艦載對空自防御系統分析＊

劉 楊

（北京西三環中路19號 北京 100841）

1 引言

21世紀的今天，海面戰斗艦船所面臨的威脅態勢正變得愈來愈嚴峻，其中受超音速反艦導彈、俯沖式反雷達導彈、低成本無人駕駛飛行器等新威脅尤其突出。隨著“軟硬一體戰”的新觀念的深入，現代戰爭形式已經由單純的火力打擊向“精確火力打擊＋信息攻擊”轉變，由單純的火力防空向“火力防空＋電子防空”轉變，由主要爭奪制空權、制海權向爭奪“制天、制空、制海權＋制信息權”轉變，在信息化戰場上，防御一方不僅面臨空海一體的精確化火力打擊的威脅，還面臨著高強度電子壓制、網絡攻擊和各種新概念武器打擊的威脅。

在現有對空防御裝備的基礎上，完善信息流程和控制措施，把不同層次、不同方位的武器裝備融為一體，形成具有自身特色的多層次的整體防御作戰能力，最終構建艦艇對空自防御系統，從而提高軟硬防護能力才是取勝的關鍵。新威脅帶來新挑戰，艦艇對空自防御系統開始迅速走上戰爭舞臺，成為水面戰艦必不可少的“護身符”。

2 美國艦載對空自防御系統開發情況

早在20世紀90年代，美軍投入研制了第一代艦艇自防御系統——快速反艦導彈集成防御系統（RAIDS），具有將多個艦載傳感器集成，信息共享的功能，提高艦艇對反艦導彈防御的快速反應能力，初具艦艇自防御系統協同集成的設計思想，裝備非“宙斯盾”系統的水面艦艇。

第二代艦載自防御系統——SSDS系統集成全艦傳感器和武器系統為一體化作戰防御系統來幫助提供人員生命和高價值戰艦的保護。SSDS是一種綜合型全自動傳感器融合和武器控制系統，通過光纖局部區域網絡將現有傳感器和武器部件結合在一起，從而協調傳感器數據，識別和評估潛在的威脅，并且評估艦載防御系統的準備狀態。然后，系統按照確定的海軍水面戰原則執行預定的戰術程序，同時仍可使戰斗人員對武器發射功能保持全面控制。SSDS艦船自防御系統綜合使用硬殺傷武器和電子對抗設備以摧毀來襲目標，為艦船提供分層的自動化防御能力。當發現目標時，首先由主、被動誘餌進行干擾，接著用“北約海麻雀”和／或“拉姆”導彈進行攔截，然后用“密集陣”近程武器系統打擊漏網目標。由于采用計算機自動控制，因此縮短了探測、識別、跟蹤和壓制反艦導彈的時間，其作用相當于宙斯盾艦艇上的“宙斯盾”武器系統。

SSDS是一種開放式體系結構OA 的分布式系統，由商用軟硬件COTS構成，通過FDDI光纖局域網連接而成的具有探測-控制-交戰能力的一體化防御系統。SSDS包括了美海軍UYQ-70（V）標準顯控臺組件構成的人機交互接口，現有的商用局域網接入單元LAU 和商用光纖局域網。

3 艦艇對空自防御系統特點分析

3.1 體系結構特點

艦艇自防御系統全系統由探測—控制—交戰三大功能構成，其體系結構如圖2所示。實質上由以下三個單元組成：

1）承擔探測功能的傳感器單元；

2）承擔指揮控制功能的控制臺單元；

3）承擔交戰功能的武器系統單元。

三個單元通過SSDS系統集成為一體，各傳感器和武器系統由網絡接入單元LAU 接入SSDS系統的光纖局域網，所有節點由SSDS系統的控制臺部分進行控制和信息處理。以上三個單元聯合SSDS基礎網絡共同構成了快速反應作戰能力QRCC，從而實現一體化的艦艇自防御作戰能力。

通過分析，SSDS的開放式體系結構具有如下特點：

1）SSDS通過光纖局域網將現有傳感器和武器系統接入SSDS系統網絡，通過LAU 提供統一接口規范，各武器系統保持自身原系統完備性和體系結構不變。

2）SSDS系統自身的體系結構為開放式體系結構OA，遵循OA 模型的全部特征，通過硬件底層、OA 接口、OA 標準框架和OA 功能模塊來實現系統柔性特征。

3）LAU 的作用，為已有的武器系統及傳感器提供OA物理適應接口和應用層接口。不打破各分系統的體系結構及組成，而將其作為SSDS網絡節點納入全系統，通過物理轉換接口、操作系統API和OA 中間件等外圍接口，實現硬件底層和系統應用層提供各網絡節點之間的兼容與信息交互。

4）SSDS系統基于開放式體系結構模型來構建。在硬件底層和接口層之上，再分為兩層，OA 標準框架與OA 功能模塊層。標準框架定義SSDS的基礎操作系統，支持應用軟件的功能重用，提供分布式計算資源管理；功能模塊層基于OA 標準框架提供各種功能模塊應用。

5）SSDS最終通過一臺包含三人指揮桌的標準顯控臺提供人機交互接口，實現對全系統的管理與操控。

3.2 功能特點

SSDS實現全自動一體化艦艇自防御能力，是通過基礎組織功能模塊、任務控制功能模塊、戰術圖像功能模塊和自防御作戰功能模塊四項功能模塊來實現的。通過分析，SSDS的功能具有如下特點：

1）功能齊備。具備從探測-指揮控制-武器交戰的作戰全過程的功能組成。作為全時自備式全自動防御作戰系統，具備全面的系統功能，能夠完成全過程的對抗防御作戰的所有作戰環節，通過其相應功能模塊實現。

2）信息綜合處理功能強。系統能夠實時協同調度多個傳感器，獲取信息來源廣，形式多樣，能同步處理并提取有利于作戰指揮與決策的戰場信息，提高系統獲取信息品質與效率。

3）具有輔助決策功能。系統通過針對多批次目標的跟蹤識別，高效的威脅評估，結合戰術輔助軟件實現快速反應的全自動交戰決策，為指揮官及時做出正確決策提供支撐。

4）具有武器綜合管理功能。系統控制多型武器系統，其中包括軟／硬結合，彈／炮結合，遠／近程結合，主／被動結合多種特征，武器使用及控制規則復雜，系統能夠根據實際作戰態勢對各型武器做出最優的調度控制管理，達到最優的系統作戰效能。

3.3 任務特點

艦艇自防御是艦艇的最高優先級的作戰任務之一。SSDS系統的傳感器必須滿足24小時全天候、大范圍覆蓋的探測與警戒，同時能夠相互共享敵目標信息。AEGIS系統和SSDS系統是美海軍現役的兩大主要水面艦艇防空系統。

SSDS的主要任務就是為不具備AEGIS系統防空能力的大型水面艦艇提供全天候、全自動、快速反應的自防御作戰能力。尤其對作為航母編隊核心的航空母艦來說，艦艇自防御系統就是航空母艦的最后一道防御屏障，而航空母艦本身的安全保障是為全編隊提供航空兵縱深防御和縱深打擊的基礎與前提，因此，SSDS關系航空母艦本身甚至整個航母作戰編隊防御體系的完整與平衡。SSDS是保證航空母艦存亡安危的核心防御系統，是保障航母作戰編隊能夠順利執行作戰使命的重要作戰系統之一。

3.4 性能特點

SSDS集成了非“宙斯盾”系統艦艇上已有配置的全部傳感器和武器系統。整個系統，包括傳感器和武器，統稱為快速反應作戰能力QRCC系統。SSDS是QRCC的核心單元，在于通過系統集成優化來不斷提升全系統作戰能力，而不是通過提高單一系統的性能來達到目的。整個作戰系統的能力，包括傳感器和武器系統，統一通過快速反應作戰能力QRCC來衡量。SSDS集成正是提升QRCC 的重要因素之一。SSDS并不強調任何獨立傳感器和武器系統的能力超出原有性能，其主要優點在于對軟／硬武器系統的協同能力以使其達到最優的戰術使用。SSDS的性能具有以下特點：

1）SSDS通過商用軟硬件（COTS）技術，將傳感器和軟／硬殺傷防空武器系統集成為一體，在開放式體系結構下對全系統計算資源進行統一調度，提高系統信息處理能力。

2）SSDS使用嵌入戰術軟件以提供戰術輔助決策，將軟／硬殺傷武器集成為一體化的自動武器系統，以提高探測-交戰能力。

3）SSDS不需要提升單一傳感器的能力，通過接收若干個不同傳感器跟蹤信息的數據融合處理來提高目標復合跟蹤能力。例如，SSDS 通過各獨立雷達，電子支援系統（ESM），敵我識別器（IFF），融合以上數據在目標識別和威判的同時進行目標復合跟蹤。

4）SSDS不需要提升單一武器的能力，通過為指揮官提供作戰方案建議，通過全自動模式下的武器開火控制、ECM 電磁發射、干擾彈發射等手段提高交戰時的武器調度效率。

3.5 裝備應用特點

美軍的SSDS系統裝備對象為所有的非“宙斯盾”系統戰艦，在20世紀90年代，作為第一代艦艇自防御系統，快速反艦導彈集成防御系統（RAIDS）裝備了“斯普魯恩斯”級驅逐艦和“佩里”級護衛艦。

進入21世紀后開發的第二代艦艇自防御系統SSDS，主要針對為航空母艦和兩棲作戰艦艇而設計。提供對抗漏防的空中威脅的自防御能力來實現最終的全維保護。SSDS系統現已裝備各型艦艇約30套，美軍預計將采購約58套。美軍在研制SSDS MK 2后，經過快速發展已經形成了適應不同裝備對象的六型系統，分別裝備六型大型水面作戰艦艇，其中包括全部十艘現役“尼米茲”級航空母艦和建造中的“福特”級航空母艦。SSDS已經成為航空母艦自防御裝備體系中不可或缺的標準配置和重要系統之一。在未來近十年（2009～2018）海軍裝備采購預算規劃中，對SSDS系統的財政投入約4.46億美元，說明美軍對已經取得良好驗證效果的SSDS系統仍將會持續大力發展。

4 構建艦載對空自防御系統需解決的關鍵技術

通過以上分析可知，要構建具備艦載對空自防御系統，實現從發現反艦導彈到與其交戰整個過程的自動化，減少人工干預，縮短反應時間，通過硬殺傷和電子協同對抗來挫敗威脅，還需要進行下面幾個關鍵技術的研究和攻關。

4.1 多傳感器數據融合技術

要構建艦載對空自防御系統，首先是實現對目標信息的資源共享，通過利用各防御武器系統的傳感器，采用數據融合技術，提取目標信息，形成目標航跡，為決策和交戰系統提供信息輸入。數據融合是對來自多個傳感器的測量數據或者其它信息進行綜合處理以便使融合系統能夠提供更多的單個傳感器無法提供的信息，實現單個傳感器數據處理無法實現的系統功能，完成單個傳感器無法完成的信息提取任務。

對艦載已有目標探測和跟蹤設備進行信息融合處理，需要解決的問題主要集中在時空層信息融合處理層面上。它的主要任務是利用多傳感器輸出的目標參數、傳感器平臺參數和時統參數等各種數據對目標進行參數估計和預測。對于護衛本艦的單艦艦載探測設備而言，融合面臨的主要問題有多傳感器情形下的航跡起始、航跡維持、航跡撤消以及多傳感器數據關聯等。對于跟蹤設備信息融合模塊來說，主要問題是如何輸出精度更高的融合跟蹤當前值和預測值。

4.2 綜合毀傷模型技術

從高層指揮的角度看，艦載對空自防御系統能有效運行的前提之一是建立一個統一的綜合毀傷模型。研究反導導彈系統、電子戰系統、近程反導武器系統的毀傷概率模型，然后在此基礎上建立艦載對空自防御系統綜合毀傷模型，為武器資源的有效實時調度和毀傷性能在線評估提供支持。

4.3 實時武器調度技術

除了在協同交戰能力中的多傳感器數據融合、復合航跡形成等問題，艦載對空自防御系統的關鍵技術主要體現在武器分配過程中，其中的難點是如何實現實時武器調度。艦船自防御系統中涉及多種高速輸入以及不同射程、不同效率的多種硬、軟殺傷武器，同時目標類型和殺傷概率都存在不確定性。系統應該具有處理在多目標情況下多種武器調度問題的能力，并能針對威脅類型，給不同的自防御資源提供輔助決策。

4.4 武器調度資源管理及沖突協調技術

由于傳感器的局限性和及時性要求，系統有時很難對面臨的威脅作出完全確定的決策，更為困難的是，各種自防御資源都存在各自的局限和制約，面對有限的防御資源，不可能總是以最優的方式來使用它們。可能出現的沖突是：某個武器系統由于已被使用而不能按照理想的計劃，對兩個或兩個以上的不同目標進行發射，構建的艦載對空自防御系統需要系統地解決這些沖突，完善對防御資源的管理，克服防御資源的物理限制，應能夠根據從艦載傳感器得來的各種信息，協調資源使用沖突，正確選擇和確定發射各個防御資源的最佳時間，從而實時地解決沖突問題。

4.5 對空自防御輔助策劃技術

在多傳感器數據融合技術和綜合毀傷模型技術研究的基礎上，根據現有的防御資源，及交戰準則包括航跡評估參數、武器交戰參數和電子戰非交戰區域等信息為指揮員提供對威脅目標進行綜合防御的規劃建議，輔助指揮員進行決策。

5 結語

今后在艦載對空自防御研制過程中，要以艦艇對空自防御需求為牽引，以能力提升為目標，以集成優化的要求為系統集成及設計準則，在現有艦艇防空反導武器系統的基礎上，充分利用現有成熟技術，進行功能擴展。以提升整體效能為目標，將資源合理配置，有機交聯，充分進行系統集成，形成整體對抗能力；以提高系統的自動化水平為目標，依托信息網絡，實現信息資源共享、完備系統信息，充分利用信息處理手段對信息進行科學分析、合理使用，形成智能輔助決策及自動化交戰的能力；以提高系統持續作戰水平為目標，綜合考慮使用約束，優化系統控制流程，消除武器使用沖突，提高系統綜合毀傷評估能力，形成武器動態實時調度及互操作的能力。最終通過構建艦載對空自防御系統，實現多武器資源共享和協同作戰，為艦艇提供全面有效的防護能力，切實提高艦艇作戰能力和生存概率。

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