張金春，張 晶，曹 彪

(1.海軍航空工程學(xué)院 a.基礎(chǔ)部;b.基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)部，山東 煙臺(tái) 264001;2.中國航天二院二〇三所，北京 100854)

現(xiàn)代空襲兵力兵器，特別是反艦導(dǎo)彈的發(fā)展及其在歷次實(shí)戰(zhàn)中的使用效果表明，在現(xiàn)代海戰(zhàn)中，包括巡航導(dǎo)彈和戰(zhàn)術(shù)型彈道導(dǎo)彈在內(nèi)的艦載、潛載、機(jī)載和岸基等空中目標(biāo)己構(gòu)成對(duì)水面艦艇的最大威脅［1］。但是，隨著先進(jìn)的防空武器系統(tǒng)裝備水面艦艇，單枚反艦導(dǎo)彈的突防概率明顯降低，已不可能單獨(dú)完成摧毀敵水面艦艇的任務(wù)，更多的時(shí)候需要不同發(fā)射平臺(tái)發(fā)射多枚導(dǎo)彈進(jìn)行協(xié)同攻擊。此外，反艦導(dǎo)彈可利用導(dǎo)彈航跡規(guī)劃功能，對(duì)水面艦艇實(shí)施多方向、多波次連續(xù)攻擊。因此，選擇合理的導(dǎo)彈攻擊航路、攻擊順序和導(dǎo)彈發(fā)射數(shù)量，實(shí)現(xiàn)多發(fā)射平臺(tái)的協(xié)同作戰(zhàn)，合理經(jīng)濟(jì)地使用反艦導(dǎo)彈，已成為使用導(dǎo)彈對(duì)艦艇火力打擊的主要內(nèi)容［2］。

飽和攻擊戰(zhàn)術(shù)的概念是20 世紀(jì)六七十年代前蘇聯(lián)戈?duì)柺部品蜥槍?duì)美國航母編隊(duì)而制訂的戰(zhàn)術(shù)。具體說就是攻擊方為了達(dá)到戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)目的，利用潛艇、艦艇及飛機(jī)攜載的反艦導(dǎo)彈，采用大密度、連續(xù)進(jìn)襲的突防手段，同時(shí)在極短時(shí)間內(nèi)，從空中、水面和水下不同方向、不同層次向同一個(gè)目標(biāo)發(fā)射超出其抗擊能力的導(dǎo)彈數(shù)，使防空系統(tǒng)反導(dǎo)抗擊能力在該時(shí)間段內(nèi)處于無法應(yīng)付的飽和狀態(tài)，以達(dá)到提高導(dǎo)彈突防概率和摧毀目標(biāo)的目的，包括數(shù)量飽和與方向飽和。抗飽和攻擊能力是武器系統(tǒng)能夠抗擊空中目標(biāo)攻擊的最大密度，是防空武器系統(tǒng)本身性能的綜合反映［3］。通常所說的飽和攻擊是指全系統(tǒng)對(duì)抗背景下的，而實(shí)際情況下，以箔條、艦載大功率干擾機(jī)及舷外誘餌為代表的“軟對(duì)抗”對(duì)反艦導(dǎo)彈突防效能的影響很難以具體數(shù)量衡量，實(shí)際作戰(zhàn)中只要干擾機(jī)理正確，突擊一方很可能面臨“不飽和”的情況。

“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自行研制和開發(fā)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供的時(shí)統(tǒng)、定位、群工作模式和數(shù)字通信等功能，可滿足多平臺(tái)實(shí)施反艦導(dǎo)彈飽和攻擊協(xié)同所需要的統(tǒng)一時(shí)間、統(tǒng)一空間位置標(biāo)定、統(tǒng)一目標(biāo)定位和統(tǒng)一指揮，以及各發(fā)射點(diǎn)信息交互。將“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用于反艦導(dǎo)彈對(duì)海上目標(biāo)實(shí)施飽和攻擊中，不僅為導(dǎo)彈飽和攻擊提供一個(gè)新的指揮控制保障，還將有效解決依據(jù)現(xiàn)有裝備構(gòu)建的導(dǎo)彈飽和攻擊指控系統(tǒng)存在的時(shí)延長、協(xié)調(diào)困難和信息傳輸通道易受干擾的問題。

1 “北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)簡(jiǎn)介［4］

“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國自行研制開發(fā)的區(qū)域性有源三維衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)(CNSS)，是除美國的全球定位系統(tǒng)(GPS)、俄羅斯的GLONASS 之后第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時(shí)為各類用戶提供高精度、高可靠的定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)，并兼具短報(bào)文通信能力。

“北斗”導(dǎo)航系統(tǒng)致力于向全球用戶提供高質(zhì)量的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)，包括開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)兩種方式。開放服務(wù)是向全球免費(fèi)提供定位、測(cè)速和授時(shí)服務(wù)，定位精度20 m，測(cè)速精度0.2 m/s，授時(shí)精度10 nm;授權(quán)服務(wù)是為有高精度、高可靠衛(wèi)星導(dǎo)航需求的用戶，提供定位、測(cè)速、授時(shí)和通信服務(wù)以及系統(tǒng)完好性信息。

“北斗”導(dǎo)航終端與GPS、“伽利略”和GLONASS 相比，其優(yōu)勢(shì)在于:短信服務(wù)和導(dǎo)航結(jié)合，增加了通訊功能，可發(fā)送短報(bào)文;全天候快速定位，極少的通信盲區(qū)，精度與GPS 相當(dāng)，而在增強(qiáng)區(qū)域也就是亞太區(qū)域，甚至?xí)^GPS;在提供無源定位導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)時(shí)，用戶數(shù)量沒有限制，且有GPS兼容;獨(dú)特的中心節(jié)點(diǎn)式定位處理和指揮型用戶機(jī)設(shè)計(jì)，可同時(shí)解決己方及對(duì)方的定位問題;高強(qiáng)度加密的設(shè)計(jì)方式，使其更安全、可靠、穩(wěn)定，適合關(guān)鍵部門應(yīng)用。

2 實(shí)時(shí)決策系統(tǒng)的總體框架設(shè)計(jì)

綜上所述，反艦導(dǎo)彈飽和攻擊實(shí)時(shí)決策系統(tǒng)的總體框架設(shè)計(jì)如圖1 所示。

3 各分系統(tǒng)需要解決的關(guān)鍵問題

3.1 飽和攻擊所需反艦導(dǎo)彈數(shù)量的計(jì)算

飽和攻擊主要用于海戰(zhàn)，攻擊海上的大型水面艦艇編隊(duì)，是在一次進(jìn)攻中，采用不同頻率、不同類型的導(dǎo)彈在不同方向上進(jìn)行齊射。由于受到防空武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)反應(yīng)時(shí)間、射擊能力以及射擊觀察時(shí)間、人員的訓(xùn)練水平和心理素質(zhì)等因素的影響，敵方對(duì)多彈同時(shí)攻擊的反應(yīng)能力必然下降，使得導(dǎo)彈突破敵方防空武器系統(tǒng)的能力大大增強(qiáng)［5］。但是，發(fā)射的反艦導(dǎo)彈數(shù)量過多不僅會(huì)造成浪費(fèi)，更使得協(xié)同難度大大增加，出現(xiàn)航跡交叉等問題。因此，針對(duì)不同的目標(biāo)需要確定合理的反艦導(dǎo)彈發(fā)射數(shù)量。通過分析水面艦艇的作戰(zhàn)流程可知，反艦導(dǎo)彈在其飛行過程中會(huì)受到敵方目標(biāo)電子偵察系統(tǒng)、艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)、艦炮武器系統(tǒng)和電子對(duì)抗系統(tǒng)的抗擊。

不考慮反艦導(dǎo)彈的類型和戰(zhàn)術(shù)使用方法，文獻(xiàn)［6］僅從水面艦艇的防空能力考慮，給出了全系統(tǒng)對(duì)抗條件下反艦導(dǎo)彈突防能力的計(jì)算模型，并建立了確定飽和攻擊數(shù)的計(jì)算模型;文獻(xiàn)［7］主要討論了反艦導(dǎo)彈命中概率隨敵方抗擊能力強(qiáng)弱以及導(dǎo)彈發(fā)射數(shù)量多少的變化情況，給出了一種以動(dòng)態(tài)命中概率為基礎(chǔ)的確定飽和攻擊數(shù)的計(jì)算方法。

圖1 反艦導(dǎo)彈飽和攻擊實(shí)時(shí)決策系統(tǒng)框圖

綜合上述2 種方法，可以給出計(jì)算飽和攻擊數(shù)的簡(jiǎn)化模型，設(shè)Pjk為艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)對(duì)反艦導(dǎo)彈的攔截概率;Pjp為艦炮武器系統(tǒng)對(duì)反艦導(dǎo)彈的攔截概率;Pmj為近程防御系統(tǒng)對(duì)反艦導(dǎo)彈的攔截概率;Pg為電子干擾系統(tǒng)對(duì)反艦導(dǎo)彈的平均服務(wù)概率;Pf為雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率，則n 枚導(dǎo)彈飽和攻擊時(shí)單枚反艦導(dǎo)彈的突防概率P突為

在討論多枚反艦導(dǎo)彈對(duì)目標(biāo)實(shí)施飽和攻擊時(shí)，必須要計(jì)算理論上能夠成功突防的反艦導(dǎo)彈數(shù)量，即突防期望數(shù)。當(dāng)突防期望數(shù)大于等于1 時(shí)，表示本次飽和攻擊在理論上至少有一枚反艦導(dǎo)彈能夠成功突防，即可認(rèn)為達(dá)到了飽和攻擊的要求，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的n 值即為飽和攻擊時(shí)所需發(fā)射的反艦導(dǎo)彈數(shù)量。突防期望數(shù)的計(jì)算模型為

N突防為反艦導(dǎo)彈對(duì)典型水面艦艇實(shí)施飽和攻擊時(shí)反艦導(dǎo)彈的突防期望數(shù)。

需要注意的是，該模型所給出的反艦導(dǎo)彈飽和攻擊數(shù)只是一個(gè)參考值，為了體現(xiàn)決策者的影響，還應(yīng)該考慮以下幾方面:

在工程實(shí)施過程中，部分客戶及設(shè)計(jì)單位建議將全廠系統(tǒng)全部納入DCS系統(tǒng)，可以做到統(tǒng)一管理維護(hù)。對(duì)于技術(shù)成熟且燃料穩(wěn)定的火電項(xiàng)目，此建議是完全可行的。因?yàn)榛痣娦袠I(yè)DCS控制理論已趨于成熟，同類設(shè)備差異性非常小，各設(shè)備廠家僅需要提供相應(yīng)的控制點(diǎn)信息，DCS即可獨(dú)立完成組態(tài)和編程。

1)使用不同類型的反艦導(dǎo)彈。當(dāng)反艦導(dǎo)彈受到電子干擾后，其發(fā)現(xiàn)目標(biāo)概率、捕捉目標(biāo)概率和自導(dǎo)命中概率等都會(huì)降低，而敵方目標(biāo)實(shí)施有源或無源干擾都需要一定的時(shí)間，進(jìn)行有源欺騙干擾前需要先測(cè)量導(dǎo)彈自導(dǎo)雷達(dá)的頻率。因此，為了降低敵方目標(biāo)電子干擾系統(tǒng)的有效干擾概率，在一次進(jìn)攻中可以采用不同頻率和不同類型的反艦導(dǎo)彈，這樣可以使得反艦導(dǎo)彈的突防概率有所提高。

2)采用多樣化的戰(zhàn)術(shù)方法。理論上，通過采用有效的戰(zhàn)術(shù)方法能夠以較少的反艦導(dǎo)彈完成同樣的飽和攻擊任務(wù)，從而節(jié)約了武器消耗。文獻(xiàn)［8］給出了幾種可供參考的戰(zhàn)術(shù)方法，如干擾彈與戰(zhàn)斗彈協(xié)同使用、引導(dǎo)導(dǎo)彈與攻擊導(dǎo)彈協(xié)同使用，“靜默”攻擊等，通過對(duì)這些戰(zhàn)術(shù)方式深入研究，可以得到更加貼近戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)際、更加合理的反艦導(dǎo)彈飽和攻擊數(shù)。

3)合理的航跡規(guī)劃。對(duì)于敵方水面艦艇而言，防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)與艦炮武器系統(tǒng)不可能在全部方向都具有相同的火力，電子對(duì)抗系統(tǒng)也只能對(duì)某一區(qū)域形成有效的干擾，因此，合理的航跡規(guī)劃可以使導(dǎo)彈規(guī)避敵火力區(qū)和探測(cè)區(qū)，增加導(dǎo)彈的突防概率。

3.2 反艦導(dǎo)彈航路生成系統(tǒng)研究

反艦導(dǎo)彈的航路規(guī)劃是指在特定的約束條件下，尋找從初始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)滿足某種特定指標(biāo)最優(yōu)的飛行軌跡。航路規(guī)劃的目的是利用地形信息和戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境信息，在滿足各種約束條件的前提下，規(guī)劃反艦導(dǎo)彈的飛行航路，使得航路的特定評(píng)價(jià)指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)，從而完成預(yù)定的作戰(zhàn)設(shè)想。

根據(jù)飽和攻擊的要求，各枚反艦導(dǎo)彈需要以不同的攻擊角度從艦艇防空火力薄弱的區(qū)域進(jìn)行突擊，并且需要協(xié)調(diào)各枚反艦導(dǎo)彈的發(fā)射時(shí)間，使其盡可能在同一時(shí)間到達(dá)目標(biāo)。因此，多方向飽和攻擊時(shí)的航路規(guī)劃模型主要包括2 部分:自控航程模型和攻擊角度分配模型［9］。

1)自控航程模型。自控航程用來反映反艦導(dǎo)彈在命中目標(biāo)之前所飛行的距離，通常情況下，反艦導(dǎo)彈的自控航程應(yīng)該盡可能短，因?yàn)轱w行距離越短則能夠越快地完成對(duì)目標(biāo)的打擊。同時(shí)，飛行距離越長則反艦導(dǎo)彈在空中被敵方發(fā)現(xiàn)或擊中的可能性越大，反艦導(dǎo)彈的定位和時(shí)間誤差也越大。根據(jù)上述分析，建立以自控航程最短為目標(biāo)函數(shù)的規(guī)劃模型，則有:

式中:(x0，y0)為反艦導(dǎo)彈發(fā)射點(diǎn)的坐標(biāo);(xm，ym)為反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)點(diǎn)的坐標(biāo);(xi，yi)為反艦導(dǎo)彈第i 個(gè)導(dǎo)航點(diǎn)的坐標(biāo)，i=1，2，…，m-1;ri為反艦導(dǎo)彈第i 個(gè)導(dǎo)航點(diǎn)處的轉(zhuǎn)彎半徑，i =1，2，…，m-1;φi為反艦導(dǎo)彈第i 個(gè)導(dǎo)航點(diǎn)處的轉(zhuǎn)向角，i=1，2，…，m-1。

2)攻擊角度分配模型。多枚反艦導(dǎo)彈在進(jìn)行飽和攻擊時(shí)，需要從不同的角度與方向進(jìn)行突防。通常情況下，水面艦艇不會(huì)將防空火力均勻地分布在全部空域內(nèi)，而是根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置一個(gè)主要防御方向，簡(jiǎn)稱主防方向。主防方向可以用一個(gè)角度來表示，在主防方向角度與防空火力范圍構(gòu)成的區(qū)域內(nèi)，水面艦艇會(huì)增加預(yù)警探測(cè)和防空火力的強(qiáng)度，重點(diǎn)對(duì)這一區(qū)域進(jìn)行防空火力布控。因此，相對(duì)于主防方向的區(qū)域而言，其他區(qū)域就屬于防空火力薄弱的區(qū)域。反艦導(dǎo)彈的攻擊角度主要由反艦導(dǎo)彈的發(fā)射數(shù)量決定的，則有:

式中:Δλ 為反艦導(dǎo)彈的攻擊角度。

需要注意的是，在敵我雙方實(shí)際的對(duì)抗過程中，隨著敵方目標(biāo)信息的不斷變化，反艦導(dǎo)彈的打擊任務(wù)要做相應(yīng)的調(diào)整。例如當(dāng)反艦導(dǎo)彈發(fā)射以后，敵方水面艦艇編隊(duì)對(duì)其防御隊(duì)形進(jìn)行了改變，這時(shí)反艦導(dǎo)彈的航跡要進(jìn)行必要的局部修改或重新規(guī)劃，才可以保證作戰(zhàn)任務(wù)的完成。

3.3 戰(zhàn)斗毀傷評(píng)估系統(tǒng)

戰(zhàn)斗毀傷評(píng)估系統(tǒng)是依據(jù)導(dǎo)彈探測(cè)到的目標(biāo)信息來評(píng)估敵方目標(biāo)的毀傷程度，以此確定是否需要對(duì)敵方目標(biāo)進(jìn)行二次打擊［10］。戰(zhàn)斗毀傷評(píng)估系統(tǒng)對(duì)反艦導(dǎo)彈實(shí)時(shí)決策系統(tǒng)而言具有重要意義，敵方目標(biāo)毀傷程度的反饋信息對(duì)于二次打擊時(shí)反艦導(dǎo)彈的使用、規(guī)劃等提供的重要參考，從而更好地完成打擊任務(wù)。文獻(xiàn)［11］中通過對(duì)目標(biāo)毀傷判據(jù)的構(gòu)建及毀傷判據(jù)庫的應(yīng)用，運(yùn)動(dòng)灰色關(guān)聯(lián)分析的方法建立了對(duì)目標(biāo)毀傷評(píng)估的數(shù)學(xué)模型，為戰(zhàn)斗毀傷評(píng)估的研究提供了一定參考。

4 結(jié)束語

基于“北斗”的反艦導(dǎo)彈飽和攻擊實(shí)時(shí)決策系統(tǒng)的開發(fā)有著重要的軍事意義，歸納起來，主要有以下3 點(diǎn):

1)利用“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)傳輸和報(bào)文發(fā)送功能，可以實(shí)現(xiàn)攻擊平臺(tái)與反艦導(dǎo)彈的實(shí)時(shí)信息交互，并為各攻擊平臺(tái)提供決策支持，從而大大壓縮指揮員下決心的時(shí)間。

2)對(duì)于反艦導(dǎo)彈航路重規(guī)劃的研究，可以使得反艦導(dǎo)彈具備應(yīng)對(duì)突發(fā)威脅的能力，提高反艦導(dǎo)彈的突防概率以及作戰(zhàn)效能。

3)反艦導(dǎo)彈實(shí)時(shí)決策系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上貫穿了“協(xié)同”的作戰(zhàn)思想，協(xié)同作戰(zhàn)是未來武器系統(tǒng)的主要作戰(zhàn)方式，是減少武器消耗、節(jié)省作戰(zhàn)經(jīng)費(fèi)、提高武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能、增強(qiáng)完成任務(wù)可靠性的重要途徑。這一研究過程會(huì)涉及戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境、信息融合、數(shù)據(jù)鏈、戰(zhàn)斗毀傷評(píng)估等多種關(guān)鍵技術(shù)的研究，也為其他相關(guān)決策系統(tǒng)的研究提供了一定參考價(jià)值。

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