多目标作战的攻击策略与关键问题分析

周蓓蓓 徐胜利 马 骏 刘 珏

1. 南京理工大学，南京210094 2. 上海机电工程研究所，上海201109

1 空袭体系形成带来的新问题

在空袭与防空之间不断增长的矛盾对抗中，防空导弹得到了长足发展，从第1代防空系统发展到目前研究的第4代防空体系，武器从单一的平台对抗到联合布防再到系统对抗，未来战争越来越趋于体系与体系的对抗，尤其是以精确制导武器为主的攻击体系与以空/空、地/空和舰/空导弹等为主的防御体系之间的对抗。在未来战争中，空袭突防模式复杂，目标很有可能受到多平台发射的多枚导弹的大密度、多方向、多层次和连续的攻击，且常规作战模式由过去的单一作战飞机之间的对抗，转变为多种飞机编队联合群体的体系与体系的对抗[1]。战场对抗环境也日益复杂：一方面，导弹武器装备全天时全天候作战，自然环境中的雨、雪、风、云、杂波等复杂气象因素和干扰因素、以及武器装备和电子干扰装备等构成的人为对抗因素共同构成了复杂的对抗环境；另一方面，随着武器信息化水平的提高和作战使用模式的多样化，现代战争的战场空间更加立体、多维和扩展，并呈现非线性、非接触和非对称的特性，陆、海、空、天、信息、网络和心理等各种复杂的战场空间相互联结、重叠，形成了全方位、大立体、全领域和多层次的战场空间。这将是未来空战的基本特征，传统的单导弹攻击防御作战模式已无法满足日益复杂的战场环境的空战任务需求[2]。

与单一目标的防御不同，复杂战场环境下的多目标空袭体系的形成给防空导弹体系带来的问题是多方面的。为应对多目标饱和攻击和多目标空袭体系的军事威胁，随着信息化、网络化和智能化技术的发展，多弹协同已成为防空导弹发展的重要方向之一，提供了一种能够快速反应和具有强大火力打击能力的武器系统，可以完成单枚导弹不可能完成的任务，大大提高了防空导弹武器系统突防、生存和毁伤目标的能力[3]。

2 多弹协同系统的特点分析

近年来，多导弹协同作战问题的研究越来越受到世界强国的关注。俄罗斯“花岗岩”超声速反舰导弹、美国新一代作战系统“网火”以及新型动能多拦截武器等是网络化导弹集群作战系统的典型代表[4]。多导弹协同作战以调整作战理念、适应未来作战环境为目的，打破发射后各导弹之间没有联系与合作的传统作战思想，将参战的所有导弹构成一个作战网络，在指挥控制中心的调控和管理下，目标探测系统、指挥控制系统和各导弹间互相通信、取长补短、相互协作，执行作战任务的作战方式[5-6]。与单枚导弹相比，多弹协同系统还具有以下技战术特点：

1)探测距离远，攻击区域大

多弹协同系统具有时间、空间和功能上的分布多样性和并行性的特点，可以同步执行任务，通过陆、海、空和天等多个发射平台探测单元组网，可实现超视距制导，扩大跟踪、制导距离，大大提高了作战效率并扩大导弹的攻击区域。

2)抗干扰强，反隐身性能好

抗干扰及反隐身是多弹协同系统的一个优势，单一频段或模式的制导体制受各自性能弱点的局限，已不能满足现代战场作战的需要，由多种模式的导引头参与多弹制导，既能充分发挥各单一制导模式的优点，又可以相互弥补不足，形成制导系统性能的综合优势，不但其制导精度，其抗干扰性能、反隐身性能和对群目标的识别跟踪能力等也明显优于单一模式的制导系统。

3)战术运用灵活，任务配置多样

多弹协同系统的突出特点是战术运用灵活，任务配置多样。依据不同的作战任务以及具体的战场环境选择最佳的方案并搭载不同的作战功能载荷，执行侦察、探测、制导、通信中继、电子对抗、火力攻击和战毁评估等多种作战任务，实现多枚导弹之间的联合和协同，获得最大的作战效能。

4)低成本，费效比高

多弹协同系统可以采用卫星导航、微机械导航、激光制导等低成本导航与制导设备，根据平台探测系统的信息、自身传感器的感知信息以及通过数据链与其他导弹武器之间进行的信息的互联互通，利用多源数据融合算法达到导航、制导的精度，实现协同制导、巡逻攻击等作战任务。不仅能够达成预期毁伤效果，还可以避免高价值精确制导导弹过多的消耗，降低成本，获取最佳作战效益。

5)多功能、多用途拓展便捷

多弹协同系统为导弹改进、改型和趋向多功能、多用途系统创造前提条件：①选用不同的模块就可以组成一个完整的导弹系统，通用性和任务适应性强；②便于新技术的应用，只要设计和更换个别模块即可提高导弹性能，缩短研制周期，节省研制费用，提高导弹的使用寿命。

国内针对多弹协同系统进行的大量研究多偏重于研究单项具体技术，而较少从总体角度对导弹协同作战体系架构和关键支撑技术进行系统阐述。本文首先对面向多目标作战应用的多弹协同体系架构进行描述，然后就协同作战过程中亟待解决的关键问题进行了分析，可为相关研究人员提供一定的参考。

3 多弹协同体系架构及作战过程

3.1 多弹协同作战体系架构设计

本文根据多目标空袭作战需求，提出一种应用于防空武器的多弹协同作战体系，面向多目标作战的多弹协同作战体系结构如图1所示，主要包括集群目标、目标探测平台、指挥控制平台、多弹系统以及数据通信系统几大部分组成。

图1 多弹协同体系架构组成示意图

集群目标即作战对象为群目标，如：编队战机、无人机群和巡航导弹等。

探测平台主要用于天基、空基和地基探测装备相结合的探测方式，探测获取多目标相对探测平台的运动信息；导航装置获取探测平台运动信息；信息处理单元对输入信息进行滤波与融合处理，计算获得探测平台、目标的运动信息；接收/发送单元接收作战体系管理指令，发送目标运动信息。

指挥控制平台主要用于实现导弹武器系统对各类战场感知手段的信息的有效接口，接收目标探测平台、导引头发送的目标信息，实现目标信息融合，战场态势信息的实时发布与更新控制、任务规划和更新、航迹规划等作战信息综合管控功能。

多弹系统是指可从多平台发射、导弹集群协同的形式对多目标进行攻击，其中集群设定一枚领弹，多枚从弹，采用红外、射频及多模等多种模式制导方式使导弹由中制导转入末制导，实现多目标识别与跟踪、在线威胁判断与目标重分配、目标重选择等一系列智能化攻击策略；导航装置获取导弹运动信息；指令处理对目标探测平台及导引头输入信息进行处理，计算初、中及末制导指令，对导弹制导过程的切换进行管理；飞行控制按指令处理信息控制导弹机动飞行，完成制导过程；接收/发送，接收目标探测平台发送的目标信息，发送导弹运动信息。

数据通信系统是链接集群导弹精确打击多目标体系中各要素的纽带，其物理载体即为数据链，数据链是以无线传输为主，按照统一的信息标准和通信协议，链接传感器平台、指挥控制平台和集群导弹，实时处理和分发战场态势、指挥引导、战术协同、武器控制等格式化信息的系统，其本质是一种高效传输、实时分发格式化消息的信息链路。

3.2 多弹协同作战过程分析

多弹协同作战系统是将各类协同作战平台上的传感器、武器、指挥控制设备及火力控制设备等跨平台装备灵活组合、构成一体的广域作战系统。该系统是实现网络中心战的基础，它将分布于各平台上的装备组合成为一个有机的整体，实现跨平台设备或装备间的协同作战能力，有效提高诸兵力、作战单元及武器装备的整体作战能力。在面向多目标的多导弹协同作战过程中，主要包括以下几个阶段：

1)多弹集结段

探测平台对空中多个目标同时进行跟踪、识别、火控计算，通过指挥控制平台任务规划系统开展目标信息融合、目标威胁分析及航迹规划等，完成各枚导弹的发射平台、发射时序、时间间隔及航路，编队集结区域和集结时间等任务规划，然后通过远距数据链通知各发射平台按照规划好的发射时序发射导弹，导弹发射后按照规划的航路在指定时刻飞至集结区域，初步形成编队队形，然后通过弹间数据链完成信息交换和相对导航解算，启动编队保持控制策略进一步精调编队队形。

2)多弹飞控段

导弹发射后集结成弹群编队，按照某种决策准则，将不同位置、不同价值的目标分配给不同的导弹，避免重复攻击和遗漏，并通过远距数据链把正在攻击的各个目标的运动状态信息传输给相配对导弹。通过对编队的保持与控制以提高弹群的导航精度、实现多发导弹同时到达目标区域。在此过程中要根据作战任务需求保持弹群编队队形或进行队形变换，甚至加入新的弹群成员或分解变换成几个小弹群。

3)多弹攻击段

弹群编队到达多目标区域后，多弹实现目标截获，在这段飞行期间需要进行协同搜索目标，协同攻击等作战任务，最后弹群成员接收指挥控制中心或领弹的火力分配指令，按照寻的制导指令对群目标实施协同攻击。

4 多弹协同关键问题研究

4.1 多弹协同作战体系总体优化与集成技术

为了实现多弹协同探测及控制，首先需要针对导弹武器系统的总体技术进行研究。根据多目标作战任务特点和战场环境态势，开展多弹协同作战体系、作战流程、指挥控制、作战节点、作战信息交换、系统接口和活动模型等方面研究并进行相关建模工作[7]。图2给出多弹协同作战体系总体方案框图。

图2 多弹协同作战体系总体方案框图

首先，探测平台具备对多目标的广域搜索发现、探测识别、连续跟踪定位能力，可采取天基、空基和地基探测装备相结合的探测方式，具体包括侦察卫星、预警机和地基超视距雷达等。然后将探测的所有信息构成一个信息融合中心，在指挥控制中心的调控和管理下，探测平台与导弹间互相通信、信息共享。依据作战需求确认网络中各导弹的不同作用及角色，研究多弹异构方式，领弹、从弹组合模式，多弹采用红外、射频和多模复合等不同体制的导引头进行协同制导攻击。其次，领弹采取长航时高精度惯性/卫星多源组合导航技术，从弹则采用简易惯性导航与领弹修正信息的组合导航技术，实现保证导航性能和制导精度下的低成本导航。采用双向数据链技术完成探测平台及指挥控制平台、领弹、从弹信息互通，构成“探测平台-指挥控制平台-领弹-从弹-目标”诸多单元的多弹协同制导回路。

需要指出的是，面向多目标作战的多弹协同作战体系的总体技术尚处于概念阶段，存在较多的基础科学问题待研究：a)多平台/多弹传感器协同探测技术；b)多平台/多弹传感器间时间、空间、频率同步技术；c)多平台/多弹多源信息融合技术；d)多目标作战场景下提高多弹精确打击和攻防对抗能力的问题等。解决了上述问题，才能更好地发展出适于复杂战场环境、面向多目标的多弹协同系统的理论与应用，推动该领域的技术进步。

4.2 多弹协同作战策略

空战态势评估、目标威胁评估和排序、目标和火力分配一起构成了多弹协同作战策略的核心内容[8]。其中，空战态势评估和威胁评估是目标分配的基础：1)建立空战态势模型；2)建立一种目标分配原则，以综合威胁模型为基础设计排序方法，选择每枚导弹适合攻击的目标，完成目标的分配；3)依据目标威胁信息、干扰情况以及作战环境态势等，采用不同协同策略模式。主要需要解决以下技术问题：a)多目标作战任务规划技术；b)多弹协同攻击问题建模技术；c)多弹协同攻击最优决策问题等。图3给出多弹协同作战策略示意图。

目前主要有2种多弹协同策略模式：1)主从协同模式。其主要思想是领弹完成导引和攻击任务，接收从弹传送的目标信息，领弹经综合处理形成控制信息，引导从弹完成攻击任务，从弹除依靠自身导引头探测目标之外，还接收领弹传送的综合控制信息；2)同时协同模式，其作战思路是多枚导弹除依靠自身导引头探测目标之外，还分别接收弹群中其它导弹传送的目标信息，经各自综合处理后形成控制信息，控制导弹飞向目标。

图3 多弹协同作战策略示意图

4.3 多弹协同数据通信技术

由多枚导弹在空中动态组网，形成多弹协同攻击网络化作战系统的关键技术之一是多弹协同数据通信技术。其通过数据链系统实现多弹协同数据通信[9]。多弹协同数据链系统是利用无线信道将分布在广阔地域上的目标探测平台、指挥控制平台和导弹集群链接起来的信息处理、交换和分发系统，具体包括远程数据链与弹间数据链2种。其中，远程数据链包括与信息源、指挥系统信息和武器平台的联接。弹间数据链用于传输领弹与从弹之间的指令与信息，以实现导弹集群攻击等体系作战能力。图4给出多弹协同数据链组成框图。

图4 多弹协同数据链组成框图

另外，多弹协同系统需要处理的信息包括目标、环境和状态信息等，既来源于导弹自身的传感器，也来源于其它天、空和地基探测传感器，是一种空间与地面立体的动态信息，因此需要确保由不同传感器获取的信息组合充分而不冗余。但信息传输量与通信带宽之间、信息处理准确性与实时性要求之间存在着矛盾，如何平衡这种矛盾将是影响整个系统作战效能的关键一环。主要需要解决以下技术问题：a)分布式多层次多弹协同信息传输网络技术；b)数据链动态自组网技术；c)多弹协同信息低时延传输技术；d)多弹协同信息时空统一性问题等。

4.4 多弹编队飞行控制技术

导弹编队飞行控制是指在战场环境约束下，多枚导弹组成的编队向目标飞行过程时，相互之间保持一定几何形态的控制技术[10-11]。图5给出了多弹协同航路规划系统结构框图。

图5 多弹协同航路规划系统结构框图

首先，在获取目标、威胁、地理环境信息以及导弹性能参数的基础上，设计出评价函数，并且利用路径规划算法进行飞行路径规划，在飞行的初段和中段，多枚导弹按照一定的几何队形进行编队协同飞行。

然后，从时间和空间2个方面对参考航路进行评价。其中，带有攻击时间和攻击角度约束的制导律是迄今研究最为广泛的一种多约束条件下的制导律[12-16]。从时间协同角度:协同条件如同时到达目标、或以一定时间间隔到达目标等；从空间协同角度:协同条件如不能碰撞、不超过最大通信距离或最佳协同距离范围等。对不满足协同规划要求的航路进行修改，如此反复直至得到满足协同条件的每枚攻击弹的飞行航路。

再将生成的协同航迹通过数据链分别装订到各个导弹中，通过网络指控中心控制导弹按预定的航路飞行，并且根据探测平台传来的战场信息的实时变化调整协同航迹。

最后，在飞行的末段，多枚导弹达到目标截获距离后寻的制导飞行。

为了解决上述多弹协同编队飞行控制的设计问题，需要重点解决的问题将包括：a)带有时间/空间约束的多弹协同控制律研究；b)带有输入约束和输出约束的多弹协同控制律设计；c)航迹动态优化处理技术；d)通信延时情形下多弹协同控制系统的鲁棒控制器设计等。

4.5 多弹协同制导性能验证与评估技术

多目标作战中，多弹协同制导系统复杂，影响因素较多，为满足多弹协同制导技术研究，需开展数学仿真、半实物仿真技术和外场试验验证与评估技术研究。主要需要解决的技术问题有：a)多弹协同作战中面临的复杂战场环境等效建模技术；b)半实物仿真系统中的自然/电磁/目标环境模拟与同步技术；c)半实物仿真系统中的多目标/多弹运动模拟与同步技术等。

采用数学仿真方法实现大量的、可人工控制的、可重复实现的仿真运算，是多弹协同制导性能评价的重要手段之一。需建立典型目标/环境特性数据库和模型算法库、集群导弹性能数据库、探测平台数据库、指挥控制平台数据库和仿真控制数据库等，利用计算机仿真技术构造多弹协同制导模型并进行交互作用仿真。图6给出了多弹协同制导系统数学仿真结构框图。

多弹协同制导半实物仿真技术是多弹协同制导技术应用验证评估的有效方式之一，结合红外、射频和多模复合制导等不同体制的半实物仿真系统，采用多类系统并行通讯联网构建适应多弹协同制导控制系统试验验证系统，模拟集群导弹面临的复杂电磁环境和多样化作战模式，并按照防空武器系统的典型作战过程，对集群导弹从发射到命中的全过程进行较为全面的仿真。

另外，可以通过多弹协同挂飞试验进一步检验多弹协同制导技术的合理性与正确性，通过空中挂飞试验检查多弹制导系统对群目标的搜索、交班、截获和跟踪等性能，以及导弹-网络指控中心、导弹-导弹之间信息和数据的实时传递和处理技术，验证多弹多模式工作切换算法、多弹协同策略算法及多弹编队飞行控制算法等。

图6 多弹协同制导系统数学仿真结构框图

5 结束语

网络化导弹防空体系是目前防空导弹作战体系的发展趋势，是信息技术积极推进军事应用的成果。随着攻防、隐身、电磁和光电干扰技术的不断发展，未来面向多目标作战应用的多弹协同作战体系也在不断完善和进步，必将呈现出更多优点和良好前景。开展多弹协同防空作战的体系结构设计、总体集成技术、协同策略、协同探测、导引控制、数据通信及试验验证等关键问题研究，具有重大工程应用意义，为提高面向多目标作战环境中的防空导弹武器的精确打击能力和作战效能提供了一种有效作战途径，为推进导弹武器装备升级换代，促进防空导弹技术的发展奠定了技术基础。

参 考 文 献

[1] 范洪达,孙永芹,从海鹏等.多机协同多目标攻击空空作战系统研究[J].火力与指挥控制,2009(3):84-87. (Fan Hongda, Sun Yongqin, Cong Haipeng, et al. Study on Multi-fighter Cooperation and Multi-target Attack System in Air-to-Air Combat [J]. Fire ControlL & Command Control, 2009(3):84-87.)

[2] 谢希权,易华.空对空多枚导弹同时制导概念研究[J].电光与控制,2001(3):26-29. (Xie Xiquan， Yi Hua. Research on Missile Guidance in Multi-target Attacking System [J]. Electronics Optics & Control, 2001(3):26-29.)

[3] 肖增博,雷虎民.防区外多导弹协同突防复合制导研究[J].现代防御技术,2011(1):63-67. (Xiao Zengbo, Lei Humin. Composite Guidance of Multiple Stand-off Missiles Cooperative Penetration [J]. Modern Defence Technology, 2011(1):63-67.)

[4] 张尧,阎岩,顾鑫等.网火导弹武器系统发展综述[J].飞航导弹,2016(2): 39-42.

[5] 肖志滨,何冉,赵超.导弹编队协同作战的概念及其关键技术[J].航天电子对抗,2013(1):1-3. (Xiao Zhibin, He Ran, Zhao Chao. Cooperative Combat of Missile Formation: Concepts and Key Technologies [J]. Aerospace Electronic Warfare, 2013(1):1-3.)

[6] 胡正东,林涛,张士峰等.导弹集群协同作战系统概念研究[J]. 飞航导弹,2007(10):13-18 .

[7] 王君,张蓬蓬,梁文波等.多弹协同攻击网络化作战系统体系结构研究[J].航空兵器,2011(6):10-14. (Wang Jun, Zhang Pengpeng, Liang Wenbo, et al. Research on System Structure about Multiple Missiles Cooperative Attacking Net Combat System [J]. Aero Weaponry,2011(6):10-14.)

[8] 马培蓓,纪军,范作娥. 考虑战场环境约束的多导弹协同任务规划[J].电光与控制,2010(8):5-10. (Ma Peibei, Ji Jun, Fan Zuo′e. Cooperative Mission Planning of Multi-Missile with Battlefield Environment Constraint [J]. Electronics Optics & Control, 2010(8):5-10.)

[9] 王小刚,郭继峰,崔乃刚. 基于数据链的智能导弹协同定位方法[J].中国惯性技术学报,2009(3):319-323. (Wang Xiaogang, Guo Jifeng, Cui Naigang. Cooperative Localization Approach to Intelligent Missile Based on Data Link [J]. Journal of Chinese Inertial Technology, 2009(3):319-323.)

[10] 王晓芳,郑艺裕,林海等.多导弹协同作战制导律研究[J].弹道学报,2014:61-66. (Wang Xiaofang, Zheng Yiyu, Lin Hai. Research on Guidance Law for Cooperative Attack of Multiple Missiles [J]. Journal of Ballistics, 2014:61-66.)

[11] 张齐.多弹编队飞行控制技术研究[J].导航定位与授时,2014(2):31-34. (Zhang Qi. Research on Flight Control Technology for Missiles Formation [J]. Navigation Positioning & Timing.2014(2):31-34.)

[12] Jeon I S, Lee J I, Tahk M J. Impact-time-control Guidance Law for Anti-ship Missiles [J]. IEEE Transaction on Control Systems Technology, 2006:14(2):260-266.

[13] Jeon I S, Lee J I, Tahk M J. Guidance Law to Control Impact Time and Angle [J]. IEEE Transaction on Aerospace and Electronic Systems, 2007:43(1):301-310.

[14] Jeon I S, Lee J I, Tahk M J. Homing Guidance Law for Cooperative Attack of Multiple Missile [J]. Journal of Guidance,Control,and Dynamics, 2010:33(1):275-280.

[15] Harl N, Balakrishnan S N. Impact Time and Angle with Sliding Mode Control [J]. IEEE Transaction on Control Systems Technology, 2012: 20(6):1436-1449.

[16] Zhao S Y, Zhou R, Wei C. Design and Feasibility Analysis of a Closed-form Guidance Law with Both Impact Angle and Time Constraints [J]. Journal of Astronautics, 2009: 30(3):1064-1085.