過(guò)交接區(qū)域，而傳感器并沒(méi)有掃描到，也就是穿屏問(wèn)題。穿屏問(wèn)題對(duì)于軌道相對(duì)固定的彈道目標(biāo)是一個(gè)重要跟蹤難題，它對(duì)于可機(jī)動(dòng)變軌飛行的高超聲速目標(biāo)來(lái)說(shuō)難度更大。穿屏問(wèn)題極大地降低了目標(biāo)穩(wěn)定跟蹤的概率，若交接失敗，重新搜索目標(biāo)需要消耗的時(shí)間和傳感器資源將無(wú)法估計(jì)。

（3）調(diào)度方案動(dòng)態(tài)變化

目標(biāo)航向、目標(biāo)數(shù)量、傳感器資源使用狀態(tài)、戰(zhàn)場(chǎng)干擾等很多不確定因素，都會(huì)影響傳感器調(diào)度方案的動(dòng)態(tài)變化，此外，現(xiàn)代多兵種、多體系協(xié)同攻擊的作戰(zhàn)模式，使得天/海/地傳感器必須留有空余探測(cè)跟蹤資源用來(lái)探測(cè)其他類(lèi)型的目標(biāo)，如彈道目標(biāo)在飛行過(guò)程中產(chǎn)生的伴飛假目標(biāo)、多彈頭等。戰(zhàn)場(chǎng)不確定因素和其他作戰(zhàn)任務(wù)的影響，使得有限數(shù)量的傳感器在資源沖突條件下最大化使用的難度增大。目前裝備上對(duì)于多任務(wù)處理通常采用預(yù)留通道的手段，但是面對(duì)不同作戰(zhàn)對(duì)象在不同作戰(zhàn)條件下，威脅目標(biāo)的數(shù)量、種類(lèi)和進(jìn)攻方式都是不同的，這種方法盡管可以避免高威脅目標(biāo)突發(fā)性攻擊時(shí)無(wú)傳感器資源探測(cè)跟蹤，但也是面對(duì)飽和攻擊時(shí)制約傳感器最大化利用率的限制因素。

4?反臨作戰(zhàn)傳感器資源調(diào)度的思考

通過(guò)上述分析，現(xiàn)有體系下天海地多平臺(tái)一體化的信息網(wǎng)探測(cè)跟蹤任務(wù)調(diào)度的難點(diǎn)，主要是目標(biāo)特性造成的探測(cè)跟蹤捕獲難、傳感器探測(cè)范圍有限導(dǎo)致的傳感器交接頻繁、戰(zhàn)場(chǎng)不確定因素引起的調(diào)度方案動(dòng)態(tài)變化。因此，反臨作戰(zhàn)天海地一體化傳感器資源調(diào)度作戰(zhàn)效能的提升，需要從硬實(shí)力和軟實(shí)力兩個(gè)角度對(duì)傳感器能力、體系架構(gòu)和高效的算法進(jìn)行探索和研發(fā)。

（1）提高傳感器能力是探測(cè)跟蹤體系發(fā)展的核心

由于地球曲率的影響，天基傳感器相比其他傳感器具有更好的觀測(cè)角度，但是受到載荷的限制，天基傳感器的能力始終無(wú)法與地基傳感器相比較。天基平臺(tái)和天基傳感器的研制和發(fā)展將極大地提升天海地一體化探測(cè)跟蹤網(wǎng)絡(luò)的觀測(cè)容量、觀測(cè)精度，進(jìn)而為反臨作戰(zhàn)提供更加精確的目標(biāo)信息。

現(xiàn)有的傳感器探測(cè)跟蹤能力指標(biāo)，主要是針對(duì)彈道目標(biāo)設(shè)計(jì)的，如彈道目標(biāo)在中段飛行的溫度低，只能以深空背景進(jìn)行探測(cè)。但是高超聲速目標(biāo)與大氣劇烈摩擦，在整個(gè)飛行過(guò)程中都表現(xiàn)出極強(qiáng)的紅外特性，設(shè)計(jì)具有更強(qiáng)針對(duì)性的傳感器將極大地?cái)U(kuò)充傳感器探測(cè)可視空間和時(shí)間，提高整個(gè)探測(cè)跟蹤體系的作戰(zhàn)能力。

（2）合理的體系架構(gòu)是探測(cè)跟蹤資源優(yōu)化調(diào)度的基礎(chǔ)

種類(lèi)不同、型號(hào)不同的傳感器，工作方式和信息傳輸方式是不同的。天基傳感器需要星-星鏈路和星-地鏈路的數(shù)據(jù)傳輸，地面控制站才能夠與天基平臺(tái)進(jìn)行信息交互和指揮控制;地基傳感器通過(guò)“雷達(dá)控制器”對(duì)威脅目標(biāo)的探測(cè)時(shí)間、空間、能力和信號(hào)等多種資源進(jìn)行調(diào)控。此外，不同生產(chǎn)廠家采用的通信協(xié)議數(shù)據(jù)格式也是有差異性的，在過(guò)去“煙囪式”發(fā)展的基礎(chǔ)上搭建一個(gè)通用的指揮控制通信體系架構(gòu)是很困難的，美國(guó)海軍開(kāi)發(fā)的協(xié)同作戰(zhàn)能力（Cooperative Engagement Capability，CEC）系統(tǒng)耗費(fèi)了10年時(shí)間。

體系架構(gòu)必須要考慮傳感器、計(jì)算機(jī)技術(shù)和算法的迭代發(fā)展。因此，完善的體系架構(gòu)必須具備新型傳感器加入的可擴(kuò)展性，算法程序升級(jí)的迭代性，任意武器系統(tǒng)或傳感器具有與探測(cè)跟蹤體系進(jìn)行信息交互的即插即用性和兼容性。

（3）高效的調(diào)度算法是探測(cè)跟蹤體系作戰(zhàn)效能的倍增器

隨著戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)質(zhì)量和數(shù)量的激增，現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)武器系統(tǒng)的反應(yīng)速度、信息處理速度以及指揮控制的精準(zhǔn)程度提出了越來(lái)越多的要求。高效的調(diào)度算法是現(xiàn)代化信息戰(zhàn)制勝的必要條件，更是反臨作戰(zhàn)探測(cè)跟蹤體系構(gòu)建的前提。探測(cè)跟蹤體系調(diào)度不僅需要考慮戰(zhàn)時(shí)傳感器資源約束、威脅目標(biāo)攻擊意圖、動(dòng)態(tài)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)等多種調(diào)度要素，還要依據(jù)傳感器工作模式和作戰(zhàn)模式設(shè)計(jì)具有交鏈深度高、協(xié)同程度高的任務(wù)調(diào)度算法。調(diào)度算法不止是在決策層對(duì)調(diào)度任務(wù)簡(jiǎn)單的分配，更應(yīng)該涉及到與反臨作戰(zhàn)相關(guān)的可能作戰(zhàn)任務(wù)以及對(duì)傳感器自身探測(cè)跟蹤資源深度規(guī)劃的考慮。

5?結(jié)?束?語(yǔ)

天海地一體化傳感器資源調(diào)度是反臨作戰(zhàn)中指揮控制多源異構(gòu)傳感器協(xié)同探測(cè)跟蹤的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是獲取臨近空間高超聲速目標(biāo)狀態(tài)信息的重要方法。本文對(duì)臨近空間高超聲速飛行器的目標(biāo)特性和反臨作戰(zhàn)傳感器資源探測(cè)性能進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，提出并總結(jié)了反臨作戰(zhàn)傳感器資源調(diào)度的難點(diǎn)和對(duì)策，以期為反臨作戰(zhàn)預(yù)警探測(cè)研究提供指導(dǎo)。

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