艦載戰(zhàn)斗機(jī)多傳感器協(xié)同探測(cè)模型設(shè)計(jì)與仿真

李濤濤,高偉亮,王永坤,沈君寶,程 煥

(1. 中國(guó)人民解放軍91967部隊(duì),河北 邢臺(tái) 054100;2. 海軍航空大學(xué)青島校區(qū),山東 青島 266041;3. 中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司雷華電子技術(shù)研究所,江蘇 無(wú)錫 214000)

在航母編隊(duì)中,艦載戰(zhàn)斗機(jī)擔(dān)負(fù)著奪取海上制空權(quán),打擊敵方海上和海面目標(biāo),護(hù)衛(wèi)母艦等重要任務(wù),需要艦載戰(zhàn)斗機(jī)具備更寬廣、更靈活的態(tài)勢(shì)感知能力。我國(guó)艦載戰(zhàn)斗機(jī)已經(jīng)裝備紅外探測(cè)系統(tǒng)、有源相控陣?yán)走_(dá)等多型傳感器系統(tǒng),相繼開(kāi)展了協(xié)同作戰(zhàn)關(guān)鍵技術(shù)研究[1-3],但對(duì)于多傳感器協(xié)同探測(cè)作戰(zhàn)模式的研究不多。艦載機(jī)平臺(tái)內(nèi)部的異類(lèi)傳感器之間可獲取不同特性的信息,具有很好的互補(bǔ)性,編隊(duì)協(xié)同探測(cè)能夠有效改變目標(biāo)識(shí)別效果[4],但目前還沒(méi)有很好的互相利用、互相支持來(lái)獲取更精準(zhǔn)的目標(biāo)信息。各類(lèi)傳感器各自為戰(zhàn),導(dǎo)致整體探測(cè)效能在較低的水平上,還有較大的潛力可供挖掘。

1 艦載戰(zhàn)斗機(jī)協(xié)同探測(cè)典型作戰(zhàn)場(chǎng)景建模

1.1 典型作戰(zhàn)任務(wù)及環(huán)境

艦載戰(zhàn)斗機(jī)主要擔(dān)負(fù)空中截?fù)簟⒀策?、打擊敵空中高價(jià)值目標(biāo)、攻擊敵水面艦艇[5]、遠(yuǎn)程打擊,以及對(duì)敵防空系統(tǒng)進(jìn)行防空壓制和對(duì)陸空中遮斷等任務(wù)[6]。

艦載戰(zhàn)斗機(jī)在執(zhí)行任務(wù)時(shí)面臨著嚴(yán)峻的作戰(zhàn)環(huán)境[7],而艦載戰(zhàn)斗機(jī)雷達(dá)、紅外等傳感器作為海面目標(biāo)搜索及態(tài)勢(shì)感知的載體,面臨著惡劣的海上環(huán)境,需要面對(duì)潮濕高腐蝕環(huán)境、復(fù)雜多變海上氣候帶來(lái)的挑戰(zhàn)。艦載戰(zhàn)斗機(jī)以艦船編隊(duì)為中心進(jìn)行對(duì)海作戰(zhàn)時(shí),將面臨來(lái)自海面、陸地、空中等多方位電磁干擾、民用目標(biāo)及虛假目標(biāo)欺騙等復(fù)雜電磁干擾環(huán)境,尤其是艦載戰(zhàn)斗機(jī)在進(jìn)行海上艦艇目標(biāo)搜索時(shí)極易遭遇敵方艦載干擾,造成誤判,給目標(biāo)探測(cè)、跟蹤與識(shí)別帶來(lái)較大的挑戰(zhàn)。

1.2 典型作戰(zhàn)場(chǎng)景建模

制空打擊過(guò)程中,根據(jù)作戰(zhàn)對(duì)象和敵我態(tài)勢(shì)不同,艦載機(jī)編隊(duì)作戰(zhàn)樣式包括空中截?fù)?、空中巡邏、空中護(hù)航三類(lèi)。從作戰(zhàn)使用過(guò)程來(lái)看,本文以空中截?fù)糇鳛榈湫椭瓶請(qǐng)鼍胺治?在航母編隊(duì)作戰(zhàn)系統(tǒng)的引導(dǎo)下,艦載機(jī)編隊(duì)對(duì)來(lái)襲的敵方空中隱身機(jī)動(dòng)目標(biāo)實(shí)施攔截和攻擊。接到空中截?fù)糇鲬?zhàn)任務(wù)后,母艦作戰(zhàn)指揮中心派遣艦載戰(zhàn)斗機(jī)群編隊(duì)攜帶中距攔截空空導(dǎo)彈,從母艦起飛。艦載戰(zhàn)斗機(jī)起飛10 min內(nèi)可到距離母艦200 km處攔截線(xiàn),對(duì)敵實(shí)施攔截。

按照空戰(zhàn)區(qū)域從遠(yuǎn)到近,雷達(dá)紅外協(xié)同使用[8-9]的流程分為超視距、中距和近距3個(gè)階段。

1)超視距階段:編隊(duì)在超視距階段時(shí),采用空域增程搜索模式,即艦載機(jī)群編隊(duì)協(xié)同對(duì)相同空域進(jìn)行搜索,編隊(duì)雷達(dá)紅外再進(jìn)行融合探測(cè),從而增加編隊(duì)的探測(cè)優(yōu)勢(shì),空域增程搜索場(chǎng)景如圖1所示。

圖1 空域增程搜索場(chǎng)景Fig.1 The scene of airspace extended range search

2)中距階段:當(dāng)兩者距離進(jìn)一步接近時(shí),艦載機(jī)群編隊(duì)協(xié)同探測(cè)時(shí)可采用雷達(dá)一發(fā)多收、雷達(dá)紅外融合探測(cè)模式,即載機(jī)B突前進(jìn)行自發(fā)自收,載機(jī)A進(jìn)行被動(dòng)偵收,艦載機(jī)群編隊(duì)一發(fā)多收,雷達(dá)紅外融合探測(cè)場(chǎng)景如圖2所示。

圖2 編隊(duì)雷達(dá)一發(fā)多收,雷達(dá)紅外融合探測(cè)場(chǎng)景Fig.2 The detection scene of multiple receipts for one launch of formation radar, and radar infrared fusion

隨著雙方距離逐漸縮小,載機(jī)B和目標(biāo)雙方均進(jìn)入彼此的火控打擊范圍,載機(jī)B發(fā)射空空導(dǎo)彈攻擊,艦載機(jī)群編隊(duì)協(xié)同制導(dǎo)時(shí)采用輪流接力制導(dǎo)模式,載機(jī)B實(shí)施攻擊后立即脫離戰(zhàn)場(chǎng),由處于安全位置的載機(jī)A進(jìn)行制導(dǎo)交接,直到順利完成空空導(dǎo)彈末制導(dǎo)。編隊(duì)協(xié)同制導(dǎo)場(chǎng)景如圖3所示。

圖3 艦載戰(zhàn)斗機(jī)編隊(duì)協(xié)同制導(dǎo)場(chǎng)景Fig.3 The cooperative guidance scene of carrier-borne fighter formation

3)近距階段:當(dāng)載機(jī)在近距階段面臨三個(gè)目標(biāo)時(shí),載機(jī)可選擇多波束探測(cè)模式,雷達(dá)多波束探測(cè)場(chǎng)景如圖4所示。

圖4 雷達(dá)多波束探測(cè)場(chǎng)景Fig.4 The detection scene of radar multi-beam

2 多傳感器協(xié)同探測(cè)模式仿真

根據(jù)艦載戰(zhàn)斗機(jī)典型作戰(zhàn)場(chǎng)景模型,依次在超視距、中距和近距階段對(duì)艦載戰(zhàn)斗機(jī)多傳感器探測(cè)模式進(jìn)行仿真。首先假設(shè)我方和敵方艦載戰(zhàn)斗機(jī)編隊(duì)雷達(dá)探測(cè)威力均為80 km,空空導(dǎo)彈距離目標(biāo)小于20 km時(shí),就能自主探測(cè)到目標(biāo),即進(jìn)入導(dǎo)彈末制導(dǎo)階段。

2.1 超視距搜索典型應(yīng)用模式仿真

超視距搜索階段,射頻探測(cè)協(xié)同工作模式主要使用無(wú)源定位、主被動(dòng)探測(cè)、被動(dòng)定位、增程探測(cè)和多發(fā)多收探測(cè)5類(lèi)工作模式,接下來(lái)重點(diǎn)分析增程探測(cè)模式的使用情況。

假設(shè)以雙方相距100 km時(shí),艦載戰(zhàn)斗機(jī)編隊(duì)探測(cè)到目標(biāo)信息,此時(shí),載機(jī)A速度為1Ma,載機(jī)B速度為1Ma,目標(biāo)速度為1Ma,增程探測(cè)模式下應(yīng)用場(chǎng)景仿真結(jié)果如圖5所示。仿真圖中,以載機(jī)A的初始位置為坐標(biāo)原點(diǎn),X軸代表相對(duì)于載機(jī)A初始位置的東向距離,Y軸代表相對(duì)于載機(jī)A初始位置的北向距離。載機(jī)A和載機(jī)B的初始坐標(biāo)分別為(0 km,0 km)、(0 km,100 km),飛行方向均為0°方向,即正東方向,目標(biāo)初始坐標(biāo)為(100 km,60 km),飛行方向?yàn)?80°方向,即正西方向。

圖5 增程探測(cè)模式下應(yīng)用場(chǎng)景仿真Fig.5 The application scene simulation in extended range detection mode

當(dāng)T=0～20 s時(shí),雙方以迎頭態(tài)勢(shì)進(jìn)入,載機(jī)A和載機(jī)B進(jìn)行自主探測(cè),假設(shè)載機(jī)A和載機(jī)B不增程探測(cè)時(shí)的雷達(dá)探測(cè)威力為80 km,增程探測(cè)后的雷達(dá)探測(cè)威力為100 km。當(dāng)T=20 s時(shí),載機(jī)B發(fā)射空空導(dǎo)彈,之后T=20～50 s時(shí),目標(biāo)以偏置角度180°減小到120°進(jìn)行轉(zhuǎn)向。T=50～83 s時(shí),目標(biāo)以1.5Ma速度、0°偏置角度進(jìn)行加速撤離。到T=83 s時(shí),載機(jī)B的空空導(dǎo)彈已進(jìn)入末制導(dǎo)。之后,由于目標(biāo)的快速機(jī)動(dòng),導(dǎo)彈未能命中目標(biāo)。

態(tài)勢(shì)距離隨時(shí)間變化關(guān)系如圖6所示,X軸代表仿真時(shí)刻,Y軸代表雙方之間的距離。從圖中可以看出,隨著時(shí)間的變化,在增程探測(cè)模式引導(dǎo)下,在T=20～83 s時(shí),載機(jī)B發(fā)射的空空導(dǎo)彈距離目標(biāo)越來(lái)越近。當(dāng)T=83 s時(shí),載機(jī)B的空空導(dǎo)彈已進(jìn)入末制導(dǎo)階段,載機(jī)A和載機(jī)B順利完成了火控制導(dǎo)任務(wù)。由于目標(biāo)大機(jī)動(dòng)快速撤離,在導(dǎo)彈的末制導(dǎo)階段,T=100 s后,導(dǎo)彈與目標(biāo)的距離逐漸增大,未能擊中目標(biāo)。

圖6 態(tài)勢(shì)距離隨時(shí)間變化關(guān)系Fig.6 The relationship between situational distance and time

通過(guò)仿真結(jié)果可知,如果在超視距階段,艦載戰(zhàn)斗機(jī)編隊(duì)能夠探測(cè)到敵方目標(biāo),若要對(duì)敵實(shí)施火力攻擊,我方發(fā)射空空導(dǎo)彈后,在目標(biāo)加速逃離期間,需要編隊(duì)內(nèi)艦載戰(zhàn)斗機(jī)協(xié)同增程探測(cè),才能保證火控制導(dǎo)的連續(xù)性。

2.2 中距搜索典型應(yīng)用模式仿真

在中距搜索時(shí),射頻系統(tǒng)主要使用多波束偵收、閃爍探測(cè)、LPI探測(cè)、掩護(hù)探測(cè)、協(xié)同搜索、融合跟蹤、探測(cè)及干擾和猝發(fā)探測(cè)8類(lèi)工作模式,接下來(lái)重點(diǎn)分析中距階段探測(cè)及干擾模式的使用情況。

當(dāng)艦載機(jī)編隊(duì)在中距階段探測(cè)到目標(biāo)時(shí),載機(jī)A和載機(jī)B采取的協(xié)同戰(zhàn)術(shù)為載機(jī)B前置發(fā)射空空導(dǎo)彈攻擊后撤離、載機(jī)A對(duì)目標(biāo)進(jìn)行邊探測(cè)邊干擾,在制導(dǎo)它機(jī)導(dǎo)彈的同時(shí)破壞目標(biāo)對(duì)載機(jī)B的火控攻擊。探測(cè)及干擾模式下應(yīng)用場(chǎng)景仿真結(jié)果如圖7所示。圖7中,以載機(jī)A的初始位置為坐標(biāo)原點(diǎn),X軸代表相對(duì)于載機(jī)A初始位置的東向距離,Y軸代表相對(duì)于載機(jī)A初始位置的北向距離。假設(shè)載機(jī)A和載機(jī)B初始坐標(biāo)分別為載機(jī)A(0 km,0 km),速度為1.5Ma,載機(jī)B(20 km,20 km),目標(biāo)和載機(jī)速度為1Ma,飛行方向均為0°方向,即正東方向。目標(biāo)以初始坐標(biāo)為(80 km,20 km),速度1Ma、飛行方向?yàn)?80°進(jìn)入,即自東向西方向進(jìn)入。由此,起始時(shí)刻雙方以迎頭態(tài)勢(shì)進(jìn)入。

圖7 探測(cè)+干擾模式下應(yīng)用場(chǎng)景仿真Fig.7 The application scene simulation in detection and interference mode

隨著雙方距離逐漸減小,載機(jī)B和目標(biāo)雙方均進(jìn)入彼此的火控打擊范圍內(nèi),在T=15 s時(shí),由載機(jī)B發(fā)射空空導(dǎo)彈攻擊,此時(shí)載機(jī)B距離目標(biāo)為49.8 km,之后載機(jī)B以90°偏置角度進(jìn)行脫離。在T=30 s時(shí)切換成180°反向脫離,載機(jī)A在此過(guò)程中持續(xù)使用邊探測(cè)邊干擾模式。

考慮到載機(jī)B在完成火控攻擊后與目標(biāo)處于較近距離,為提升自身平臺(tái)生存能力,需要以大機(jī)動(dòng)方式脫離目標(biāo),而在此作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)下,目標(biāo)有可能重點(diǎn)攻擊載機(jī)B,目標(biāo)快速追擊載機(jī)B。因此,在T=15～30 s時(shí),載機(jī)B與目標(biāo)的距離仍在逐漸縮小,但載機(jī)B與目標(biāo)的距離始終大于40 km。在T=30 s后,載機(jī)B采取180°反向脫離,同時(shí)目標(biāo)仍在向載機(jī)B方向靠近,所以雙方距離基本保持不變。在載機(jī)B脫離戰(zhàn)場(chǎng)過(guò)程中,需要載機(jī)A在50～70 km距離段提供對(duì)目標(biāo)的邊探測(cè)邊干擾。在T=37 s時(shí),我方的空空導(dǎo)彈已進(jìn)入末制導(dǎo),此時(shí)載機(jī)A和載機(jī)B與目標(biāo)的距離均超過(guò)40 km,在T=50 s時(shí),載機(jī)B發(fā)射的空空導(dǎo)彈成功命中目標(biāo),距離隨時(shí)間變化關(guān)系如圖8所示,X軸代表仿真時(shí)刻,Y軸代表雙方之間的距離。

圖8 距離隨時(shí)間變化關(guān)系Fig.8 The relationship between distance and time

從圖8中可以看出,在載機(jī)B發(fā)射空空導(dǎo)彈攻擊時(shí),此時(shí)載機(jī)B距離目標(biāo)為49.8 km,載機(jī)B處在目標(biāo)的雷達(dá)探測(cè)范圍之內(nèi),隨著載機(jī)B以大機(jī)動(dòng)方式快速脫離目標(biāo),由于距離目標(biāo)較近,目標(biāo)可能攻擊載機(jī)B,但是在載機(jī)A邊探測(cè)邊干擾的工作模式下,目標(biāo)未能順利實(shí)施攻擊。隨著時(shí)間的變化,在T=37 s時(shí),載機(jī)B的空空導(dǎo)彈已進(jìn)入末制導(dǎo),而我方艦載戰(zhàn)斗機(jī)編隊(duì)均處在較為安全的距離范圍內(nèi),能夠有效保證自身安全。在T=50 s時(shí),導(dǎo)彈成功命中目標(biāo)。

根據(jù)仿真結(jié)果,艦載戰(zhàn)斗機(jī)編隊(duì)與敵方在中距階段遭遇時(shí),當(dāng)敵方目標(biāo)攻擊編隊(duì)其他平臺(tái)時(shí),可選用編隊(duì)內(nèi)處于非威脅狀態(tài)的平臺(tái)采用探測(cè)及干擾模式,在保持己方編隊(duì)?wèi)B(tài)勢(shì)感知和火控制導(dǎo)的前提下,利用電子干擾阻斷敵方目標(biāo)的火控攻擊,從而增加己方編隊(duì)的生存能力。

2.3 近距搜索典型應(yīng)用模式仿真

在近距搜索時(shí),射頻系統(tǒng)主要使用多波束探測(cè)、多波束干擾、DAS引導(dǎo)跟蹤、探測(cè)及干擾和猝發(fā)探測(cè)5類(lèi)工作模式,接下來(lái)重點(diǎn)分析近距階段多波束探測(cè)的模式使用情況。

假設(shè)載機(jī)面臨3個(gè)目標(biāo),當(dāng)載機(jī)在中近距離段面臨3個(gè)威脅目標(biāo)時(shí),載機(jī)可選擇多波束探測(cè)模式,針對(duì)3個(gè)分布空間位置不同的目標(biāo)進(jìn)行自適應(yīng)波束形成,完成對(duì)3個(gè)方向的同時(shí)多波束發(fā)射和同時(shí)多波束接收。為保證同時(shí)探測(cè)的目標(biāo)之間不出現(xiàn)串?dāng)_,設(shè)定多波束探測(cè)的主波束夾角不小于10°。

多波束探測(cè)模式下應(yīng)用場(chǎng)景仿真結(jié)果如圖9所示,以載機(jī)A的初始位置為坐標(biāo)原點(diǎn),X軸代表相對(duì)于載機(jī)A初始位置的東向距離,Y軸代表相對(duì)于載機(jī)A初始位置的北向距離。目標(biāo)初始位置分別為(40 km,30 km)、(40 km,20 km)、(40 km,10 km),載機(jī)初始位置為(0 km,0 km),目標(biāo)和載機(jī)速度為1Ma,雙方以迎頭態(tài)勢(shì)進(jìn)入。

圖9 多波束探測(cè)模式下應(yīng)用場(chǎng)景仿真Fig.9 The application scene simulation in multi-beam detection mode

隨著仿真時(shí)刻的推進(jìn),在T=20 s時(shí)三個(gè)目標(biāo)在沿著飛行方向分別做左右搖擺機(jī)動(dòng),搖擺角度分別為10°和20°,載機(jī)沿著3個(gè)目標(biāo)行進(jìn)方向進(jìn)行偏置接近,偏置角度分別為5°和15°,由此觀察以上場(chǎng)景過(guò)程中載機(jī)多波束探測(cè)的視角變化范圍。

從T=0～48 s的仿真時(shí)間段內(nèi),載機(jī)對(duì)3個(gè)方向的目標(biāo)進(jìn)行同時(shí)3波束探測(cè),目標(biāo)之間夾角關(guān)系如圖10所示。在T=48 s時(shí),目標(biāo)1和目標(biāo)2相對(duì)于載機(jī)的夾角為10.16°,此后載機(jī)進(jìn)行同時(shí)2波束探測(cè);在T=55 s時(shí),目標(biāo)2和目標(biāo)3相對(duì)于載機(jī)的夾角為10.59°,此后載機(jī)只需在10°范圍內(nèi)進(jìn)行同時(shí)多目標(biāo)跟蹤即可,角度隨時(shí)間變化關(guān)系如圖11所示,X軸代表仿真時(shí)刻,Y軸代表角度。

圖10 目標(biāo)之間夾角關(guān)系Fig.10 The angular relationship between targets

圖11 角度隨時(shí)間變化關(guān)系Fig.11 The relationship between angle and time

從圖11中可知,雙方剛開(kāi)始接近時(shí),由于目標(biāo)1、目標(biāo)2與載機(jī)的夾角和目標(biāo)2、目標(biāo)3與載機(jī)的夾角均大于10°,載機(jī)采用3波束同時(shí)探測(cè),實(shí)時(shí)探測(cè)目標(biāo)信息,隨著載機(jī)偏置接近目標(biāo),在T=48 s時(shí),目標(biāo)1和目標(biāo)2與載機(jī)的夾角為10.16°,載機(jī)進(jìn)行2波束探測(cè)即可。在T=55 s時(shí),目標(biāo)2和目標(biāo)3相對(duì)于載機(jī)的夾角為10.59°,載機(jī)只需進(jìn)行多目標(biāo)跟蹤,就能實(shí)現(xiàn)探測(cè)多目標(biāo)的目的。

根據(jù)仿真結(jié)果,當(dāng)多個(gè)目標(biāo)出現(xiàn)在多個(gè)不同方向,且威脅等級(jí)較高需要同時(shí)關(guān)注時(shí),可在中近距離段采用多波束探測(cè)方式,針對(duì)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行自適應(yīng)波束形成,完成對(duì)不同方向的多波束發(fā)射和接收,從而獲取最高效的探測(cè)效果。

3 作戰(zhàn)流程下多傳感器協(xié)同探測(cè)模式設(shè)計(jì)

艦載戰(zhàn)斗機(jī)制空作戰(zhàn)使用流程分析,一般包括9個(gè)狀態(tài),即任務(wù)前準(zhǔn)備、出行滑行、起飛爬升、集結(jié)編組、目標(biāo)搜索、協(xié)同攻擊、返航下滑、著陸下滑和任務(wù)講評(píng)[10]。射頻系統(tǒng)的使用主要集中在目標(biāo)搜索和協(xié)同攻擊兩個(gè)狀態(tài),接下來(lái)重點(diǎn)對(duì)目標(biāo)搜索階段和協(xié)同攻擊階段多傳感器協(xié)同探測(cè)模式進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1 超視距階段協(xié)同探測(cè)模式設(shè)計(jì)

在超視距搜索階段,戰(zhàn)斗機(jī)編隊(duì)為實(shí)現(xiàn)完全射頻隱身、目標(biāo)精測(cè)向和粗定位效果,可采用HGESM遠(yuǎn)距無(wú)源偵收。當(dāng)戰(zhàn)斗機(jī)編隊(duì)偵測(cè)到目標(biāo)信號(hào)時(shí),采用多機(jī)HGESM快速收斂定位,從而快速獲取目標(biāo)信息。當(dāng)戰(zhàn)斗機(jī)編隊(duì)獲取到目標(biāo)部分信息后,編隊(duì)可采用主被動(dòng)探測(cè)模式,即多機(jī)有源探測(cè)與HGESM遠(yuǎn)距無(wú)源偵收同時(shí)工作,使得單機(jī)探測(cè)性能不損失的同時(shí),增強(qiáng)編隊(duì)電子偵收能力。假設(shè)在雙方接近過(guò)程中,我方收到敵方電子干擾,編隊(duì)采用被動(dòng)定位模式,實(shí)現(xiàn)干擾源定位。當(dāng)敵我雙方距離較遠(yuǎn),目標(biāo)超出雷達(dá)常規(guī)探測(cè)威力時(shí),可使用多機(jī)增程探測(cè)模式。多機(jī)增程探測(cè)對(duì)于作戰(zhàn)能力的提升主要表現(xiàn)在探測(cè)距離的增加。利用多平臺(tái)雷達(dá)進(jìn)行協(xié)同探測(cè),獲取的多源目標(biāo)信息將能更準(zhǔn)確地進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別和定位。采用分布式協(xié)同探測(cè)技術(shù)、多平臺(tái)組網(wǎng)探測(cè)技術(shù)[11]可有效增強(qiáng)對(duì)低可觀測(cè)目標(biāo)的探測(cè)能力。

編隊(duì)數(shù)量不同時(shí)在相同檢測(cè)概率下獲得的檢測(cè)信噪比不同,從而影響著協(xié)同探測(cè)的距離提升。例如,當(dāng)載機(jī)與目標(biāo)采用迎頭進(jìn)入態(tài)勢(shì)時(shí),雙方均為1Ma速度。當(dāng)1個(gè)平臺(tái)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)距離為100 km時(shí),通過(guò)增加編隊(duì)數(shù)量,獲得的協(xié)同探測(cè)距離提升及提前發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時(shí)間如表1所示。

表1 增程探測(cè)距離提升及提前發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時(shí)間Tab.1 Extended range detection distance enhancement and target detection time in advance

經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì),作者發(fā)現(xiàn)增加第2個(gè)平臺(tái)可以提高20%的探測(cè)距離,但是從四機(jī)編隊(duì)協(xié)同探測(cè)到五機(jī)編隊(duì)協(xié)同探測(cè),探測(cè)距離從41%增加到47%,即多增加一個(gè)平臺(tái),帶來(lái)系統(tǒng)資源增加的條件下只提升了6%的距離。因此,在完成作戰(zhàn)任務(wù)的前提下,艦載戰(zhàn)斗機(jī)編隊(duì)數(shù)量一般為2至4架,才能最大化地實(shí)現(xiàn)增程探測(cè)效能。

3.2 中距階段協(xié)同探測(cè)模式設(shè)計(jì)

隨著敵我雙方距離進(jìn)一步縮小,進(jìn)入中距搜索階段。假設(shè)我方是單平臺(tái)作戰(zhàn),可采用多波束偵收模式,使得我方在中近距離段快速無(wú)源搜索與多輻射源定位。若我方戰(zhàn)機(jī)配備ESM對(duì)抗設(shè)備,應(yīng)采用探測(cè)及干擾模式,能夠在電子壓制下實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測(cè)。當(dāng)存在敵方引導(dǎo)信息時(shí),采用猝發(fā)探測(cè)模式,對(duì)小區(qū)域進(jìn)行有源探測(cè),從而達(dá)到在減少輻射暴露時(shí)間的前提下快速搜索目標(biāo)。

假設(shè)我方出動(dòng)的是多機(jī)編隊(duì),在中距搜索階段可首先使用協(xié)同搜索模式,即多機(jī)自發(fā)自收同時(shí)搜索,然后融合點(diǎn)跡/航跡信息生成統(tǒng)一態(tài)勢(shì)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)敵方雷達(dá)開(kāi)機(jī)搜索時(shí),使用掩護(hù)探測(cè)模式,用于欺騙敵方ESM,實(shí)現(xiàn)射頻偽裝,降低被截獲概率。若目標(biāo)高速機(jī)動(dòng),使用融合跟蹤模式,實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)穩(wěn)定跟蹤。當(dāng)我方編隊(duì)存在ESM對(duì)抗設(shè)備時(shí),優(yōu)先使用多機(jī)LPI探測(cè)模式[12],即編隊(duì)利用功率管理、低副瓣天線(xiàn)設(shè)計(jì)、復(fù)雜波形等實(shí)現(xiàn)低截獲探測(cè)。編隊(duì)采用合理的空間位置布局及雷達(dá)資源管理,可有效提高協(xié)同空戰(zhàn)的抗干擾能力。

另外,通過(guò)多機(jī)協(xié)同LPI探測(cè),可根據(jù)目標(biāo)的不同態(tài)勢(shì)距離自適應(yīng)調(diào)整雷達(dá)的輻射功率,從而實(shí)現(xiàn)多機(jī)間的隱蔽探測(cè)。采用低截獲概率波形設(shè)計(jì),采用有源與無(wú)源誘餌,降低編隊(duì)雷達(dá)被偵察、定位的概率,從而提升編隊(duì)的戰(zhàn)場(chǎng)生存能力。

3.3 近距階段協(xié)同探測(cè)模式設(shè)計(jì)

敵我雙方在近距階段相遇時(shí),當(dāng)多個(gè)敵方目標(biāo)出現(xiàn)在多個(gè)不同方向時(shí),我方一般使用同時(shí)多波束探測(cè)模式,獲得最高效的探測(cè)效果。采用多波束同時(shí)探測(cè)方式能夠顯著降低雷達(dá)空域掃描時(shí)間,從而獲得快速掃描和快速發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的探測(cè)優(yōu)勢(shì)。

在近距搜索時(shí),當(dāng)存在多個(gè)目標(biāo)時(shí),我方可采用同時(shí)多波束探測(cè)模式,實(shí)現(xiàn)近距分區(qū)多波束雷達(dá)同時(shí)搜索與跟蹤,并且同時(shí)攻擊多個(gè)目標(biāo)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)近距存在多個(gè)干擾機(jī)時(shí),我方可采用多波束干擾模式,達(dá)到快速搜索目標(biāo),減少輻射暴露時(shí)間的目的。若跟蹤過(guò)程中,雷達(dá)丟失目標(biāo),我方使用DAS引導(dǎo)跟蹤模式,即利用DAS提供的測(cè)角信息引導(dǎo)雷達(dá)快速跟蹤目標(biāo),能夠快速跟蹤大機(jī)動(dòng)下的目標(biāo),增強(qiáng)航跡的連續(xù)性。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著體系化協(xié)同作戰(zhàn)概念的發(fā)展,艦載機(jī)多傳感器協(xié)同的作戰(zhàn)模式成為未來(lái)作戰(zhàn)方向。本文在對(duì)艦載戰(zhàn)斗機(jī)協(xié)同探測(cè)典型作戰(zhàn)場(chǎng)景建模和仿真的基礎(chǔ)上,針對(duì)艦載戰(zhàn)斗機(jī)空中截?fù)舻淖鲬?zhàn)需求,開(kāi)展了作戰(zhàn)流程下的多傳感器協(xié)同模式設(shè)計(jì)。在超視距時(shí),編隊(duì)采用多機(jī)增程探測(cè)等方式進(jìn)行隱蔽探測(cè),同時(shí)多傳感器進(jìn)行航跡融合[13]。作戰(zhàn)對(duì)象到達(dá)中距后,編隊(duì)采用多機(jī)協(xié)同LPI探測(cè)方式快速完成空域搜索及跟蹤,保持對(duì)指定區(qū)域的態(tài)勢(shì)感知。然后我方根據(jù)編隊(duì)多傳感器獲取的敵方目標(biāo)態(tài)勢(shì)信息進(jìn)行分析和融合,得到當(dāng)前敵方的整體態(tài)勢(shì)結(jié)果,建立直觀、完整的戰(zhàn)場(chǎng)全局態(tài)勢(shì)圖,從而輔助完成交戰(zhàn)/回避抉擇。隨著敵我雙方距離進(jìn)一步縮小,到近距后,由編隊(duì)內(nèi)構(gòu)成攻擊條件的平臺(tái)發(fā)射導(dǎo)彈,編隊(duì)其余平臺(tái)雷達(dá)紅外進(jìn)行聯(lián)合目標(biāo)跟蹤,支持導(dǎo)彈制導(dǎo),最終完成作戰(zhàn)任務(wù)。