張財(cái)生，司沈闖

(海軍航空大學(xué)，山東 煙臺(tái) 264001)

在預(yù)警機(jī)與艦載雷達(dá)協(xié)同探測體系上，走在世界前列的是美軍的“海軍一體化火控防空”(NIFCCA)［1］。該體系通過聯(lián)合E-2D預(yù)警機(jī)、宙斯盾防御系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)-6(SM-6)艦空導(dǎo)彈，建立起一個(gè)在預(yù)警機(jī)支援下的艦機(jī)協(xié)同反導(dǎo)打擊鏈，該打擊鏈的建立極大地縮短了導(dǎo)彈武器打擊目標(biāo)的反應(yīng)時(shí)間，使美國海軍形成了基于E-2D預(yù)警機(jī)的協(xié)同作戰(zhàn)能力。

相比CEC(Cooperative Engagement Capability)［2］系統(tǒng)僅有空海協(xié)同，NIFC-CA系統(tǒng)包含了空海、空地、空空三種協(xié)同方式，擁有海上、空中和陸上三個(gè)殺傷鏈，每個(gè)殺傷鏈均由多種數(shù)據(jù)鏈和武器控制系統(tǒng)等作戰(zhàn)系統(tǒng)共同組成，是網(wǎng)絡(luò)化多層次防空作戰(zhàn)體系。該體系主要由E-2D預(yù)警機(jī)［3］、“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)-6艦空導(dǎo)彈三個(gè)部分組成。流程如下:在艦艇編隊(duì)遂行防空反導(dǎo)作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)，E-2D預(yù)警機(jī)的AN/APY-9雷達(dá)在早期發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，對(duì)其完成鎖定后持續(xù)跟蹤，在此期間不斷獲取目標(biāo)的各項(xiàng)高精度參數(shù)，這些參數(shù)隨即通過CEC系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈傳遞給艦艇的“宙斯盾”系統(tǒng)，然后艦艇的信息處理系統(tǒng)將預(yù)警機(jī)發(fā)送的信息與獲取的衛(wèi)星數(shù)據(jù)相結(jié)合，處理后的數(shù)據(jù)再通過艦艇內(nèi)部數(shù)據(jù)電纜發(fā)送給火控單元的“標(biāo)準(zhǔn)-6”導(dǎo)彈分系統(tǒng)，幫助該分系統(tǒng)完成目標(biāo)指示、導(dǎo)彈發(fā)射、中段制導(dǎo)和指令修正等一系列指令，支援其對(duì)超視距的來襲導(dǎo)彈進(jìn)行攔截和打擊，擴(kuò)展航母編隊(duì)的超視距防空反導(dǎo)空間。圖1為NIFC-CA系統(tǒng)協(xié)同探測示意圖。

圖1 NIFC-CA系統(tǒng)協(xié)同探測的示意圖

戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)菍?shí)現(xiàn)協(xié)同作戰(zhàn)的前提和保證。由圖1可以看出，E-2D預(yù)警機(jī)能夠憑借先進(jìn)的機(jī)載APY-9雷達(dá)實(shí)現(xiàn)超視距目標(biāo)探測，利用CEC(對(duì)海)、Link-16(對(duì)空)和CMN-4(對(duì)空)數(shù)據(jù)鏈，為宙斯盾驅(qū)逐艦發(fā)射的標(biāo)準(zhǔn)-6艦空導(dǎo)彈提供攔截制導(dǎo)。

2 預(yù)警機(jī)支援下的艦機(jī)協(xié)同

在NIFC-CA體系中，E-2D預(yù)警機(jī)是實(shí)現(xiàn)超視距探測的關(guān)鍵。超視距探測是指艦空導(dǎo)彈在艦載雷達(dá)探測不到的區(qū)域攔截打擊來襲的反艦導(dǎo)彈。由于“宙斯盾”艦艇的艦載SPY-1雷達(dá)受地球曲率影響，難以探測到視距外的反艦導(dǎo)彈。同樣，艦載雷達(dá)也無法對(duì)視距以外己方發(fā)射的艦空導(dǎo)彈實(shí)施制導(dǎo)。為應(yīng)對(duì)這一問題，E-2D預(yù)警機(jī)作為中繼制導(dǎo)平臺(tái)的作用得以凸顯。NIFC-CA體系中預(yù)警機(jī)與艦載雷達(dá)協(xié)同探測［5-6］的主要途徑是，“宙斯盾”艦艇利用E-2D預(yù)警機(jī)提供目標(biāo)航跡信息，在完成發(fā)射裝訂操作后發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)-6艦空導(dǎo)彈。在艦載雷達(dá)視距范圍內(nèi)由發(fā)射艦根據(jù)預(yù)警機(jī)提供的目標(biāo)信息對(duì)導(dǎo)彈制導(dǎo)，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)-6導(dǎo)彈飛離發(fā)射艦的雷達(dá)視距后，由預(yù)警機(jī)對(duì)導(dǎo)彈進(jìn)行接力探測，直至導(dǎo)彈對(duì)目標(biāo)完成摧毀攔截。預(yù)警機(jī)支援艦載雷達(dá)進(jìn)行艦機(jī)協(xié)同探測有如下兩種情況［7-8］。

1)宙斯盾艦載雷達(dá)協(xié)同E-2D探測攔截攻擊自身的導(dǎo)彈，如圖2所示。具體探測過程如下:

E-2D將來襲導(dǎo)彈參數(shù)發(fā)送給導(dǎo)彈發(fā)射艦的指控中心，然后，火控系統(tǒng)會(huì)把初始制導(dǎo)信息錄入發(fā)射井中的“標(biāo)準(zhǔn)-6”艦空導(dǎo)彈里，導(dǎo)彈得到命令后發(fā)射升空，E-2D利用CEC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈繼續(xù)向?qū)棸l(fā)射艦提供目標(biāo)信息，發(fā)射艦借助預(yù)警機(jī)發(fā)送來的制導(dǎo)指令引導(dǎo)飛行中的標(biāo)準(zhǔn)-6導(dǎo)彈飛向目標(biāo)，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)-6導(dǎo)彈的飛行距離超出艦艇雷達(dá)的最大探測范圍后，E-2D預(yù)警機(jī)會(huì)通過CEC從發(fā)射艦指控系統(tǒng)接收導(dǎo)彈的實(shí)時(shí)飛行數(shù)據(jù)，并獲得對(duì)導(dǎo)彈的制導(dǎo)權(quán)，然后由預(yù)警機(jī)繼續(xù)引導(dǎo)該導(dǎo)彈攔截來襲的反艦導(dǎo)彈，直至標(biāo)準(zhǔn)-6導(dǎo)彈的飛行末期，導(dǎo)彈頭部的制導(dǎo)雷達(dá)接過制導(dǎo)權(quán)，由彈載雷達(dá)完成最后的末端制導(dǎo)任務(wù)。

圖2 預(yù)警機(jī)支援艦載雷達(dá)開展目標(biāo)探測的示意圖

2)當(dāng)編隊(duì)里的某艘艦艇受到超過其自身探測能力的反艦導(dǎo)彈攻擊時(shí)，E-2D會(huì)協(xié)同編隊(duì)內(nèi)其他艦艇發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)-6導(dǎo)彈對(duì)該來襲導(dǎo)彈實(shí)施探測，如圖3所示。具體探測過程如下:

E-2D探測到空中來襲的多枚反艦導(dǎo)彈，經(jīng)過判斷，其攻擊目標(biāo)是艦艇B，但是艦艇B需要攔截的導(dǎo)彈數(shù)目已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其自身攔截能力，此時(shí)預(yù)警機(jī)會(huì)向艦艇A發(fā)送這些攻擊艦艇B的反艦導(dǎo)彈信息，然后，艦艇A也會(huì)發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)-6導(dǎo)彈，協(xié)助艦艇B進(jìn)行目標(biāo)攔截，如果艦艇A的雷達(dá)探測距離無法達(dá)到反艦導(dǎo)彈所處位置，那么發(fā)射出的標(biāo)準(zhǔn)-6導(dǎo)彈將會(huì)直接在E-2D預(yù)警機(jī)的探測信息下對(duì)這些導(dǎo)彈實(shí)施攔截，實(shí)現(xiàn)對(duì)視距外目標(biāo)的打擊。

圖3 預(yù)警機(jī)支援艦載編隊(duì)協(xié)同探測示意圖

3 艦機(jī)協(xié)同預(yù)警探測部署模型

通過對(duì)預(yù)警機(jī)支援下的艦載雷達(dá)協(xié)同探測分析，可以看出預(yù)警機(jī)的存在對(duì)艦艇編隊(duì)有著重要意義，它極大提高了艦艇編隊(duì)的生存概率，減小了受打擊的可能。在了解兩者協(xié)同探測體系的基礎(chǔ)上，可以再進(jìn)一步探索如何提高我方艦空導(dǎo)彈成功攔截來襲敵方導(dǎo)彈的概率。從預(yù)警機(jī)與艦載雷達(dá)協(xié)同探測距離的角度出發(fā)，通過建立數(shù)學(xué)模型，確保己方水面艦艇編隊(duì)始終在敵方有效打擊范圍之外，或者我方雷達(dá)探測范圍大于敵方導(dǎo)彈射程。

為了減小艦艇被打擊的可能，需要出動(dòng)預(yù)警機(jī)在編隊(duì)附近海域巡邏，給艦艇編隊(duì)提供空情和海情保障。水面艦艇編隊(duì)是艦機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)的主體，負(fù)責(zé)直接的火力打擊任務(wù)，而預(yù)警機(jī)的主要任務(wù)是提供空情、海情信息，輔助艦載雷達(dá)進(jìn)行情報(bào)收集。因此，我們考慮通過一定的計(jì)算設(shè)定預(yù)警機(jī)的巡邏航線，在保證預(yù)警機(jī)自身安全的基礎(chǔ)上，為艦艇編隊(duì)提供空基預(yù)警平臺(tái)，支援艦載雷達(dá)進(jìn)行預(yù)警探測［9-11］。

圖4 艦機(jī)協(xié)同預(yù)警探測部署模型

如圖4所示，以預(yù)警機(jī)巡邏航線的中點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)建立平面直角坐標(biāo)系，其中平行于巡邏線方向?yàn)閄軸方向，垂直于巡邏線方向?yàn)閅軸方向。在Y軸正半軸上分別有三個(gè)編號(hào)為點(diǎn)1、點(diǎn)2、點(diǎn)3的位置點(diǎn)，代表我方三艘艦艇所處位置，黃色、藍(lán)色、綠色虛線圓圈分別代表三艘艦艇的艦載雷達(dá)搜索探測范圍。假設(shè)敵方來襲的方向?yàn)閅軸正半軸。D為敵方雷達(dá)探測或火力攻擊的最大距離，2a為預(yù)警機(jī)巡邏航線的長度。設(shè)三艘水面艦艇相互之間的距離均為S，在通常情況下，水面艦艇編隊(duì)在遂行作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)，為了避免雷達(dá)信號(hào)發(fā)射較多而被敵方反輻射裝備探測到，其艦載雷達(dá)并不是同時(shí)開啟，而是輪流開機(jī)，所以我們可以將三艘艦艇大致看作在同一個(gè)位置，由此我們假定在位于Y軸上的點(diǎn)2位置。那么實(shí)際上，以點(diǎn)2為圓心，D為半徑作圓，即圖中的紅色實(shí)線圓，如果敵方作戰(zhàn)單元進(jìn)入了這個(gè)圓形范圍，就會(huì)對(duì)我方艦艇造成威脅。

假設(shè)預(yù)警機(jī)在一定的掃描周期、發(fā)現(xiàn)概率、速度門限等參數(shù)設(shè)定下，其對(duì)一般的空中目標(biāo)預(yù)警探測距離為R預(yù)。相對(duì)于巡邏航線長度，預(yù)警機(jī)的轉(zhuǎn)彎半徑可以忽略不計(jì)，所以將預(yù)警機(jī)的巡邏航線視為沿X軸的在［-a，+a］內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。分別以坐標(biāo)軸原點(diǎn)和坐標(biāo)(a，0)為圓心，以R預(yù)為半徑作圓，即圖4中的兩個(gè)黑色虛線大圓，代表預(yù)警機(jī)分別在原點(diǎn)和航線最大巡邏點(diǎn)處的探測范圍。為了確保(0，y)處的三艘艦艇不被敵方威脅，要求預(yù)警機(jī)的探測范圍能完全覆蓋紅色實(shí)線圓，即以(a，0)為圓心的黑色虛線圓要完全包圍紅色實(shí)線圓，這樣才能達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。

由圖4可以看出，預(yù)警機(jī)巡邏到坐標(biāo)(a，0)點(diǎn)時(shí)，與紅色實(shí)線圓上某一點(diǎn)的連線(黃色實(shí)線)長度有極大值，在Δyoa中，oa和oy為兩個(gè)直角邊，根據(jù)勾股定理，可以計(jì)算出黃色實(shí)線段的長度為，于是水面艦艇相互之間的距離S的最大值為

通過上面的分析，預(yù)警機(jī)的空域配置需要滿足為艦艇編隊(duì)提供全時(shí)段持續(xù)監(jiān)控，即要求:Smax≤R預(yù)。于是當(dāng)預(yù)警機(jī)巡邏航線最大距離為a，水面艦艇編隊(duì)的艦載雷達(dá)之間的距離為y時(shí)，應(yīng)該滿足以下不等式

才能保證艦艇處于預(yù)警機(jī)的預(yù)警范圍內(nèi)。

4 結(jié)束語

本文研究了美國海軍一體化火控防空(NIFC-CA)體系中艦載雷達(dá)與艦載預(yù)警機(jī)之間的協(xié)同預(yù)警探測關(guān)系，在兩者協(xié)同探測體系的基礎(chǔ)上，分析了E-2D與艦載SPY-1雷達(dá)協(xié)同探測時(shí)的兩種情況。從預(yù)警機(jī)與艦載雷達(dá)的協(xié)同探測距離的角度出發(fā)，構(gòu)建了預(yù)警機(jī)與艦載雷達(dá)協(xié)同預(yù)警探測部署模型，通過計(jì)算建立數(shù)學(xué)模型，確保己方水面艦艇編隊(duì)始終在敵方有效打擊范圍之外，或者我方雷達(dá)探測范圍大于敵方導(dǎo)彈射程，對(duì)于提高我軍的協(xié)同作戰(zhàn)水平具有一定的借鑒意義。