舰艇对空自防御系统效能评估分析∗

吴 亮

（91336部队 秦皇岛 066326）

1 引言

随着现代导弹技术的发展，反舰导弹的制导方式越来越复杂和智能，导弹末端突防的速度越来越快，突防概率大大提高。海军舰艇，尤其像航母这样的高价值平台，面临的导弹防御的形势越来越严峻，必须能够有效应对海上威胁以确保自身安全，在复杂的海战作战环境中，舰艇完成自防御的时间和空间受到极大的限制，因此，需要把不同层次、不同方位的武器装备融为一体，形成具有多层次的整体防御能力，构建舰艇对空自防御系统，以提升舰艇自动、快速反应、多目标交战能力以及软硬武器的综合防护能力。

2 舰艇对空自防御系统现状

舰艇自防御是舰艇最高优先级的作战任务之一，对空自防御系统的主要目标是实现从发现来袭目标到采取攻击整个过程的自动化，从而减少人工干预，缩短反应时间，同时，为了增加舰艇抗饱和攻击的能力，舰艇对空自防御系统还必须具有多目标的综合防空能力。主要将传感器系统、软硬武器系统进行集成，形成自动化的快速反应能力，可以显著减少目标探测、识别、跟踪及交战结果要求的时间。

舰艇自防御系统（Ship Self Defense System，SSDS）首先由美国海军提出，是美国海军首个基于开放架构计算机环境开发的系统，体现了一体化信息基础设施和军事综合电子信息系统建设的思想，到目前为止，经历的两代系统的发展历程［1～2］。

第一代舰艇自防御系统——快速反舰导弹集成防御系统，于20世纪90年代投入研制，具有将多个舰载传感器集成、信息共享的功能，提高舰艇对导弹防御的快速反应能力，初具舰艇自防御系统协同集成的设计思想，装备非“宙斯盾”系统的水面舰艇。

第二代舰艇自防御系统——SSDS系统，进入21世纪后开始研制开发，综合全自动传感器融合和武器控制系统，通过光纤局域网将现有传感器和武器部件结合在一起，从而协调传感器数据，对威胁目标进行综合识别和评估。然后按照确定的海军水面战原则执行预定的战术程序，但战斗人员仍可对武器发射功能保持全面控制。舰艇自防御系统综合使用硬杀伤武器和电子对抗设备以摧毁来袭目标，为舰艇提供分层的自动化防御能力。由于采用计算机自动控制，因此缩短了探测、识别、跟踪和压制反舰导弹的时间。

舰艇自防御系统主要针对航空母舰和两栖作战舰艇而设计［3］，主要任务是为不具备宙斯盾系统防空能力的大型水面舰艇提供全天候、全自动、快速反应的自防御作战能力。尤其对作战航母编队的航空母舰来说，舰艇自防御系统是航空母舰的最后一道屏障，关系着航母作战编队防御体系的完整和平衡。美军航母自防御系统能实现自动化的分层防御，从近程到远程分别使用舰炮、防空导弹和有源/无源电子干扰实现自动化的分层防御，有效提升航母的防御能力。

3 舰艇对空自防御系统组成和作战应用过程

舰艇自防御系统由探测、控制、交战三大功能组成，主要包括传感器单元、指控单元和武器单元。舰艇自防御系统组成图如图1所示。

图1 舰艇自防御系统组成图

舰艇自防御系统并非直接提高各传感器和武器系统的单独性能，而是将传感器进行有效组织和整合，形成复合传感，提高综合探测能力，利用融合算法有效融合探测数据，判断目标威胁程度后由人工选择所打击的目标和所使用的武器。在这一过程中，舰艇对空自防御系统可以为决策人员提供“作战建议”，从而提高决策效率，减少人工反应时间，自动完成武器跟踪、调整到发射的整个过程，并且协调运用综合打击手段，提高现有武器的打击效率。

舰艇对空自防御系统作战应用过程如下［4～5］：

1）发现、跟踪目标。负责中、低空搜索的雷达或红外设备进行搜索，发现目标，建立目标航迹后立即对目标进行跟踪。

2）目标融合、威胁判断。指控系统收到传感器发送的目标航迹信息后，命令敌我识别器进行敌我识别询问，敌我识别设备对目标进行敌我识别询问后将询问结果反馈给指控系统，指控系统对雷达目标航迹进行关联、融合，并进行威胁判断、排序。

3）目标指示。指控系统根据一定的战术准则自动向舰空导弹或副炮等自防御装备发送目标指示。

4）武器交战。防空武器收到目指后，进行目标信息处理、射击通道组织、参数设定、导弹发射、制导飞行、引信启爆杀伤目标、火力转移或停火等操作。

4 舰艇对空自防御系统效能评估研究方法

舰艇对空自防御的效能评估并非舰载单装备效能评估，可认为是与自防御相关的舰载装备体系的评估，属于体系效能评估范畴，目前体系效能评估的方法主要有四大类：解析法、统计实验法、专家法和仿真法［6～7］。

统计实验法的特点是应用数理统计方法，依据实战、演习、试验获得的大量统计资料进行效能评估。该方法不但能给出效能的评估值，还能显示武器系统性能、作战规则等因素对作战效能的影响，从而为改进武器系统性能和使用规则提供定量分析基础。

仿真法是用计算机模拟的方法进行作战仿真，通过在给定数值条件下运行仿真模型来进行作战仿真试验，由仿真得到的关于作战进程和结果的数据，可以直接或间接地给出效能指标评估值。该方法能够逼真对装备效能的影响，在近似实战的情况下获取装备效能评估的基本数据，是目前除实装作战、研练外获取装备效能评估基本数据的最有效途径，也是目前最可信的效能评估方法；其缺点是需要大量可靠的基础数据和原始资料，并且对建模的要求较高。

舰艇毁伤概率是舰艇作战系统效能评估的主要技术指标之一［8］。毁伤概率是指在作战环境中，一艘舰艇作为综合系统，通过探测、控制和交战，按一定的概率击毁特定反舰导弹的能力。毁伤概率效能评估是对舰艇综合防御效能的测量，整个评估过程会将舰艇自防御系统作为可针对来袭反舰导弹实施包括目标探测、武器控制和对敌交战等在内的一整套作战任务流。因此，评估不是针对某一舰艇自防御系统的某一特定要素进行的，而是对整个作战流程时间长度内所有参与防御任务的舰艇自防御“整体表现”进行评估。

传统的舰艇自防御系统试验与评估包括实验室试验、陆基试验、自防御试验舰试验、实船试验等多个阶段［9］，要动用实船和大量的武器弹药和靶标等，并需要开展多种武器、不同组合方式、各种边界条件的自防御武器射击试验，试验周期长、资源消耗大、消费比低，并且不能开展复杂战场环境下的自防御试验与评估。因此，需要综合利用数字仿真技术、半实物仿真技术和真实目标构建出联合试验环境，在统一的仿真框架内完成系统端到端测试计算和分析。

联合试验环境应集成在具有标准规范的统一的框架体系下，以实时同步的仿真系统为基础，系统之间的交互应该以通用物理环境为基础，能够反映出系统传输、雷达反射和辐射探测，自然环境信息和威胁目标信息在全系统中的表示需要严格一致，以保证毁伤概率效能评估的全系统的一致性。

5 舰艇对空自防御效能评估联合试验环境构建方法

联合试验环境的研究包括目标环境构建方法、数据采集与评估方法、试验监控与数据分析管理方法和试验综合保障系统的构建方法等，其中目标环境的构建方法最为关键。根据目标模拟的真实性，目标环境构建方法主要分为四种：全数字仿真目标构建方法、半实物仿真目标构建方法、真实目标构建方法和虚实结合的目标构建方法［10～11］。

1）全数字仿真目标构建方法。由数学仿真模型模拟产生目标位置信息和传感器探测信息，可用于系统的对接联调以及指控容量相关的考核，传感器不能进行目标探测，武器不能射击；

2）半实物仿真目标构建方法。由仿真统一产生目标态势，把相应的目标信息发送给电磁环境模拟系统，由电磁环境模拟系统产生统一态势下的电磁信号，传感器对目标进行探测，但武器不能射击。

3）真实目标构建方法。由真实目标模拟敌方飞机或导弹，可完成整个对抗过程，但对复杂试验态势的构设困难，难以检查边界条件。

4）虚实结合的目标构建方法。主要是利用计算机仿真技术，结合导弹武器系统所打击目标的特性，构建贴近真实作战使用条件下的虚拟目标，并将虚拟目标和真实目标同时作用于舰载雷达，形成目标指示信息。导弹武器系统融合各类目标指示信息后，在虚实结合试验环境下完成对空防御的作战流程［12］。

在该联合试验环境下，本舰雷达、武器控制系统、指控设备、真实靶标等以实装形式参与，其他系统（或设备）以模拟器、数字仿真系统或硬件在回路系统的形式参与。构建的联合试验环境组成结构如图2所示。

图2 舰艇对空自防御效能评估联合试验环境组成结构图

联合试验环境中各节点中的资源采用发布/订购机制，通过仿真代理设备接入联合试验环境，以实现资源间的互联互通互操作。仿真管理与控制系统对联合试验环境中的资源进行统一管理和控制，并能够对全系统状态进行监控；测控系统负责实时采集真实靶标和本舰的TSPI信息，以及武器控制系统的控制指令、状态信息，并通过仿真代理设备发布到联合试验环境；仿真代理设备负责对实时发布/订购的试验数据进行推算、坐标转换和时间同步处理，以实现外场实装与内场仿真系统时间和空间理解的一致；综合试验态势显示系统能够订购系统中公布的全部属性和状态信息，并以可视化的形式体现。

6 结语

舰艇对空自防御系统作为舰艇必不可少的“护身符”，如何对其进行有效的试验和评估显得尤为重要。传统外场试验无法完成大型复杂系统集成软硬毁伤武器的实战试验与评估，通过充分利用建模与仿真技术，有效结合数字仿真资源、半实物仿真资源和真实资源的优势，搭建用于毁伤效能评估的高逼真度的仿真试验环境，对于系统整体毁伤效能的评估非常重要。