艦艇對空自防御系統效能評估分析?

吳 亮

（91336部隊 秦皇島 066326）

1 引言

隨著現代導彈技術的發展，反艦導彈的制導方式越來越復雜和智能，導彈末端突防的速度越來越快，突防概率大大提高。海軍艦艇，尤其像航母這樣的高價值平臺，面臨的導彈防御的形勢越來越嚴峻，必須能夠有效應對海上威脅以確保自身安全，在復雜的海戰作戰環境中，艦艇完成自防御的時間和空間受到極大的限制，因此，需要把不同層次、不同方位的武器裝備融為一體，形成具有多層次的整體防御能力，構建艦艇對空自防御系統，以提升艦艇自動、快速反應、多目標交戰能力以及軟硬武器的綜合防護能力。

2 艦艇對空自防御系統現狀

艦艇自防御是艦艇最高優先級的作戰任務之一，對空自防御系統的主要目標是實現從發現來襲目標到采取攻擊整個過程的自動化，從而減少人工干預，縮短反應時間，同時，為了增加艦艇抗飽和攻擊的能力，艦艇對空自防御系統還必須具有多目標的綜合防空能力。主要將傳感器系統、軟硬武器系統進行集成，形成自動化的快速反應能力，可以顯著減少目標探測、識別、跟蹤及交戰結果要求的時間。

艦艇自防御系統（Ship Self Defense System，SSDS）首先由美國海軍提出，是美國海軍首個基于開放架構計算機環境開發的系統，體現了一體化信息基礎設施和軍事綜合電子信息系統建設的思想，到目前為止，經歷的兩代系統的發展歷程［1～2］。

第一代艦艇自防御系統——快速反艦導彈集成防御系統，于20世紀90年代投入研制，具有將多個艦載傳感器集成、信息共享的功能，提高艦艇對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。

第二代艦艇自防御系統——SSDS系統，進入21世紀后開始研制開發，綜合全自動傳感器融合和武器控制系統，通過光纖局域網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，對威脅目標進行綜合識別和評估。然后按照確定的海軍水面戰原則執行預定的戰術程序，但戰斗人員仍可對武器發射功能保持全面控制。艦艇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，為艦艇提供分層的自動化防御能力。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。

艦艇自防御系統主要針對航空母艦和兩棲作戰艦艇而設計［3］，主要任務是為不具備宙斯盾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。尤其對作戰航母編隊的航空母艦來說，艦艇自防御系統是航空母艦的最后一道屏障，關系著航母作戰編隊防御體系的完整和平衡。美軍航母自防御系統能實現自動化的分層防御，從近程到遠程分別使用艦炮、防空導彈和有源/無源電子干擾實現自動化的分層防御，有效提升航母的防御能力。

3 艦艇對空自防御系統組成和作戰應用過程

艦艇自防御系統由探測、控制、交戰三大功能組成，主要包括傳感器單元、指控單元和武器單元。艦艇自防御系統組成圖如圖1所示。

圖1 艦艇自防御系統組成圖

艦艇自防御系統并非直接提高各傳感器和武器系統的單獨性能，而是將傳感器進行有效組織和整合，形成復合傳感，提高綜合探測能力，利用融合算法有效融合探測數據，判斷目標威脅程度后由人工選擇所打擊的目標和所使用的武器。在這一過程中，艦艇對空自防御系統可以為決策人員提供“作戰建議”，從而提高決策效率，減少人工反應時間，自動完成武器跟蹤、調整到發射的整個過程，并且協調運用綜合打擊手段，提高現有武器的打擊效率。

艦艇對空自防御系統作戰應用過程如下［4～5］：

1）發現、跟蹤目標。負責中、低空搜索的雷達或紅外設備進行搜索，發現目標，建立目標航跡后立即對目標進行跟蹤。

2）目標融合、威脅判斷。指控系統收到傳感器發送的目標航跡信息后，命令敵我識別器進行敵我識別詢問，敵我識別設備對目標進行敵我識別詢問后將詢問結果反饋給指控系統，指控系統對雷達目標航跡進行關聯、融合，并進行威脅判斷、排序。

3）目標指示。指控系統根據一定的戰術準則自動向艦空導彈或副炮等自防御裝備發送目標指示。

4）武器交戰。防空武器收到目指后，進行目標信息處理、射擊通道組織、參數設定、導彈發射、制導飛行、引信啟爆殺傷目標、火力轉移或停火等操作。

4 艦艇對空自防御系統效能評估研究方法

艦艇對空自防御的效能評估并非艦載單裝備效能評估，可認為是與自防御相關的艦載裝備體系的評估，屬于體系效能評估范疇，目前體系效能評估的方法主要有四大類：解析法、統計實驗法、專家法和仿真法［6～7］。

統計實驗法的特點是應用數理統計方法，依據實戰、演習、試驗獲得的大量統計資料進行效能評估。該方法不但能給出效能的評估值，還能顯示武器系統性能、作戰規則等因素對作戰效能的影響，從而為改進武器系統性能和使用規則提供定量分析基礎。

仿真法是用計算機模擬的方法進行作戰仿真，通過在給定數值條件下運行仿真模型來進行作戰仿真試驗，由仿真得到的關于作戰進程和結果的數據，可以直接或間接地給出效能指標評估值。該方法能夠逼真對裝備效能的影響，在近似實戰的情況下獲取裝備效能評估的基本數據，是目前除實裝作戰、研練外獲取裝備效能評估基本數據的最有效途徑，也是目前最可信的效能評估方法；其缺點是需要大量可靠的基礎數據和原始資料，并且對建模的要求較高。

艦艇毀傷概率是艦艇作戰系統效能評估的主要技術指標之一［8］。毀傷概率是指在作戰環境中，一艘艦艇作為綜合系統，通過探測、控制和交戰，按一定的概率擊毀特定反艦導彈的能力。毀傷概率效能評估是對艦艇綜合防御效能的測量，整個評估過程會將艦艇自防御系統作為可針對來襲反艦導彈實施包括目標探測、武器控制和對敵交戰等在內的一整套作戰任務流。因此，評估不是針對某一艦艇自防御系統的某一特定要素進行的，而是對整個作戰流程時間長度內所有參與防御任務的艦艇自防御“整體表現”進行評估。

傳統的艦艇自防御系統試驗與評估包括實驗室試驗、陸基試驗、自防御試驗艦試驗、實船試驗等多個階段［9］，要動用實船和大量的武器彈藥和靶標等，并需要開展多種武器、不同組合方式、各種邊界條件的自防御武器射擊試驗，試驗周期長、資源消耗大、消費比低，并且不能開展復雜戰場環境下的自防御試驗與評估。因此，需要綜合利用數字仿真技術、半實物仿真技術和真實目標構建出聯合試驗環境，在統一的仿真框架內完成系統端到端測試計算和分析。

聯合試驗環境應集成在具有標準規范的統一的框架體系下，以實時同步的仿真系統為基礎，系統之間的交互應該以通用物理環境為基礎，能夠反映出系統傳輸、雷達反射和輻射探測，自然環境信息和威脅目標信息在全系統中的表示需要嚴格一致，以保證毀傷概率效能評估的全系統的一致性。

5 艦艇對空自防御效能評估聯合試驗環境構建方法

聯合試驗環境的研究包括目標環境構建方法、數據采集與評估方法、試驗監控與數據分析管理方法和試驗綜合保障系統的構建方法等，其中目標環境的構建方法最為關鍵。根據目標模擬的真實性，目標環境構建方法主要分為四種：全數字仿真目標構建方法、半實物仿真目標構建方法、真實目標構建方法和虛實結合的目標構建方法［10～11］。

1）全數字仿真目標構建方法。由數學仿真模型模擬產生目標位置信息和傳感器探測信息，可用于系統的對接聯調以及指控容量相關的考核，傳感器不能進行目標探測，武器不能射擊；

2）半實物仿真目標構建方法。由仿真統一產生目標態勢，把相應的目標信息發送給電磁環境模擬系統，由電磁環境模擬系統產生統一態勢下的電磁信號，傳感器對目標進行探測，但武器不能射擊。

3）真實目標構建方法。由真實目標模擬敵方飛機或導彈，可完成整個對抗過程，但對復雜試驗態勢的構設困難，難以檢查邊界條件。

4）虛實結合的目標構建方法。主要是利用計算機仿真技術，結合導彈武器系統所打擊目標的特性，構建貼近真實作戰使用條件下的虛擬目標，并將虛擬目標和真實目標同時作用于艦載雷達，形成目標指示信息。導彈武器系統融合各類目標指示信息后，在虛實結合試驗環境下完成對空防御的作戰流程［12］。

在該聯合試驗環境下，本艦雷達、武器控制系統、指控設備、真實靶標等以實裝形式參與，其他系統（或設備）以模擬器、數字仿真系統或硬件在回路系統的形式參與。構建的聯合試驗環境組成結構如圖2所示。

圖2 艦艇對空自防御效能評估聯合試驗環境組成結構圖

聯合試驗環境中各節點中的資源采用發布/訂購機制，通過仿真代理設備接入聯合試驗環境，以實現資源間的互聯互通互操作。仿真管理與控制系統對聯合試驗環境中的資源進行統一管理和控制，并能夠對全系統狀態進行監控；測控系統負責實時采集真實靶標和本艦的TSPI信息，以及武器控制系統的控制指令、狀態信息，并通過仿真代理設備發布到聯合試驗環境；仿真代理設備負責對實時發布/訂購的試驗數據進行推算、坐標轉換和時間同步處理，以實現外場實裝與內場仿真系統時間和空間理解的一致；綜合試驗態勢顯示系統能夠訂購系統中公布的全部屬性和狀態信息，并以可視化的形式體現。

6 結語

艦艇對空自防御系統作為艦艇必不可少的“護身符”，如何對其進行有效的試驗和評估顯得尤為重要。傳統外場試驗無法完成大型復雜系統集成軟硬毀傷武器的實戰試驗與評估，通過充分利用建模與仿真技術，有效結合數字仿真資源、半實物仿真資源和真實資源的優勢，搭建用于毀傷效能評估的高逼真度的仿真試驗環境，對于系統整體毀傷效能的評估非常重要。