協(xié)同防空反導中艦空導彈作戰(zhàn)模式選擇問題

張 森，董受全

(海軍大連艦艇學院，遼寧大連 116018)

現(xiàn)代海戰(zhàn)正向著“體系”與“體系”的對抗方向發(fā)展。如何將各平臺互聯(lián)以及信息共享已成為“體系”對抗的關鍵。協(xié)同防空信息系統(tǒng)突破單一平臺的制約，將傳感器網、指控網和武器網打破重組，以戰(zhàn)場需求為牽引動態(tài)構建針對目標的火力通道，較好地解決了遠距離防空和超視距反導兩大防御難題。艦空導彈作為協(xié)同防空反導作戰(zhàn)的最終“執(zhí)行者”，其在協(xié)同防空信息系統(tǒng)的加持下，主要有四種作戰(zhàn)模式。理清不同作戰(zhàn)模式的內涵、影響因素和使用原則，將為艦艇編隊撐起一張更加堅固與靈活的“防御網”。

1 艦空導彈作戰(zhàn)模式簡介

協(xié)同防空信息系統(tǒng)將不同平臺上的傳感器、指控和武器進行動態(tài)組合，形成特定條件下的火力通道。艦空導彈的作戰(zhàn)模式主要為四種典型組合，分別為提示作戰(zhàn)、遠程數(shù)據(jù)作戰(zhàn)、遠程發(fā)射控制作戰(zhàn)和前傳作戰(zhàn)[1]。

1.1 提示作戰(zhàn)

提示作戰(zhàn)是指本艦經協(xié)同防空信息系統(tǒng)提示后，捕獲并發(fā)射導彈攔截目標的作戰(zhàn)模式。編隊中各平臺將探測到的目標點跡信息進行共享、融合，形成統(tǒng)一的目標態(tài)勢。如圖1所示，若平臺1雷達發(fā)現(xiàn)目標T，平臺2雷達未發(fā)現(xiàn)目標T，且目標T對平臺2有威脅，則協(xié)同防空信息系統(tǒng)將對平臺2進行目標提示，引導其捕獲并攔截目標T。此時平臺2雷達可針對目標T方位進行重點搜索跟蹤，節(jié)約搜索時間資源，增大捕獲距離，盡早發(fā)現(xiàn)和跟蹤該目標，形成火控級目標數(shù)據(jù)，平臺2在較遠的距離上發(fā)射導彈和攔截目標。

圖1 提示作戰(zhàn)

1.2 遠程數(shù)據(jù)作戰(zhàn)

遠程數(shù)據(jù)作戰(zhàn)是指本平臺未發(fā)現(xiàn)目標，利用協(xié)同防空信息系統(tǒng)傳送的火控級目標數(shù)據(jù)進行火控解算，引導本平臺導彈發(fā)射與攔截目標。如圖2所示，此時平臺2未能發(fā)現(xiàn)或跟蹤目標，僅作為導彈發(fā)射與控制平臺。平臺1將火控級目標數(shù)據(jù)傳送給平臺2進行融合與火控解算，平臺2裝訂射擊諸元后發(fā)射并控制導彈攔截目標。

圖2 遠程數(shù)據(jù)作戰(zhàn)

1.3 遠程發(fā)射控制作戰(zhàn)

遠程發(fā)射控制作戰(zhàn)是指本平臺僅作為導彈發(fā)射平臺，其導彈的發(fā)射與制導均由另一平臺控制的作戰(zhàn)模式。如圖3所示，此時平臺1通過協(xié)同防空信息系統(tǒng)給平臺2下達導彈射擊諸元與發(fā)射指令，并制導導彈攔截目標。

圖3 遠程發(fā)射控制作戰(zhàn)

1.4 前傳作戰(zhàn)

前傳作戰(zhàn)是指本艦發(fā)射導彈后，在導彈的中制導段將導彈的制導權轉交給另一平臺的作戰(zhàn)模式。如圖4所示，此時平臺1通過協(xié)同防空信息系統(tǒng)獲取目標信息，進行火控解算并發(fā)射與控制導彈。當導彈處于中制導段合理交接區(qū)時將導彈的制導權轉交給平臺2，并由其引導至目標處。

圖4 前傳作戰(zhàn)

2 艦空導彈作戰(zhàn)模式選擇原則

協(xié)同防空反導作戰(zhàn)時，艦空導彈作戰(zhàn)模式選擇應以滿足艦空導彈作戰(zhàn)使用為基本前提。隨后，應以盡遠盡早攔截目標，發(fā)揮導彈射程優(yōu)勢為重點。隨后，考慮艦空導彈攔截時的制導精度問題，使攔截概率最大。同時還需考慮多目標攔截能力，將攔截目標扇面、縱深和作戰(zhàn)資源數(shù)量等進行統(tǒng)籌規(guī)劃。

2.1 以滿足艦空導彈作戰(zhàn)使用為基本原則

協(xié)同條件下的艦空導彈防空反導作戰(zhàn)，導彈殺傷區(qū)、平臺捕獲目標范圍、平臺制導距離和平臺間距離均影響艦空導彈的作戰(zhàn)使用和作戰(zhàn)模式選擇。比如平臺間距離大于單平臺制導距離，則不能使用遠程發(fā)射控制作戰(zhàn)；艦空導彈射程處于單平臺制導范圍內，則不適合使用前傳作戰(zhàn)；目標距離較遠，超出單平臺制導范圍，則不能使用提示作戰(zhàn)和遠程數(shù)據(jù)作戰(zhàn)。

2.2 盡遠攔截目標，發(fā)揮艦空導彈射程優(yōu)勢[2]

提示作戰(zhàn)攔截范圍受本平臺雷達捕獲與制導能力的限制。遠程數(shù)據(jù)作戰(zhàn)不受本平臺雷達捕獲能力的限制，但仍受本平臺制導能力限制。遠程發(fā)射控制作戰(zhàn)將導彈的制導能力進行有限的擴展，但受限于平臺間距離大小。前傳作戰(zhàn)在理論上可通過各平臺間的接力制導實現(xiàn)盡遠攔截目標，但需要協(xié)同的平臺較多。所以為盡遠攔截目標，此時艦空導彈作戰(zhàn)模式選擇的優(yōu)先級為前傳作戰(zhàn)?遠程發(fā)射控制作戰(zhàn)?遠程數(shù)據(jù)作戰(zhàn)?提示作戰(zhàn)。

2.3 確保全方位、大縱深攔截目標

四種作戰(zhàn)模式中，應優(yōu)先選擇能全方位攔截目標的作戰(zhàn)模式以增大對多方向來襲目標的攔截能力。同時應盡量使目標在攔截區(qū)內縱深最大，增加攔截目標的次數(shù)。

2.4 確保艦空導彈制導精度[3-5]，提升攔截目標概率

四種作戰(zhàn)模式中，導彈的制導精度主要與雷達測量誤差、數(shù)據(jù)處理誤差、數(shù)據(jù)傳輸延遲誤差、制導設備誤差、導彈飛行誤差、平臺定位誤差等因素有關。具體如表1所示。

由表1可知，為確保艦空導彈制導精度，導彈作戰(zhàn)模式選擇的優(yōu)先級為提示作戰(zhàn)?遠程數(shù)據(jù)作戰(zhàn)?遠程發(fā)射控制作戰(zhàn)?前傳作戰(zhàn)。

表1 作戰(zhàn)模式誤差分析

2.5 合理分配各平臺資源，提高多目標攔截能力

協(xié)同防空反導作戰(zhàn)攔截多目標時，因平臺數(shù)量、各平臺雷達捕獲跟蹤目標和制導導彈數(shù)量均有限制，所以選擇艦空導彈作戰(zhàn)模式應盡量少占用平臺資源，從而達到組織指揮高效的目的。四種作戰(zhàn)模式下單目標占用資源如表2所示。

表2 單目標資源占用表

由表2可知，N為平臺數(shù)量(假設每平臺有1部跟蹤雷達)，為盡量少占用平臺資源，提高多目標攔截能力，艦空導彈作戰(zhàn)模式選擇的優(yōu)先級為遠程數(shù)據(jù)作戰(zhàn)?提示作戰(zhàn)?遠程發(fā)射控制作戰(zhàn)?前傳作戰(zhàn)。

3 艦空導彈作戰(zhàn)模式選擇影響因素分析

縱觀艦空導彈作戰(zhàn)全流程，雖然作戰(zhàn)模式不盡相同，但都包含“平臺”、“傳感器”、“火控”、“武器”和“目標”五個基本元素。因此“平臺”位置、“傳感器”能力、“火控”能力、“武器”性能和“目標”狀態(tài)是決定艦空導彈作戰(zhàn)模式選擇的主要因素。

3.1 平臺隊形分析

為發(fā)揮協(xié)同防空信息系統(tǒng)功能，各平臺之間的距離應滿足數(shù)據(jù)傳輸距離限制。因系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸量大，實時性要求極高，所以通常采用微波傳輸，傳輸距離應為視距[6]。

設各平臺天線架設高度均為Hjs，任意平臺m，n的距離為Rmn，則根據(jù)視距公式，有如下約束條件：

3.2 捕獲性能分析

提示作戰(zhàn)中，目標位于發(fā)射平臺正常捕獲范圍與重點捕獲范圍之間，且目標至少位于其他某一平臺正常捕獲范圍之內。遠程數(shù)據(jù)作戰(zhàn)中，目標位于發(fā)射平臺正常捕獲范圍之外，但至少位于其他某一平臺正常捕獲范圍之內。遠程發(fā)射控制作戰(zhàn)中，目標和導彈初制導結束時均應位于制導平臺雷達捕獲范圍之內。前傳作戰(zhàn)中，目標至少位于某一平臺正常捕獲范圍之內。

設各平臺雷達正常搜索捕獲時目標被捕獲距離為Rbh、重點搜索捕獲時捕獲距離提高P%。目標T與導彈發(fā)射平臺i的距離為RTi，目標T與發(fā)現(xiàn)捕獲平臺j的距離為RTj，目標T與制導平臺k的距離為RTk。導彈M結束初制導并進入中制導時高度為Hd，此時導彈被雷達捕獲的最小距離為Rbh(Hd)。制導平臺k與發(fā)射平臺i的距離Rki，則有如下約束條件：

前傳作戰(zhàn)：RTi≤Rbh

3.3 制導距離分析

提示作戰(zhàn)與遠程數(shù)據(jù)作戰(zhàn)中，制導距離應不小于發(fā)射平臺(也是制導平臺)與目標的距離。遠程發(fā)射控制作戰(zhàn)中，制導距離應不小于制導平臺與發(fā)射平臺的距離和制導平臺與目標的距離，且制導距離應小于發(fā)射平臺與目標的距離。前傳作戰(zhàn)中，接力制導的前后平臺制導距離之和與前后制導平臺距離的差值應不小于制導交接區(qū)最小范圍[7-8]，且目標與最后進行接力制導的平臺距離應不大于最后制導平臺的制導距離，目標與其余進行接力制導的平臺距離應大于其余平臺制導距離。

設各平臺制導距離均為Rzd，目標T與最后進行接力制導的平臺k的距離為RTk，目標T與其余進行接力制導的平臺k′的距離為RTk′。前后制導平臺m′和n′的距離為Rm′ n′，最小可靠制導交接區(qū)大小為D。為使艦空導彈盡遠攔截目標，則有如下約束條件：

提示作戰(zhàn)：Rzd≥RTi

遠程數(shù)據(jù)作戰(zhàn)：Rzd≥RTi

3.4 導彈性能分析

提示作戰(zhàn)、遠程數(shù)據(jù)作戰(zhàn)、遠程發(fā)射控制作戰(zhàn)和前傳作戰(zhàn)中，導彈有效殺傷距離應不小于發(fā)射平臺與目標的距離。

設導彈有效殺傷區(qū)距離為Rss，則有如下約束條件：

四種作戰(zhàn)模式：Rss≥RTi

4 仿真分析

假設四艘艦艇組成菱形隊進行編隊協(xié)同防空反導，主要威脅方向為西北，若平臺①、②、③、④配置如圖5所示。來襲目標高度、目標RCS和目標速度均已知。單平臺天線架設高度、雷達捕獲目標距離、雷達捕獲初制導結束的艦空導彈距離、雷達制導距離、最小可靠制導交接區(qū)范圍、導彈有效殺傷區(qū)范圍如表3所示。

表3 性能參數(shù)

圖5 編隊協(xié)同防空反導隊形

由平臺天線架設高度可知，平臺組網互傳數(shù)據(jù)的最大距離為38 km。根據(jù)圖5各平臺的位置關系，可得表4各平臺數(shù)據(jù)傳輸關系，判定平臺①、②、③、④可組網互傳協(xié)同防空反導信息。

表4 平臺數(shù)據(jù)傳輸關系

4.1 限定平臺功能

規(guī)定四種作戰(zhàn)模式下平臺④發(fā)射導彈；提示作戰(zhàn)和遠程數(shù)據(jù)作戰(zhàn)模式下，平臺④同時負責制導；遠程發(fā)射控制作戰(zhàn)模式下平臺②或③進行導彈發(fā)射控制與制導；前傳作戰(zhàn)模式下，平臺②或③進行第一次接力制導，平臺①進行第二次接力制導。

則依據(jù)艦空導彈作戰(zhàn)模式選擇的約束條件，可得限定各平臺功能時，四種作戰(zhàn)模式相應的目標區(qū)范圍如圖6～9所示。

圖6 提示作戰(zhàn)

圖7 遠程數(shù)據(jù)作戰(zhàn)

圖8 遠程發(fā)射控制作戰(zhàn)

圖9 前傳作戰(zhàn)

由圖6～9分析可知，依據(jù)目標區(qū)范圍是否重合，從攔截目標距離、縱深、扇面、精度分析，得表5限定平臺功能下的作戰(zhàn)模式選擇優(yōu)先級如下。

表5 限定平臺功能下的作戰(zhàn)模式選擇優(yōu)先級

4.2 非限定平臺功能

規(guī)定平臺①、②、③、④均可進行發(fā)射、控制與接力制導導彈。通過配置不同的平臺進行發(fā)射、控制與制導，可得四種作戰(zhàn)模式下目標區(qū)范圍，如圖10～13所示。

圖10 提示作戰(zhàn)

圖11 遠程數(shù)據(jù)作戰(zhàn)

圖12 遠程發(fā)射控制

圖13 前傳作戰(zhàn)

由圖10～13可知，提示作戰(zhàn)與遠程數(shù)據(jù)作戰(zhàn)攔截目標距離較近，攔截縱深較小，且覆蓋目標區(qū)范圍較小，存在較大盲區(qū)。遠程發(fā)射控制作戰(zhàn)與前傳作戰(zhàn)攔截目標距離較遠，攔截縱深較大，且攔截目標區(qū)最遠距離基本一致。但遠程發(fā)射控制作戰(zhàn)下，編隊防空區(qū)覆蓋不完整；前傳作戰(zhàn)下，編隊防空區(qū)整體覆蓋較完整。

同時由圖10～13可得，不同發(fā)射制導平臺與不同作戰(zhàn)模式下目標區(qū)范圍具有一一對應關系。重合目標區(qū)范圍即表示可供選擇的平臺更多，可根據(jù)當下編隊資源總量(包括平臺數(shù)量、跟蹤目標的雷達數(shù)量、單雷達最大跟蹤目標數(shù)量、制導通道數(shù)量、艦空導彈數(shù)量)進行優(yōu)化調整。因此可通過對作戰(zhàn)模式、平臺及其功能的搭配，生成最優(yōu)火力攔截通道。

由于主要威脅方向為西北，所以令平臺①和②前出一段距離。由圖10～13可知，四種作戰(zhàn)模式在平臺前出情況下，對主要威脅方向的攔截目標區(qū)范圍均有擴大，且主要威脅方向的盲區(qū)相應減小，映證了協(xié)同作戰(zhàn)模式下，平臺前出的正確性與重要性。

5 結束語

基于協(xié)同防空信息系統(tǒng)的防空反導作戰(zhàn)是解決艦艇編隊防空問題的主要解決途徑。理解艦空導彈四種作戰(zhàn)模式的內涵，明確作戰(zhàn)模式選擇的基本原則，理清影響艦空導彈作戰(zhàn)模式選擇的影響因素和約束條件，

是充分發(fā)揮協(xié)同作戰(zhàn)能力的關鍵。實際協(xié)同防空反導作戰(zhàn)中，協(xié)同防空信息系統(tǒng)可通過輸入實時獲得的數(shù)據(jù)(如目標數(shù)據(jù)、平臺位置、導彈余量等)和裝備基本參數(shù)(雷達捕獲與制導距離、導彈有效殺傷范圍等)，并基于作戰(zhàn)原則、主要威脅方向和指揮員戰(zhàn)術訴求，進行快速解算生成不同作戰(zhàn)模式和不同平臺功能優(yōu)化配置下的火力攔截通道，為指揮員協(xié)同防空反導中高效決策與抗擊提供依據(jù)。