多機協同空戰火力控制研究

付昭旺， 寇英信， 黃文卿， 蘭俊龍

(空軍工程大學工程學院，西安 710038)

0 引言

現代空戰作戰空間廣闊，情況瞬息萬變，對抗激烈，電子環境復雜，有利作戰時機稍縱即逝。只有先敵發現并連續掌握信息，果斷、快速、準確實施機動，適時、正確地使用機載火力對敵進行瞄準射擊才是取得空戰勝利的關鍵。大量的空戰實例和飛行員訓練經驗都表明，對目標的“先視先射”能力對空戰結果具有重大的影響。空戰中經常是誰先發現誰先射擊，誰獲勝的概率將會大大增加。而要達到“先視先射”要求的關鍵在于多機之間的協同攻擊。

現代空戰通常是由預警控制機、殲擊機、電子戰飛機、空中加油機等多機種進行的群體作戰以及與地面防空部隊協同作戰。空戰體系子系統之間“無形”的粘合是以通信為介質的，再加以有效的組織和體制才能實現體系效能的倍增和戰術上的靈活多變。而靈活有效的組織和體制則需要靠“協同”來實現。

本文不全面研究多機協同空戰問題，而是從多機協同空戰火力控制的角度出發來研究多機之間的協同作戰方式和相應的火力控制原理。采用分析和綜合的思維來研究多機協同空戰的火控過程以及實現方式。

1 多機協同空戰的基本概念

多機協同空戰指兩架或兩架以上戰斗機相互配合、相互協作，執行戰斗任務的空戰方式，下面針對本文研究的多機協同空戰給出一個基本定義。

圖1 多機協同空戰的協同方式Fig.1 Cooperative approach of multi-fighter cooperated air combat

定義1 多機協同空戰是指由多種戰斗機組成的編隊體系在探測、指揮控制、信息處理傳輸與武器打擊之間進行的深層次互相配合的聯合作戰方式，目的是為了實施精準、快速、有效的攻擊。它通盤考慮了整個作戰的過程，是戰術、技術和裝備體系有機結合下實施的作戰行動。

多機協同作戰主要是通過多機之間的信息、戰術、火力的相互支援和協調，提高我方載機的探測、跟蹤和攻擊能力。所以按照協同內容和協同的方式，可以將協同空戰分為信息協同、火力協同和戰術協同幾種協同方式。圖1以雙機協同攻擊為例分別繪出了3種協同方式的示意圖。

在協同空戰中，信息協同是前提，戰術協同是手段，火力協同是目的。信息協同是指信息共享和信息融合，戰術協同是研究各種新型的作戰戰術和協同攻擊方式，火力協同以信息協同為基礎和前提，主要包括協同武器發射與制導。

2 多機協同空戰火控過程分析

為了分析多機協同空戰的火控過程，本文以雙機協同為例畫出了協同空戰火控過程框圖，見圖2。

圖2 雙機協同空戰火控過程流程圖Fig.2 Fire control process of double-fighter cooperated air combat

經遠距引導到達指定空域后，雙機首先進行協同探測，當友機(或本機)發現目標后報告目標方位，本機可以關閉無線電雷達以保持無線電靜默進行隱身。友機對目標進行跟蹤測量，并將獲得的目標信息傳送給本機，本機可以將友機傳遞過來的目標信息進行火控計算，而友機也可以將所得的目標信息進行火控解算，本機和友機都可以根據自身計算得到的載機引導指令對目標進行瞄準，一旦本機(或友機)實現目標瞄準，載機即可發射導彈攻擊目標，導彈發射后本機(或友機)脫離，武器制導過程可以由友機(或本機)完成，導彈制導完成后制導載機脫離，兩架載機即協同完成了一次空戰。

一次完整的空戰的火控過程包括目標探測、目標跟蹤、目標瞄準，武器發射、武器制導以及載機脫離。多機協同下的超視距空戰也包括這些火控過程，但是協同空戰的火控過程與傳統上單機空戰的火控過程又有不同:單機空戰的火控過程是線性遞進式模式的，對于載機來說，只有經歷了前一步火控狀態，才能進行后一步的火控狀態;雙機協同空戰的火控過程是相互交織連接的，攻擊的載機并不需要經歷每一步火控狀態，即空戰過程完整的火控過程可以由多架飛機協同完成。比如，通過將友機跟蹤測量獲得的目標信息通過戰術信息共享系統分發給指定攻擊機。攻擊機可以不需要探測和跟蹤目標就能通過指揮機傳遞的目標信息進行火控解算，等同于自身對目標進行跟蹤，這種協同過程稱為“協同虛擬跟蹤”。

3 協同空戰階段定義與任務分析

為了便于闡述，本文在此先對協同空戰中載機的協同階段進行定義。

定義2 協同目標瞄準是一種廣義上的目標瞄準，是指兩架或兩架以上不同或相同類型飛機之間為實施對目標快速精確的瞄準、射擊而展開的所有聯合行動。協同目標瞄準包含協同目標探測、協同目標跟蹤、協同目標分配和協同瞄準引導等多個協同過程。

定義3 協同武器發射與制導是指兩架或兩架以上作戰飛機之間通過戰場信息網絡進行相互合作，完成武器發射與制導，對超遠距和中遠距空中目標和地面目標等進行打擊的新型空戰方式。協同武器發射與制導是對傳統意義上武器發射與制導的一種擴展。協同武器發射與制導包括武器協同發射決策，武器協同制導決策，制導交接班等多個過程。

4 多機協同目標瞄準

為了通過多機協同實現對目標的“先視先射”，首先需要研究多機協同下的目標瞄準。從前面對協同目標瞄準的定義和分析可以看出，協同目標瞄準是從協同目標探測開始，經過目標截獲、目標跟蹤、機動占位、目標瞄準直至能夠發射武器對敵進行攻擊這一系列的完整的過程。協同目標瞄準按協同方式可以分為兩種基本形式。

1)多機協同跟蹤同一目標，指派某架載機實施瞄準攻擊。這種方式的特點是，對目標進行瞄準的載機同時也在對目標進行跟蹤測量，多架飛機之間相互進行目標信息交換，同時將友機傳遞過來的目標與本機測量的信息進行信息融合。

2)友機跟蹤－本機瞄準，或者說本機跟蹤－友機瞄準。這種協同目標瞄準特點是對目標進行瞄準的載機不對目標進行跟蹤測量。通過與友機進行信息通訊來獲取目標信息，保持自身的無線電靜默達到隱身的目的。本文定義這種協同瞄準方式為協同靜默瞄準。根據機間傳遞信息不同又將協同靜默瞄準分為兩種方式:①友機給本機傳遞目標運動參數;②友機給本機傳遞火控解，其示意圖如圖3和圖4所示。

圖3 傳遞目標參數的協同瞄準Fig.3 Cooperative target aiming based on transmitted target parameters

圖4 傳遞目標火控解的協同瞄準Fig.4 Cooperative target aiming based on transmitted fire control solution

4.1 傳遞目標運動參數的協同瞄準

傳遞目標運動參數是指友機跟蹤目標測量目標信息，然后通過數據鏈將目標信息參數傳遞給本機，本機將收到的目標信息通過坐標轉換到自身飛機坐標系下，并進行濾波、誤差修正和延時補償等處理再進行火控解算，然后根據火控計算來完成目標瞄準，一旦瞄準完成，即可發射導彈攻擊目標。后續的導彈制導可以由本機完成，也可以由友機完成。協同瞄準流程圖如圖5所示。

圖5 傳遞目標信息參數的協同瞄準方式Fig.5 Cooperative target aiming method based on transmitted target information

傳遞目標運動參數的協同瞄準方式能夠實現的關鍵在于本機接收到目標信息的準確性和可用性。準確性取決于兩個方面:一是友機對目標參數測量的準確性;二是本機和友機自身定位的準確性。可用性取決于信息傳遞的數量和傳遞的頻率，如果信息流量太小、參數太少，本機就無法進行火控解算，瞄準就無法完成。如果信息傳遞的頻率太低，信息利用就比較困難，傳遞過來的目標信息參數就無法用于火控解算，即無法通過友機協同來實現對目標的瞄準。

4.2 傳遞目標火控解的協同瞄準

傳遞目標火控解(或引導指令)是指友機跟蹤目標進行目標信息測量，再根據本機和目標的空間位置和運動狀態，在友機上進行火控解算，實時地得到本機對目標的火控解，并將其傳遞給本機。本機通過計算瞄準參數對目標實施瞄準，達到武器發射條件后，本機即可發射武器。后續的武器制導同樣可由友機或者自身完成。協同瞄準流程圖如圖6所示。

圖6 傳遞瞄準引導指令的協同瞄準方式Fig.6 Cooperative target aiming method based on transmitted guidance instruction

這種傳遞目標火控解的協同瞄準方式的實現，友機需要連續地獲得本機和目標兩者之間的空間定位和運動狀態，因為友機在“代替”本機進行火控計算的時候，不僅需要目標的信息參數還需要本機的信息參數。對比第一種方式，實現起來較困難或者代價較大。但是這種情況，對本機的要求比較低，因為所有的參數測量和火控計算都由友機完成，本機可以不配備火控設備，不需要安裝火控系統。本機僅僅作為一種空中武器發射平臺，可以是帶有簡易火控系統的殲擊機或者是沒有安裝火控系統的無人機或巡航導彈。所以這種協同方式具有巨大的作戰效能和發展潛力。

5 多機協同導彈制導

隨著現代空戰的發展，各種先進的空空導彈不斷引入，但限于導彈的構造，導彈導引頭的作用距離有限，在超視距空戰中，導彈發射后都需要載機對導彈進行無線電指令修正中制導，以引導導彈導引頭在主動段截獲目標。但一般導彈的中制導只能由發射載機實施，這樣給制導飛機帶來較大不利，當制導飛機受敵威脅或者受敵干擾使自身雷達不能穩定跟蹤目標，因而不能給已經發射出去的導彈發送修正指令，導彈極易脫靶。而通過友機的協同制導可以有效地解決這一問題。友機協同導彈制導示意圖如圖7所示。

圖7 友機協同導彈制導示意圖Fig.7 Sketch map of cooperated missile guidance

在發射武器前，必須建立一個統一的制導坐標系，作為對武器的制導和制導平臺解算無線電修正指令的基準坐標系。一般發射平臺在發射武器前，其火控系統會自動建立一個“發射點基準坐標系”，作為武器慣導系統的基準。為減少坐標轉換和提高制導精度，采用此“發射點基準坐標系”作為該型武器的制導坐標系，并通過數據鏈發送給其他參與的制導平臺。以機載武器為例，“發射點基準坐標系”由機載火控系統在發射武器的前某一時刻建立，并通過與武器的動基座傳遞對準傳給武器系統的火控計算機。可取建立時刻的發射載機所在的當地地理坐標系(本文采用“北東地”地理坐標系)為制導坐標系，與地球固連，如圖8所示。對于中遠程空空導彈，其發射距離較遠，因此必須考慮“發射點基準坐標系”隨地球的旋轉帶來的影響:

式中:wie為地球相對慣性空間的轉動角速度;RZ為地球平均半徑;λ為建立慣性系時刻的載機地理緯度。

圖8 協同制導基準坐標系Fig.8 Datum coordinate system of cooperated guidance

在導彈制導交接過程中，發射導彈的載機(統稱為交班載機)需要向參與接替制導的載機(統稱為接班載機)提供目標指示信息使制導載機完成對目標的截獲并建立穩定跟蹤。由于交班載機只能提供目標的跟蹤信息，而接班載機需要的是目標指示信息，所以需要對目標指示信息進行計算。目標指示信息的解算流程如圖9所示。

圖9 目標指示信息解算流程圖Fig.9 Flow chart for calculating target direction information

由計算流程圖可以看出，目標指示信息解算包括交接載機之間的時空對準、信息轉換和信息延時補償3個部分。進行制導交接的載機在進行目標指示信息傳遞時必須對兩架載機進行時空對準，同時應該對交班載機傳遞來的目標指示信息延時補償，這樣可以提高指示信息的精度。

6 結束語

協同空戰是未來對空空戰的必然趨勢和現代空戰的主要特點。在瞬息萬變的激烈對抗下，多機協同不僅可以縮短射擊反應時間，加快攻擊速度，而且真正做到了“先視先射”，大大提高打擊效率和作戰效能。隨著數據鏈技術的成熟應用，多機之間將可以通過數據鏈共享信息，這也為戰斗機協同作戰提供了必備的物質基礎。本文從多機協同空戰火控過程出發，初步探討了多機協同空戰的火控原理，提出了自己的一些見解，對協同空戰的實施方案進行了闡述，相關技術基礎將在后續的文章中進行論述。

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