基于“北斗”的反艦導彈飽和攻擊實時決策系統

張金春，張 晶，曹 彪

(1.海軍航空工程學院 a.基礎部;b.基礎實驗部，山東 煙臺 264001;2.中國航天二院二〇三所，北京 100854)

現代空襲兵力兵器，特別是反艦導彈的發展及其在歷次實戰中的使用效果表明，在現代海戰中，包括巡航導彈和戰術型彈道導彈在內的艦載、潛載、機載和岸基等空中目標己構成對水面艦艇的最大威脅［1］。但是，隨著先進的防空武器系統裝備水面艦艇，單枚反艦導彈的突防概率明顯降低，已不可能單獨完成摧毀敵水面艦艇的任務，更多的時候需要不同發射平臺發射多枚導彈進行協同攻擊。此外，反艦導彈可利用導彈航跡規劃功能，對水面艦艇實施多方向、多波次連續攻擊。因此，選擇合理的導彈攻擊航路、攻擊順序和導彈發射數量，實現多發射平臺的協同作戰，合理經濟地使用反艦導彈，已成為使用導彈對艦艇火力打擊的主要內容［2］。

飽和攻擊戰術的概念是20 世紀六七十年代前蘇聯戈爾什科夫針對美國航母編隊而制訂的戰術。具體說就是攻擊方為了達到戰略戰術目的，利用潛艇、艦艇及飛機攜載的反艦導彈，采用大密度、連續進襲的突防手段，同時在極短時間內，從空中、水面和水下不同方向、不同層次向同一個目標發射超出其抗擊能力的導彈數，使防空系統反導抗擊能力在該時間段內處于無法應付的飽和狀態，以達到提高導彈突防概率和摧毀目標的目的，包括數量飽和與方向飽和。抗飽和攻擊能力是武器系統能夠抗擊空中目標攻擊的最大密度，是防空武器系統本身性能的綜合反映［3］。通常所說的飽和攻擊是指全系統對抗背景下的，而實際情況下，以箔條、艦載大功率干擾機及舷外誘餌為代表的“軟對抗”對反艦導彈突防效能的影響很難以具體數量衡量，實際作戰中只要干擾機理正確，突擊一方很可能面臨“不飽和”的情況。

“北斗”衛星導航系統是我國自行研制和開發的衛星導航定位系統，該系統提供的時統、定位、群工作模式和數字通信等功能，可滿足多平臺實施反艦導彈飽和攻擊協同所需要的統一時間、統一空間位置標定、統一目標定位和統一指揮，以及各發射點信息交互。將“北斗”衛星導航系統應用于反艦導彈對海上目標實施飽和攻擊中，不僅為導彈飽和攻擊提供一個新的指揮控制保障，還將有效解決依據現有裝備構建的導彈飽和攻擊指控系統存在的時延長、協調困難和信息傳輸通道易受干擾的問題。

1 “北斗”衛星導航系統簡介［4］

“北斗”衛星導航系統是中國自行研制開發的區域性有源三維衛星定位與通信系統(CNSS)，是除美國的全球定位系統(GPS)、俄羅斯的GLONASS 之后第三個成熟的衛星導航系統。可在全球范圍內全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠的定位、導航、授時服務，并兼具短報文通信能力。

“北斗”導航系統致力于向全球用戶提供高質量的定位、導航和授時服務，包括開放服務和授權服務兩種方式。開放服務是向全球免費提供定位、測速和授時服務，定位精度20 m，測速精度0.2 m/s，授時精度10 nm;授權服務是為有高精度、高可靠衛星導航需求的用戶，提供定位、測速、授時和通信服務以及系統完好性信息。

“北斗”導航終端與GPS、“伽利略”和GLONASS 相比，其優勢在于:短信服務和導航結合，增加了通訊功能，可發送短報文;全天候快速定位，極少的通信盲區，精度與GPS 相當，而在增強區域也就是亞太區域，甚至會超過GPS;在提供無源定位導航和授時服務時，用戶數量沒有限制，且有GPS兼容;獨特的中心節點式定位處理和指揮型用戶機設計，可同時解決己方及對方的定位問題;高強度加密的設計方式，使其更安全、可靠、穩定，適合關鍵部門應用。

2 實時決策系統的總體框架設計

綜上所述，反艦導彈飽和攻擊實時決策系統的總體框架設計如圖1 所示。

3 各分系統需要解決的關鍵問題

3.1 飽和攻擊所需反艦導彈數量的計算

飽和攻擊主要用于海戰，攻擊海上的大型水面艦艇編隊，是在一次進攻中，采用不同頻率、不同類型的導彈在不同方向上進行齊射。由于受到防空武器系統的作戰反應時間、射擊能力以及射擊觀察時間、人員的訓練水平和心理素質等因素的影響，敵方對多彈同時攻擊的反應能力必然下降，使得導彈突破敵方防空武器系統的能力大大增強［5］。但是，發射的反艦導彈數量過多不僅會造成浪費，更使得協同難度大大增加，出現航跡交叉等問題。因此，針對不同的目標需要確定合理的反艦導彈發射數量。通過分析水面艦艇的作戰流程可知，反艦導彈在其飛行過程中會受到敵方目標電子偵察系統、艦空導彈武器系統、艦炮武器系統和電子對抗系統的抗擊。

不考慮反艦導彈的類型和戰術使用方法，文獻［6］僅從水面艦艇的防空能力考慮，給出了全系統對抗條件下反艦導彈突防能力的計算模型，并建立了確定飽和攻擊數的計算模型;文獻［7］主要討論了反艦導彈命中概率隨敵方抗擊能力強弱以及導彈發射數量多少的變化情況，給出了一種以動態命中概率為基礎的確定飽和攻擊數的計算方法。

圖1 反艦導彈飽和攻擊實時決策系統框圖

綜合上述2 種方法，可以給出計算飽和攻擊數的簡化模型，設Pjk為艦空導彈武器系統對反艦導彈的攔截概率;Pjp為艦炮武器系統對反艦導彈的攔截概率;Pmj為近程防御系統對反艦導彈的攔截概率;Pg為電子干擾系統對反艦導彈的平均服務概率;Pf為雷達發現概率，則n 枚導彈飽和攻擊時單枚反艦導彈的突防概率P突為

在討論多枚反艦導彈對目標實施飽和攻擊時，必須要計算理論上能夠成功突防的反艦導彈數量，即突防期望數。當突防期望數大于等于1 時，表示本次飽和攻擊在理論上至少有一枚反艦導彈能夠成功突防，即可認為達到了飽和攻擊的要求，此時所對應的n 值即為飽和攻擊時所需發射的反艦導彈數量。突防期望數的計算模型為

N突防為反艦導彈對典型水面艦艇實施飽和攻擊時反艦導彈的突防期望數。

需要注意的是，該模型所給出的反艦導彈飽和攻擊數只是一個參考值，為了體現決策者的影響，還應該考慮以下幾方面:

在工程實施過程中，部分客戶及設計單位建議將全廠系統全部納入DCS系統，可以做到統一管理維護。對于技術成熟且燃料穩定的火電項目，此建議是完全可行的。因為火電行業DCS控制理論已趨于成熟，同類設備差異性非常小，各設備廠家僅需要提供相應的控制點信息，DCS即可獨立完成組態和編程。

1)使用不同類型的反艦導彈。當反艦導彈受到電子干擾后，其發現目標概率、捕捉目標概率和自導命中概率等都會降低，而敵方目標實施有源或無源干擾都需要一定的時間，進行有源欺騙干擾前需要先測量導彈自導雷達的頻率。因此，為了降低敵方目標電子干擾系統的有效干擾概率，在一次進攻中可以采用不同頻率和不同類型的反艦導彈，這樣可以使得反艦導彈的突防概率有所提高。

2)采用多樣化的戰術方法。理論上，通過采用有效的戰術方法能夠以較少的反艦導彈完成同樣的飽和攻擊任務，從而節約了武器消耗。文獻［8］給出了幾種可供參考的戰術方法，如干擾彈與戰斗彈協同使用、引導導彈與攻擊導彈協同使用，“靜默”攻擊等，通過對這些戰術方式深入研究，可以得到更加貼近戰場實際、更加合理的反艦導彈飽和攻擊數。

3)合理的航跡規劃。對于敵方水面艦艇而言，防空導彈武器系統與艦炮武器系統不可能在全部方向都具有相同的火力，電子對抗系統也只能對某一區域形成有效的干擾，因此，合理的航跡規劃可以使導彈規避敵火力區和探測區，增加導彈的突防概率。

3.2 反艦導彈航路生成系統研究

反艦導彈的航路規劃是指在特定的約束條件下，尋找從初始點到目標點滿足某種特定指標最優的飛行軌跡。航路規劃的目的是利用地形信息和戰場環境信息，在滿足各種約束條件的前提下，規劃反艦導彈的飛行航路，使得航路的特定評價指標達到最優，從而完成預定的作戰設想。

根據飽和攻擊的要求，各枚反艦導彈需要以不同的攻擊角度從艦艇防空火力薄弱的區域進行突擊，并且需要協調各枚反艦導彈的發射時間，使其盡可能在同一時間到達目標。因此，多方向飽和攻擊時的航路規劃模型主要包括2 部分:自控航程模型和攻擊角度分配模型［9］。

1)自控航程模型。自控航程用來反映反艦導彈在命中目標之前所飛行的距離，通常情況下，反艦導彈的自控航程應該盡可能短，因為飛行距離越短則能夠越快地完成對目標的打擊。同時，飛行距離越長則反艦導彈在空中被敵方發現或擊中的可能性越大，反艦導彈的定位和時間誤差也越大。根據上述分析，建立以自控航程最短為目標函數的規劃模型，則有:

式中:(x0，y0)為反艦導彈發射點的坐標;(xm，ym)為反艦導彈末制導雷達開機點的坐標;(xi，yi)為反艦導彈第i 個導航點的坐標，i=1，2，…，m-1;ri為反艦導彈第i 個導航點處的轉彎半徑，i =1，2，…，m-1;φi為反艦導彈第i 個導航點處的轉向角，i=1，2，…，m-1。

2)攻擊角度分配模型。多枚反艦導彈在進行飽和攻擊時，需要從不同的角度與方向進行突防。通常情況下，水面艦艇不會將防空火力均勻地分布在全部空域內，而是根據實際情況設置一個主要防御方向，簡稱主防方向。主防方向可以用一個角度來表示，在主防方向角度與防空火力范圍構成的區域內，水面艦艇會增加預警探測和防空火力的強度，重點對這一區域進行防空火力布控。因此，相對于主防方向的區域而言，其他區域就屬于防空火力薄弱的區域。反艦導彈的攻擊角度主要由反艦導彈的發射數量決定的，則有:

式中:Δλ 為反艦導彈的攻擊角度。

需要注意的是，在敵我雙方實際的對抗過程中，隨著敵方目標信息的不斷變化，反艦導彈的打擊任務要做相應的調整。例如當反艦導彈發射以后，敵方水面艦艇編隊對其防御隊形進行了改變，這時反艦導彈的航跡要進行必要的局部修改或重新規劃，才可以保證作戰任務的完成。

3.3 戰斗毀傷評估系統

戰斗毀傷評估系統是依據導彈探測到的目標信息來評估敵方目標的毀傷程度，以此確定是否需要對敵方目標進行二次打擊［10］。戰斗毀傷評估系統對反艦導彈實時決策系統而言具有重要意義，敵方目標毀傷程度的反饋信息對于二次打擊時反艦導彈的使用、規劃等提供的重要參考，從而更好地完成打擊任務。文獻［11］中通過對目標毀傷判據的構建及毀傷判據庫的應用，運動灰色關聯分析的方法建立了對目標毀傷評估的數學模型，為戰斗毀傷評估的研究提供了一定參考。

4 結束語

基于“北斗”的反艦導彈飽和攻擊實時決策系統的開發有著重要的軍事意義，歸納起來，主要有以下3 點:

1)利用“北斗”衛星導航系統提供的數據傳輸和報文發送功能，可以實現攻擊平臺與反艦導彈的實時信息交互，并為各攻擊平臺提供決策支持，從而大大壓縮指揮員下決心的時間。

2)對于反艦導彈航路重規劃的研究，可以使得反艦導彈具備應對突發威脅的能力，提高反艦導彈的突防概率以及作戰效能。

3)反艦導彈實時決策系統實質上貫穿了“協同”的作戰思想，協同作戰是未來武器系統的主要作戰方式，是減少武器消耗、節省作戰經費、提高武器系統作戰效能、增強完成任務可靠性的重要途徑。這一研究過程會涉及戰場電磁環境、信息融合、數據鏈、戰斗毀傷評估等多種關鍵技術的研究，也為其他相關決策系統的研究提供了一定參考價值。

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