王波蘭, 施裕升, 王曉科
(上海機(jī)電工程研究所, 上海 201109)
制空權(quán)是指在作戰(zhàn)過程中,在一定的時(shí)間內(nèi)控制一定的空間,有效地限制敵方的作戰(zhàn)行動(dòng),并使己方享有行動(dòng)的自由權(quán)[1]。制空權(quán)的奪取貫穿戰(zhàn)爭始終,并極大地影響和決定戰(zhàn)爭的進(jìn)程和結(jié)局[2]。其中,防空探測(cè)是奪取制空權(quán)的前提和關(guān)鍵,直接決定指揮控制和火力攔截作戰(zhàn)效能。
隨著技術(shù)和多平臺(tái)聯(lián)合體系的不斷發(fā)展,現(xiàn)代空襲戰(zhàn)爭中,空襲兵器的數(shù)量、種類、能力激增,空襲戰(zhàn)法愈加靈活多變,戰(zhàn)場(chǎng)的復(fù)雜電磁干擾成倍提升。防空作戰(zhàn)中,雷達(dá)、光電等探測(cè)器各自為戰(zhàn),存在易被偵察和打擊、易被干擾、覆蓋區(qū)域有限等問題,面臨“看不見”、“看不全”、“看不清”等困境,需要實(shí)施多傳感器的協(xié)同探測(cè)[3]。
協(xié)同探測(cè),指的是兩個(gè)或兩個(gè)以上的探測(cè)資源相互配合,協(xié)調(diào)一致地完成目標(biāo)探測(cè)任務(wù)[4-5],實(shí)現(xiàn)任務(wù)種類多、抗干擾能力強(qiáng)、系統(tǒng)健壯性高的探測(cè)能力。協(xié)同探測(cè)具有以下優(yōu)勢(shì):
一是能量積累優(yōu)勢(shì)。通過協(xié)同將傳感器資源綜合應(yīng)用、能量積累,能夠提升隱身目標(biāo)的探測(cè)能力和復(fù)雜環(huán)境下的目標(biāo)探測(cè)能力。
二是空間分布式優(yōu)勢(shì)。通過空間角度積累得益,以及不同作戰(zhàn)單元分布式部署形成體系預(yù)警和對(duì)抗能力,提升整體的作戰(zhàn)效能[6]。
三是資源靈活調(diào)度優(yōu)勢(shì)。根據(jù)來襲目標(biāo)威脅、環(huán)境、裝備和戰(zhàn)術(shù)等,自適應(yīng)調(diào)整資源配置,提升整個(gè)打擊過程的資源利用效率。
四是火力快速分配優(yōu)勢(shì)。通過協(xié)同,形成全空域、高質(zhì)量、快速及時(shí)的預(yù)警探測(cè)態(tài)勢(shì),提升多方位飽和攻擊的火力快速分配和反應(yīng)能力。
協(xié)同探測(cè)具有多方面的優(yōu)勢(shì),是未來體系化作戰(zhàn)的必然趨勢(shì)。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了大量研究,主要有兩個(gè)方向:一是協(xié)同架構(gòu)角度,主要包括協(xié)同探測(cè)中傳感器管理的優(yōu)化方法綜述[7]、多傳感器協(xié)同管理架構(gòu)[8]等;二是具體算法角度,主要包括同構(gòu)或異構(gòu)傳感器協(xié)同算法[9]、協(xié)同探測(cè)與資源管控[10-11]等。無論是架構(gòu)還是算法,協(xié)同探測(cè)最終都要用于實(shí)戰(zhàn)。因此,從實(shí)戰(zhàn)需求出發(fā),分析協(xié)同探測(cè)的發(fā)展方向,更具實(shí)際工程意義。
本文首先以21世紀(jì)爆發(fā)的現(xiàn)代戰(zhàn)爭為牽引,分析了現(xiàn)代防空作戰(zhàn)中防空探測(cè)面臨的實(shí)戰(zhàn)問題;其次,分析了美國、法國和中國的協(xié)同探測(cè)現(xiàn)狀;最后,結(jié)合我國實(shí)際情況,分析了協(xié)同探測(cè)的發(fā)展方向,能夠?yàn)闃?gòu)建防空協(xié)同探測(cè)系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)提供借鑒作用。
21世紀(jì)以來,全球范圍內(nèi)發(fā)生了“敘利亞霍姆斯沙特拉特空軍基地被襲”“敘利亞化學(xué)武器設(shè)施被襲”“沙特油田被襲”“春天之盾”“納卡沖突”等局部戰(zhàn)爭,這里選取3個(gè)經(jīng)典戰(zhàn)例分析實(shí)戰(zhàn)中防空探測(cè)面臨的主要問題。
2018年4月14日,美、英、法三國以敘利亞擁有并使用了化學(xué)武器等大規(guī)模殺傷性武器為由,對(duì)敘利亞國內(nèi)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行了導(dǎo)彈襲擊。本次空襲分為4個(gè)方向,如圖1所示。佯攻方向:東地中海 北約在獲悉雷達(dá)的部署位置后,認(rèn)為敘方主要防御方向?yàn)闁|地中海,因此,僅發(fā)射了9枚巡航導(dǎo)彈;第一主攻方向:紅海 北約部隊(duì)發(fā)射了37枚“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈,依靠山地地形遮擋雷達(dá)探測(cè)距離,且遠(yuǎn)處山地會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)雜波;第二主攻方向:阿拉伯灣北部 北約部隊(duì)發(fā)射了23枚“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈,此處地形呈坡地,山頂?shù)睦走_(dá)處于下視,極度影響探測(cè)距離與發(fā)現(xiàn)概率;第三主攻方向:卡塔爾 此處地形比較開闊,發(fā)射了19枚隱身導(dǎo)彈,實(shí)現(xiàn)快速、突然的隱身突防。
圖1 敘利亞化學(xué)武器設(shè)施被襲的作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)圖
該戰(zhàn)役中防空方存在的防空探測(cè)問題:
1) 缺乏合理的部署,敘軍雷達(dá)部署存在戰(zhàn)術(shù)缺陷,且容易暴露。敘軍將預(yù)警雷達(dá)與跟蹤制導(dǎo)雷達(dá)均部署在山頂,易暴露且存在探測(cè)盲區(qū),使得三國部隊(duì)找到了進(jìn)攻的突破點(diǎn)。
2) 缺乏合理的警戒,無法盡早地發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。敘軍沒有考慮到各類空域的探測(cè)效能,當(dāng)超低空隱身目標(biāo)十分接近時(shí),雷達(dá)才發(fā)現(xiàn)目標(biāo),但為時(shí)已晚。
3) 缺乏各方位的多目標(biāo)探測(cè)能力,無法看全目標(biāo)。面對(duì)全方位的飽和攻擊,“手忙腳亂”,作戰(zhàn)效能大大降低。
4) 缺乏超低空、隱身目標(biāo)的探測(cè)能力,無法看準(zhǔn)目標(biāo)。雷達(dá)受地球曲率和山地地形影響,超低空目標(biāo)探測(cè)距離被嚴(yán)重壓縮。此外,探測(cè)隱身目標(biāo)時(shí),點(diǎn)跡時(shí)有時(shí)無,無法形成完整航跡。
2019年9月14日凌晨,沙特東北部的煉油廠和油田突然遭到也門胡賽武裝襲擊,參與這次襲擊的有18架無人機(jī)和7枚導(dǎo)彈,多處石油設(shè)施發(fā)生連環(huán)爆炸并燃起大火,如圖2所示。14日之前,也門胡賽武裝利用長航時(shí)無人機(jī)對(duì)沙特石油設(shè)施進(jìn)行多次空中偵察拍照,獲得了大量的裝備信息;襲擊開始后,Kassef-3、Samad-3和一型未公開的無人機(jī)從不同地點(diǎn)起飛,航路經(jīng)過精細(xì)規(guī)劃,其中一架無人機(jī)帶有電子壓制設(shè)備,在電子壓制干擾保護(hù)下,多架無人機(jī)抵近目標(biāo)并進(jìn)行了空襲;襲擊完成后,無人偵察機(jī)還對(duì)目標(biāo)進(jìn)行了毀傷評(píng)估,根據(jù)毀傷效果判斷是否再進(jìn)行打擊。
圖2 沙特油田的防空警戒區(qū)域與被襲圖
執(zhí)行此次襲擊任務(wù)的Kassef-3無人機(jī),飛行速度僅150 km/h,作戰(zhàn)高度最低可達(dá)20 m,屬于典型的低慢小目標(biāo),如圖3所示。
圖3 執(zhí)行空襲任務(wù)的無人機(jī)
該戰(zhàn)役中防空方存在的防空探測(cè)問題:
1) 缺乏合理的部署籌劃方案,無法隱蔽自身位置和裝備類型,同時(shí)對(duì)敵方可能的進(jìn)攻形式想定有疏漏。防空方一直沒有發(fā)現(xiàn)無人機(jī)目標(biāo),導(dǎo)致無人機(jī)偵察了裝備部署,并形成了警戒區(qū)域態(tài)勢(shì)圖。
2) 缺乏合理的警戒籌劃方案,沒有考慮到超低空目標(biāo)探測(cè),無法實(shí)現(xiàn)全空域防御。沙特沒有關(guān)注超低空區(qū)域的防御,對(duì)無人機(jī)目標(biāo)的來襲渾然不知,雷達(dá)剛反應(yīng)時(shí)就被摧毀。
3) 缺乏探測(cè)低慢小目標(biāo)的能力,無法及時(shí)看準(zhǔn)目標(biāo)。由于低慢小目標(biāo)的RCS較小,速度較慢,低空雜波較強(qiáng),傳統(tǒng)雷達(dá)難以探測(cè)該類目標(biāo)。
4) 缺乏合理的戰(zhàn)后效能評(píng)估,無法及時(shí)修正戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法。借鑒空襲方的毀傷評(píng)估戰(zhàn)法,若沙特能夠根據(jù)各傳感器狀態(tài)及時(shí)反饋戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì),優(yōu)化戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法,或許能降低損失。
2020年3月1日,土耳其軍隊(duì)對(duì)敘利亞政府軍發(fā)起代號(hào)為“春天之盾”的軍事行動(dòng)。首先,土耳其出動(dòng)大型無人攻擊機(jī)編隊(duì),采用高空突防方式進(jìn)入交戰(zhàn)空域,對(duì)“鎧甲-S1”武器系統(tǒng)制導(dǎo)雷達(dá)進(jìn)行電子偵察,將所得雷達(dá)特征參數(shù)傳遞至后方“科拉爾”(KORAL)電子戰(zhàn)系統(tǒng);然后,“科拉爾”電子戰(zhàn)系統(tǒng)產(chǎn)生大功率射頻信號(hào),進(jìn)行遠(yuǎn)距支援干擾,使“鎧甲-S1”武器系統(tǒng)搜索雷達(dá)喪失作戰(zhàn)能力;最后,土軍TB2攻擊無人機(jī)編隊(duì)在電子干擾掩護(hù)下進(jìn)入機(jī)載武器射程后引導(dǎo)空地導(dǎo)彈對(duì)“鎧甲-S1”武器系統(tǒng)進(jìn)行精確打擊,如圖4所示,而鎧甲武器系統(tǒng)未發(fā)射導(dǎo)彈進(jìn)行攔截,暴露出其在復(fù)雜作戰(zhàn)場(chǎng)景下戰(zhàn)場(chǎng)生存能力不足。
圖4 “鎧甲-S1”武器系統(tǒng)被鎖定跟蹤的圖像
該戰(zhàn)役中防空方存在的防空探測(cè)問題:
1) 缺乏合理的部署籌劃方案,無法隱蔽自身的陣地位置。敘軍在近程末端部署單裝,明顯是錯(cuò)誤的,大大增加了單裝系統(tǒng)的暴露風(fēng)險(xiǎn)。
2) 缺乏有效的抗干擾能力,無法看清目標(biāo)。由于配備單裝,搜索、跟蹤雷達(dá)受到干擾時(shí),敘軍一直沒有實(shí)施反擊。
3) 缺乏多目標(biāo)的跟蹤能力,無法看全目標(biāo)。鎧甲系統(tǒng)在干擾下目標(biāo)跟蹤數(shù)量減少,并且容易丟失,無法穩(wěn)定跟蹤。
通過上述3個(gè)戰(zhàn)例的分析,防空探測(cè)實(shí)戰(zhàn)問題如表1所示。
表1 現(xiàn)代戰(zhàn)爭暴露的防空探測(cè)問題
CEC協(xié)同交戰(zhàn)能力(Cooperative Engagement Capability)[12]系統(tǒng)起源于冷戰(zhàn)時(shí)期,美國海軍針對(duì)防御巡航導(dǎo)彈對(duì)其艦艇的攻擊而提出,通過將戰(zhàn)場(chǎng)上的艦載和機(jī)載雷達(dá)鏈接起來,將各節(jié)點(diǎn)傳感器的探測(cè)情況一并處理運(yùn)算以產(chǎn)生非常精確的單一集成空中圖像(Single Integrated Air Picture,SIAP),允許艦艇與其本身傳感器作用距離以外的目標(biāo)作戰(zhàn)。
CEC在協(xié)同探測(cè)上的關(guān)鍵能力體現(xiàn)在復(fù)合追蹤與識(shí)別(Composite Tracking and Identification)以及精確提示(Precision Cueing)上。這兩項(xiàng)技術(shù)具備的優(yōu)勢(shì)主要有兩個(gè)方面: 1) 管控方面。整合處理間斷信號(hào),掌握匿蹤目標(biāo)(隱身或超材料目標(biāo));提前獲得戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)態(tài)勢(shì),增加攔截縱深,為超視距攔截、多次攔截等創(chuàng)造條件。2) 融合方面。通過多點(diǎn)聯(lián)合定位演算有助于獲得比單一雷達(dá)更精確的目標(biāo)坐標(biāo)信息,效果示意圖如圖5所示;利用各節(jié)點(diǎn)傳感器的信息互補(bǔ),有助于生成清晰穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)目標(biāo)軌跡,效果示意圖如圖6所示。
圖5 多節(jié)點(diǎn)聯(lián)合運(yùn)算提升精度
圖6 多節(jié)點(diǎn)聯(lián)合生成目標(biāo)軌跡
法國海軍目前已建成協(xié)同交戰(zhàn)能力體系,也成為美國之外世界上第二個(gè)公開具備獨(dú)立海軍協(xié)同交戰(zhàn)能力的國家。其協(xié)同交戰(zhàn)能力體系稱為“多平臺(tái)態(tài)勢(shì)感知演示驗(yàn)證系統(tǒng)”(TSMPF)[13],如圖7所示。該系統(tǒng)同CEC一樣,是高質(zhì)量的態(tài)勢(shì)感知和綜合火力控制信息系統(tǒng),通過將地理上分散的各個(gè)傳感器(例如艦艇和航空器)實(shí)時(shí)聯(lián)接,形成“統(tǒng)一整合的信息圖譜”,提升整個(gè)傳感器集團(tuán)的協(xié)同作戰(zhàn)能力。2017年,該系統(tǒng)進(jìn)行了模擬作戰(zhàn)演示,“戴高樂”號(hào)、“地平線”級(jí)和“阿基坦”級(jí)上的傳感器組成傳感器網(wǎng),共享空情態(tài)勢(shì),成功對(duì)由8架“陣風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)組成的模擬打擊集團(tuán)進(jìn)行了有效的應(yīng)對(duì)和攔截。
圖7 TSMPF系統(tǒng)組成圖
目前定型或在研裝備已初步具備了作戰(zhàn)連協(xié)同、主從車協(xié)同等作戰(zhàn)模式[14],在連指揮車或主車的集中指揮下具有雷達(dá)探測(cè)信息共享及數(shù)據(jù)融合、火力分配等,但距離網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同作戰(zhàn)還有一定的差距。特別是在協(xié)同探測(cè)、融合、打擊策略及高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)鏈等方面未取得技術(shù)突破,未實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。
從國外的實(shí)戰(zhàn)現(xiàn)狀來看,美、法兩國的協(xié)同探測(cè)系統(tǒng)發(fā)展成熟,并在工程應(yīng)用上有所建樹。然而,根據(jù)有關(guān)報(bào)道和文獻(xiàn)可知,國內(nèi)協(xié)同探測(cè)系統(tǒng)的研究還處于起步階段,與國外相比,尤其是美國,在技術(shù)研究和工程應(yīng)用方面還存在較大差距。
通過上述實(shí)戰(zhàn)分析,結(jié)合未來戰(zhàn)爭典型態(tài)勢(shì)的推演可知,協(xié)同探測(cè)的主要問題是戰(zhàn)前的部署考慮不周、戰(zhàn)前的警戒區(qū)域覆蓋不廣、戰(zhàn)中的目標(biāo)定位探測(cè)效能較差(包括抗干擾、超低空隱身、無人機(jī)目標(biāo)等)、戰(zhàn)中的抗飽和攻擊能力較差、戰(zhàn)后的毀傷效果評(píng)估技術(shù)匱乏。因此協(xié)同探測(cè)的發(fā)展重點(diǎn)主要圍繞多傳感器管控、協(xié)同探測(cè)融合、效能評(píng)估和策略修正這三方面,彼此關(guān)系圖如圖8所示。
圖8 協(xié)同探測(cè)發(fā)展重點(diǎn)的關(guān)系圖
多傳感器協(xié)同探測(cè)之間需要籌劃作戰(zhàn)任務(wù),明確作戰(zhàn)需求。即在獲得敵方情報(bào)的基礎(chǔ)上,在滿足各個(gè)傳感器的約束條件下,戰(zhàn)前靜態(tài)分析敵方可能的作戰(zhàn)態(tài)勢(shì),預(yù)先判斷敵方可能采取的攻擊方式、攻擊目標(biāo)、航線、時(shí)機(jī)等,設(shè)計(jì)各種針對(duì)性的探測(cè)方案?;蛘呤?,戰(zhàn)中根據(jù)敵方的超低空突防、隱身突防、飽和攻擊等進(jìn)攻態(tài)勢(shì),實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)規(guī)劃作戰(zhàn)任務(wù),合理調(diào)度傳感器的探測(cè)資源,最大滿足作戰(zhàn)需求。
完成作戰(zhàn)任務(wù)籌劃后,需要進(jìn)行傳感器的管控。即在滿足戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境條件以及各種戰(zhàn)術(shù)和技術(shù)指標(biāo)等約束下,根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)需求,確定傳感器的最優(yōu)部署位置,以滿足最大的探測(cè)空域;確定何種傳感器執(zhí)行何種探測(cè)任務(wù),以滿足探測(cè)何種類型的目標(biāo);確定傳感器的最優(yōu)工作參數(shù)與調(diào)用規(guī)劃,以滿足探測(cè)資源的合理利用。
綜上,作戰(zhàn)任務(wù)籌劃與傳感器管控的關(guān)系圖如圖9所示。
圖9 多傳感器管控的發(fā)展方向
在各種作戰(zhàn)樣式中,最重要的作戰(zhàn)任務(wù)需求就是對(duì)目標(biāo)的探測(cè)與定位,獲取目標(biāo)的位置信息,并穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)。針對(duì)上文分析的戰(zhàn)例,從新型目標(biāo)和空襲戰(zhàn)法兩個(gè)方面探討協(xié)同探測(cè)定位的發(fā)展方向,如圖10所示。
1) 新型目標(biāo)。由前文可知,無人機(jī)作戰(zhàn)逐漸成為未來空襲的熱點(diǎn)之一。傳統(tǒng)雷達(dá)難以發(fā)現(xiàn)該類目標(biāo),需要研發(fā)專門針對(duì)無人機(jī)的探測(cè)雷達(dá)。或者,可以采用無線電信號(hào)監(jiān)測(cè)、光電識(shí)別跟蹤以及聲音監(jiān)測(cè)等輔助手段進(jìn)行多源信息融合,獲取高質(zhì)量目標(biāo)信息。關(guān)鍵技術(shù)主要有基于運(yùn)動(dòng)模型識(shí)別的信息融合定位、基于深度學(xué)習(xí)的智能融合定位、基于位置信息與語義地圖融合的探測(cè)定位等。
2) 空襲戰(zhàn)法。由前文可知,空襲戰(zhàn)法主要有飽和攻擊、強(qiáng)電子干擾、超低空突防、隱身突防等。面對(duì)這些空襲戰(zhàn)法,需要聯(lián)合多個(gè)同構(gòu)或異構(gòu)傳感器進(jìn)行信息互補(bǔ)。關(guān)鍵技術(shù)主要有基于多源信息融合的智能規(guī)劃技術(shù)、智能抗干擾技術(shù)、反隱身技術(shù)等。
圖10 協(xié)同探測(cè)融合的發(fā)展方向
協(xié)同探測(cè)效能的建模仿真是從理論上分析協(xié)同探測(cè)的效能,協(xié)同探測(cè)效能的試驗(yàn)評(píng)估是從實(shí)際作戰(zhàn)上檢驗(yàn)協(xié)同探測(cè)的效能。為了能在實(shí)戰(zhàn)中實(shí)時(shí)、合理、有效評(píng)估各傳感器狀態(tài)和協(xié)同作戰(zhàn)效果,優(yōu)化后續(xù)的戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法,需要大力發(fā)展協(xié)同探測(cè)效能的建模仿真與試驗(yàn)評(píng)估技術(shù),主要內(nèi)容如圖11所示。
1) 協(xié)同探測(cè)效能的建模仿真。對(duì)于協(xié)同探測(cè)系統(tǒng)的復(fù)雜性而言,探測(cè)效能的建模仿真需要從體系的思維出發(fā),凸顯協(xié)同系統(tǒng)的屬性,即“體系建?!薄=7桨缚煞譃?個(gè)主要部分:軍事概念模型、數(shù)學(xué)度量模型和系統(tǒng)仿真模型。
2) 協(xié)同探測(cè)效能的試驗(yàn)評(píng)估。需要構(gòu)建不同的試驗(yàn)環(huán)境,包括典型的、最常見的、最極端的等,盡可能地全方位評(píng)估協(xié)同探測(cè)效能;綜合采用多種評(píng)估方法,充分利用多種評(píng)估方法的優(yōu)勢(shì),根據(jù)各種指標(biāo)選擇合適的評(píng)估方法。
圖11 協(xié)同探測(cè)效能評(píng)估的發(fā)展方向
面臨目標(biāo)多樣化、電磁環(huán)境復(fù)雜化、戰(zhàn)法多變化的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì),防空協(xié)同探測(cè)是未來體系化作戰(zhàn)的必然趨勢(shì)。本文首先研究了現(xiàn)代戰(zhàn)爭中防空探測(cè)的實(shí)戰(zhàn)需求,并從多傳感器管控、融合和效能評(píng)估進(jìn)行了總結(jié)與歸納;其次綜述了國內(nèi)外協(xié)同探測(cè)的建設(shè)現(xiàn)狀;最后針對(duì)多傳感器管控、融合、效能評(píng)估三個(gè)方面分析了我國建設(shè)協(xié)同探測(cè)的發(fā)展方向,為構(gòu)建防空協(xié)同探測(cè)系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)提供借鑒作用。