多目標作戰的攻擊策略與關鍵問題分析

周蓓蓓 徐勝利 馬 駿 劉 玨

1. 南京理工大學，南京210094 2. 上海機電工程研究所，上海201109

1 空襲體系形成帶來的新問題

在空襲與防空之間不斷增長的矛盾對抗中，防空導彈得到了長足發展，從第1代防空系統發展到目前研究的第4代防空體系，武器從單一的平臺對抗到聯合布防再到系統對抗，未來戰爭越來越趨于體系與體系的對抗，尤其是以精確制導武器為主的攻擊體系與以空/空、地/空和艦/空導彈等為主的防御體系之間的對抗。在未來戰爭中，空襲突防模式復雜，目標很有可能受到多平臺發射的多枚導彈的大密度、多方向、多層次和連續的攻擊，且常規作戰模式由過去的單一作戰飛機之間的對抗，轉變為多種飛機編隊聯合群體的體系與體系的對抗[1]。戰場對抗環境也日益復雜：一方面，導彈武器裝備全天時全天候作戰，自然環境中的雨、雪、風、云、雜波等復雜氣象因素和干擾因素、以及武器裝備和電子干擾裝備等構成的人為對抗因素共同構成了復雜的對抗環境；另一方面，隨著武器信息化水平的提高和作戰使用模式的多樣化，現代戰爭的戰場空間更加立體、多維和擴展，并呈現非線性、非接觸和非對稱的特性，陸、海、空、天、信息、網絡和心理等各種復雜的戰場空間相互聯結、重疊，形成了全方位、大立體、全領域和多層次的戰場空間。這將是未來空戰的基本特征，傳統的單導彈攻擊防御作戰模式已無法滿足日益復雜的戰場環境的空戰任務需求[2]。

與單一目標的防御不同，復雜戰場環境下的多目標空襲體系的形成給防空導彈體系帶來的問題是多方面的。為應對多目標飽和攻擊和多目標空襲體系的軍事威脅，隨著信息化、網絡化和智能化技術的發展，多彈協同已成為防空導彈發展的重要方向之一，提供了一種能夠快速反應和具有強大火力打擊能力的武器系統，可以完成單枚導彈不可能完成的任務，大大提高了防空導彈武器系統突防、生存和毀傷目標的能力[3]。

2 多彈協同系統的特點分析

近年來，多導彈協同作戰問題的研究越來越受到世界強國的關注。俄羅斯“花崗巖”超聲速反艦導彈、美國新一代作戰系統“網火”以及新型動能多攔截武器等是網絡化導彈集群作戰系統的典型代表[4]。多導彈協同作戰以調整作戰理念、適應未來作戰環境為目的，打破發射后各導彈之間沒有聯系與合作的傳統作戰思想，將參戰的所有導彈構成一個作戰網絡，在指揮控制中心的調控和管理下，目標探測系統、指揮控制系統和各導彈間互相通信、取長補短、相互協作，執行作戰任務的作戰方式[5-6]。與單枚導彈相比，多彈協同系統還具有以下技戰術特點：

1)探測距離遠，攻擊區域大

多彈協同系統具有時間、空間和功能上的分布多樣性和并行性的特點，可以同步執行任務，通過陸、海、空和天等多個發射平臺探測單元組網，可實現超視距制導，擴大跟蹤、制導距離，大大提高了作戰效率并擴大導彈的攻擊區域。

2)抗干擾強，反隱身性能好

抗干擾及反隱身是多彈協同系統的一個優勢，單一頻段或模式的制導體制受各自性能弱點的局限，已不能滿足現代戰場作戰的需要，由多種模式的導引頭參與多彈制導，既能充分發揮各單一制導模式的優點，又可以相互彌補不足，形成制導系統性能的綜合優勢，不但其制導精度，其抗干擾性能、反隱身性能和對群目標的識別跟蹤能力等也明顯優于單一模式的制導系統。

3)戰術運用靈活，任務配置多樣

多彈協同系統的突出特點是戰術運用靈活，任務配置多樣。依據不同的作戰任務以及具體的戰場環境選擇最佳的方案并搭載不同的作戰功能載荷，執行偵察、探測、制導、通信中繼、電子對抗、火力攻擊和戰毀評估等多種作戰任務，實現多枚導彈之間的聯合和協同，獲得最大的作戰效能。

4)低成本，費效比高

多彈協同系統可以采用衛星導航、微機械導航、激光制導等低成本導航與制導設備，根據平臺探測系統的信息、自身傳感器的感知信息以及通過數據鏈與其他導彈武器之間進行的信息的互聯互通，利用多源數據融合算法達到導航、制導的精度，實現協同制導、巡邏攻擊等作戰任務。不僅能夠達成預期毀傷效果，還可以避免高價值精確制導導彈過多的消耗，降低成本，獲取最佳作戰效益。

5)多功能、多用途拓展便捷

多彈協同系統為導彈改進、改型和趨向多功能、多用途系統創造前提條件：①選用不同的模塊就可以組成一個完整的導彈系統，通用性和任務適應性強；②便于新技術的應用，只要設計和更換個別模塊即可提高導彈性能，縮短研制周期，節省研制費用，提高導彈的使用壽命。

國內針對多彈協同系統進行的大量研究多偏重于研究單項具體技術，而較少從總體角度對導彈協同作戰體系架構和關鍵支撐技術進行系統闡述。本文首先對面向多目標作戰應用的多彈協同體系架構進行描述，然后就協同作戰過程中亟待解決的關鍵問題進行了分析，可為相關研究人員提供一定的參考。

3 多彈協同體系架構及作戰過程

3.1 多彈協同作戰體系架構設計

本文根據多目標空襲作戰需求，提出一種應用于防空武器的多彈協同作戰體系，面向多目標作戰的多彈協同作戰體系結構如圖1所示，主要包括集群目標、目標探測平臺、指揮控制平臺、多彈系統以及數據通信系統幾大部分組成。

圖1 多彈協同體系架構組成示意圖

集群目標即作戰對象為群目標，如：編隊戰機、無人機群和巡航導彈等。

探測平臺主要用于天基、空基和地基探測裝備相結合的探測方式，探測獲取多目標相對探測平臺的運動信息；導航裝置獲取探測平臺運動信息；信息處理單元對輸入信息進行濾波與融合處理，計算獲得探測平臺、目標的運動信息；接收/發送單元接收作戰體系管理指令，發送目標運動信息。

指揮控制平臺主要用于實現導彈武器系統對各類戰場感知手段的信息的有效接口，接收目標探測平臺、導引頭發送的目標信息，實現目標信息融合，戰場態勢信息的實時發布與更新控制、任務規劃和更新、航跡規劃等作戰信息綜合管控功能。

多彈系統是指可從多平臺發射、導彈集群協同的形式對多目標進行攻擊，其中集群設定一枚領彈，多枚從彈，采用紅外、射頻及多模等多種模式制導方式使導彈由中制導轉入末制導，實現多目標識別與跟蹤、在線威脅判斷與目標重分配、目標重選擇等一系列智能化攻擊策略；導航裝置獲取導彈運動信息；指令處理對目標探測平臺及導引頭輸入信息進行處理，計算初、中及末制導指令，對導彈制導過程的切換進行管理；飛行控制按指令處理信息控制導彈機動飛行，完成制導過程；接收/發送，接收目標探測平臺發送的目標信息，發送導彈運動信息。

數據通信系統是鏈接集群導彈精確打擊多目標體系中各要素的紐帶，其物理載體即為數據鏈，數據鏈是以無線傳輸為主，按照統一的信息標準和通信協議，鏈接傳感器平臺、指揮控制平臺和集群導彈，實時處理和分發戰場態勢、指揮引導、戰術協同、武器控制等格式化信息的系統，其本質是一種高效傳輸、實時分發格式化消息的信息鏈路。

3.2 多彈協同作戰過程分析

多彈協同作戰系統是將各類協同作戰平臺上的傳感器、武器、指揮控制設備及火力控制設備等跨平臺裝備靈活組合、構成一體的廣域作戰系統。該系統是實現網絡中心戰的基礎，它將分布于各平臺上的裝備組合成為一個有機的整體，實現跨平臺設備或裝備間的協同作戰能力，有效提高諸兵力、作戰單元及武器裝備的整體作戰能力。在面向多目標的多導彈協同作戰過程中，主要包括以下幾個階段：

1)多彈集結段

探測平臺對空中多個目標同時進行跟蹤、識別、火控計算，通過指揮控制平臺任務規劃系統開展目標信息融合、目標威脅分析及航跡規劃等，完成各枚導彈的發射平臺、發射時序、時間間隔及航路，編隊集結區域和集結時間等任務規劃，然后通過遠距數據鏈通知各發射平臺按照規劃好的發射時序發射導彈，導彈發射后按照規劃的航路在指定時刻飛至集結區域，初步形成編隊隊形，然后通過彈間數據鏈完成信息交換和相對導航解算，啟動編隊保持控制策略進一步精調編隊隊形。

2)多彈飛控段

導彈發射后集結成彈群編隊，按照某種決策準則，將不同位置、不同價值的目標分配給不同的導彈，避免重復攻擊和遺漏，并通過遠距數據鏈把正在攻擊的各個目標的運動狀態信息傳輸給相配對導彈。通過對編隊的保持與控制以提高彈群的導航精度、實現多發導彈同時到達目標區域。在此過程中要根據作戰任務需求保持彈群編隊隊形或進行隊形變換，甚至加入新的彈群成員或分解變換成幾個小彈群。

3)多彈攻擊段

彈群編隊到達多目標區域后，多彈實現目標截獲，在這段飛行期間需要進行協同搜索目標，協同攻擊等作戰任務，最后彈群成員接收指揮控制中心或領彈的火力分配指令，按照尋的制導指令對群目標實施協同攻擊。

4 多彈協同關鍵問題研究

4.1 多彈協同作戰體系總體優化與集成技術

為了實現多彈協同探測及控制，首先需要針對導彈武器系統的總體技術進行研究。根據多目標作戰任務特點和戰場環境態勢，開展多彈協同作戰體系、作戰流程、指揮控制、作戰節點、作戰信息交換、系統接口和活動模型等方面研究并進行相關建模工作[7]。圖2給出多彈協同作戰體系總體方案框圖。

圖2 多彈協同作戰體系總體方案框圖

首先，探測平臺具備對多目標的廣域搜索發現、探測識別、連續跟蹤定位能力，可采取天基、空基和地基探測裝備相結合的探測方式，具體包括偵察衛星、預警機和地基超視距雷達等。然后將探測的所有信息構成一個信息融合中心，在指揮控制中心的調控和管理下，探測平臺與導彈間互相通信、信息共享。依據作戰需求確認網絡中各導彈的不同作用及角色，研究多彈異構方式，領彈、從彈組合模式，多彈采用紅外、射頻和多模復合等不同體制的導引頭進行協同制導攻擊。其次，領彈采取長航時高精度慣性/衛星多源組合導航技術，從彈則采用簡易慣性導航與領彈修正信息的組合導航技術，實現保證導航性能和制導精度下的低成本導航。采用雙向數據鏈技術完成探測平臺及指揮控制平臺、領彈、從彈信息互通，構成“探測平臺-指揮控制平臺-領彈-從彈-目標”諸多單元的多彈協同制導回路。

需要指出的是，面向多目標作戰的多彈協同作戰體系的總體技術尚處于概念階段，存在較多的基礎科學問題待研究：a)多平臺/多彈傳感器協同探測技術；b)多平臺/多彈傳感器間時間、空間、頻率同步技術；c)多平臺/多彈多源信息融合技術；d)多目標作戰場景下提高多彈精確打擊和攻防對抗能力的問題等。解決了上述問題，才能更好地發展出適于復雜戰場環境、面向多目標的多彈協同系統的理論與應用，推動該領域的技術進步。

4.2 多彈協同作戰策略

空戰態勢評估、目標威脅評估和排序、目標和火力分配一起構成了多彈協同作戰策略的核心內容[8]。其中，空戰態勢評估和威脅評估是目標分配的基礎：1)建立空戰態勢模型；2)建立一種目標分配原則，以綜合威脅模型為基礎設計排序方法，選擇每枚導彈適合攻擊的目標，完成目標的分配；3)依據目標威脅信息、干擾情況以及作戰環境態勢等，采用不同協同策略模式。主要需要解決以下技術問題：a)多目標作戰任務規劃技術；b)多彈協同攻擊問題建模技術；c)多彈協同攻擊最優決策問題等。圖3給出多彈協同作戰策略示意圖。

目前主要有2種多彈協同策略模式：1)主從協同模式。其主要思想是領彈完成導引和攻擊任務，接收從彈傳送的目標信息，領彈經綜合處理形成控制信息，引導從彈完成攻擊任務，從彈除依靠自身導引頭探測目標之外，還接收領彈傳送的綜合控制信息；2)同時協同模式，其作戰思路是多枚導彈除依靠自身導引頭探測目標之外，還分別接收彈群中其它導彈傳送的目標信息，經各自綜合處理后形成控制信息，控制導彈飛向目標。

圖3 多彈協同作戰策略示意圖

4.3 多彈協同數據通信技術

由多枚導彈在空中動態組網，形成多彈協同攻擊網絡化作戰系統的關鍵技術之一是多彈協同數據通信技術。其通過數據鏈系統實現多彈協同數據通信[9]。多彈協同數據鏈系統是利用無線信道將分布在廣闊地域上的目標探測平臺、指揮控制平臺和導彈集群鏈接起來的信息處理、交換和分發系統，具體包括遠程數據鏈與彈間數據鏈2種。其中，遠程數據鏈包括與信息源、指揮系統信息和武器平臺的聯接。彈間數據鏈用于傳輸領彈與從彈之間的指令與信息，以實現導彈集群攻擊等體系作戰能力。圖4給出多彈協同數據鏈組成框圖。

圖4 多彈協同數據鏈組成框圖

另外，多彈協同系統需要處理的信息包括目標、環境和狀態信息等，既來源于導彈自身的傳感器，也來源于其它天、空和地基探測傳感器，是一種空間與地面立體的動態信息，因此需要確保由不同傳感器獲取的信息組合充分而不冗余。但信息傳輸量與通信帶寬之間、信息處理準確性與實時性要求之間存在著矛盾，如何平衡這種矛盾將是影響整個系統作戰效能的關鍵一環。主要需要解決以下技術問題：a)分布式多層次多彈協同信息傳輸網絡技術；b)數據鏈動態自組網技術；c)多彈協同信息低時延傳輸技術；d)多彈協同信息時空統一性問題等。

4.4 多彈編隊飛行控制技術

導彈編隊飛行控制是指在戰場環境約束下，多枚導彈組成的編隊向目標飛行過程時，相互之間保持一定幾何形態的控制技術[10-11]。圖5給出了多彈協同航路規劃系統結構框圖。

圖5 多彈協同航路規劃系統結構框圖

首先，在獲取目標、威脅、地理環境信息以及導彈性能參數的基礎上，設計出評價函數，并且利用路徑規劃算法進行飛行路徑規劃，在飛行的初段和中段，多枚導彈按照一定的幾何隊形進行編隊協同飛行。

然后，從時間和空間2個方面對參考航路進行評價。其中，帶有攻擊時間和攻擊角度約束的制導律是迄今研究最為廣泛的一種多約束條件下的制導律[12-16]。從時間協同角度:協同條件如同時到達目標、或以一定時間間隔到達目標等；從空間協同角度:協同條件如不能碰撞、不超過最大通信距離或最佳協同距離范圍等。對不滿足協同規劃要求的航路進行修改，如此反復直至得到滿足協同條件的每枚攻擊彈的飛行航路。

再將生成的協同航跡通過數據鏈分別裝訂到各個導彈中，通過網絡指控中心控制導彈按預定的航路飛行，并且根據探測平臺傳來的戰場信息的實時變化調整協同航跡。

最后，在飛行的末段，多枚導彈達到目標截獲距離后尋的制導飛行。

為了解決上述多彈協同編隊飛行控制的設計問題，需要重點解決的問題將包括：a)帶有時間/空間約束的多彈協同控制律研究；b)帶有輸入約束和輸出約束的多彈協同控制律設計；c)航跡動態優化處理技術；d)通信延時情形下多彈協同控制系統的魯棒控制器設計等。

4.5 多彈協同制導性能驗證與評估技術

多目標作戰中，多彈協同制導系統復雜，影響因素較多，為滿足多彈協同制導技術研究，需開展數學仿真、半實物仿真技術和外場試驗驗證與評估技術研究。主要需要解決的技術問題有：a)多彈協同作戰中面臨的復雜戰場環境等效建模技術；b)半實物仿真系統中的自然/電磁/目標環境模擬與同步技術；c)半實物仿真系統中的多目標/多彈運動模擬與同步技術等。

采用數學仿真方法實現大量的、可人工控制的、可重復實現的仿真運算，是多彈協同制導性能評價的重要手段之一。需建立典型目標/環境特性數據庫和模型算法庫、集群導彈性能數據庫、探測平臺數據庫、指揮控制平臺數據庫和仿真控制數據庫等，利用計算機仿真技術構造多彈協同制導模型并進行交互作用仿真。圖6給出了多彈協同制導系統數學仿真結構框圖。

多彈協同制導半實物仿真技術是多彈協同制導技術應用驗證評估的有效方式之一，結合紅外、射頻和多模復合制導等不同體制的半實物仿真系統，采用多類系統并行通訊聯網構建適應多彈協同制導控制系統試驗驗證系統，模擬集群導彈面臨的復雜電磁環境和多樣化作戰模式，并按照防空武器系統的典型作戰過程，對集群導彈從發射到命中的全過程進行較為全面的仿真。

另外，可以通過多彈協同掛飛試驗進一步檢驗多彈協同制導技術的合理性與正確性，通過空中掛飛試驗檢查多彈制導系統對群目標的搜索、交班、截獲和跟蹤等性能，以及導彈-網絡指控中心、導彈-導彈之間信息和數據的實時傳遞和處理技術，驗證多彈多模式工作切換算法、多彈協同策略算法及多彈編隊飛行控制算法等。

圖6 多彈協同制導系統數學仿真結構框圖

5 結束語

網絡化導彈防空體系是目前防空導彈作戰體系的發展趨勢，是信息技術積極推進軍事應用的成果。隨著攻防、隱身、電磁和光電干擾技術的不斷發展，未來面向多目標作戰應用的多彈協同作戰體系也在不斷完善和進步，必將呈現出更多優點和良好前景。開展多彈協同防空作戰的體系結構設計、總體集成技術、協同策略、協同探測、導引控制、數據通信及試驗驗證等關鍵問題研究，具有重大工程應用意義，為提高面向多目標作戰環境中的防空導彈武器的精確打擊能力和作戰效能提供了一種有效作戰途徑，為推進導彈武器裝備升級換代，促進防空導彈技術的發展奠定了技術基礎。

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