艦艇編隊協同制導防空作戰的關鍵技術?

劉勝男 王道重 馬興華 唐建濤 鄭偉廣

（1.海軍駐沈陽地區航空軍事代表室 沈陽 110000）（2.91206部隊 青島 266108）

1 引言

現代海上空襲與反空襲的作戰中，水面艦艇主要受到各種平臺發射的反艦導彈的威脅，隨著科學技術在軍事領域的不斷發展，反艦導彈具有多樣化、超低空化、高速化、靈活化和隱身化等特點，而襲擊方式又趨于超視距化、多方向飽和化和電子干擾化，再加上反艦導彈航路規劃技術，使得艦空導彈的防御越來越被動。由于受到地球曲率的影響，單個水面艦艇的視距和制導范圍是有限的，在面臨超視距攻擊（防區外打擊）的情況下，不能探測到發射平臺，不能預知敵來襲方向，只能處于被動挨打的局面。因此，構建超視距協同反導防御系統，既是未來海上防御作戰的必然要求，也是艦艇編隊防御由平臺中心戰向網絡中心戰轉型的必由之路［1］。

2 國內外現狀分析

2.1 美軍協同制導概況

美國海軍在冷戰時期為了防御遠程巡航導彈對其艦船的攻擊，提高海岸和艦隊對空防御能力，于20世紀70年代提出了協同交戰能力（Cooperative Engagement Capability，CEC）概念［2］。CEC系統協調和整合整個作戰系統中所有傳感器的信息，將其合成一個單一、實時的綜合航跡，并用于武器級防空作戰的信息支持［3］。2007年，美國海軍把CEC系統裝備到全部航空母艦、“宙斯盾”巡洋艦/驅逐艦和兩棲艦，以及E-2C預警機上［4］。美軍經過幾場戰爭的檢驗，CEC技術已經成熟，新型CEC系統已經大量列裝于美軍各種作戰平臺，形成一種無縫隙的防空反導系統。

2.2 國內協同制導現狀

國內有關艦艇編隊協同制導方面的研究起步較晚，在理論上進行了多年的研究和探索。目前，我國海軍艦艇編隊平臺與平臺之間，可以通過數據鏈初步共享探測信息、指揮和決策數據，還處于研究試驗階段，與美軍協同制導體系相比，還有一定的差距。

3 實現協同制導的關鍵技術

CEC系統是美海軍“網絡中心戰”的核心計劃，其總體架設是數據鏈與融合處理器的配合。依據網絡中心戰的概念［5～6］，作戰平臺越多，傳感器就越多，協同作戰就越困難，但如果能夠將艦艇編隊內部、外部各單元組成一個作戰網，平臺與平臺之間的作戰資源和情報資源共享，把不同作戰單元的探測信息集成一個共享的實時的作戰態勢圖，就可以使各種兵力資源得到充分利用，擴大艦艇編隊的視野，從而掌握海戰的主動權。所以，多傳感器組網技術是艦艇編隊協同制導的前提。

3.1 傳感器組網技術

3.1.1 傳感器組網的概念及意義

傳感器組網是指某一作戰兵力群為完成特定的戰術任務，根據現有傳感器資源的特點合理地對不同傳感器進行聯網，從而形成一個統一的有機整體［7］。傳感器組網其實就是架設數據鏈的過程，對于艦艇編隊而言，就是利用計算機、通信和網絡等技術，將艦艇編隊內、外各平臺的目標探測系統、武器系統、指揮控制系統等聯成網絡，實時且高度共享作戰信息，每艘艦艇都可以實時掌握戰場態勢，擴大了單個平臺的作戰半徑，提高了各作戰兵種之間的協同能力，進而大大增強了艦艇編隊的戰斗力。

3.1.2 傳感器組網的原則

在整個作戰過程中，戰場態勢和兵力資源等方面是隨著時間的推移而不斷變化的，這就要求整個傳感器網絡也要隨之變化，因此，提出如下建網原則：

1）傳感器網絡必須具有“即插即拔”的特征，以保證整個協同網不會受到網絡單元數量的影響，即網絡單元的增加或移除不會影響到整個協同網或其他網絡單元的正常運行；

2）傳感器網絡必須具有“互操作”性，無縫融合所有無線數據，確保各傳感器單元協調工作，不允許交換沒有意義的數據，減少單元間的耦合，從而滿足不同用戶的需求，提高信息利用率和系統的可靠性；

3）傳感器網絡必須具有實時性和高效性，確保協同探測信息不會滯后于真實戰場態勢，以提高整個系統的精確度；

4）傳感器網絡可以采取多種或分層的數據獲取方式，以保證信息傳輸安全。

3.1.3 傳感器組網的系統結構

根據上述原則，建立傳感器組網系統結構模型如圖1所示。

根據傳感器網絡結構示意圖可以看出，傳感器組網系統主要由作戰平臺、傳感器、網絡連接、即插即拔的網絡接口、信息融合數據庫、戰場態勢等模塊構成。其信息流程為

1）各作戰平臺傳感器協同探測；

2）對探測的信息進行融合處理，評估戰場態勢；

3）根據評估結果，產生作戰數據需求，形成任務指令；

4）將任務指令傳送至各作戰平臺；

5）各作戰平臺的傳感器把重新調整后探測到的信息再傳送至信息融合數據庫進行融合處理。

這樣就可以充分利用各傳感器資源，增強整個系統的可靠性和協同能力，形成一個閉合的回路，不斷更新戰場態勢圖。

圖1 傳感器網絡結構

3.1.4 傳感器組網的關鍵技術

多傳感器組網之后，艦艇編隊內異構平臺協同探測，對目標進行復合跟蹤與識別，平臺與平臺之間需要交換大量的實時的信息。海上通信不僅受到海雜波等大自然的干擾，還會受到敵方的電子和電磁干擾，所以必須采用先進的組網技術，其關鍵技術：1）異構傳感器組網優化部署技術；2）信息柵格和航跡融合的組網技術；3）傳感器資源管控技術；4）大容量、抗干擾的先進通信網絡技術；5）“即插即拔”的智能接口技術；6）網絡最優節點的分配與選取技術。

3.2 信息融合技術

3.2.1 信息融合技術的歷史與現狀

早在1973年，美國研究機構就開展了聲吶信號理解系統的研究，信息融合技術便迅速發展了起來。進入21世紀以來，美國國防部、海軍和空軍進一步把信息融合技術作為GIG、CEC、C4ISR、C4KISR和彈道導彈防御中的關鍵技術，進行攻關研究［8］。目前美軍最新的信息融合系統對信息源幾乎沒有限制，能夠接收預警機、無人機、水面艦艇等各種平臺傳感器的信息，經過融合處理，形成對各兵種有用的信息，并以高速、高精度、高效率的方式發送給各作戰平臺。

國內信息融合技術的研究起步較晚，至今也出現了一大批理論成果和具有初步信息融合能力的系統，預計在不久的將來，會有更多可靠的信息融合系統列裝部隊。

3.2.2 信息融合的概念及意義

信息融合是指利用計算機技術對按時序獲得的若干傳感器的觀測信息在一定準則下加以自動分析、優化綜合以完成所需的決策和估計任務而進行的信息處理過程。信息融合主要包括檢測、互聯、關聯（相關）、狀態估計、目標識別、態勢描述、威脅估計、傳感器管理和數據庫等。它是一個在多個級別上對傳感器數據進行綜合處理的過程，其核心是指對來自多個傳感器的數據進行多級別、多方面、多層次的處理，從而產生新的有意義的信息，而這種信息是任何單一傳感器所無法獲得的［8］。

根據高速交戰 CEC 系統的概念［9～10］，多傳感器信息融合技術是超視距協同作戰的基本特點。在艦艇編隊中，存在多種探測器，由于各平臺探測器的體制精度不同，對目標的探測能力就不相同。來自不同傳感器的信息具有重復性和互補性等特點，通過數據融合的算法，不僅比單個傳感器精度更高，而且可以得到更加完整的戰場態勢圖。多傳感器信息融合的利用，克服了單個傳感器受到的視距限制，提高了整個系統的抗干擾能力，擴大了目標有效打擊縱深。

3.2.3 信息融合的關鍵技術

1）時空同步技術。實現艦與艦之間的時間同步和相對定位，是艦艇編隊協同制導的前提，時空同步的精度直接影響協同制導精度；

2）高速并行的推理機制和高效精準的信息融合算法。在艦艇編隊信息融合系統中，單個傳感器所提供的信息一般都是模糊、不精確、不完整的，甚至可能與其他傳感器提供的信息相矛盾。而信息融合數據庫又必須根據這些不確定的信息進行推理和計算，這就要求信息融合系統采用高效的推理機制和信息融合算法；

3）點跡融合技術。艦艇編隊協同探測過程中，單傳感器探測可能會受到視距限制、干擾等一些原因而無法精確判斷目標，但如果把不同平臺探測的信息進行融合處理，就能夠得出精確的目標要素；

4）多屬性的信息融合技術。信息融合是信息層、火力層、決策層等多層面、多屬性的融合，其目的在于把各種平臺的信息進行融合處理，形成對各兵種有用的信息，并以高速、高精度、高效率的方式發送給各作戰單位。所以多屬性的信息融合技術是重要的研究方向；

5）信息融合的效能評估技術。艦艇編隊的信息融合系統是多個傳感器或平臺的集成，對于這樣復雜的系統，通常借助于計算機仿真技術進行評估。國內外信息融合仿真驗證平臺在仿真支撐技術方面的特點和趨勢包括：仿真實體模型多粒度建模，用于滿足不同的仿真需求；算法模塊組件化開發，支撐靈活替換；建立獨立的評估分析支持庫，對整個仿真過程的評估提供支撐［11］。

4 協同制導

編隊艦空導彈協同制導防空作戰是指在艦艇之間信息共享的基礎上，利用多傳感器探測、跟蹤和協同制導等手段，充分發揮中遠程艦空導彈的潛力，加大作戰縱深，對空中來襲目標，尤其是低空反艦導彈實施打擊，提高對目標的毀傷概率［12］。協同制導可大大增加艦艇編隊的探測距離及制導距離，并且由于采用不同平臺交接制導，可有效對抗反輻射導彈的攻擊［13］。

4.1 協同制導的流程

艦艇編隊協同制導（如圖2所示）的具體流程為

1）艦艇編隊協同探測，圖中的發射平臺由于視距受限，沒有發現來襲目標。預警機率先發現目標，并將目標信息共享給整個編隊；

2）經過數據融合、威脅評估和火力分配，艦艇A接收到發射指令，發射打擊目標的艦空導彈，此時艦空導彈由艦艇A制導；

3）編隊各平臺共享我方艦空導彈速度、方向角和位置信息，根據我方當前制導數量和我方最大制導數量，再由編隊協同探測、數據共享敵襲目標的速度、方向和位置等信息，最后計算出我方各接力平臺的優先權值；

4）選出優先權值最大的接力平臺，如果該平臺符合制導條件，則選擇該平臺為下一個接力制導平臺；

5）當前制導平臺向已確定的接力平臺發出交接請求；

6）接力平臺收到交接請求，并根據發射平臺提供的信息對艦空導彈進行截獲；

7）接力平臺獲得艦空導彈制導權，并向發射平臺發出交接完成的信息；

8）完成一次制導權交接，分析當前制導平臺是否需要再次接力，是則執行步驟3），否則執行下一步；

9）對攔截效果進行實時監控，如果攔截成功則打擊完畢，否則執行第2）步，或進入下一個攔截層。這樣就完成一次協同制導過程。

圖2 艦艇編隊協同制導

4.2 協同制導的關鍵技術

1）彈目匹配技術。艦艇編隊在協同制導作戰情況下，編隊中的火力單元和武器系統形成“集成火控系統”。“集成火控系統”不是一成不變的，而是根據作戰需要進行解體與重組的動態集成系統，如何使發射節點、協同制導節點、目標進行優化匹配，是協同制導的難點。

2）導彈交班控制技術。艦艇編隊協同制導需要對導彈進行大空域的交班控制，如何消除誤差，對導彈的中、末段進行平穩精確的接力制導，是艦艇編隊協同制導設計的工作重點。

3）協同制導通道。協同制導通道是指這樣一個高空、管狀空域，艦空導彈在這個空域中飛行，并接受2個或2個以上艦艇平臺制導雷達的協同制導控制，且兩兩制導雷達協同制導交班的的概率P交班不小于給定值 P給定，即 P交班≥。在艦艇編隊大空域中選取一條最佳的協同制導通道，需要對其提出優化算法，是今后研究的重點方向。

5 結語

艦艇編隊協同制導，解決了單個平臺探測視距受限的問題，艦空導彈不再受單個制導平臺的限制，同時，整個編隊的反應速度、抗毀和重組能力都得到了很大程度的提高，為艦艇編隊超視距攔截創造了條件。本文對實現艦艇編隊協同制導的關鍵技術進行了初步探討，詳細說明了協同制導的交接方式和具體步驟，對未來協同反導防御系統的設計具有一定的指導意義。艦艇編隊協同制導超視距攔截反艦導彈是未來海軍防空反導系統的主要發展方向，是一個嶄新的具有廣闊探索空間的研究問題，深入研究協同理論，破解關鍵技術難題，是提高艦艇編隊超視距協同制導能力的關鍵所在。