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反艦武器系統(tǒng)精確打擊體系及其關(guān)鍵技術(shù)

2018-03-09 01:02:13李亞輝馬奧家許澤宇
宇航總體技術(shù) 2018年1期
關(guān)鍵詞:制導(dǎo)武器制導(dǎo)武器

李亞輝,張 軍,馬奧家,張 磊,高 峰,許澤宇

(1.中國運載火箭技術(shù)研究院,北京 100076; 2.江蘇大學(xué)電器信息工程學(xué)院,鎮(zhèn)江 212013)

0 引言

20世紀(jì)80年代,蘇聯(lián)提出了“偵察-打擊綜合體”的新概念,認(rèn)為偵察-打擊綜合體將能夠“真正實時地”執(zhí)行偵察和毀傷任務(wù)。該概念主要由3個基本元素構(gòu)成:精確彈藥、廣域高級傳感器及近實時反應(yīng)的自動指揮與控制。該概念引發(fā)了20世紀(jì)90年代關(guān)于美國軍事領(lǐng)域革命的大辯論[1]。1996年,美軍在《2010年聯(lián)合作戰(zhàn)綱要》中正式提出了“精確打擊”概念,2000年在《聯(lián)合構(gòu)想2020》中進(jìn)行了再次明確,并將其作為美軍聯(lián)合作戰(zhàn)四大原則之一[2]。

精確打擊行動不是由某種武器或作戰(zhàn)平臺獨立完成,它需要指揮控制子系統(tǒng)、打擊武器子系統(tǒng)、探測偵察子系統(tǒng)以及通信鏈路子系統(tǒng)共同支持,體現(xiàn)了以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)、大系統(tǒng)作戰(zhàn)的理念。

美軍在20世紀(jì)90年代的海灣戰(zhàn)爭和科索沃戰(zhàn)爭中雖然加大了精確制導(dǎo)武器的使用比例,但還未形成完整的精確打擊作戰(zhàn)體系。直到2001年的阿富汗戰(zhàn)爭和2003年的伊拉克戰(zhàn)爭,精確打擊作戰(zhàn)體系理念才真正應(yīng)用于實戰(zhàn)。除了加大各類精確制導(dǎo)武器的使用外,還開創(chuàng)性地應(yīng)用了對時間敏感(簡稱時敏)目標(biāo)進(jìn)行探測、鎖定、跟蹤、攔截并評估的新戰(zhàn)術(shù)。上述行動作戰(zhàn)效果主要包括增加戰(zhàn)機(jī)捕捉概率,縮短任務(wù)時間,提高毀傷精度,節(jié)約作戰(zhàn)資源以及減少戰(zhàn)爭附帶損傷,這些效果使戰(zhàn)爭面貌發(fā)生了質(zhì)的變化[3]。

當(dāng)前,精確打擊已成為現(xiàn)代高科技武器發(fā)展的新趨勢。并且,除美國以外,俄羅斯、歐洲以及印度等國家和地區(qū)已經(jīng)發(fā)展形成了不同程度的精確打擊能力[4-5]。

1 精確打擊概念、內(nèi)涵及分類

1.1 精確打擊的概念

美軍在《2010年聯(lián)合作戰(zhàn)綱要》和《聯(lián)合構(gòu)想2020》兩份報告中均給出了精確打擊的概念,即:精確打擊是指聯(lián)合部隊在所有軍事行動中定位、監(jiān)視、識別并跟蹤目標(biāo),運用靈活的指揮控制系統(tǒng),選擇、組織并運用正確的武器系統(tǒng),產(chǎn)生期望的打擊效果并對打擊效果實施評估,并在必要時以決定性的速度和作戰(zhàn)節(jié)奏再次實施打擊的能力[6]。

由上述概念可知,精確打擊是攻擊武器與信息技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物,是機(jī)械化作戰(zhàn)向信息化作戰(zhàn)發(fā)展的重要標(biāo)志,依賴于傳感器、投送系統(tǒng)和打擊效能之間的無縫鏈接。主要打擊過程包括以下3個方面:

1)精確定位。精確打擊的實施首先依賴于對預(yù)定打擊目標(biāo)的精確定位。精確定位通過先進(jìn)的信息偵察系統(tǒng)對作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)各類目標(biāo)實施多層次、多領(lǐng)域、多手段的偵察來完成。

2)精確制導(dǎo)和精確摧毀。即依靠精確制導(dǎo)、隱形技術(shù)等,運用精確制導(dǎo)武器實施全天候精確打擊,以精確高能彈藥對目標(biāo)實施精確摧毀。精確制導(dǎo)技術(shù)是實施精確打擊的關(guān)鍵技術(shù),同時,精確打擊應(yīng)集中精確制導(dǎo)武器的優(yōu)勢,發(fā)揮各種技術(shù)兵器的效能。

3)精確評估。通過空間偵察衛(wèi)星、高空偵察機(jī)和無人偵察機(jī)等,對被攻擊目標(biāo)進(jìn)行航拍錄像,分析和評估打擊效果;指揮中心通過評估效果,決定是否對目標(biāo)再次實施打擊,或者修正打擊方案;相關(guān)決定做出后,將包括評估效果在內(nèi)的有關(guān)情報傳送給偵察系統(tǒng);偵察系統(tǒng)根據(jù)這些情報,重新進(jìn)行精確定位,并將結(jié)果報告指揮中心;指揮中心根據(jù)定位報告,下達(dá)再次精確打擊命令。

1.2 精確打擊分類

過去,人們傾向于根據(jù)武器的射程來區(qū)分遠(yuǎn)程精確打擊武器和近程精確打擊武器,但如今精確制導(dǎo)等各種先進(jìn)技術(shù)已經(jīng)弱化了距離的因素,使得射程不再是制約精確性的關(guān)鍵因素。美智庫機(jī)構(gòu)戰(zhàn)略與預(yù)算評估中心高級研究員巴里·瓦茨(Darry D.Watts)認(rèn)為,戰(zhàn)斗網(wǎng)絡(luò)可以近實時發(fā)現(xiàn)并打擊目標(biāo)的覆蓋范圍,是一個更靈活、有效的區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)[3]。然而由于中遠(yuǎn)程制導(dǎo)武器方案的特殊性,區(qū)分中遠(yuǎn)程的精確打擊時通常仍需結(jié)合射程指標(biāo)。精確打擊可分為3類:

(1)近程精確打擊

一般近程是指在發(fā)射平臺或打擊系統(tǒng)自身傳感器的視距范圍內(nèi)的打擊距離。例如艦載武器運用本艦的雷達(dá)等偵察設(shè)備和艦載武器所能實施精確打擊距離,或者岸艦武器依據(jù)海防雷達(dá)探測距離所實現(xiàn)的覆蓋范圍。目前,很多國家海軍都具備近程精確打擊能力。

(2)中程精確打擊

一般是指在打擊系統(tǒng)自身視距以外,借助其他探測系統(tǒng)的探測能力才能夠?qū)嵤┑木_攻擊,也稱之為超視距攻擊。較為典型的中程精確打擊系統(tǒng)是直升機(jī)、無人機(jī)、預(yù)警機(jī)和電子偵察交叉定位等手段測定目標(biāo)位置和目標(biāo)的機(jī)動參數(shù),武器射程一般為120km~200km。然而,由于近代中遠(yuǎn)程制導(dǎo)武器系統(tǒng),超視距的制導(dǎo)方式通常直接采用GPS或偵察衛(wèi)星等天基平臺信息,因而一般也按照此射程范圍加以區(qū)分。由于多平臺聯(lián)合作戰(zhàn),技術(shù)較為復(fù)雜,目前世界上只有少數(shù)國家的海軍具有超視距對海上目標(biāo)攻擊的能力。

(3)遠(yuǎn)程精確打擊

一般是指對200km外目標(biāo)的遠(yuǎn)程攻擊,需要多兵種聯(lián)合作戰(zhàn)才能形成。需要由空間衛(wèi)星、遠(yuǎn)程預(yù)警偵察機(jī)超視距雷達(dá)和其他遠(yuǎn)程偵察手段提供作戰(zhàn)態(tài)勢,測定目標(biāo)位置和機(jī)動參數(shù),再由攻擊艦艇根據(jù)遠(yuǎn)程探測兵力提供的目標(biāo)參數(shù),發(fā)射遠(yuǎn)程武器進(jìn)行攻擊。由于飛行距離較遠(yuǎn),需要根據(jù)目標(biāo)運動情況和大氣條件對飛行的影響對武器進(jìn)行中繼制導(dǎo),使其能準(zhǔn)確捕捉和鎖定目標(biāo),進(jìn)行精確攻擊。遠(yuǎn)程精確攻擊要由多兵種聯(lián)合作戰(zhàn),實現(xiàn)有較大難度,世界上只有極少數(shù)國家具備遠(yuǎn)程精確打擊能力。

1.3 打擊精度

美俄是世界上最早研制精確打擊武器的國家,但它們對精確打擊武器的理解略有差異。在美軍文獻(xiàn)中,精確打擊武器常常用來指安裝了引導(dǎo)系統(tǒng)、一次發(fā)射命中目標(biāo)概率不低于0.5的武器;而俄羅斯認(rèn)為,精確打擊武器是指使用常規(guī)裝藥、在各種戰(zhàn)斗使用條件下命中目標(biāo)概率接近于1的武器[7]。

由定義可知,盡管美俄對精確打擊武器精度的具體數(shù)值要求不太一致,但均定義在武器的“命中概率”上,而沒有對脫靶量或圓概率誤差CEP給出具體量值上的要求。也就是說,精確打擊武器的命中精度需要結(jié)合武器射程、戰(zhàn)斗部威力以及打擊目標(biāo)特性等具體參數(shù)綜合確定。

1.4 制導(dǎo)武器的精確打擊

根據(jù)美軍精確打擊概念的提出過程及其定義可知,精確打擊是相對傳統(tǒng)非制導(dǎo)武器提出的概念,因此可以說制導(dǎo)武器系統(tǒng)自誕生之日起即是精確打擊武器,但為了區(qū)分傳統(tǒng)制導(dǎo)武器,本文將如下反艦制導(dǎo)武器稱為精確打擊武器:

1)打擊大型艦船、航母戰(zhàn)斗群和預(yù)警機(jī)等海上運動目標(biāo)的武器;

2)打擊港口臨時停泊艦船等具有時敏特性目標(biāo)的武器。

2 精確打擊系統(tǒng)體系構(gòu)成及功能

精確打擊系統(tǒng)作戰(zhàn)想定見圖1,全系統(tǒng)由指揮控制系統(tǒng)、作戰(zhàn)武器系統(tǒng)、探測偵察系統(tǒng)以及通信鏈路系統(tǒng)等4個子系統(tǒng)構(gòu)成,其構(gòu)成及功能見圖2。

圖2 精確打擊系統(tǒng)體系構(gòu)成Fig.2 System structure of precision striking system

2.1 指揮控制系統(tǒng)

根據(jù)作戰(zhàn)級別的不同,指揮控制系統(tǒng)可能由多級單一級別的作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu)組成。按照不同職能,可劃分為3個主要功能單元,即作戰(zhàn)決策單元、戰(zhàn)場態(tài)勢融合單元和任務(wù)規(guī)劃單元。

2.1.1 戰(zhàn)場態(tài)勢融合單元

戰(zhàn)場態(tài)勢融合單元負(fù)責(zé)完成對各個探測偵察傳感器信息的搜集、整理、排錯和融合等工作,其中包括對上一波次打擊后目標(biāo)毀傷情況的評估,最終形成整個戰(zhàn)場統(tǒng)一的綜合態(tài)勢,上報作戰(zhàn)決策單元。

2.1.2 任務(wù)規(guī)劃單元

任務(wù)規(guī)劃單元在作戰(zhàn)決策單元下達(dá)作戰(zhàn)任務(wù)的前提下,結(jié)合實時戰(zhàn)場態(tài)勢,完成作戰(zhàn)武器系統(tǒng)的選擇和數(shù)量確定,并優(yōu)化形成一個或多個作戰(zhàn)方案想定,上報作戰(zhàn)決策單元形成最終決策。

2.1.3 作戰(zhàn)決策單元

作戰(zhàn)決策單元既是指揮控制系統(tǒng)的核心,同時也是整個精確打擊系統(tǒng)的核心,除根據(jù)實時戰(zhàn)場態(tài)勢形成并下達(dá)打擊命令外,同時負(fù)責(zé)整個打擊系統(tǒng)的統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)工作。主要功能如下:

(1)探測偵察任務(wù)決策

根據(jù)上級指示或自主確定的打擊目標(biāo)范圍和戰(zhàn)場區(qū)域,完成探測系統(tǒng)配置,包括探測器種類、數(shù)量和重點監(jiān)視目標(biāo),下達(dá)探測偵察任務(wù)給探測偵察系統(tǒng)。

(2)作戰(zhàn)任務(wù)決策

根據(jù)上級下達(dá)的或自主確定的打擊任務(wù),確定打擊目標(biāo)數(shù)量及打擊時序;結(jié)合戰(zhàn)場態(tài)勢分析和任務(wù)規(guī)劃方案,確定最優(yōu)打擊策略,最終(或經(jīng)請示上一級決策系統(tǒng)后)確定打擊方案,并進(jìn)一步確定用以打擊目標(biāo)的武器種類、數(shù)量及波次;進(jìn)而,結(jié)合上一波次打擊的評估結(jié)果,確定是否進(jìn)行下一波次打擊。

2.2 作戰(zhàn)武器系統(tǒng)

根據(jù)作戰(zhàn)系統(tǒng)配置或打擊目標(biāo)的需求不同,作戰(zhàn)武器系統(tǒng)可以是由多種類武器部隊組成的作戰(zhàn)群,也可以是單個武器類型構(gòu)成的作戰(zhàn)部隊。

從物理角度而言,作戰(zhàn)武器系統(tǒng)的配置可能千變?nèi)f化,但從功能角度看其構(gòu)成主要包括如下幾個部分:作戰(zhàn)指揮控制單元、作戰(zhàn)武器單元,其中作戰(zhàn)武器單元又包括發(fā)射平臺、作戰(zhàn)單元(制導(dǎo)武器)、彈間協(xié)同鏈路、多模導(dǎo)引頭。

作戰(zhàn)武器系統(tǒng)是直接執(zhí)行打擊任務(wù)的實體,其典型工作流程如下:

1)接到打擊任務(wù)后,作戰(zhàn)指揮單元首先選取正確的武器單元,隨后根據(jù)自身信息、目標(biāo)點信息、航路信息以及突防等要求,完成武器的航跡規(guī)劃;

2)指揮控制系統(tǒng)根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù),按照指定時序完成多發(fā)武器或單發(fā)武器發(fā)射;

3)根據(jù)規(guī)劃航跡,制導(dǎo)武器在中制導(dǎo)作用下完成編隊飛行,在指定區(qū)域完成目標(biāo)識別、匹配,并完成末制導(dǎo)交接班;

4)在末端打擊區(qū)域,制導(dǎo)武器間完成任務(wù)分配,隨后分別完成精確打擊。

需說明的問題如下:

1)以上流程是按照多彈協(xié)同的攻擊流程,單發(fā)打擊的流程與之近似,只是略有簡化;

2)部分特殊武器系統(tǒng)自身可能具有偵察功能,因此包含在恰當(dāng)時間回傳目標(biāo)信息或打擊評估信息的節(jié)點。

2.3 探測偵察系統(tǒng)

探測偵察系統(tǒng)由偵察指揮單元和傳感器組成,其重要組成及功能如下:

1)探測偵察系統(tǒng)的傳感器可能包括偵察/通信衛(wèi)星、預(yù)警機(jī)、遠(yuǎn)程無人機(jī)、超視距雷達(dá)以及前哨艦船等,負(fù)責(zé)完成對目標(biāo)的識別、跟蹤等功能,提供戰(zhàn)場敵我態(tài)勢的原始信息以及打擊效果信息;

2)偵察指揮單元負(fù)責(zé)完成探測偵查系統(tǒng)的支撐和保障工作,根據(jù)指揮控制系統(tǒng)下達(dá)的探測任務(wù)完成傳感器資源調(diào)配,也可根據(jù)傳感器信息完成敵我態(tài)勢和打擊效果的初步評價,作為指揮控制系統(tǒng)的技術(shù)支撐。

2.4 通信鏈路系統(tǒng)

通信鏈路系統(tǒng)是鏈接中遠(yuǎn)程精確打擊系統(tǒng)各要素的紐帶,系統(tǒng)以無線傳輸為主,按照統(tǒng)一的消息標(biāo)準(zhǔn)和通信協(xié)議,鏈接指揮控制系統(tǒng)、作戰(zhàn)武器系統(tǒng)、探測偵察系統(tǒng),實時完成指揮控制指令、制導(dǎo)控制指令下傳,完成現(xiàn)場態(tài)勢及指令回饋等相關(guān)信息的上傳,按需完成作戰(zhàn)武器系統(tǒng)、探測偵察系統(tǒng)間的信息交互。

一種典型的精確打擊鏈路如圖3所示,該鏈路包含了2個層次的數(shù)據(jù)鏈路子系統(tǒng)[8]:

1)工作在己方戰(zhàn)區(qū)內(nèi),以非天基的無線信道為主的傳輸鏈路構(gòu)成的聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈。這種數(shù)據(jù)鏈以美國和北約的Link16為代表,是實現(xiàn)作戰(zhàn)單元之間態(tài)勢共享、數(shù)據(jù)發(fā)送和協(xié)同指揮的主要途徑。

圖3 典型精確打擊系統(tǒng)的通信鏈路Fig.3 Communication link of typical precision striking system

2)跨戰(zhàn)區(qū)工作,以衛(wèi)星通信為基礎(chǔ)的飛行控制數(shù)據(jù)鏈。當(dāng)射程超過400km后,制導(dǎo)信息的傳輸距離就超出了視距,因此遠(yuǎn)程精確制導(dǎo)武器的通信數(shù)據(jù)鏈路必須經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)才能實現(xiàn)人-彈之間數(shù)據(jù)鏈路的暢通。可以作為轉(zhuǎn)發(fā)中繼的有無人機(jī)、高空氣球和中繼衛(wèi)星等平臺,而采用衛(wèi)星作為通信中繼站是當(dāng)前最佳的選擇。

3 反艦精確打擊的關(guān)鍵技術(shù)

反艦武器精確打擊系統(tǒng)是精確打擊武器系統(tǒng)的研究領(lǐng)域之一,也是其在對海作戰(zhàn)的特殊應(yīng)用。因此,精確打擊系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)必然也是反艦精確打擊的關(guān)鍵技術(shù),然而由于對海打擊的特殊性,對精確打擊提出了新的難題,或者賦予了其特殊性。

3.1 海上目標(biāo)特征庫建立

海上目標(biāo)特征是對目標(biāo)提取、識別、跟蹤和末段匹配的基礎(chǔ),是實現(xiàn)精確打擊的前提條件,因此也必然成為指揮控制系統(tǒng)決策的約束條件。因此,目標(biāo)特征數(shù)據(jù)庫的完整,將直接影響精確打擊應(yīng)用范圍。但由于保密的原因,如何完成敵方艦船等具有重大軍事價值的目標(biāo)信息獲取和特征提取,成為精確打擊系統(tǒng)的關(guān)鍵問題。

海上目標(biāo)特征信息主要包括如下內(nèi)容:

1)艦船、預(yù)警機(jī)等目標(biāo)的可見光、紅外特征和雷達(dá)反射特性;

2)艦船、預(yù)警機(jī)等攜帶的雷達(dá)的無線電特征;

3)艦船、預(yù)警機(jī)等目標(biāo)的運動特性,如最大航速、過載能力、轉(zhuǎn)彎半徑等;

4)艦船物理、材料紋理及特征,如薄弱部位的位置、尺寸,或者發(fā)動機(jī)、油庫等要害部位位置等。

3.2 復(fù)雜海天背景下的目標(biāo)檢測、識別與評估技術(shù)

由于精確打擊的需要,精確打擊系統(tǒng)需完成對目標(biāo)的前期識別、中段跟蹤和末段自尋的制導(dǎo)等過程。但是,遠(yuǎn)距離傳輸過程中大氣衰減、天空和海面的不均勻熱輻射,以及不穩(wěn)定海平面對雷達(dá)信號的干擾等因素的影響,為海上目標(biāo)的識別與跟蹤提出了眾多新的、特有的難題。如何從復(fù)雜海天背景下快速而準(zhǔn)確地監(jiān)測和識別目標(biāo),并準(zhǔn)確跟蹤,成為對海精確打擊中制導(dǎo)控制的關(guān)鍵前提和基礎(chǔ)。

3.3 打擊海上目標(biāo)的全程制導(dǎo)體制與復(fù)合末制導(dǎo)技術(shù)

中遠(yuǎn)程精確打擊需具備至少包括中段組合制導(dǎo)和末段復(fù)合制導(dǎo)的能力,然而對海作戰(zhàn)的特殊性,為全程制導(dǎo)提出了如下新的要求:

1)對海打擊中,武器中段尤其是敵控區(qū)飛行段,往往采用衛(wèi)星組合的制導(dǎo)模式,但由于衛(wèi)星信號容易受到干擾、欺騙或攻擊的問題,需要考慮是否存在其他替代方式;

2)采用何種末制導(dǎo)組合體制及交接班區(qū)間劃分,能夠發(fā)揮主、被動雷達(dá)和光學(xué)導(dǎo)引頭的各自優(yōu)勢,并最大限度地克服復(fù)雜海天背景的影響,成為對海打擊的特殊需求。

3.4 打擊海上目標(biāo)的航跡規(guī)劃與實現(xiàn)技術(shù)

由于衛(wèi)星信號易受干擾和攻擊,而除去特殊作戰(zhàn)區(qū)域可借助部分海島作為制導(dǎo)修正點外,對海作戰(zhàn)的特殊性又使諸如地形匹配或跟蹤等常用中制導(dǎo)替代方法難以實現(xiàn)。因此,是否存在其他中制導(dǎo)替代方法或組合體制,以及在該組合制導(dǎo)體制約束下的航跡規(guī)劃技術(shù),成為對海打擊需要重點關(guān)注的問題。

3.5 對海精確打擊武器總體指標(biāo)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)

根據(jù)精確打擊武器精度定義可知,精確打擊武器的精度仍定義在武器命中概率上,而未對脫靶量或CEP給出具體數(shù)值上的要求。但由于海上艦船尺寸相對較小,并且往往又要求針對諸如武器庫等特定部位進(jìn)行精確打擊,因此攻擊范圍??;另一方面,戰(zhàn)斗部當(dāng)量必然受到武器系統(tǒng)總體規(guī)模的限制。因此,如何在指定打擊精度和覆蓋范圍的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)總體規(guī)模、射程、機(jī)動能力和戰(zhàn)斗部威力的最優(yōu)化,成為精確打擊武器的重要設(shè)計目標(biāo)。

4 結(jié)論

借鑒美俄等精確打擊的相關(guān)概念及具體做法,本文首先界定了精確打擊的概念、內(nèi)涵及分類,隨后給出了精確打擊體系構(gòu)成及功能劃分,并結(jié)合對反艦武器的具體特點,梳理了武器對海精確打擊系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù),為發(fā)展反艦武器精確打擊系統(tǒng)提供參考。

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