反舰导弹任务规划技术研究*

杨华东,马溢清,王书满

(1 海军工程大学,武汉430033;2 海军研究院,北京100161)

0 引言

“装备要体系化,体系要智能化,任务规划是大脑,是体系智能化的表现”[1],这个大脑的任务就是要对涉及作战方案的各要素各参数进行精确计算,确保精确制导武器精确使用。

早期,对海导弹射程近,射击扇面小,实现饱和攻击主要依赖兵力的组织,强调发射平台的占位与机动,以弥补火力机动能力的不足。随着反舰导弹性能的大幅度提高,360°全方位垂直发射、航程大、弹道形式多样、机动灵活和信息化逐步成为现代导弹武器特点,在反舰作战中,导弹本身的火力机动逐步替代发射平台机动,火力密度得到进一步提升,精确化、协同化反舰作战成为现实[2]。作战指挥决策的重点亦由考虑发射平台运用为核心向以考虑火力运用为核心转变。信息化条件下的导弹反舰作战是兵力行动和导弹运用协同匹配、作战平台与火力配系联动贯通的作战。

1 反舰导弹任务规划基本概念

任务规划,是我军对美军Mission Planning的翻译。“计划”和“规划”在英文中并无区别,均是Planning。任务规划中的“规划”一词,可追溯和借鉴《运筹学》中的“规划”,即研究约束条件下实现目标函数最优解的理论和方法。“规划”比“计划”更强调依据约束条件,采用科学的计算方法,依赖计算机辅助决策系统,筹划出可行的途径,更具客观性,突出强调筹划方法的科学性[3]。

西方发达国家十分关注任务规划系统的研究和建设[4-7]。美军投入了大量人力、物力进行理论分析和仿真研究,在各军兵种,各指挥层面都先后发展了多种类型的任务规划系统,并在海湾战争、伊拉克战争、南联盟战争、阿富汗战争和叙利亚战争中广泛使用。国内,严江江[8]、胡海[9-10]等学者在反舰导弹任务规划系统需求、体系结构、信息流程等方面开展了卓有成效的研究,但在反舰导弹任务规划系统的技术设计方面,尚待进一步研究[11-12]。

目前,作战任务规划涵盖了作战筹划、作战计划、作战辅助决策和任务规划等概念。一般地,在战略战役层面,称为作战规划,在战术以下层面,多称为任务规划,统称作战任务规划。任务规划是针对作战任务,综合分析作战资源、作战能力、作战环境和敌方对抗措施,对打击目标、毁伤要求、使用部队、作战地域、武器装备、打击时机、协同保障、行动路线、飞行航迹等作战要素及作战活动进行筹划设计的过程。

如图1所示,任务规划系统是集情报信息处理、资源统筹、交战规则优化、方案拟制、火力规划、毁伤评估等功能于一体的计算机辅助决策系统,是作战指挥系统的核心部分,其目标就是通过系统运筹、合理规划,使得多批次、多种类的作战行动协调配合,获得整体最佳作战效能。

归纳起来,导弹任务规划包括战役战术上的作战行动任务规划和战斗使用上的导弹飞行任务规划两个层面的内容。作战行动任务规划含兵力行动、火力行动(目标排序、火力分配、导弹/目标配对、目标重新瞄准)、防空区规避、电子战协同、通信协同、战场观测等规划。导弹飞行任务规划含飞行航路、制导飞行、重新规划、巡逻待机、二次攻击、人在回路等规划等,如图2所示。

典型的导弹任务规划系统主要有美国战斧巡航导弹战区任务规划中心(TMPC)/海上规划系统(APS),俄罗斯克拉布巡航导弹任务规划系统等。实战证明,战斧巡航导弹战区任务规划中心(TMPC)/海上规划系统(APS)作为战斧巡航导弹武器系统的四大主要组成之一,在战斧导弹作战运用中发挥着极其重要的作用。

2 影响反舰导弹作战主要因素

反舰导弹作战主要解决三个核心问题:一是投送,即用什么投送,如何投送;二是生存,即如何安全飞抵目的地;三是毁伤,即如何达成摧毁目的。需要考虑的主要因素有反舰导弹装备与作战运用,包括反舰导弹本身的性能,兵力的战术机动,反舰导弹的攻击样式、火力通道组织、攻击时间间隔、攻击阵位选择、末端攻击方向,指挥决策意图,目标信息观察预警范围及精度等;亦有作战对象的因素,包括作战对象的防空作战体系、水面舰艇编队编成、作战行动等因素;亦还有战场环境的因素,包括复杂电磁环境、地理环境等。

1)作战对象

反舰导弹打击的对象主要是舰艇及舰艇编队。编队包含了各舰艇的个性特征,但更突出的是编队中各目标呈现的共性特征。分析编队目标特征的关键就在于理清编队的共性特征,只有找出编队变化规律,才能为导弹的作战(特别是目标选择)提供有效的决策依据。采用何种打击策略,首先需要研究打击对象的目标特性、编队编成特征与其对空防御能力,不同的作战对象,这三个方面区别较大。通常,任何舰船目标在海上航行时均有其固有的声光电磁特征,采用不同的测量方法,会表现出不同的效应,这就是通俗理解的目标特性概念。通过测量舰船目标特性,对其实现定位、识别、跟踪和打击。所以获取的舰船目标特性越丰富,对目标的位置和运动参数测量越精确,定位识别越准,跟踪精度越高,打击效果越好。测量设备在测量原理、系统设计上都存在局限性,通常给出目标的舰艇位置运动信息也存在误差。尤其是目标运动参数测量难度大,误差通常也较大。对于反舰导弹来说,目标运动是影响导弹搜捕的最大误差来源之一。

2)战区环境

可靠准确的信息保障是导弹攻击的前提。目标区环境对导弹反舰作战影响最大的因素是导引头(雷达/光学/红外)对目标的搜捕和跟踪。战区环境,如岛屿、山地、禁飞区、对方防空火力布置及范围等,对导弹反舰作战的航路规划、攻击方向选择、突防高度设置等影响很大。根据信息的重要程度,将战区信息保障分为三类:一类保障要素为导弹飞行和攻击目标必须的保障要素;二类保障要素为影响导弹飞行和攻击的保障要素;三类保障要素为一类、二类以外的保障要素。

3)目标信息支持能力

反舰作战目标保障信息主要包括目标的实时位置、速度、运动方向及其误差以及目标的尺寸、红外、微波等特征信息等,主要依托海洋目标卫星监视系统、各类侦察卫星等天基侦察平台,预警机、无人机等空基侦察平台,以及天波/地波超视距雷达、微波被动探测系统等地基侦察手段综合获得,用于支持导弹打击海上舰船等各类目标。对于反舰导弹作战而言,目标的实时位置是最基本的要素。但随着技术的发展和战场环境的变化,反舰作战对导弹性能要求越来越高,不仅要求导弹打得远(射程远)、还要求导弹打得准(抗干扰、目标选择)。实际战场环境中,环境复杂,特别是编队目标,需要导弹进行目标选择,仅仅有目标位置是远远不够的。还需要目标RCS、距离、方位、尺寸、径向速度、航速航向、辐射源信息等多维特征信息,特征利用更多,使用更灵活,选择能力和适应性越好,但在复杂态势下对指挥员决策要求也很高。

4)指挥决策意图

指挥决策意图的实现主要有3种途径。一是按打击(毁伤)效果决策,即以实现打击效果为最优解,分析兵力火力规模、行动协同、导弹攻击方案任务规划;二是按时间协同决策,即以发射时间、临空时间、着靶时间同时到达,或者密集火力间隔时间为最优解,分析兵力火力规模、行动协同、导弹攻击方案;三是按空间协同决策,即以飞行走廊、主攻/佯攻方向等攻击方向为最优解,分析兵力火力规模、行动协同、导弹攻击方案。

5)导弹性能

技术决定战术,导弹性能是进行反舰导弹作战任务规划的技术基础。制定反舰导弹作战方案,指挥员最关心的导弹性能主要包括打击范围、飞行速度、抗干扰能力、弹群协同能力、弹载电子干扰能力、突防能力、毁伤能力及航路规划能力等。指挥员以导弹的基本性能为依据、以任务规划系统为工具,制定导弹攻击方案,计算协同兵力机动参数、发射平台机动参数、导弹攻击航路、耗弹量、攻击效果预估参数、发射控制时序等各种战术辅助决策参数。

6)航路规划能力

反舰导弹航路规划能力直接关系到对海突击火力运用和兵力行动部署,是指挥员进行反舰导弹任务规划需要重点关注的参数。航路规划主要是对导弹自控飞行段的航路进行计算,通过航路点设定来改变导弹飞行轨迹和调整导弹攻击方向、规避障碍物或禁飞区,实现突防方向和临空时间的协同,达到多方向饱和攻击的突防效果。反舰导弹航路规划通常以电子地理信息系统为依托,根据作战海域地理信息、敌我态势、战术指挥信息、攻击目标指示等条件,经数学计算和优化筛选,生成由发射点、N个航路点及目标点连线构成,且满足导弹制导控制约束和指挥员战术意图的航路,提交给指挥员决策。

7)兵力火力编配

兵力火力编配包括二个方面。一是导弹火力机动与平台占位,有航路规划能力的导弹,在使用上对发射平台的机动占位要求较弱,其主要通过导弹航路规划能力实现导弹火力机动替代平台机动占位,导弹有了航路规划能力,极大地降低了发射平台的占位机动要求。但这绝不意味着平台的排兵布阵和机动占位不重要,因为导弹的射程毕竟有限,打击拥有大防御纵深的目标,则必须要合理配置平台兵力,确定兵力机动方案;二是保障兵力协同约束,导弹反舰作战需要的保障兵力主要有目标信息情报保障兵力、战斗机制空掩护兵力、电子战兵力等。不同的战役战术行动、不同的导弹攻击模式和战斗阶段,对掩护保障兵力需求差异较大。如在反舰导弹末端攻击阶段,若需要跃起伏冲攻击目标舰艇水线,导弹爬升后则易暴露于敌防空杀伤区域内,为了提高导弹的突防概率,在进行火力打击的同时,应出动电子战兵力进行电子战压制。

3 任务规划内容及流程

反舰导弹以水面舰艇及舰艇编队为作战对象,具有活动区域广、活动区域环境复杂、移动速度相对较慢、目标探测与识别困难等典型特点。针对这些特点,反舰导弹攻击水面舰艇的战斗过程一般包括:受领作战任务的机动接敌、导弹作战准备、导弹攻击方案制定、抵达攻击阵位实施导弹攻击、转火攻击或战斗撤收等关键阶段。导弹任务规划主体工作主要集中在导弹发射前,但其全部工作则是贯穿反舰导弹上述作战过程的各个阶段。对应导弹作战保障、作战筹划、指挥决策、武器控制、导弹攻击和毁伤效果评估等作战环节,任务规划主要包含数据整编、作战行动规划、导弹飞行规划、作战能力预估、航路规划、人在回路操控和目标毁伤评估等流程。

1)数据整编

数据整编是为任务规划做数据准备,主要包括3个方面内容:一是获取导弹作战区域地理信息,装配电子地图;二是获取目标信息和情报信息,制作敌情、我情和第三方情报的目标区数据;三是统一时空基准,在同一个数字地球上整合地理、目标、人文环境、预警区、防空区等异源数据,构建战场环境仿真模型及敌方威胁武器性能数据。数据整编是任务规划程序的初始化工作,是一项基础性工作,但至关重要。

2)作战行动规划

分析作战意图,根据威胁程度进行目标排序,结合作战保障条件,开展兵力筹划、火力分配、导弹/目标配对、防空区规避、电子战协同、通信协同筹划,编制作战基本方案和战场观测方案。

3)导弹飞行规划

根据导弹的飞行性能,中、末精确制导,以及波次攻击、密集攻击或饱和攻击需要,开展导弹飞行航路规划、制导区预规划,以及巡逻待机、二次攻击和人在回路控制等规划,形成各枚导弹完整的攻击任务参数,初步形成作战方案。

4)作战能力预估

对形成的作战方案和攻击计划开展仿真推演,进行战斗能力计算与评估,包括突防概率,毁伤概率,兵力、火力协同配合效率以及任务满足度,预估作战能力,给出对特定打击目标达到期望打击效果的最优攻击决策方案,给出完成作战任务的把握程度以及计划可执行性,进而确定参加行动的兵力类型和数量,各参战兵力的火力编配,导弹攻击方案,制定各项任务计划和任务数据。

5)飞行中在线规划

对“人在回路”模式的反舰导弹,通过通信数传系统向终端操控手回传导弹导引头探测图像,由终端操控手进行在线引导或指定攻击目标。

6)目标毁伤评估

目标毁伤评估主要是获取目标侦察图像信息、情报信息、导弹回传末制导信息等,开展目标数据整编,修改战场环境模型,对打击后的目标进行毁伤效果综合评估,提出二次军事打击行动建议。

如图3所示,反舰导弹任务规划的上述六个环节是有机结合、相辅相成。根据目标情况、兵力展开态势和战场环境瞬息变化,通过任务规划建立起一个从战术侦察平台到发射平台到精确制导武器的闭环控制系统,即闭环模式下的任务规划:围绕打击目的,针对不同发射平台、同一个发射平台数枚导弹的战术要求,为每个目标合理地分配导弹,预先为导弹规划出满足各种性能指标的最优航路,导弹发射后,监控作战任务的执行,及时根据战场态势和其它情报信息,调整导弹/目标的配对和导弹间的协同,使作战效能最大化。

4 任务规划需要重点关注的问题

如前所述,反舰导弹任务规划强调的是运用计算机辅助决策系统进行科学筹划,并且要研究最困难条件、最低限度和最复杂情况下的作战任务规划,必须从全流程、全要素、全空域、全时域、全频域开展任务规划。任务规划需要考虑的约束很多,但以下问题必须重点关注:

1)作战信息保障

可靠准确的信息保障是导弹攻击的前提。首先是目标指示信息,将直接影响导弹对目标的搜索、捕获和跟踪,对导弹的攻击效果起到最关键的作用;其次是作战海域海上目标态势信息,包括目标的属性、活动区域等;再者是目标区气象环境信息,包括目标区降雨量、能见度和风速等信息,这些信息对导弹使用效果具有较大的影响;此外,卫星可用信息情报,包括导弹发射区域、制导区域对应卫星星座可用度、可用区域及可用时段,对导弹作战也有影响,应尽可能的提供保障。

由于打击目标的所处地理环境和设施比较复杂,导引头的作用距离和瞬时视场的能力有限,只有精确的目标指示和准确的地理和态势信息才能保证导弹攻击方案的正确制定、导弹末制导正确选择捕获目标。因此,目标指示应是实时的或准实时的。

2)作战仿真推演与评估

通过作战仿真推演与评估,预估规划方案作战能力,是任务规划在约束条件下寻找最优解的关键。数据和模型是仿真的基础和核心。尤其是,作战对象准确的情报信息、防御设施及武器装备性能数据与模型和目标数据是合理制定作战方案、准确评估作战能力的必要条件。此外,还应做好毁伤效果评估数据转化利用,通过侦察卫星、监视卫星、侦察飞机/无人机等探测打击目标的图像、位置、特征以及导弹回传信息,对打击效果进行人工和计算机辅助评估的同时,做好数据整编,验证战场环境仿真模型和作战仿真推演模型的准确度,逐步完善,提高预估精度和任务规划的科学性。

5 结束语

任务规划在实际运用中,不仅仅是架起指挥控制、武器控制和武器攻击之间的“桥梁”,而往往是将三者有机地结合在一起“粘合剂”,更是获得整体最佳作战效能的“倍增器”。从反舰导弹攻击作流程看,导弹任务规划是核心和难点,技术含量高、业务内容多、链条长、专业性强、平战结合,需要编制、人员、空间等资源的常态化保障,形成闭环的运行机制。作战任务规划是一项长期性、闭环性的工作,必须根据军事战略、安全环境、作战对象、使命任务、作战方式等的发展变化滚动研究,必须建立平战一体、上下联动的运行机制和评估机制,确保规划成果科学可信。