反艦導彈任務規劃技術研究*

楊華東,馬溢清,王書滿

(1 海軍工程大學,武漢430033;2 海軍研究院,北京100161)

0 引言

“裝備要體系化,體系要智能化,任務規劃是大腦,是體系智能化的表現”[1],這個大腦的任務就是要對涉及作戰方案的各要素各參數進行精確計算,確保精確制導武器精確使用。

早期,對海導彈射程近,射擊扇面小,實現飽和攻擊主要依賴兵力的組織,強調發射平臺的占位與機動,以彌補火力機動能力的不足。隨著反艦導彈性能的大幅度提高,360°全方位垂直發射、航程大、彈道形式多樣、機動靈活和信息化逐步成為現代導彈武器特點,在反艦作戰中,導彈本身的火力機動逐步替代發射平臺機動,火力密度得到進一步提升,精確化、協同化反艦作戰成為現實[2]。作戰指揮決策的重點亦由考慮發射平臺運用為核心向以考慮火力運用為核心轉變。信息化條件下的導彈反艦作戰是兵力行動和導彈運用協同匹配、作戰平臺與火力配系聯動貫通的作戰。

1 反艦導彈任務規劃基本概念

任務規劃,是我軍對美軍Mission Planning的翻譯。“計劃”和“規劃”在英文中并無區別,均是Planning。任務規劃中的“規劃”一詞,可追溯和借鑒《運籌學》中的“規劃”,即研究約束條件下實現目標函數最優解的理論和方法。“規劃”比“計劃”更強調依據約束條件,采用科學的計算方法,依賴計算機輔助決策系統,籌劃出可行的途徑,更具客觀性,突出強調籌劃方法的科學性[3]。

西方發達國家十分關注任務規劃系統的研究和建設[4-7]。美軍投入了大量人力、物力進行理論分析和仿真研究,在各軍兵種,各指揮層面都先后發展了多種類型的任務規劃系統,并在海灣戰爭、伊拉克戰爭、南聯盟戰爭、阿富汗戰爭和敘利亞戰爭中廣泛使用。國內,嚴江江[8]、胡海[9-10]等學者在反艦導彈任務規劃系統需求、體系結構、信息流程等方面開展了卓有成效的研究,但在反艦導彈任務規劃系統的技術設計方面,尚待進一步研究[11-12]。

目前,作戰任務規劃涵蓋了作戰籌劃、作戰計劃、作戰輔助決策和任務規劃等概念。一般地,在戰略戰役層面,稱為作戰規劃,在戰術以下層面,多稱為任務規劃,統稱作戰任務規劃。任務規劃是針對作戰任務,綜合分析作戰資源、作戰能力、作戰環境和敵方對抗措施,對打擊目標、毀傷要求、使用部隊、作戰地域、武器裝備、打擊時機、協同保障、行動路線、飛行航跡等作戰要素及作戰活動進行籌劃設計的過程。

如圖1所示,任務規劃系統是集情報信息處理、資源統籌、交戰規則優化、方案擬制、火力規劃、毀傷評估等功能于一體的計算機輔助決策系統,是作戰指揮系統的核心部分,其目標就是通過系統運籌、合理規劃,使得多批次、多種類的作戰行動協調配合,獲得整體最佳作戰效能。

歸納起來,導彈任務規劃包括戰役戰術上的作戰行動任務規劃和戰斗使用上的導彈飛行任務規劃兩個層面的內容。作戰行動任務規劃含兵力行動、火力行動(目標排序、火力分配、導彈/目標配對、目標重新瞄準)、防空區規避、電子戰協同、通信協同、戰場觀測等規劃。導彈飛行任務規劃含飛行航路、制導飛行、重新規劃、巡邏待機、二次攻擊、人在回路等規劃等,如圖2所示。

典型的導彈任務規劃系統主要有美國戰斧巡航導彈戰區任務規劃中心(TMPC)/海上規劃系統(APS),俄羅斯克拉布巡航導彈任務規劃系統等。實戰證明,戰斧巡航導彈戰區任務規劃中心(TMPC)/海上規劃系統(APS)作為戰斧巡航導彈武器系統的四大主要組成之一,在戰斧導彈作戰運用中發揮著極其重要的作用。

2 影響反艦導彈作戰主要因素

反艦導彈作戰主要解決三個核心問題:一是投送,即用什么投送,如何投送;二是生存,即如何安全飛抵目的地;三是毀傷,即如何達成摧毀目的。需要考慮的主要因素有反艦導彈裝備與作戰運用,包括反艦導彈本身的性能,兵力的戰術機動,反艦導彈的攻擊樣式、火力通道組織、攻擊時間間隔、攻擊陣位選擇、末端攻擊方向,指揮決策意圖,目標信息觀察預警范圍及精度等;亦有作戰對象的因素,包括作戰對象的防空作戰體系、水面艦艇編隊編成、作戰行動等因素;亦還有戰場環境的因素,包括復雜電磁環境、地理環境等。

1)作戰對象

反艦導彈打擊的對象主要是艦艇及艦艇編隊。編隊包含了各艦艇的個性特征,但更突出的是編隊中各目標呈現的共性特征。分析編隊目標特征的關鍵就在于理清編隊的共性特征,只有找出編隊變化規律,才能為導彈的作戰(特別是目標選擇)提供有效的決策依據。采用何種打擊策略,首先需要研究打擊對象的目標特性、編隊編成特征與其對空防御能力,不同的作戰對象,這三個方面區別較大。通常,任何艦船目標在海上航行時均有其固有的聲光電磁特征,采用不同的測量方法,會表現出不同的效應,這就是通俗理解的目標特性概念。通過測量艦船目標特性,對其實現定位、識別、跟蹤和打擊。所以獲取的艦船目標特性越豐富,對目標的位置和運動參數測量越精確,定位識別越準,跟蹤精度越高,打擊效果越好。測量設備在測量原理、系統設計上都存在局限性,通常給出目標的艦艇位置運動信息也存在誤差。尤其是目標運動參數測量難度大,誤差通常也較大。對于反艦導彈來說,目標運動是影響導彈搜捕的最大誤差來源之一。

2)戰區環境

可靠準確的信息保障是導彈攻擊的前提。目標區環境對導彈反艦作戰影響最大的因素是導引頭(雷達/光學/紅外)對目標的搜捕和跟蹤。戰區環境,如島嶼、山地、禁飛區、對方防空火力布置及范圍等,對導彈反艦作戰的航路規劃、攻擊方向選擇、突防高度設置等影響很大。根據信息的重要程度,將戰區信息保障分為三類:一類保障要素為導彈飛行和攻擊目標必須的保障要素;二類保障要素為影響導彈飛行和攻擊的保障要素;三類保障要素為一類、二類以外的保障要素。

3)目標信息支持能力

反艦作戰目標保障信息主要包括目標的實時位置、速度、運動方向及其誤差以及目標的尺寸、紅外、微波等特征信息等,主要依托海洋目標衛星監視系統、各類偵察衛星等天基偵察平臺,預警機、無人機等空基偵察平臺,以及天波/地波超視距雷達、微波被動探測系統等地基偵察手段綜合獲得,用于支持導彈打擊海上艦船等各類目標。對于反艦導彈作戰而言,目標的實時位置是最基本的要素。但隨著技術的發展和戰場環境的變化,反艦作戰對導彈性能要求越來越高,不僅要求導彈打得遠(射程遠)、還要求導彈打得準(抗干擾、目標選擇)。實際戰場環境中,環境復雜,特別是編隊目標,需要導彈進行目標選擇,僅僅有目標位置是遠遠不夠的。還需要目標RCS、距離、方位、尺寸、徑向速度、航速航向、輻射源信息等多維特征信息,特征利用更多,使用更靈活,選擇能力和適應性越好,但在復雜態勢下對指揮員決策要求也很高。

4)指揮決策意圖

指揮決策意圖的實現主要有3種途徑。一是按打擊(毀傷)效果決策,即以實現打擊效果為最優解,分析兵力火力規模、行動協同、導彈攻擊方案任務規劃;二是按時間協同決策,即以發射時間、臨空時間、著靶時間同時到達,或者密集火力間隔時間為最優解,分析兵力火力規模、行動協同、導彈攻擊方案;三是按空間協同決策,即以飛行走廊、主攻/佯攻方向等攻擊方向為最優解,分析兵力火力規模、行動協同、導彈攻擊方案。

5)導彈性能

技術決定戰術,導彈性能是進行反艦導彈作戰任務規劃的技術基礎。制定反艦導彈作戰方案,指揮員最關心的導彈性能主要包括打擊范圍、飛行速度、抗干擾能力、彈群協同能力、彈載電子干擾能力、突防能力、毀傷能力及航路規劃能力等。指揮員以導彈的基本性能為依據、以任務規劃系統為工具,制定導彈攻擊方案,計算協同兵力機動參數、發射平臺機動參數、導彈攻擊航路、耗彈量、攻擊效果預估參數、發射控制時序等各種戰術輔助決策參數。

6)航路規劃能力

反艦導彈航路規劃能力直接關系到對海突擊火力運用和兵力行動部署,是指揮員進行反艦導彈任務規劃需要重點關注的參數。航路規劃主要是對導彈自控飛行段的航路進行計算,通過航路點設定來改變導彈飛行軌跡和調整導彈攻擊方向、規避障礙物或禁飛區,實現突防方向和臨空時間的協同,達到多方向飽和攻擊的突防效果。反艦導彈航路規劃通常以電子地理信息系統為依托,根據作戰海域地理信息、敵我態勢、戰術指揮信息、攻擊目標指示等條件,經數學計算和優化篩選,生成由發射點、N個航路點及目標點連線構成,且滿足導彈制導控制約束和指揮員戰術意圖的航路,提交給指揮員決策。

7)兵力火力編配

兵力火力編配包括二個方面。一是導彈火力機動與平臺占位,有航路規劃能力的導彈,在使用上對發射平臺的機動占位要求較弱,其主要通過導彈航路規劃能力實現導彈火力機動替代平臺機動占位,導彈有了航路規劃能力,極大地降低了發射平臺的占位機動要求。但這絕不意味著平臺的排兵布陣和機動占位不重要,因為導彈的射程畢竟有限,打擊擁有大防御縱深的目標,則必須要合理配置平臺兵力,確定兵力機動方案;二是保障兵力協同約束,導彈反艦作戰需要的保障兵力主要有目標信息情報保障兵力、戰斗機制空掩護兵力、電子戰兵力等。不同的戰役戰術行動、不同的導彈攻擊模式和戰斗階段,對掩護保障兵力需求差異較大。如在反艦導彈末端攻擊階段,若需要躍起伏沖攻擊目標艦艇水線,導彈爬升后則易暴露于敵防空殺傷區域內,為了提高導彈的突防概率,在進行火力打擊的同時,應出動電子戰兵力進行電子戰壓制。

3 任務規劃內容及流程

反艦導彈以水面艦艇及艦艇編隊為作戰對象,具有活動區域廣、活動區域環境復雜、移動速度相對較慢、目標探測與識別困難等典型特點。針對這些特點,反艦導彈攻擊水面艦艇的戰斗過程一般包括:受領作戰任務的機動接敵、導彈作戰準備、導彈攻擊方案制定、抵達攻擊陣位實施導彈攻擊、轉火攻擊或戰斗撤收等關鍵階段。導彈任務規劃主體工作主要集中在導彈發射前,但其全部工作則是貫穿反艦導彈上述作戰過程的各個階段。對應導彈作戰保障、作戰籌劃、指揮決策、武器控制、導彈攻擊和毀傷效果評估等作戰環節,任務規劃主要包含數據整編、作戰行動規劃、導彈飛行規劃、作戰能力預估、航路規劃、人在回路操控和目標毀傷評估等流程。

1)數據整編

數據整編是為任務規劃做數據準備,主要包括3個方面內容:一是獲取導彈作戰區域地理信息,裝配電子地圖;二是獲取目標信息和情報信息,制作敵情、我情和第三方情報的目標區數據;三是統一時空基準,在同一個數字地球上整合地理、目標、人文環境、預警區、防空區等異源數據,構建戰場環境仿真模型及敵方威脅武器性能數據。數據整編是任務規劃程序的初始化工作,是一項基礎性工作,但至關重要。

2)作戰行動規劃

分析作戰意圖,根據威脅程度進行目標排序,結合作戰保障條件,開展兵力籌劃、火力分配、導彈/目標配對、防空區規避、電子戰協同、通信協同籌劃,編制作戰基本方案和戰場觀測方案。

3)導彈飛行規劃

根據導彈的飛行性能,中、末精確制導,以及波次攻擊、密集攻擊或飽和攻擊需要,開展導彈飛行航路規劃、制導區預規劃,以及巡邏待機、二次攻擊和人在回路控制等規劃,形成各枚導彈完整的攻擊任務參數,初步形成作戰方案。

4)作戰能力預估

對形成的作戰方案和攻擊計劃開展仿真推演,進行戰斗能力計算與評估,包括突防概率,毀傷概率,兵力、火力協同配合效率以及任務滿足度,預估作戰能力,給出對特定打擊目標達到期望打擊效果的最優攻擊決策方案,給出完成作戰任務的把握程度以及計劃可執行性,進而確定參加行動的兵力類型和數量,各參戰兵力的火力編配,導彈攻擊方案,制定各項任務計劃和任務數據。

5)飛行中在線規劃

對“人在回路”模式的反艦導彈,通過通信數傳系統向終端操控手回傳導彈導引頭探測圖像,由終端操控手進行在線引導或指定攻擊目標。

6)目標毀傷評估

目標毀傷評估主要是獲取目標偵察圖像信息、情報信息、導彈回傳末制導信息等,開展目標數據整編,修改戰場環境模型,對打擊后的目標進行毀傷效果綜合評估,提出二次軍事打擊行動建議。

如圖3所示,反艦導彈任務規劃的上述六個環節是有機結合、相輔相成。根據目標情況、兵力展開態勢和戰場環境瞬息變化,通過任務規劃建立起一個從戰術偵察平臺到發射平臺到精確制導武器的閉環控制系統,即閉環模式下的任務規劃:圍繞打擊目的,針對不同發射平臺、同一個發射平臺數枚導彈的戰術要求,為每個目標合理地分配導彈,預先為導彈規劃出滿足各種性能指標的最優航路,導彈發射后,監控作戰任務的執行,及時根據戰場態勢和其它情報信息,調整導彈/目標的配對和導彈間的協同,使作戰效能最大化。

4 任務規劃需要重點關注的問題

如前所述,反艦導彈任務規劃強調的是運用計算機輔助決策系統進行科學籌劃,并且要研究最困難條件、最低限度和最復雜情況下的作戰任務規劃,必須從全流程、全要素、全空域、全時域、全頻域開展任務規劃。任務規劃需要考慮的約束很多,但以下問題必須重點關注:

1)作戰信息保障

可靠準確的信息保障是導彈攻擊的前提。首先是目標指示信息,將直接影響導彈對目標的搜索、捕獲和跟蹤,對導彈的攻擊效果起到最關鍵的作用;其次是作戰海域海上目標態勢信息,包括目標的屬性、活動區域等;再者是目標區氣象環境信息,包括目標區降雨量、能見度和風速等信息,這些信息對導彈使用效果具有較大的影響;此外,衛星可用信息情報,包括導彈發射區域、制導區域對應衛星星座可用度、可用區域及可用時段,對導彈作戰也有影響,應盡可能的提供保障。

由于打擊目標的所處地理環境和設施比較復雜,導引頭的作用距離和瞬時視場的能力有限,只有精確的目標指示和準確的地理和態勢信息才能保證導彈攻擊方案的正確制定、導彈末制導正確選擇捕獲目標。因此,目標指示應是實時的或準實時的。

2)作戰仿真推演與評估

通過作戰仿真推演與評估,預估規劃方案作戰能力,是任務規劃在約束條件下尋找最優解的關鍵。數據和模型是仿真的基礎和核心。尤其是,作戰對象準確的情報信息、防御設施及武器裝備性能數據與模型和目標數據是合理制定作戰方案、準確評估作戰能力的必要條件。此外,還應做好毀傷效果評估數據轉化利用,通過偵察衛星、監視衛星、偵察飛機/無人機等探測打擊目標的圖像、位置、特征以及導彈回傳信息,對打擊效果進行人工和計算機輔助評估的同時,做好數據整編,驗證戰場環境仿真模型和作戰仿真推演模型的準確度,逐步完善,提高預估精度和任務規劃的科學性。

5 結束語

任務規劃在實際運用中,不僅僅是架起指揮控制、武器控制和武器攻擊之間的“橋梁”,而往往是將三者有機地結合在一起“粘合劑”,更是獲得整體最佳作戰效能的“倍增器”。從反艦導彈攻擊作流程看,導彈任務規劃是核心和難點,技術含量高、業務內容多、鏈條長、專業性強、平戰結合,需要編制、人員、空間等資源的常態化保障,形成閉環的運行機制。作戰任務規劃是一項長期性、閉環性的工作,必須根據軍事戰略、安全環境、作戰對象、使命任務、作戰方式等的發展變化滾動研究,必須建立平戰一體、上下聯動的運行機制和評估機制,確保規劃成果科學可信。