地空導彈網絡化協同防空作戰系統研究*

王道重,滕克難,孫 媛,孫吉良

(1.海軍航空大學,山東 煙臺 264001;2.中國人民解放軍91206部隊,山東 青島 266108)

現代空襲是有計劃的、事先協調的、按約定時空關系實施的大規模對指定地面目標的空中攻擊。在空襲體系執行作戰任務過程中,呈現出集中指揮、快速性、協調性、隱蔽性、高強度和目標多樣性等特點。隨著信息網絡技術的迅猛發展及其在軍事上的普遍應用,戰爭形態已轉變為信息化戰爭,多次局部戰爭表明:以空中打擊為主的陸、海、空、天、電一體化的多維立體戰成為現代空襲的主要樣式。它實現了對打擊對象的大縱深、多層次、多批次、多方向的全方位打擊[1]。此外,空中目標的技術性能和空襲戰術也發生了很大變化:在技術性能方面,目標的速度、射程、機動性能、抗干擾性能以及隱身性能都得到了較大提升;在空襲戰術方面,目標在接近要地時多采用低空、超低空突防戰術,實施飽和攻擊以及防區外攻擊,電子偵查、干擾與壓制相結合[2]。空襲戰術和空襲兵器的不斷發展。推動了防空作戰體系的發展,鑒于此,本文將對地空導彈網絡化協同防空作戰體系進行深入研究。

1 地空導彈網絡化協同防空概述

1.1 基本概念

地空導彈網絡化協同防空是基于“網絡中心戰”的思想[3],利用計算機和通信網絡,將地空導彈各火力單元進行組網,使各火力單元下的作戰節點(如指揮控制節點、探測跟蹤節點、武器控制節點和發射節點等)集中指揮,并共享各火力單元的戰場感知,再加上火力單元自身的同步和協調能力,從而達到提高指揮效率、提高武器作戰效能、提高部隊生存能力的目的。此外,傳感器網具備“即插即用”的智能接口,各節點還可以根據作戰需要以及實際情況實現動態接入與退出。

1.2 作戰優勢

地空導彈網絡化協同防空具有以下幾個優點:一是提高了整個作戰體系的穩定性,當一個作戰節點出現故障時,可以利用其他火力單元的作戰節點來彌補,并不影響整個體系的作戰效果;二是增加了作戰體系防御低空和超低空目標的能力,通過各火力單元的協同探測和信息融合,相對于單個火力單元,可以做到提前發現目標,形成超視距攔截的優勢,從而增加作戰體系的反應時間和攔截次數;三是各火力單元在統一指揮下,可以根據實時的戰場態勢,使目標分配更加優化;四是可有效對抗反輻射導彈等干擾壓制,利用接力制導的作戰樣式,對已發射的地空導彈的制導雷達進行切換,可以使敵方的反輻射導彈難以跟蹤我方雷達所輻射的電磁波,從而達到在不影響我方防空導彈制導的情況下,使敵方反輻射導彈的命中率大幅降低[4]。

1.3 作戰體系結構

將各地空導彈火力單元簡單劃分為指揮控制節點、探測跟蹤節點、制導節點和發射節點。在地空導彈網絡化協同防空作戰體系中,各節點之間的關系如圖1所示。

圖1 作戰節點關系

1)作戰系統指控中心

作戰系統指控中心匯集和融合所有作戰平臺探測跟蹤節點的目標信息,形成統一的戰場態勢圖,并實時更新,再通過威脅評估和目標分配等環節,對指揮控制節點、探測跟蹤節點、制導節點和發射節點進行動態重組,形成攔截目標的最優組合。

2)指揮控制節點

指揮控制節點即各火力單元的指控中心,是指揮控制本火力單元武器系統作戰的大腦。在協同作戰情況下,其主要任務是指揮控制本級火力單元(必要時,可對其他火力單元進行接替指揮),通過通信網絡,將探測跟蹤信息和導彈狀態信息發送給作戰系統指控中心,再根據指揮控制中心的命令,對制導節點和發射節點進行指揮。

3)探測跟蹤節點

探測跟蹤節點的主要任務是探測和跟蹤目標,為作戰系統指控中心提供盡可能精確的目標指示信息;截獲和跟蹤我方導彈,為指揮控制中心提供我方導彈的狀態信息。

4)制導節點

制導節點的主要任務是向導彈發送制導指令,同時接收導彈的回饋信息,不斷對導彈進行指令修正,使其飛向目標。協同作戰下,制導節點在必要時和條件允許的情況下可以對其他火力單元發射的導彈進行制導。

5)發射節點

發射節點主要由導彈和導彈發射系統組成,當發射系統接收到指控中心的發射命令后,做好裝訂數據和發射準備,并發射導彈。導彈進入中制導階段后,根據制導節點發送的制導指令對導彈自身進行修正,并向制導節點發送回饋信息,以保證導彈準確的飛向目標。

1.4 作戰過程

地空導彈網絡化協同防空的作戰過程(如圖2所示)可以簡單描述為以下幾個環節。

1)各地空導彈火力單元根據上級指示命令做好作戰準備,各火力單元協同探測,通過信息融合得到目標綜合航跡,同時對目標進行綜合識別,作戰系統指控中心形成實時的統一的戰場態勢圖,并實時共享給所有火力單元;

2)作戰系統指控中心對來襲目標進行威脅評估、攔截排序和目標分配,在目標分配環節實現“發射節點-制導節點-來襲目標”優化匹配,形成新的“虛擬火力單元”,在“虛擬火力單元”中,探測跟蹤節點、指揮控制節點、制導節點、發射節點等可能由不同火力單元的節點組成;

3)對臨時形成的“虛擬火力單元”進行射擊諸元計算,然后進入火力分配環節,其目的是把目標分配給攔截最有利的火力通道,當火力單元接收到發射命令后,對導彈進行參數裝訂并發射導彈,雷達截獲導彈后,在中制導階段不斷向導彈發送指令修正,同時接收導彈的下行信息,如此循環使導彈不斷飛向目標,如果需要接力制導,則對導彈進行制導權交接,最后導彈進入末制導階段,自動尋的,實現彈目交會;

4)攔截效果評定,判斷目標是否需要二次攔截以及目標是否進入下一攔截層。

圖2 協同防空反導作戰過程

2 作戰模式

地空導彈網絡化協同防空可實現協同跟蹤、三角定位、距離信息支援、外部信息制導、接力制導五種組網作戰模式。

2.1 協同跟蹤

各地空導彈火力單元組網后,可將各火力單元的雷達探測信息進行融合處理,從而得到連續穩定的目標航跡,指控中心再將連續穩定的目標航跡共享給所有火力單元,協同跟蹤的跟蹤過程處理流程如圖3所示。協同跟蹤克服了單一作戰平臺跟蹤目標不連續、不穩定的問題,這種作戰模式主要應用于對抗各種干擾和隱身目標。

圖3 協同跟蹤流程

2.2 三角定位

三角定位是指利用兩個火力單元的基線長度(即兩個火力單元之間的距離)和兩部雷達所測量的目標角度、角速度信息計算出目標距離的方法[5,6]。這種方法適用于兩個作戰平臺的雷達都受到目標的自衛干擾,只能進行被動跟蹤的情況。其原理如圖4所示。

圖4 三角定位原理圖

在三維直角坐標系oxyz中,火力單元O與火力單元O1之間的距離為L,目標T在水平面xoy的投影為T1,在鉛垂面xoz的投影為T2,設目標T的坐標為(xt,yt,zt),則

θ=α+β

(1)

在OT1O1中,根據正弦定理有

(2)

(3)

所以目標T在直角坐標系oxyz中的坐標為

(4)

值得注意的是,三角定位的方法對兩個火力單元所測量出來的角度精確度要求非常高,測量出來的角度差之毫厘,經過三角定位計算,所得出的目標距離有可能失之千里。

2.3 距離信息支援

距離信息支援是利用其他火力單元測量的目標距離信息和本地測量的角度、角速度信息進行融合處理,解算出目標的位置和速度。距離信息支援的原理和三角定位原理類似,協同火力單元所測量的誤差,將直接影響本地火力單元解算出來的目標位置和速度信息,相對于三角定位方法,距離信息支援能更加精確一些。距離信息支援適用于本地火力單元受到目標的自衛干擾,只能進行角度跟蹤,而友鄰協同火力單元可以提供目標距離信息的情況。

2.4 外部信息制導

外部信息制導是指本地火力單元沒有探測跟蹤到目標,但友鄰協同火力單元(協同火力單元由于航路捷徑過大等原因不能打擊目標)可以為本地火力單元提供目標信息,使本地火力單元能夠達到發射要求。外部信息制導如圖5所示,來襲目標為飛機目標,采用超低空突防戰術,由于受到地球曲率的影響,火力單元A的武器系統雷達未能發現目標。火力單元B率先探測到并跟蹤目標,但由于目標航路捷徑過大,火力單元B不適宜攔截,于是將目標信息發送給火力單元A,火力單元A通過火力單元B發送的目標信息進行射擊諸元計算、發射導彈并形成制導指令等,最后完成對目標的攔截。外部信息制導適用于本地火力單元無法探測跟蹤到目標,而友鄰協同火力單元可以探測跟蹤到目標,但協同火力單元由于各種原因不能發射導彈進行攔截的情況。

圖5 外部信息制導

2.5 接力制導

所謂接力制導,是指導彈發射至命中目標這段時間內,制導指令通過不同的制導站接力發送給導彈,使導彈能夠在飛行過程中,通過不斷修正飛行彈道,達到擊毀目標的目的[7]。接力制導示意圖如圖6所示,火力單元A遭到反輻射導彈的攻擊,并且地空導彈已發射,火力單元A需要采用無線電靜默的方式規避反輻射導彈,在中制導階段,將地空導彈制導權交給火力單元B,此時,反輻射導彈由于過載等原因,無法改變太大方向去攻擊火力單元B。如此接力制導,既可以規避反輻射導彈,又不影響地空導彈制導。

圖6 接力制導示意圖

3 協同防空組網作戰信息流

3.1 地空導彈武器系統信息流

地空導彈武器系統獨立作戰時,目標的探測跟蹤、威脅評估、射擊諸元計算、火力分配等流程都是由地空導彈武器系統自主完成的。當探測跟蹤系統發現目標后,按照指控中心的目指信息對目標進行粗跟蹤和精跟蹤,同時,探測跟蹤系統要實時給指控中心提供目標航跡;當目標進入地空導彈發射區達到發射條件時,指控中心給武器發射系統下達發射命令,并提供導彈初始參數,發射系統完成對導彈的初始參數裝訂,發射地空導彈;制導系統根據指控中心發來的導彈參數對導彈進行截獲,進入中制導階段,制導系統制導地空導彈使其飛向目標;當導彈導引頭截獲目標后,進行中、末制導交班,地空導彈自尋的制導與目標相遇。地空導彈武器系統獨立作戰信息流如圖7所示。

圖7 地空導彈武器系統信息流

3.2 組網作戰信息流

多地空導彈火力單元在集中指揮組網作戰模式下,指揮控制中心對各火力單元協同探測信息進行融合處理,形成統一的戰場態勢,并利用融合后的空情信息進行威脅評估和目標分配等環節。各火力單元實時從指揮控制中心獲取目標綜合航跡,當接收到指控中心發射導彈命令時,利用融合后的綜合航跡進行射擊諸元計算、裝訂參數、發射并制導導彈飛向目標。多地空導彈火力單元組網作戰信息流程如圖8所示。

圖8 組網作戰信息流

4 結束語

本文以現代防空所面臨的威脅為牽引,引出地空導彈網絡化協同防空作戰系統的相關概念;然后對地空導彈網絡化協同防空作戰系統的組網作戰結構、各節點的功能及相互關系進行了詳細闡述;最后給出了協同跟蹤、三角定位、距離信息支援、外部信息制導和接力制導五種組網作戰模式,并介紹了組網作戰信息交互關系。本文的研究內容,可為地空導彈網絡化協同防空作戰提供理論支撐。