中近程艦對空綜合防御系統及其關鍵技術

馬溢清，燕永敦，王東輝

（1.海軍裝備研究院，北京 100161；2.上海機電工程研究所，上海 201109）

0 引言

隨著信息化技術水平的發展和高新技術的融入，反艦導彈的遠距離攻擊、超低空掠海飛行、隱蔽突防等特性對水面艦艇的生存安全造成了極大威脅，戰斗艦艇面臨的空中威脅態勢正變得愈來愈嚴峻。同時，現代戰爭形式也已由單純的火力打擊向精確火力打擊＋信息攻擊轉變，防御一方不僅面臨空海一體的精確化火力打擊的威脅，而且面對高強度電子壓制、網絡攻擊和各種新概念武器打擊的威脅。艦空導彈作為水面艦艇對空防御的主要武器，其武器系統發展備受關注。隨著艦艇安全威脅的不斷發展變化，特別是反艦導彈的技術進步使單一型艦空導彈武器系統已不能完全適應保障艦艇生命力的需求，艦載防空反導系統的發展趨向于體系化方向變革。艦空導彈武器裝備的作戰使命從以防空為重點逐步發展為攔截精確制導武器為主，這是體系對抗的要求［1］。在現有艦空導彈武器系統的基礎上，完善信息流程和控制措施，將不同層次、不同方位的防御武器融為一體，形成具有自身特色的多層次的整體防御作戰能力，最終構建艦艇一體化綜合防御系統，提升艦艇防空反導能力已成為防空反導系統發展的方向。

綜合防御系統以艦艇一體化綜合防御需求為牽引，以能力提升為目標，以集成優化的要求為設計準則，基于現有艦艇防空反導武器系統，充分利用已有成熟技術，進行功能擴展，以提升整體效能和提高系統持續作戰水平為目標，實現多武器資源共享和協同作戰，為艦艇提供全面有效的綜合防御能力，有效提高艦艇作戰能力和生存概率。本文對以中、近程艦空導彈武器系統為基礎構建一體化的艦載對空綜合防御武器系統進行了研究。

1 綜合防御集成需求

1.1 中程艦空導彈武器系統特點

該系統類似俄羅斯的施基利導彈武器系統，擔負艦艇編隊中程區域防空和自衛反導作戰任務［2］。具有以下特點。

a）武器系統的彈道設計、制導控制、制導照射、無線電引信、戰斗部、雷達等采用了多項先進技術，能攔截高掠海反艦導彈，對掠海反艦導彈的殺傷縱深大、殺傷能力強。

b）采用了垂直發射和半主動制導體制，4～6座照射器工作范圍全空域覆蓋，確保武器能對360°范圍內的威脅目標實施攔截，可同時制導十多發導彈攔截多批目標。

c）導彈在整個制導飛行過程中無需系統提供目標距離信息，僅要求照射系統角度跟蹤目標；導引頭采用多項先進技術，具抗噪聲壓制干擾（并能跟蹤噪聲干擾源）、欺騙干擾、泊條干擾和背景干擾等電子干擾的能力。

d）作戰空域覆蓋大，對超聲速、亞聲速超低空反艦導彈攔截距離達到近、中殺傷區遠界。

1.2 近程艦空導彈武器系統特點

該系統類似美拉姆導彈武器系統，擔負水面艦艇末端對空防御任務，主要用于攔截來襲反艦導彈［2］。具有以下特點。

a）可應用全自動作戰方式和高密度反導技術，提高系統反導效率，有效攔截多方向多批次攻擊的反艦導彈。

b）能抑制海天線、海面閃爍、云團和煙霧等自然環境和戰場環境干擾，連續發射導彈時具抑制前發導彈發動機尾焰影響的能力。

c）導彈采用傾斜發射和被動微波／紅外復合尋的復合制導或純紅外尋的制導體制，可發射后不管。

d）對超聲速、亞聲速超低空反艦導彈的殺傷區覆蓋近程、末端全域和中程大部分空域。

1.3 綜合集成解決的主要問題

在同一型艦上同時裝載中、近程兩型防空導彈武器系統，增強了載艦的防空反導作戰能力。若兩型武器系統獨立安裝，則會面臨兩型武器的兼容控制、梯次攔截優化、作戰流程優化等問題。僅靠指控系統管控和兩型武器系統協調，很難充分發揮兩型武器系統的作戰效能。

1.3.1 兼容控制

由于兩型導彈的制導體制的差異、設備位置安裝間的影響、發射瞬間的相互干擾等因素，導致兩型導彈在攔截目標過程中存在兼容性問題，主要有

a）中程艦空導彈尾焰進入近程艦空導彈紅外視場，對導彈紅外制導產生影響；

b）中程艦空導彈武器系統照射頻段與反艦導彈制導雷達頻段同頻時，對近程艦空導彈微波制導產生影響；

c）中程艦空導彈發射時煙霧對近程艦空導彈純紅外制導方式下架上紅外截獲的影響。

雖然本艦作戰系統通過時分管控能避免出現上述兼容性問題，但是因這些控制方式基本是在沖突產生時才進行控制，控制時間也無法精確處理，常通過加長控制時間的方法實現兼容，會導致貽誤戰機、作戰效能下降。解決方式是結合梯次攔截優化和作戰流程優化，合理調度兩型武器資源，預測和避免沖突，實現真正意義上的兼容。

1.3.2 梯次攔截優化

兩種導彈的作戰空域存在重合部分，合并后作戰空域得到了擴充，可增加目標的攔截次數，提高對目標的殺傷概率。獨立控制的兩型武器也能完成對目標的梯次攔截，但目標攔截控制權交接過程中的時間延誤（包括交接前的等待和交接后的攔截準備等）會導致總攔截次數下降，而過度強調解決交接過程中的時間延誤問題，又會提前占用武器通道，對兩型武器攔截其他目標造成影響，從而影響兩型武器的綜合作戰效能。

同時，一體化綜合防御系統還可使用兩型武器對單個目標進行混合攔截（即1次發射兩型導彈），以提高對只有1次攔截機會目標的殺傷率。因兩型導彈的兼容限制條件，需嚴格控制兩型武器的發射次序和時機，這是獨立控制兩型武器無法完成的。

兩型武器制導體制不同，故采用兩型武器進行梯次攔截和混合攔截，能提高武器的抗干擾能力，提高兩型武器在復雜作戰環境中的作戰效能。

1.3.3 作戰流程優化

中、近程艦空導彈分別采用半主動和被動制導體制，形成了兩者各有特點的作戰流程。

a）中程艦空導彈射擊通道從分配后要占用至彈目遭遇，導彈發射后需隨時補射，在射擊效果評估未命中后可及時發射導彈進行二次攔截；

b）近程艦空導彈發射后就可釋放射擊通道資源，用于其他目標的攔截，但作出二次攔截決策后，還需完成導彈加電等準備工作后才能發射導彈進行攔截。

由上述流程可知：在使用中程艦空導彈射擊通道攔截目標，若還有需該通道攔截目標，則只能等待其攔截完當前目標后才能進行；近程艦空導彈攔截的目標未命中時，二次攔截需額外增加導彈準備的時間。在使用一體化綜合防御系統后，通過優化作戰流程，統籌調度兩型武器，能減輕上述問題造成的系統效能下降。

2 綜合防御武器系統集成構想及關鍵技術

綜合防御系統采用兩型武器原發射控制設備和發射裝置，重新研制武控系統（綜合武控系統）。綜合武控系統對兩型武器原武控系統功能進行集成設計，采用綜合功能機柜統一艦上各設備信息接口并接收艦指控系統的統一指揮，使用功能和技術狀態完全一致的多個武控臺進行并行處理解算與控制，對已突破遠程防空武器攔截的多種空襲目標進行優化攔截。

綜合防御系統集成技術突破的重點方向是最大限度地發揮原有系統的作戰效能，有效提高攔截反艦導彈的能力。

武控臺集成了原武控臺、中心臺和通道臺的功能，用于接收目標信息，進行數據處理、威判排序、射擊諸元解算、武器通道組織、導彈預裝參數裝訂、導彈發射控制和射擊效果評估等。

綜合功能機柜集成了原綜合功能機柜和武控接口機柜的功能，增加視頻信息錄取及回放功能，用于武器系統內外信息交互、接口轉換、作戰態勢仿真，以及雷達、電視跟蹤儀、紅外警戒設備的視頻信息記錄與回放等。

2.1 目標驅動的分布式自同步技術

與原兩型武器的專用武控系統相比，綜合防御系統對綜合武控系統的要求更高，特別是對武控臺的要求更高。一方面要求綜合武控系統武控臺數減少條件下，主要功能性能不下降，另一方面還要求提高射擊效果評估準確性，并增加人工逐點建航功能，以提高單目標攔截效費比和目標攔截數量，加強復雜作戰環境中的目標建航能力。

面對新需求，原中心臺管分配、通道臺管武器控制的方式已不適用，應采用目標驅動的分布式同步技術，即每個武控臺具備完成原3種顯控臺（中心臺、通道臺和武控臺）各項功能的能力，完成功能的方式不再以通道為對象，而是以目標為對象，各武控臺間根據互相傳遞的信息進行自同步。

2.1.1 目標驅動

目標驅動是通過目標驅動各項工作。武控臺各項任務均以目標為對象，打破原顯控臺與武器通道綁定的模式，一切以目標為中心。武控臺根據當前作戰態勢，選擇攔截對象，一旦選定目標，則該目標的整個攔截過程都由該武控臺控制。

操作手可通過武控臺顯示各項數據信息和決策提示選擇任意一個或多個（混合攔截）可用的武器通道攔截目標，采用自動分配方式時武控臺也可自行分配。導彈發射后，武控臺顯示已跟蹤目標的電視跟蹤儀的視頻，雷達、紅外警戒設備目標位置的視頻以及目標航跡質量變化、目標航向、速度變化等輔助操作手評估擊效果。在首次攔截失敗后，可繼續使用當前武器通道進行攔截，也能選擇其他可用的武器通道繼續攔截。

2.1.2 分布式自同步

每個武控臺都能實現單目標從目標分配、目標攔截、射擊效果判斷、目標再次攔截的所有過程，但攔截指定目標的武控臺，以及完成目標攔截任務能使用的武器通道的確定，都需要各武控臺間進行協調確定。綜合武控系統采用分布式自同步技術實現各武控臺間的協調。

綜合武控系統采用目前通用的準秒脈沖和時碼報文結合的方式實現各設備間的時間同步。因網絡傳輸過程中交換機收到報文后轉發到各端口的時間不能保持一致，故不能保證各武控臺收到的目標信息的時間一致性，這樣，按周期處理的各武控臺軟件雖然能保證各周期的起始時間基本一致，但不能保證在同一個周期內收到相同的報文。因此，即使各武控臺采用同一版本的軟件，也不能保證輸出相同的結果。這就需要采用分布式自同步機制同步不同的輸出結果，即發生沖突的雙方在確定對方已收到各自的輸出結果，按預定的優先級順序，確定某一方的輸出結果為最終結果，并按此執行。

2.2 梯次攔截優化技術

針對兩型武器不同的制導方式、殺傷空域、殺傷概率等，綜合武控需根據梯次攔截優化策略，優化兩型導彈的發射控制和火力兼容控制流程，縮短火力交接時間，實現對攻擊目標的優化梯次攔截，最大化對同一目標的攔截次數，同時在保證兩型武器攔截目標數和多目標流服務能力不降低的條件下，實現兩型導彈對不同威脅目標的優化配對，提高對目標的綜合殺傷概率，提升兩型武器的綜合作戰效能。

從兩型武器的性能來看，中程艦空導彈武器系統具全方位作戰、多通道同時攔截目標數多、目標殺傷區遠界遠、抗干擾能力強、能及時對未命中目標進行補射等優點，近程艦空導彈武器系統具多目標攔截能力強、系統反應時間短、目標殺傷區近界近、殺傷概率大等優點。為此，綜合防御系統在將繼承原中程艦空導彈武器系統的通道使用數量最大化原則和分配的目標威脅程度總和最大化原則的基礎上，結合近程艦空導彈武器系統單個目標服務時間短、殺傷概率高的特點，形成特有的符合兩型武器特點的攔截原則：

a）對目標實施盡遠攔截。只要發現目標，并有完好、空閑的可用通道和導彈，就應盡早實施攔截，以盡可能獲得多次攔截的機會。

b）因近程艦空導彈的殺傷概率高、攔截服務時間短，故對兩型武器都能攔截的目標，優先選擇其進行攔截，以提高系統的多目標攔截能力，同時延長系統全方位覆蓋的時間。

c）在兩型武器通道都可用時，對目標實施兩種導彈混合攔截或梯次攔截，在提高對目標的殺傷概率的同時，利用兩型武器的不同制導方式，提高綜合防御系統的抗干擾能力。

d）利用近程艦空導彈武器系統反應時間短、單目標攔截時間短的特點，對其通道實施動態時間片分配方法，充分發揮兩型武器一體化綜合防御的優勢，根據實時計算結果，動態優化通道分配。

2.3 兼容控制兩型導彈技術

根據兩型導彈兼容性仿真研究結果，將兩型導彈兼容控制要求通過可攔性判斷、分配預案生成、分配方案選擇、分配方案動態調整、發射時機提示和發射條件控制等方面實現，明確兩型武器同時使用時的限制條件，并在作戰流程中進行兼容控制，既滿足兩型導彈的兼容控制要求，又提高了綜合防御系統作戰效能。

2.4 多信息源射擊效果評估技術

原系統主要用兩種方式評估射擊效果。首先通過判斷在彈目遭遇后規定時間內，雷達的目標航跡質量是否下降到閾值以給出射擊效果提示，操作手以射擊效果提示為參考，主要通過觀察電視跟蹤儀視頻信息、雷達視頻信息評估射擊效果。由于電視跟蹤成功率低、視場小，而雷達的回波圖像也較模糊，雷達目標航跡質量在短時間內很難準確判斷。

綜合武控系統從三方面提高射擊效果評估效果：

a）增加紅外警戒視頻源，改善原電視跟蹤視頻顯示質量。

b）增加多部雷達、電子偵察設備、紅外警戒設備等目標信息源，直觀顯示航跡質量圖和目標水平或垂直航跡圖，提高操作手的射擊效果評估效率。

c）綜合多信息源的目標航跡質量、目標消失標記、速度、航向、高度等狀態信息的變化計算各類命中值，并按各類信息的權重進行加權處理后顯示，提高操作手射擊效果評估的準確性。

3 結束語

本文以中、近程艦空導彈武器系統為基礎構建一體化的艦載對空綜合防御武器系統。該一體化綜合防御系統在某中程和某近程艦空導彈武器控制系統基礎上進行集成設計，綜合了兩型武器武控系統的成熟技術，在充分發揮單一武器系統特點和優勢的基礎上，優化兩型導彈的發射控制和火力兼容控制流程，縮短火力交接時間，實現對攻擊目標的優化梯次攔截，使對同一目標的攔截次數最大化，同時在保證兩型武器攔截目標數和多目標流服務能力不降低的條件下，實現兩型導彈對不同威脅目標的優化配對，提高對目標的綜合殺傷概率，提升兩型武器的綜合作戰效能。

［1］ 焦金安.美國海軍艦載“標準”系列導彈的發展與應用研究［M］.北京：航空工業出版社，2010：125-130.

［2］ 魏毅寅.世界導彈大全（第三版）［M］.北京：軍事科學出版社，2011：533-535.