李 銳，王航宇，石章松

（海軍工程大學(xué)，湖北 武漢 430033）

目前，國土要地防空問題變得很突出。面對(duì)空襲目標(biāo)的多樣化、高速化、隱身化和空襲方式的超視距化、飽和化、電子干擾化，要地防空越來越困難[1]。為了有效地做好要地防空，須充分地發(fā)揮要地所具有的所有條件，將所有可以利用的作戰(zhàn)資源有效地集中使用，做到網(wǎng)絡(luò)化防空作戰(zhàn)[2]，這樣才能提高要地防空的效能，確保要地的安全。

沿海地區(qū)某國防要地具有以下特點(diǎn)：

1）要地周圍島嶼眾多，個(gè)別島上布防了對(duì)海、對(duì)空的預(yù)警探測(cè)雷達(dá)以及防空岸導(dǎo)高炮團(tuán)等部隊(duì)；

2）要地的防御縱深較淺，需要岸基、海上機(jī)動(dòng)平臺(tái)以及島嶼防空部隊(duì)的協(xié)同配合，擴(kuò)大防御縱深。

針對(duì)上述要地防御特點(diǎn)，擴(kuò)大要地防御縱深，提高其信息共享質(zhì)量和防空反導(dǎo)效果，需要采取網(wǎng)絡(luò)化防空作戰(zhàn)體系模式。該模式具有以下特征：

1）預(yù)警探測(cè)組網(wǎng)：岸基防空導(dǎo)彈陣地、島嶼和海上機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)平臺(tái)均可部署探測(cè)傳感器，形成多傳感器對(duì)空中來襲目標(biāo)的組網(wǎng)探測(cè)跟蹤；

2）指揮控制組網(wǎng)：岸基防空導(dǎo)彈陣地、島嶼和海上機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)平臺(tái)均部署防空導(dǎo)彈，這樣導(dǎo)彈可在不同節(jié)點(diǎn)、不同地理位置上發(fā)射；

3）制導(dǎo)指令組網(wǎng)：建立統(tǒng)一制導(dǎo)指令場(chǎng)，形成制導(dǎo)指令形成、分發(fā)、制導(dǎo)的一致平臺(tái)，為不同地域發(fā)射的相同型號(hào)或不同型號(hào)的防空導(dǎo)彈提供制導(dǎo)指令，完成指令的轉(zhuǎn)換、接力、分發(fā)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)要地防空作戰(zhàn)中防空導(dǎo)彈的接力制導(dǎo)作戰(zhàn)的目的。

因此，研究統(tǒng)一制導(dǎo)指令組網(wǎng)過程中的相關(guān)資源優(yōu)化配置、任務(wù)分配問題，實(shí)現(xiàn)海軍要地防御中多種防空導(dǎo)彈的協(xié)同制導(dǎo)任務(wù)，對(duì)擴(kuò)大要地防御縱深，提高其信息共享質(zhì)量和防空反導(dǎo)效果具有重要意義。

1 統(tǒng)一制導(dǎo)指令場(chǎng)結(jié)構(gòu)及功能

統(tǒng)一制導(dǎo)指令場(chǎng)是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同防空作戰(zhàn)的技術(shù)基礎(chǔ)，是在雷達(dá)組網(wǎng)探測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)展了組網(wǎng)制導(dǎo)和控制技術(shù)，把多個(gè)/種探測(cè)器、多個(gè)攔截器、多個(gè)指令站通過分布式網(wǎng)絡(luò)連接起來，由可變中心節(jié)點(diǎn)指揮控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)制導(dǎo)體制不同的防空導(dǎo)彈制導(dǎo)指令的轉(zhuǎn)換分發(fā)。防空導(dǎo)彈不隸屬于某個(gè)指令站，而是根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)需求由網(wǎng)格化分布的指令站接力制導(dǎo)。統(tǒng)一制導(dǎo)指令場(chǎng)是對(duì)單/多空襲目標(biāo)實(shí)施攔截的戰(zhàn)術(shù)級(jí)、一體化、靈活高效的作戰(zhàn)方式，是信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、協(xié)同作戰(zhàn)技術(shù)應(yīng)用的有機(jī)結(jié)合，也是火控信息和攔截武器資源能力的綜合集成。

防空導(dǎo)彈在統(tǒng)一制導(dǎo)指令場(chǎng)模式下的協(xié)同作戰(zhàn)，系統(tǒng)主要包括：?；?空基探測(cè)跟蹤系統(tǒng)，導(dǎo)彈及其發(fā)射系統(tǒng)，指令系統(tǒng)和指揮控制系統(tǒng)。探測(cè)跟蹤節(jié)點(diǎn)、指令站節(jié)點(diǎn)、導(dǎo)彈發(fā)射節(jié)點(diǎn)和指揮控制節(jié)點(diǎn)互相分離，但它們之間通過有線或無線指揮控制通信網(wǎng)連成一個(gè)整體。導(dǎo)彈具有自定位能力，指令站以一定網(wǎng)格形式分布在防區(qū)內(nèi)組成統(tǒng)一制導(dǎo)指令場(chǎng)。指令場(chǎng)覆蓋整個(gè)防區(qū)，與空中飛行的導(dǎo)彈進(jìn)行信息交換，指令站在截獲導(dǎo)彈后，將目標(biāo)的位置、速度等信息以一定周期廣播式發(fā)送，導(dǎo)彈接收來自指令站的信息并將自身的位置、速度和彈上狀態(tài)信息下傳。防空導(dǎo)彈進(jìn)入統(tǒng)一制導(dǎo)指令場(chǎng)后，由網(wǎng)格化分布的指令站接力制導(dǎo)[3]。指令站能根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)需求對(duì)不同制導(dǎo)體制的導(dǎo)彈實(shí)現(xiàn)制導(dǎo)指令的轉(zhuǎn)換分發(fā)。

統(tǒng)一制導(dǎo)指令場(chǎng)的結(jié)構(gòu)如1所示。

1）多傳感器系統(tǒng)、多指令站系統(tǒng)、防空武器系統(tǒng)各個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部在地理上和空間上是分散的，各個(gè)系統(tǒng)和指控中心之間也是分散的，它們之間通過有線或無線通信網(wǎng)絡(luò)連接起來，根據(jù)防空作戰(zhàn)需求形成不同的虛擬平臺(tái)[4]。它是一種“邏輯平臺(tái)”，與當(dāng)前傳感器、制導(dǎo)站、防空武器及指控系統(tǒng)集成在單個(gè)物理平臺(tái)上有極大的區(qū)別。

2）虛擬平臺(tái)內(nèi)，各系統(tǒng)之間的功能：指控中心負(fù)責(zé)各系統(tǒng)的指揮調(diào)度，主要功能有：①為各傳感器系統(tǒng)分配各自需要跟蹤的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)傳感器的宏觀管理。②為各防空武器系統(tǒng)分配各自需要攔擊的目標(biāo)，解決網(wǎng)內(nèi)武器—目標(biāo)分配問題。③在完成了各個(gè)傳感器系統(tǒng)和武器系統(tǒng)的任務(wù)分配之后，指控中心為各指令站分配各自所需制導(dǎo)的防空武器。

傳感器系統(tǒng)根據(jù)所分配的任務(wù)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，并將相應(yīng)的跟蹤信息傳輸給相應(yīng)的防空武器，為防空武器的發(fā)射提供目標(biāo)信息支持。這種服務(wù)是短暫性的，防空武器完成發(fā)射任務(wù)后傳感器不再為該防空武器提供正在跟蹤目標(biāo)信息。同時(shí)，傳感器源源不斷的把跟蹤到的目標(biāo)信息傳輸給為攔擊該目標(biāo)的防空武器提供制導(dǎo)服務(wù)的指令站。

防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)根據(jù)指控中心分配的任務(wù)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行攔擊。武器系統(tǒng)具有自定位功能（類似通過彈上GPS設(shè)備實(shí)現(xiàn)自定位），它將自身的位置信息和運(yùn)動(dòng)參數(shù)下傳給指令站。

指令站按照指控中心分配的制導(dǎo)任務(wù)，通過接收傳感器提供的目標(biāo)實(shí)時(shí)跟蹤信息和攔擊該目標(biāo)的防空導(dǎo)彈下傳的自身實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，生成指導(dǎo)指令，并上傳給對(duì)應(yīng)的防空導(dǎo)彈。

3）虛擬平臺(tái)的構(gòu)成是不確定的，即沒有固定的傳感器系統(tǒng)、武器系統(tǒng)、指令站系統(tǒng)和指控中心聯(lián)盟。它是根據(jù)具體防空作戰(zhàn)任務(wù)需求和各系統(tǒng)的功能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)組建，以達(dá)到資源的優(yōu)化配置和提高防空作戰(zhàn)效能；各虛擬平臺(tái)之間沒有嚴(yán)格的界限，它們通過有線或無線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行鏈接，從而構(gòu)成一種分布式系統(tǒng)。

圖1 網(wǎng)絡(luò)化防空作戰(zhàn)統(tǒng)一制導(dǎo)指令場(chǎng)結(jié)構(gòu)框圖

2 統(tǒng)一制導(dǎo)指令場(chǎng)作戰(zhàn)流程

統(tǒng)一制導(dǎo)指令場(chǎng)作戰(zhàn)流程主要包括目標(biāo)的遠(yuǎn)程探測(cè)、虛擬平臺(tái)的形成、平臺(tái)內(nèi)多種任務(wù)分配以及指令站對(duì)防空導(dǎo)彈的制導(dǎo)等，見圖2具體步驟如下：

第一步：共用傳感器資源對(duì)多批次、多方向來襲目標(biāo)進(jìn)行遠(yuǎn)程探測(cè)和預(yù)警。這里的共用傳感器資源——主要是天基（衛(wèi)星資源）、地基和?；ㄟh(yuǎn)程預(yù)警雷達(dá)）遠(yuǎn)程預(yù)警系統(tǒng)。它們一般屬于戰(zhàn)略性探測(cè)預(yù)警資源，全軍共用，由戰(zhàn)略C3I系統(tǒng)指揮控制和管理，與區(qū)域防空指揮控制中心直接連接或通過戰(zhàn)略C3I系統(tǒng)間接連接。對(duì)于戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈防御作戰(zhàn)，應(yīng)通過數(shù)據(jù)鏈等將遠(yuǎn)程預(yù)警信息直接送至戰(zhàn)術(shù)級(jí)（區(qū)域防空指控中心）、火力單元級(jí)指控系統(tǒng)，以增加預(yù)警時(shí)間[5]。

第二步：虛擬平臺(tái)的形成，即選擇恰當(dāng)?shù)牡乩砩虾涂臻g上分散的傳感器、防空武器、指令站和指控中心來完成全部防空作戰(zhàn)任務(wù)或部分防空作戰(zhàn)任務(wù)。虛擬平臺(tái)的組建是動(dòng)態(tài)的，由具體防空作戰(zhàn)任務(wù)決定。網(wǎng)絡(luò)化防空作戰(zhàn)統(tǒng)一制導(dǎo)指令場(chǎng)允許存在多個(gè)虛擬平臺(tái)，每個(gè)虛擬平臺(tái)的防空作戰(zhàn)任務(wù)是互不相同的，它們共同完成整個(gè)防空作戰(zhàn)任務(wù)。

第三步：指控中心完成多傳感器-多目標(biāo)分配，即選擇最佳位置和恰當(dāng)性能參數(shù)的傳感器對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。它可以是單傳感器-多目標(biāo)分配問題，也可以是多傳感器-多目標(biāo)分配問題。后者包括兩種情況：一種是每個(gè)傳感器跟蹤各自的目標(biāo)，互不相同；另一種是各傳感器可以跟蹤相同的目標(biāo)。

圖2 網(wǎng)絡(luò)化防空作戰(zhàn)統(tǒng)一制導(dǎo)指令場(chǎng)作戰(zhàn)流程圖

第五步：導(dǎo)彈發(fā)射后，指控中心根據(jù)各導(dǎo)彈的理想彈道，以及各指令站的位置、指令站的制導(dǎo)能力等進(jìn)行指令站-導(dǎo)彈匹配，即為各指令站分配需要制導(dǎo)的導(dǎo)彈，同時(shí)將該導(dǎo)彈的偽隨機(jī)碼（偽隨機(jī)碼不僅明確了指令站制導(dǎo)的導(dǎo)彈，還隱含了該導(dǎo)彈的制導(dǎo)體制）等相關(guān)信息發(fā)送給對(duì)應(yīng)的指令站。根據(jù)指令站-導(dǎo)彈、導(dǎo)彈-目標(biāo)以及傳感器-目標(biāo)三種關(guān)系，可得到指令站-傳感器匹配關(guān)系，指控中心據(jù)此通知對(duì)應(yīng)傳感器將目標(biāo)的跟蹤信息傳給對(duì)應(yīng)指令站。

第六步：導(dǎo)彈在攔擊目標(biāo)的飛行過程，周期性地將自身的位置信息和運(yùn)動(dòng)參數(shù)以廣播的形式下傳。指令站接收到導(dǎo)彈的信息后，根據(jù)偽隨機(jī)碼判斷是否是指控中心分配制導(dǎo)的導(dǎo)彈。如果是，指令站記錄下該導(dǎo)彈的信息，并根據(jù)傳感器對(duì)目標(biāo)的跟蹤信息生成制導(dǎo)指令（制導(dǎo)指令加有偽隨機(jī)碼，并經(jīng)過加密處理），然后以廣播的形式上傳。導(dǎo)彈接收到指令站的信息并解密后，根據(jù)偽隨機(jī)碼檢索到傳給自己的信息，并根據(jù)該信息進(jìn)行彈上響應(yīng)，從而修正自己的彈道。

第七步：若需要多個(gè)指令站接力完成導(dǎo)彈的制導(dǎo)，那么將會(huì)重復(fù)第六步的工作，直到導(dǎo)彈被統(tǒng)一制導(dǎo)指令場(chǎng)導(dǎo)引到末制導(dǎo)段或擊毀目標(biāo)。

3 統(tǒng)一制導(dǎo)指令場(chǎng)關(guān)鍵技術(shù)

從上面的分析可看出，統(tǒng)一制導(dǎo)指令場(chǎng)關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下幾個(gè)方面。

1）從虛擬平臺(tái)間的任務(wù)協(xié)調(diào)層次分析，主要包括兩方面的內(nèi)容：

①虛擬平臺(tái)的構(gòu)建

地理上和空間上分散的傳感器系統(tǒng)、防空導(dǎo)彈系統(tǒng)、指令站系統(tǒng)及指控中心相互配套，借助通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交互和協(xié)作，形成完成特定防空作戰(zhàn)任務(wù)的臨時(shí)動(dòng)態(tài)組織，即虛擬平臺(tái)。

文獻(xiàn)[6]提出了類似虛擬平臺(tái)的概念“虛擬攔截聯(lián)盟”，并采用基于角色的工作流模型對(duì)“虛擬攔截聯(lián)盟”進(jìn)行描述和建模。文獻(xiàn)[7]基于MAS理論提出任務(wù)分配問題求解的聯(lián)盟形成方法，用以解決單個(gè)Agent不能完成的任務(wù)或群體解決更有效的任務(wù)分配問題。文獻(xiàn)[8]分析了當(dāng)單個(gè)機(jī)器人不能完成任務(wù)，且任務(wù)不能分解時(shí)，應(yīng)用多Agent 系統(tǒng)的聯(lián)盟形成方法解決多機(jī)器人的分組協(xié)作執(zhí)行任務(wù)。

上述文獻(xiàn)均采用聯(lián)盟的思想解決特定的任務(wù)，這與虛擬平臺(tái)的構(gòu)建在本質(zhì)上是相似的，因此對(duì)虛擬平臺(tái)的構(gòu)建應(yīng)具有啟發(fā)意義。

根據(jù)考證，傣族的紡織歷史可追溯至西漢時(shí)期。東漢以后，傣族的手工業(yè)已很發(fā)達(dá)，到了元明時(shí)期，傣族的織錦工藝更為精湛，甚至出現(xiàn)了專為宮廷和貴族織錦的手工業(yè)者。其中以德宏傣族地區(qū)的“干崖布”、明洪武年間的西雙版納傣族的“絲幔帳”及“絨棉”最具代表性。

②虛擬平臺(tái)間任務(wù)分配沖突消解

虛擬平臺(tái)間任務(wù)分配沖突消解技術(shù)協(xié)調(diào)不同虛擬平臺(tái)間防空作戰(zhàn)任務(wù)分配問題，避免因任務(wù)分配發(fā)生沖突而影響系統(tǒng)的整體作戰(zhàn)效能。

國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域關(guān)于虛擬企業(yè)間的任務(wù)分配沖突消解技術(shù)已有大量的研究成果，如基于規(guī)則的沖突解決、基于實(shí)例的沖突解決、基于約束的沖突解決和基于協(xié)商的方法等[9]。這些方法與虛擬平臺(tái)間任務(wù)分配沖突消解具有相似之處，對(duì)于解決該問題應(yīng)具有一定的啟發(fā)意義。

2）從虛擬平臺(tái)內(nèi)的任務(wù)協(xié)調(diào)層次分析，主要包括三方面的內(nèi)容：

①多傳感器-多目標(biāo)分配

虛擬平臺(tái)內(nèi)，多傳感器系統(tǒng)在地理上和空間上是分散的，各個(gè)傳感器系統(tǒng)的性能參數(shù)也可能不相同，即所能跟蹤的目標(biāo)的距離和數(shù)量（批次）不相同。為了不遺漏目標(biāo)和優(yōu)化資源的配置，需要協(xié)調(diào)各傳感器系統(tǒng)所需跟蹤的目標(biāo)，充分發(fā)揮傳感器系統(tǒng)的功能。

文獻(xiàn)[10]研究了基于 Agent的平臺(tái)級(jí)傳感器傳感器-目標(biāo)分配，通過任務(wù)Agent與傳感器Agent之間信息的買賣，實(shí)現(xiàn)傳感器的選擇與調(diào)度。

②多武器-多目標(biāo)分配

防空武器系統(tǒng)需要明確各自需攔擊的目標(biāo)，以避免遺漏目標(biāo)和重復(fù)攔擊目標(biāo)，這樣可避免防空武器的浪費(fèi)，提高資源的利用率，同時(shí)可避免相鄰近的防空導(dǎo)彈之間的相互干擾而影響防空作戰(zhàn)效能。防空武器對(duì)目標(biāo)的攔擊，其發(fā)射階段依賴傳感器所跟蹤到的對(duì)應(yīng)目標(biāo)的位置信息和運(yùn)動(dòng)參數(shù)。

文獻(xiàn)[11]建立了基于 MAS的多武器-多目標(biāo)分布式分配結(jié)構(gòu)、模型和流程，并以合同網(wǎng)協(xié)議為基礎(chǔ)，研究了多武器-多目標(biāo)分布式分配求解流程及算法。

③多指令站-多武器分配

各指令站需要明確各自需要制導(dǎo)的導(dǎo)彈，這樣才能根據(jù)接收到的傳感器對(duì)目標(biāo)的跟蹤信息和攔擊該目標(biāo)的導(dǎo)彈的位置信息及運(yùn)動(dòng)參數(shù)，生成制導(dǎo)指令，為導(dǎo)彈提供制導(dǎo)服務(wù)。

3）指令站的多導(dǎo)彈制導(dǎo)能力

指令站的多導(dǎo)彈制導(dǎo)能力既包括同種型號(hào)、制導(dǎo)體制的多導(dǎo)彈制導(dǎo)能力，也包括不同型號(hào)、不同制導(dǎo)體制的多導(dǎo)彈制導(dǎo)能力。文獻(xiàn)[3]從通信的角度分析了指令站采用直接擴(kuò)頻碼分多址技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)多導(dǎo)彈進(jìn)行制導(dǎo)，并認(rèn)為該技術(shù)十分適合應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同作戰(zhàn)模式下的統(tǒng)一制導(dǎo)指令場(chǎng)。若能在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)制導(dǎo)指令的轉(zhuǎn)換與分發(fā)，則指令站可同時(shí)對(duì)不同型號(hào)、不同制導(dǎo)體制的導(dǎo)彈進(jìn)行制導(dǎo)，即指令站的多導(dǎo)彈制導(dǎo)能力是完全可實(shí)現(xiàn)的。

4 結(jié)束語

本文探討了統(tǒng)一制導(dǎo)指令場(chǎng)的結(jié)構(gòu)及功能，分析了統(tǒng)一制導(dǎo)指令場(chǎng)的作戰(zhàn)流程，提煉出實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一制導(dǎo)指令場(chǎng)所需的關(guān)鍵技術(shù)，并總結(jié)了國內(nèi)外關(guān)于相關(guān)技術(shù)的研究情況。

網(wǎng)絡(luò)化防空統(tǒng)一制導(dǎo)指令場(chǎng)技術(shù)具有非常廣闊的應(yīng)用前景，特別是當(dāng)前亟需解決的要地防空問題。目前關(guān)于網(wǎng)絡(luò)化防空統(tǒng)一制導(dǎo)指令場(chǎng)技術(shù)的研究很少，希望本文能起到拋磚引玉的作用。

[1]周豐.指控系統(tǒng)信息挖掘與主動(dòng)感知頂層設(shè)計(jì)研究[R].國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士后研究工作報(bào)告,2007.

[2]王剛,李為民,何晶.區(qū)域防空網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)研究[J].現(xiàn)代防御技術(shù),2003,31(6):19-23.

[3]王碧,鄭學(xué)合,齊潤東.防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)統(tǒng)一指令場(chǎng)技術(shù)研究[J].現(xiàn)代防御技術(shù),2007,35(2):69-76.

[4]黃俊,等.C4ISR多傳感器跟蹤資源協(xié)同分配方法研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2009,21(3):851-867.

[5]王剛.區(qū)域防空網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)系統(tǒng)綜合集成研究[D].西安:空軍工程大學(xué)博士學(xué)位論文,2003.

[6]毛昭軍,李云芝,蔡業(yè)泉.網(wǎng)絡(luò)化防空導(dǎo)彈體系虛擬攔截聯(lián)盟研究[J].軍事運(yùn)籌與系統(tǒng)工程,2007,21(1):17-21.

[7]Onn Shehory,Sarit Kraus.Methods for task allocation via agent coalition formation [J].Artificial Intelligence 101(1998):165-200.

[8]魯玉良.基于Agent的多機(jī)器人的任務(wù)協(xié)作研究[D].北京:北京工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文,2003年5月.

[9]周 偉.基于多智能體協(xié)作的虛擬企業(yè)任務(wù)調(diào)度和沖突消解研究[D].長沙:中南大學(xué)博士學(xué)位論文,2004.

[10]Dan Stromberg,Maria Andersson,Fredrik Lantz.On Platform-Based Sensor Management[C].ISIF,Las Vegas,Nevada.2002:600-607.

[11]陳華東.基于多智能體系統(tǒng)的編隊(duì)武器目標(biāo)分布式分配體系和算法研究[D].武漢:海軍工程大學(xué)博士學(xué)位論文,2010.