反舰导弹集群协同作战任务规划研究

贺扬清 沈治河

(海军大连舰艇学院科研部 大连 116018)



反舰导弹集群协同作战任务规划研究

贺扬清 沈治河

(海军大连舰艇学院科研部 大连 116018)

体系作战条件下反舰导弹集群协同作战的优势明显,针对提升反舰导弹集群突防能力的需求,提出了远程反舰导弹集群协同作战任务规划的要求。在分析智能化反舰导弹作战过程的基础上,研究反舰导弹集群作战协同任务规划系统的逻辑结构,设计反舰导弹集群突防的任务规划系统。

反舰导弹集群; 协同作战; 任务规划; 逻辑结构

Class Number E919

1 引言

现代海战中随着水面舰艇信息化装备的不断完善,体系作战能力凸显。水面舰艇对海攻击的作战方式已经由导弹武器的火力机动逐渐取代了传统海战的平台机动[1]。反舰导弹信息化协同作战能力的强弱体现在任务规划的优劣,而通讯技术的发展则赋予反舰导弹武器系统发达的神经功能,使任务规划系统在数据链技术的帮助下更加智能化。

2 反舰导弹集群协同作战的特点及优势分析

攻击方编队在发射导弹前已获知目标方位和距离信息,指控中心利用任务规划系统,依据战场态势感知结果,在给定的约束条件下,对多枚反舰导弹进行任务规划。根据打击任务,指控中心任务规划系统制定出目标分配计划,按照打击目标将弹群分组,并为每枚导弹找出一条从发射点到预定点的最优飞行航迹,计算导弹群到达预定位置的协同时刻。协同时刻各导弹开启数据通讯链路,此时指控中心或中继制导站/卫星对各导弹进行精确定位[2]。同时,由事先指定的一枚反舰导弹作为领弹爬升到一定高度后导引头开机对目标或目标群进行探测,并将目标或目标群信息通过卫星传回指控中心,然后领弹导引头关机降高平飞。如果领弹在升空期间失控、被摧毁或通讯中断,可以按照预先规定,由某攻击弹升任领弹执行预定任务。指控中心任务规划系统根据领弹传回的目标编队航向与航速、各目标位置等信息以及通过卫星定位系统获知的反舰导弹编队各弹位置、飞行方向等信息,在必要时对导弹要打击的目标重新进行分配,根据分配情况对弹群重新分组并设置导弹选择目标模式,然后对各导弹的剩余航路进行修正或重规划。最后,指控中心将目标分配和航路规划信息通过卫星传给各反舰导弹,要求预定时刻所有导弹到达自控终点,导弹飞行方向对准预定目标,导弹导引头开机搜捕目标[3],如图1所示。

图1 “领弹”与“从弹”协同攻击

3 反舰导弹任务规划的要求

反舰导弹任务规划,就是从确定打击目标到作战任务完成的整个过程中,规划反舰导弹集群执行何种作战任务以及如何实施这些任务,使导弹突防概率和整体作战效能达到最佳[4]。其任务规划的要求表现为以下几个方面:

1) 预先规划与在线重规划

由于反舰导弹射程较远、飞行时间较长,惯性导航误差会很大,导弹编队飞行到预定时刻会偏出指定位置较远,而预定时刻各导弹间的方位偏差和距离偏差也会较大,协同攻击将无从谈起。实时任务规划可以解决上述问题,但反舰导弹巡航段全程实时任务规划也是不现实的,实时规划需要保持弹群与指控中心之间、导弹与导弹之间的通信畅通,这既容易过早暴露自己,也易受到敌方电磁干扰。因此,可将反舰导弹整个飞行过程分为两段,按段进行预先规划和在线重规划[5]。

2) 通畅的数据链传输技术

数据链技术是反舰导弹协同作战的重要保障,它在反舰导弹与中继卫星、指控中心之间组网以实现数据交换和信息处理。领弹在飞行过程中将探测到的目标信息通过数据链发送给卫星,再由卫星传给指控中心,指控中心根据当前战场态势进行在线任务规划,然后将规划结果通过数据链发送给卫星,再由卫星传给各反舰导弹,各导弹根据指令对目标实施攻击。

3) 任务规划协同性要求高

现代化水面舰艇编队装备有远、中、近程防空导弹,大、中、小口径火炮以及远、中、近预警探测设备,构筑了多层次软硬对抗拦截防空网络,若要有效地实施反舰作战,需要协同攻击的反舰导弹数量会很大,而任务规划时不仅要考虑单枚导弹航路的可行性、导弹的生存概率,还要考虑导弹集群在时间和空间上的协同,保证各导弹对目标的毁伤概率及编队整体遂行打击任务的成功率最大,因此对反舰作战任务规划协同性要求很高[6]。

4) 任务规划要保证算法的高效性和可实现性

由于反舰导弹的作战对象是海上机动目标,不论是预先任务规划还是在线重规划,都要在很短的时间内完成,否则将致使目标远离我有利打击位置而贻误战机,因此算法的收敛性和运行速度应满足反舰导弹作战任务规划的可实现和快速高效要求。

4 反舰导弹任务规划系统的逻辑结构

反舰导弹任务规划系统,从组成设备讲,分布在发射平台任务规划系统和弹载任务规划系统两大部分中。从功能上讲,由态势感知、火力分配、路径规划等模块组成。规划系统最后所给出的具体规划结果包括反舰导弹资源分配、敌方目标分配和飞行路径。

4.1 单反舰导弹任务规划系统

单反舰导弹任务规划系统主要组成和逻辑结构如图2所示,其核心组成和主要功能包括信息融合、态势评估、航路规划、远程通讯等[7]。

图2 单反舰导弹任务规划系统的逻辑结构

1) 信息融合子系统

智能化反舰导弹结合人工智能、模式识别、信息融合等多种技术,针对不同传感器所获取的同源、异源信息和各种情报信息,利用它们的互补性和冗余性,按不同层次进行信息融合,通过双模/多模复合、分布式融合、时空融合,可最大程度地提取目标信息。它们所测量的信息不仅包括导弹本身的位置、速度、姿态,还包括导弹所处的外部环境信息,如海上障碍物、大气流等,并且将这些信息传输至综控计算机,预测并控制导弹下一时刻的飞行航迹[8]。

2) 态势评估子系统

态势评估是在一级融合处理的基础上,按照军事专家的思维方式和经验,对战场上敌、我、友军及战场环境的综合情况和事件的定量或定性描述,以及对未来战场情况或事件的预测。为了使反舰导弹正确、可靠、高效地完成作战任务,就必须首先对战场的态势进行评估,一旦完成态势评估,决策几乎可以根据态势自动生成。态势评估的结果是形成态势分析报告、情况判断结论和战场综合态势图,为作战指挥提供辅助决策信息[9]。因此,态势评估是决策过程的首要任务,正确、快速的态势评估是进行飞行任务规划的基础。态势评估是一个涉及到不确定性的信息融合的推理和决策过程,可采用的方法一般有基于统计理论的经典推理、贝叶斯推理和D-S证据推理。

3) 航路规划子系统

航路规划是指在特定约束条件下,寻找运动体从初始点到目标点并且满足某种性能指标最优或次优的运动轨迹,能使导弹规避自然障碍和敌方威胁,安全地突防并有效地打击目标。航路规划子系统是任务规划系统的核心,主要实现单导弹航路规划、飞行航路选择性管理等。其主要技术难点是:在不确定性战场环境下出现突发威胁源或突发事件时,航路规划子系统能够根据态势评估结果对飞行航路进行实时重规划。

4) 远程数据链子系统

远程数据链负责导弹控制站与导弹之间的双向通讯,通讯信息主要包括控制站发出控制指令、接收导弹发回的目标信息。导弹数据链子系统由数据链终端、数据中继平台、数据链地面设备管理中心和地面战术指挥应用中心等组成。战场立体感知系统和火力控制系统借助相应数据链的“实时传送、无缝链接”功能[10],组成一体化的战场网络,因此可以说,加装了数据链的导弹,才能称之为智能化导弹或信息化导弹。

4.2 多反舰导弹协同任务规划系统

1) 反舰导弹协同攻击的定义与分类

反舰导弹协同攻击是指建立在反舰导弹或其它与之相连系统的智能化作战能力基础上,反舰导弹、卫星、指控中心通过信息共享、分工协作、能力互补,对目标进行整体打击的作战方式。按照决策的阶段可将多弹协同攻击分为静态协同和动态协同两类。

多弹静态协同攻击是指由多枚导弹以弹群的形式对目标或编队进行攻击,其中每枚导弹的攻击目标和采取的战术在发射前已确定并装订于弹上。这类协同是在攻击前由任务规划系统进行各枚导弹的战术和技术规划,发射后不管,各枚导弹按照预定的程序对指定目标进行攻击。静态协同适用于攻击距离较近且目标固定的对地导弹,并不适用于以海上机动目标为攻击对象的反舰导弹,尤其是中远程反舰导弹。

多弹动态协同攻击指由多枚导弹以弹群的形式对指定目标进行攻击,但是每枚弹的攻击目标和战术选择可以在攻击过程中通过弹与人、弹与弹、弹群与弹群之间的协商与合作动态指定。具体根据决策方式的不同又可分为人在回路的协同与自主协同两种类型。人在回路的协同除了在发射前进行任务规划外,还可在飞行过程中将目标信息实时传回指控中心,由指挥员进行动态任务规划。美国的战斧战术导弹采用了这种协同方式。自主协同除了在发射前进行任务规划外,还可在发射后对目标进行协同搜索,发现目标后,通过弹间数据链或C4I进行弹与弹之间的信息共享,并进行多弹的任务自主式规划,最终对目标进行攻击。

多弹自主式协同完全由导弹群自主探测感知战场信息、自主分配目标、自主航迹规划、自主控制导引飞行,虽然可以不用人参与,降低了被干扰的概率,但领弹长时间高弹道飞行,很容易暴露并遭受打击,而且受弹载存储量的限制,任务规划的速度和精度都不会很高。

2) 反舰导弹集群协同任务规划系统的逻辑结构

根据反舰导弹协同攻击的作战过程,多枚反舰导弹协同任务规划系统的逻辑结构如图3所示,其组成部分包括信息融合、态势评估、目标分配、协同航路规划、数据通讯等,其中目标分配、协同航路规划为其核心部分。与单枚反舰导弹任务规划系统相比,信息融合、态势评估两部分功能基本相同,不同之处在于增加了目标分配,航路规划在原来基础上突出了导弹之间的时空协同要求[11]。

图3 反舰导弹群协同任务规划系统逻辑结构

多枚反舰导弹协同作战过程中,不可避免地面临目标分配和编队配置问题。协同目标分配的目的就是明确反舰导弹的攻击目标并进行分配,对反舰导弹进行编队、设计其粗略路径,使得整个反舰导弹集群的作战效能最高。目标分配子系统综合考虑影响反舰作战效能的各种因素,包括各反舰导弹对各个目标的预估航路代价、需要飞行的时间范围、毁伤概率以及各个目标的战术价值、经济价值和对我方的威胁度等,按照战术任务要求确定协调分配方案,将攻击目标分配给各个反舰导弹。

5 结语

反舰导弹集群作战是未来体系作战条件下海上攻击样式的主要发展趋势,集中体现了反舰导弹智能化、协同化、网络化的作战思想。在飞航导弹信息技术发展的带动下,未来的反舰导弹海上作战将不再局限于“独立平台,单一使用”,协同作战必然成为提升战斗力的首选作战方式。随着反舰导弹武器系统的发展,必须有针对性地研究协同作战任务规划问题,以适应未来的作战。本文为此进行了初步探讨,可为下一步深入开展研究奠定基础。

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Anti-ship Missiles Clustered Together Mission Planning

HE Yangqing SHEN Zhihe

(Ministry of Scientific Research, Dalian Naval Academy, Dalian 116018)

Cluster coordinated combat anti-ship missile system under operational conditions have obvious advantages. Aiming at the requirements of enhancing the anti-ship missile for the cluster penetration capability, the anti-ship missile remote cluster cooperative combat mission planning requirements are proposed. Based on the analysis of intelligent anti-ship missiles on combat process, the logical structure of the cluster research ship missile cooperative combat mission planning system is researched and the anti-ship missile cluster penetration mission planning systems are designed.

anti-ship missile clusters, coordinated operations, mission planning, logical structure

2015年1月2日,

2015年2月27日 作者简介:贺扬清,男,硕士,实习研究员,研究方向:舰空导弹武器系统作战使用。

E919

10.3969/j.issn1672-9730.2015.07.001