舰艇编队协同制导防空作战的关键技术∗

刘胜男 王道重 马兴华 唐建涛 郑伟广

（1.海军驻沈阳地区航空军事代表室 沈阳 110000）（2.91206部队 青岛 266108）

1 引言

现代海上空袭与反空袭的作战中，水面舰艇主要受到各种平台发射的反舰导弹的威胁，随着科学技术在军事领域的不断发展，反舰导弹具有多样化、超低空化、高速化、灵活化和隐身化等特点，而袭击方式又趋于超视距化、多方向饱和化和电子干扰化，再加上反舰导弹航路规划技术，使得舰空导弹的防御越来越被动。由于受到地球曲率的影响，单个水面舰艇的视距和制导范围是有限的，在面临超视距攻击（防区外打击）的情况下，不能探测到发射平台，不能预知敌来袭方向，只能处于被动挨打的局面。因此，构建超视距协同反导防御系统，既是未来海上防御作战的必然要求，也是舰艇编队防御由平台中心战向网络中心战转型的必由之路［1］。

2 国内外现状分析

2.1 美军协同制导概况

美国海军在冷战时期为了防御远程巡航导弹对其舰船的攻击，提高海岸和舰队对空防御能力，于20世纪70年代提出了协同交战能力（Cooperative Engagement Capability，CEC）概念［2］。CEC系统协调和整合整个作战系统中所有传感器的信息，将其合成一个单一、实时的综合航迹，并用于武器级防空作战的信息支持［3］。2007年，美国海军把CEC系统装备到全部航空母舰、“宙斯盾”巡洋舰/驱逐舰和两栖舰，以及E-2C预警机上［4］。美军经过几场战争的检验，CEC技术已经成熟，新型CEC系统已经大量列装于美军各种作战平台，形成一种无缝隙的防空反导系统。

2.2 国内协同制导现状

国内有关舰艇编队协同制导方面的研究起步较晚，在理论上进行了多年的研究和探索。目前，我国海军舰艇编队平台与平台之间，可以通过数据链初步共享探测信息、指挥和决策数据，还处于研究试验阶段，与美军协同制导体系相比，还有一定的差距。

3 实现协同制导的关键技术

CEC系统是美海军“网络中心战”的核心计划，其总体架设是数据链与融合处理器的配合。依据网络中心战的概念［5～6］，作战平台越多，传感器就越多，协同作战就越困难，但如果能够将舰艇编队内部、外部各单元组成一个作战网，平台与平台之间的作战资源和情报资源共享，把不同作战单元的探测信息集成一个共享的实时的作战态势图，就可以使各种兵力资源得到充分利用，扩大舰艇编队的视野，从而掌握海战的主动权。所以，多传感器组网技术是舰艇编队协同制导的前提。

3.1 传感器组网技术

3.1.1 传感器组网的概念及意义

传感器组网是指某一作战兵力群为完成特定的战术任务，根据现有传感器资源的特点合理地对不同传感器进行联网，从而形成一个统一的有机整体［7］。传感器组网其实就是架设数据链的过程，对于舰艇编队而言，就是利用计算机、通信和网络等技术，将舰艇编队内、外各平台的目标探测系统、武器系统、指挥控制系统等联成网络，实时且高度共享作战信息，每艘舰艇都可以实时掌握战场态势，扩大了单个平台的作战半径，提高了各作战兵种之间的协同能力，进而大大增强了舰艇编队的战斗力。

3.1.2 传感器组网的原则

在整个作战过程中，战场态势和兵力资源等方面是随着时间的推移而不断变化的，这就要求整个传感器网络也要随之变化，因此，提出如下建网原则：

1）传感器网络必须具有“即插即拔”的特征，以保证整个协同网不会受到网络单元数量的影响，即网络单元的增加或移除不会影响到整个协同网或其他网络单元的正常运行；

2）传感器网络必须具有“互操作”性，无缝融合所有无线数据，确保各传感器单元协调工作，不允许交换没有意义的数据，减少单元间的耦合，从而满足不同用户的需求，提高信息利用率和系统的可靠性；

3）传感器网络必须具有实时性和高效性，确保协同探测信息不会滞后于真实战场态势，以提高整个系统的精确度；

4）传感器网络可以采取多种或分层的数据获取方式，以保证信息传输安全。

3.1.3 传感器组网的系统结构

根据上述原则，建立传感器组网系统结构模型如图1所示。

根据传感器网络结构示意图可以看出，传感器组网系统主要由作战平台、传感器、网络连接、即插即拔的网络接口、信息融合数据库、战场态势等模块构成。其信息流程为

1）各作战平台传感器协同探测；

2）对探测的信息进行融合处理，评估战场态势；

3）根据评估结果，产生作战数据需求，形成任务指令；

4）将任务指令传送至各作战平台；

5）各作战平台的传感器把重新调整后探测到的信息再传送至信息融合数据库进行融合处理。

这样就可以充分利用各传感器资源，增强整个系统的可靠性和协同能力，形成一个闭合的回路，不断更新战场态势图。

图1 传感器网络结构

3.1.4 传感器组网的关键技术

多传感器组网之后，舰艇编队内异构平台协同探测，对目标进行复合跟踪与识别，平台与平台之间需要交换大量的实时的信息。海上通信不仅受到海杂波等大自然的干扰，还会受到敌方的电子和电磁干扰，所以必须采用先进的组网技术，其关键技术：1）异构传感器组网优化部署技术；2）信息栅格和航迹融合的组网技术；3）传感器资源管控技术；4）大容量、抗干扰的先进通信网络技术；5）“即插即拔”的智能接口技术；6）网络最优节点的分配与选取技术。

3.2 信息融合技术

3.2.1 信息融合技术的历史与现状

早在1973年，美国研究机构就开展了声呐信号理解系统的研究，信息融合技术便迅速发展了起来。进入21世纪以来，美国国防部、海军和空军进一步把信息融合技术作为GIG、CEC、C4ISR、C4KISR和弹道导弹防御中的关键技术，进行攻关研究［8］。目前美军最新的信息融合系统对信息源几乎没有限制，能够接收预警机、无人机、水面舰艇等各种平台传感器的信息，经过融合处理，形成对各兵种有用的信息，并以高速、高精度、高效率的方式发送给各作战平台。

国内信息融合技术的研究起步较晚，至今也出现了一大批理论成果和具有初步信息融合能力的系统，预计在不久的将来，会有更多可靠的信息融合系统列装部队。

3.2.2 信息融合的概念及意义

信息融合是指利用计算机技术对按时序获得的若干传感器的观测信息在一定准则下加以自动分析、优化综合以完成所需的决策和估计任务而进行的信息处理过程。信息融合主要包括检测、互联、关联（相关）、状态估计、目标识别、态势描述、威胁估计、传感器管理和数据库等。它是一个在多个级别上对传感器数据进行综合处理的过程，其核心是指对来自多个传感器的数据进行多级别、多方面、多层次的处理，从而产生新的有意义的信息，而这种信息是任何单一传感器所无法获得的［8］。

根据高速交战 CEC 系统的概念［9～10］，多传感器信息融合技术是超视距协同作战的基本特点。在舰艇编队中，存在多种探测器，由于各平台探测器的体制精度不同，对目标的探测能力就不相同。来自不同传感器的信息具有重复性和互补性等特点，通过数据融合的算法，不仅比单个传感器精度更高，而且可以得到更加完整的战场态势图。多传感器信息融合的利用，克服了单个传感器受到的视距限制，提高了整个系统的抗干扰能力，扩大了目标有效打击纵深。

3.2.3 信息融合的关键技术

1）时空同步技术。实现舰与舰之间的时间同步和相对定位，是舰艇编队协同制导的前提，时空同步的精度直接影响协同制导精度；

2）高速并行的推理机制和高效精准的信息融合算法。在舰艇编队信息融合系统中，单个传感器所提供的信息一般都是模糊、不精确、不完整的，甚至可能与其他传感器提供的信息相矛盾。而信息融合数据库又必须根据这些不确定的信息进行推理和计算，这就要求信息融合系统采用高效的推理机制和信息融合算法；

3）点迹融合技术。舰艇编队协同探测过程中，单传感器探测可能会受到视距限制、干扰等一些原因而无法精确判断目标，但如果把不同平台探测的信息进行融合处理，就能够得出精确的目标要素；

4）多属性的信息融合技术。信息融合是信息层、火力层、决策层等多层面、多属性的融合，其目的在于把各种平台的信息进行融合处理，形成对各兵种有用的信息，并以高速、高精度、高效率的方式发送给各作战单位。所以多属性的信息融合技术是重要的研究方向；

5）信息融合的效能评估技术。舰艇编队的信息融合系统是多个传感器或平台的集成，对于这样复杂的系统，通常借助于计算机仿真技术进行评估。国内外信息融合仿真验证平台在仿真支撑技术方面的特点和趋势包括：仿真实体模型多粒度建模，用于满足不同的仿真需求；算法模块组件化开发，支撑灵活替换；建立独立的评估分析支持库，对整个仿真过程的评估提供支撑［11］。

4 协同制导

编队舰空导弹协同制导防空作战是指在舰艇之间信息共享的基础上，利用多传感器探测、跟踪和协同制导等手段，充分发挥中远程舰空导弹的潜力，加大作战纵深，对空中来袭目标，尤其是低空反舰导弹实施打击，提高对目标的毁伤概率［12］。协同制导可大大增加舰艇编队的探测距离及制导距离，并且由于采用不同平台交接制导，可有效对抗反辐射导弹的攻击［13］。

4.1 协同制导的流程

舰艇编队协同制导（如图2所示）的具体流程为

1）舰艇编队协同探测，图中的发射平台由于视距受限，没有发现来袭目标。预警机率先发现目标，并将目标信息共享给整个编队；

2）经过数据融合、威胁评估和火力分配，舰艇A接收到发射指令，发射打击目标的舰空导弹，此时舰空导弹由舰艇A制导；

3）编队各平台共享我方舰空导弹速度、方向角和位置信息，根据我方当前制导数量和我方最大制导数量，再由编队协同探测、数据共享敌袭目标的速度、方向和位置等信息，最后计算出我方各接力平台的优先权值；

4）选出优先权值最大的接力平台，如果该平台符合制导条件，则选择该平台为下一个接力制导平台；

5）当前制导平台向已确定的接力平台发出交接请求；

6）接力平台收到交接请求，并根据发射平台提供的信息对舰空导弹进行截获；

7）接力平台获得舰空导弹制导权，并向发射平台发出交接完成的信息；

8）完成一次制导权交接，分析当前制导平台是否需要再次接力，是则执行步骤3），否则执行下一步；

9）对拦截效果进行实时监控，如果拦截成功则打击完毕，否则执行第2）步，或进入下一个拦截层。这样就完成一次协同制导过程。

图2 舰艇编队协同制导

4.2 协同制导的关键技术

1）弹目匹配技术。舰艇编队在协同制导作战情况下，编队中的火力单元和武器系统形成“集成火控系统”。“集成火控系统”不是一成不变的，而是根据作战需要进行解体与重组的动态集成系统，如何使发射节点、协同制导节点、目标进行优化匹配，是协同制导的难点。

2）导弹交班控制技术。舰艇编队协同制导需要对导弹进行大空域的交班控制，如何消除误差，对导弹的中、末段进行平稳精确的接力制导，是舰艇编队协同制导设计的工作重点。

3）协同制导通道。协同制导通道是指这样一个高空、管状空域，舰空导弹在这个空域中飞行，并接受2个或2个以上舰艇平台制导雷达的协同制导控制，且两两制导雷达协同制导交班的的概率P交班不小于给定值 P给定，即 P交班≥。在舰艇编队大空域中选取一条最佳的协同制导通道，需要对其提出优化算法，是今后研究的重点方向。

5 结语

舰艇编队协同制导，解决了单个平台探测视距受限的问题，舰空导弹不再受单个制导平台的限制，同时，整个编队的反应速度、抗毁和重组能力都得到了很大程度的提高，为舰艇编队超视距拦截创造了条件。本文对实现舰艇编队协同制导的关键技术进行了初步探讨，详细说明了协同制导的交接方式和具体步骤，对未来协同反导防御系统的设计具有一定的指导意义。舰艇编队协同制导超视距拦截反舰导弹是未来海军防空反导系统的主要发展方向，是一个崭新的具有广阔探索空间的研究问题，深入研究协同理论，破解关键技术难题，是提高舰艇编队超视距协同制导能力的关键所在。