劉勝男 王道重 馬興華 唐建濤 鄭偉廣

（1.海軍駐沈陽地區(qū)航空軍事代表室 沈陽 110000）（2.91206部隊 青島 266108）

1 引言

現(xiàn)代海上空襲與反空襲的作戰(zhàn)中，水面艦艇主要受到各種平臺發(fā)射的反艦導彈的威脅，隨著科學技術(shù)在軍事領(lǐng)域的不斷發(fā)展，反艦導彈具有多樣化、超低空化、高速化、靈活化和隱身化等特點，而襲擊方式又趨于超視距化、多方向飽和化和電子干擾化，再加上反艦導彈航路規(guī)劃技術(shù)，使得艦空導彈的防御越來越被動。由于受到地球曲率的影響，單個水面艦艇的視距和制導范圍是有限的，在面臨超視距攻擊（防區(qū)外打擊）的情況下，不能探測到發(fā)射平臺，不能預(yù)知敵來襲方向，只能處于被動挨打的局面。因此，構(gòu)建超視距協(xié)同反導防御系統(tǒng)，既是未來海上防御作戰(zhàn)的必然要求，也是艦艇編隊防御由平臺中心戰(zhàn)向網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)轉(zhuǎn)型的必由之路［1］。

2 國內(nèi)外現(xiàn)狀分析

2.1 美軍協(xié)同制導概況

美國海軍在冷戰(zhàn)時期為了防御遠程巡航導彈對其艦船的攻擊，提高海岸和艦隊對空防御能力，于20世紀70年代提出了協(xié)同交戰(zhàn)能力（Cooperative Engagement Capability，CEC）概念［2］。CEC系統(tǒng)協(xié)調(diào)和整合整個作戰(zhàn)系統(tǒng)中所有傳感器的信息，將其合成一個單一、實時的綜合航跡，并用于武器級防空作戰(zhàn)的信息支持［3］。2007年，美國海軍把CEC系統(tǒng)裝備到全部航空母艦、“宙斯盾”巡洋艦/驅(qū)逐艦和兩棲艦，以及E-2C預(yù)警機上［4］。美軍經(jīng)過幾場戰(zhàn)爭的檢驗，CEC技術(shù)已經(jīng)成熟，新型CEC系統(tǒng)已經(jīng)大量列裝于美軍各種作戰(zhàn)平臺，形成一種無縫隙的防空反導系統(tǒng)。

2.2 國內(nèi)協(xié)同制導現(xiàn)狀

國內(nèi)有關(guān)艦艇編隊協(xié)同制導方面的研究起步較晚，在理論上進行了多年的研究和探索。目前，我國海軍艦艇編隊平臺與平臺之間，可以通過數(shù)據(jù)鏈初步共享探測信息、指揮和決策數(shù)據(jù)，還處于研究試驗階段，與美軍協(xié)同制導體系相比，還有一定的差距。

3 實現(xiàn)協(xié)同制導的關(guān)鍵技術(shù)

CEC系統(tǒng)是美海軍“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”的核心計劃，其總體架設(shè)是數(shù)據(jù)鏈與融合處理器的配合。依據(jù)網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的概念［5～6］，作戰(zhàn)平臺越多，傳感器就越多，協(xié)同作戰(zhàn)就越困難，但如果能夠?qū)⑴炌Ь庩爟?nèi)部、外部各單元組成一個作戰(zhàn)網(wǎng)，平臺與平臺之間的作戰(zhàn)資源和情報資源共享，把不同作戰(zhàn)單元的探測信息集成一個共享的實時的作戰(zhàn)態(tài)勢圖，就可以使各種兵力資源得到充分利用，擴大艦艇編隊的視野，從而掌握海戰(zhàn)的主動權(quán)。所以，多傳感器組網(wǎng)技術(shù)是艦艇編隊協(xié)同制導的前提。

3.1 傳感器組網(wǎng)技術(shù)

3.1.1 傳感器組網(wǎng)的概念及意義

傳感器組網(wǎng)是指某一作戰(zhàn)兵力群為完成特定的戰(zhàn)術(shù)任務(wù)，根據(jù)現(xiàn)有傳感器資源的特點合理地對不同傳感器進行聯(lián)網(wǎng)，從而形成一個統(tǒng)一的有機整體［7］。傳感器組網(wǎng)其實就是架設(shè)數(shù)據(jù)鏈的過程，對于艦艇編隊而言，就是利用計算機、通信和網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，將艦艇編隊內(nèi)、外各平臺的目標探測系統(tǒng)、武器系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)等聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，實時且高度共享作戰(zhàn)信息，每艘艦艇都可以實時掌握戰(zhàn)場態(tài)勢，擴大了單個平臺的作戰(zhàn)半徑，提高了各作戰(zhàn)兵種之間的協(xié)同能力，進而大大增強了艦艇編隊的戰(zhàn)斗力。

3.1.2 傳感器組網(wǎng)的原則

在整個作戰(zhàn)過程中，戰(zhàn)場態(tài)勢和兵力資源等方面是隨著時間的推移而不斷變化的，這就要求整個傳感器網(wǎng)絡(luò)也要隨之變化，因此，提出如下建網(wǎng)原則：

1）傳感器網(wǎng)絡(luò)必須具有“即插即拔”的特征，以保證整個協(xié)同網(wǎng)不會受到網(wǎng)絡(luò)單元數(shù)量的影響，即網(wǎng)絡(luò)單元的增加或移除不會影響到整個協(xié)同網(wǎng)或其他網(wǎng)絡(luò)單元的正常運行；

2）傳感器網(wǎng)絡(luò)必須具有“互操作”性，無縫融合所有無線數(shù)據(jù)，確保各傳感器單元協(xié)調(diào)工作，不允許交換沒有意義的數(shù)據(jù)，減少單元間的耦合，從而滿足不同用戶的需求，提高信息利用率和系統(tǒng)的可靠性；

3）傳感器網(wǎng)絡(luò)必須具有實時性和高效性，確保協(xié)同探測信息不會滯后于真實戰(zhàn)場態(tài)勢，以提高整個系統(tǒng)的精確度；

4）傳感器網(wǎng)絡(luò)可以采取多種或分層的數(shù)據(jù)獲取方式，以保證信息傳輸安全。

3.1.3 傳感器組網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)上述原則，建立傳感器組網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

根據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖可以看出，傳感器組網(wǎng)系統(tǒng)主要由作戰(zhàn)平臺、傳感器、網(wǎng)絡(luò)連接、即插即拔的網(wǎng)絡(luò)接口、信息融合數(shù)據(jù)庫、戰(zhàn)場態(tài)勢等模塊構(gòu)成。其信息流程為

1）各作戰(zhàn)平臺傳感器協(xié)同探測；

2）對探測的信息進行融合處理，評估戰(zhàn)場態(tài)勢；

3）根據(jù)評估結(jié)果，產(chǎn)生作戰(zhàn)數(shù)據(jù)需求，形成任務(wù)指令；

4）將任務(wù)指令傳送至各作戰(zhàn)平臺；

5）各作戰(zhàn)平臺的傳感器把重新調(diào)整后探測到的信息再傳送至信息融合數(shù)據(jù)庫進行融合處理。

這樣就可以充分利用各傳感器資源，增強整個系統(tǒng)的可靠性和協(xié)同能力，形成一個閉合的回路，不斷更新戰(zhàn)場態(tài)勢圖。

圖1 傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3.1.4 傳感器組網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

多傳感器組網(wǎng)之后，艦艇編隊內(nèi)異構(gòu)平臺協(xié)同探測，對目標進行復合跟蹤與識別，平臺與平臺之間需要交換大量的實時的信息。海上通信不僅受到海雜波等大自然的干擾，還會受到敵方的電子和電磁干擾，所以必須采用先進的組網(wǎng)技術(shù)，其關(guān)鍵技術(shù)：1）異構(gòu)傳感器組網(wǎng)優(yōu)化部署技術(shù)；2）信息柵格和航跡融合的組網(wǎng)技術(shù)；3）傳感器資源管控技術(shù)；4）大容量、抗干擾的先進通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；5）“即插即拔”的智能接口技術(shù)；6）網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)節(jié)點的分配與選取技術(shù)。

3.2 信息融合技術(shù)

3.2.1 信息融合技術(shù)的歷史與現(xiàn)狀

早在1973年，美國研究機構(gòu)就開展了聲吶信號理解系統(tǒng)的研究，信息融合技術(shù)便迅速發(fā)展了起來。進入21世紀以來，美國國防部、海軍和空軍進一步把信息融合技術(shù)作為GIG、CEC、C4ISR、C4KISR和彈道導彈防御中的關(guān)鍵技術(shù)，進行攻關(guān)研究［8］。目前美軍最新的信息融合系統(tǒng)對信息源幾乎沒有限制，能夠接收預(yù)警機、無人機、水面艦艇等各種平臺傳感器的信息，經(jīng)過融合處理，形成對各兵種有用的信息，并以高速、高精度、高效率的方式發(fā)送給各作戰(zhàn)平臺。

國內(nèi)信息融合技術(shù)的研究起步較晚，至今也出現(xiàn)了一大批理論成果和具有初步信息融合能力的系統(tǒng)，預(yù)計在不久的將來，會有更多可靠的信息融合系統(tǒng)列裝部隊。

3.2.2 信息融合的概念及意義

信息融合是指利用計算機技術(shù)對按時序獲得的若干傳感器的觀測信息在一定準則下加以自動分析、優(yōu)化綜合以完成所需的決策和估計任務(wù)而進行的信息處理過程。信息融合主要包括檢測、互聯(lián)、關(guān)聯(lián)（相關(guān)）、狀態(tài)估計、目標識別、態(tài)勢描述、威脅估計、傳感器管理和數(shù)據(jù)庫等。它是一個在多個級別上對傳感器數(shù)據(jù)進行綜合處理的過程，其核心是指對來自多個傳感器的數(shù)據(jù)進行多級別、多方面、多層次的處理，從而產(chǎn)生新的有意義的信息，而這種信息是任何單一傳感器所無法獲得的［8］。

根據(jù)高速交戰(zhàn) CEC 系統(tǒng)的概念［9～10］，多傳感器信息融合技術(shù)是超視距協(xié)同作戰(zhàn)的基本特點。在艦艇編隊中，存在多種探測器，由于各平臺探測器的體制精度不同，對目標的探測能力就不相同。來自不同傳感器的信息具有重復性和互補性等特點，通過數(shù)據(jù)融合的算法，不僅比單個傳感器精度更高，而且可以得到更加完整的戰(zhàn)場態(tài)勢圖。多傳感器信息融合的利用，克服了單個傳感器受到的視距限制，提高了整個系統(tǒng)的抗干擾能力，擴大了目標有效打擊縱深。

3.2.3 信息融合的關(guān)鍵技術(shù)

1）時空同步技術(shù)。實現(xiàn)艦與艦之間的時間同步和相對定位，是艦艇編隊協(xié)同制導的前提，時空同步的精度直接影響協(xié)同制導精度；

2）高速并行的推理機制和高效精準的信息融合算法。在艦艇編隊信息融合系統(tǒng)中，單個傳感器所提供的信息一般都是模糊、不精確、不完整的，甚至可能與其他傳感器提供的信息相矛盾。而信息融合數(shù)據(jù)庫又必須根據(jù)這些不確定的信息進行推理和計算，這就要求信息融合系統(tǒng)采用高效的推理機制和信息融合算法；

3）點跡融合技術(shù)。艦艇編隊協(xié)同探測過程中，單傳感器探測可能會受到視距限制、干擾等一些原因而無法精確判斷目標，但如果把不同平臺探測的信息進行融合處理，就能夠得出精確的目標要素；

4）多屬性的信息融合技術(shù)。信息融合是信息層、火力層、決策層等多層面、多屬性的融合，其目的在于把各種平臺的信息進行融合處理，形成對各兵種有用的信息，并以高速、高精度、高效率的方式發(fā)送給各作戰(zhàn)單位。所以多屬性的信息融合技術(shù)是重要的研究方向；

5）信息融合的效能評估技術(shù)。艦艇編隊的信息融合系統(tǒng)是多個傳感器或平臺的集成，對于這樣復雜的系統(tǒng)，通常借助于計算機仿真技術(shù)進行評估。國內(nèi)外信息融合仿真驗證平臺在仿真支撐技術(shù)方面的特點和趨勢包括：仿真實體模型多粒度建模，用于滿足不同的仿真需求；算法模塊組件化開發(fā)，支撐靈活替換；建立獨立的評估分析支持庫，對整個仿真過程的評估提供支撐［11］。

4 協(xié)同制導

編隊艦空導彈協(xié)同制導防空作戰(zhàn)是指在艦艇之間信息共享的基礎(chǔ)上，利用多傳感器探測、跟蹤和協(xié)同制導等手段，充分發(fā)揮中遠程艦空導彈的潛力，加大作戰(zhàn)縱深，對空中來襲目標，尤其是低空反艦導彈實施打擊，提高對目標的毀傷概率［12］。協(xié)同制導可大大增加艦艇編隊的探測距離及制導距離，并且由于采用不同平臺交接制導，可有效對抗反輻射導彈的攻擊［13］。

4.1 協(xié)同制導的流程

艦艇編隊協(xié)同制導（如圖2所示）的具體流程為

1）艦艇編隊協(xié)同探測，圖中的發(fā)射平臺由于視距受限，沒有發(fā)現(xiàn)來襲目標。預(yù)警機率先發(fā)現(xiàn)目標，并將目標信息共享給整個編隊；

2）經(jīng)過數(shù)據(jù)融合、威脅評估和火力分配，艦艇A接收到發(fā)射指令，發(fā)射打擊目標的艦空導彈，此時艦空導彈由艦艇A制導；

3）編隊各平臺共享我方艦空導彈速度、方向角和位置信息，根據(jù)我方當前制導數(shù)量和我方最大制導數(shù)量，再由編隊協(xié)同探測、數(shù)據(jù)共享敵襲目標的速度、方向和位置等信息，最后計算出我方各接力平臺的優(yōu)先權(quán)值；

4）選出優(yōu)先權(quán)值最大的接力平臺，如果該平臺符合制導條件，則選擇該平臺為下一個接力制導平臺；

5）當前制導平臺向已確定的接力平臺發(fā)出交接請求；

6）接力平臺收到交接請求，并根據(jù)發(fā)射平臺提供的信息對艦空導彈進行截獲；

7）接力平臺獲得艦空導彈制導權(quán)，并向發(fā)射平臺發(fā)出交接完成的信息；

8）完成一次制導權(quán)交接，分析當前制導平臺是否需要再次接力，是則執(zhí)行步驟3），否則執(zhí)行下一步；

9）對攔截效果進行實時監(jiān)控，如果攔截成功則打擊完畢，否則執(zhí)行第2）步，或進入下一個攔截層。這樣就完成一次協(xié)同制導過程。

圖2 艦艇編隊協(xié)同制導

4.2 協(xié)同制導的關(guān)鍵技術(shù)

1）彈目匹配技術(shù)。艦艇編隊在協(xié)同制導作戰(zhàn)情況下，編隊中的火力單元和武器系統(tǒng)形成“集成火控系統(tǒng)”?！凹苫鹂叵到y(tǒng)”不是一成不變的，而是根據(jù)作戰(zhàn)需要進行解體與重組的動態(tài)集成系統(tǒng)，如何使發(fā)射節(jié)點、協(xié)同制導節(jié)點、目標進行優(yōu)化匹配，是協(xié)同制導的難點。

2）導彈交班控制技術(shù)。艦艇編隊協(xié)同制導需要對導彈進行大空域的交班控制，如何消除誤差，對導彈的中、末段進行平穩(wěn)精確的接力制導，是艦艇編隊協(xié)同制導設(shè)計的工作重點。

3）協(xié)同制導通道。協(xié)同制導通道是指這樣一個高空、管狀空域，艦空導彈在這個空域中飛行，并接受2個或2個以上艦艇平臺制導雷達的協(xié)同制導控制，且兩兩制導雷達協(xié)同制導交班的的概率P交班不小于給定值 P給定，即 P交班≥。在艦艇編隊大空域中選取一條最佳的協(xié)同制導通道，需要對其提出優(yōu)化算法，是今后研究的重點方向。

5 結(jié)語

艦艇編隊協(xié)同制導，解決了單個平臺探測視距受限的問題，艦空導彈不再受單個制導平臺的限制，同時，整個編隊的反應(yīng)速度、抗毀和重組能力都得到了很大程度的提高，為艦艇編隊超視距攔截創(chuàng)造了條件。本文對實現(xiàn)艦艇編隊協(xié)同制導的關(guān)鍵技術(shù)進行了初步探討，詳細說明了協(xié)同制導的交接方式和具體步驟，對未來協(xié)同反導防御系統(tǒng)的設(shè)計具有一定的指導意義。艦艇編隊協(xié)同制導超視距攔截反艦導彈是未來海軍防空反導系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，是一個嶄新的具有廣闊探索空間的研究問題，深入研究協(xié)同理論，破解關(guān)鍵技術(shù)難題，是提高艦艇編隊超視距協(xié)同制導能力的關(guān)鍵所在。