小型有人/无人协同特混编队对舰攻击策略研究

2020-10-16廖志远滕传福崔金雷

无人系统技术 2020年4期

李兵，廖志远，滕传福，崔金雷

（1. 四川航天系统工程研究所，成都610000；2. 中国人民解放军91040部队，青岛266231）

1 引言

近年来，科学技术的迅速发展引发了世界军事领域的重大变革。无人系统作为新质作战力量的重要组成部分，在现代战争中发挥的作用日趋明显，无人化作战可能成为下一代战争的重要特征。随着大数据、云计算、边缘计算等技术的发展，感知与识别、信息传递、信息存储与处理作为电子信息技术的核心要素，正处于重大变革发展期，无人系统凭借“高适应、高机动、高效率”的优良性能代替士兵承担枯燥、污染和危险作战任务，在科索沃、伊拉克、阿富汗等近代战争中发挥了重要作用，受到世界高度关注。

无人机大量投入常规情报搜集与实际战争并获得极大的成功，这催生了扩展无人机能力的新需求，而无人机与有人机组成编队协同作战正是这种能力扩展的重要方面。美国国防部在最新发布的无人系统综合路线图中指出“美国军事中心从中东转移至亚太地区以后，有人/无人协同作战将成为一种基本作战模式”。为了提高作战任务的成功率，无人作战系统可与有人系统配合，通过二者的相互支援、能力互补，形成一个有机的战斗系统，协同执行恶劣、危险和枯燥任务，提高作战实效性，体现出巨大的非对称优势，有人/无人协同作战模式将成为当下及未来研究的重点，已经成为世界各军事强国竞相研发的热点。

2 有人/无人协同对舰作战模式研究

本文主要研究如何利用有人/无人编队配合反舰导弹对敌方小型舰艇编队进行突防，反舰导弹战斗部威力大，命中后会对敌舰造成毁灭性的打击，而有人/无人编队携带的武器相对而言威力较小，因此有人/无人编队主要用于干扰敌方防御性武器。由于反舰导弹目标特征明显易于被探测拦截，价格也很昂贵，利用反舰导弹群进行饱和打击效费比较低。这里设想一种有人/无人集群和反舰导弹协同作战模式，该模式最大的特点是尽力避免我方大型装备直接与敌方接触。首先利用远程传感器阵列（远程预警雷达、侦察卫星等）对敌方目标粗略侦察得到敌方目标数目，指挥中心判读情报后由任务规划系统根据敌编队数量决定发射反舰导弹的数量和时机，选择有人机机载武器挂载以及有人机/无人机集群起飞时刻，最后形成作战指令下发到各火力单元。有人/无人协同作战编队整体作为体系对抗系统的一个节点，受预警机或地（海）面指挥中心的统一指挥控制，包括整体作战计划制定、远距占位引导等，同时共享整个战场的态势信息。敌方作战编队的定位与识别的任务可由上级情报支持，可以从天基预警探测系统中获得。

有人/无人协同对舰作战的主要流程如图1所示。

上级指挥机关经过情报研判，决定对敌方舰艇编队进行打击，为了减小伤亡，选择有人/无人编队和重型反舰导弹共同对目标进行打击。

任务规划系统对作战任务进行分解确定各火力单元发射弹药数量、起飞的有人机和无人机的数量、机载弹药携带数量等，并确定发射时序流程等。

各火力单元执行各自作战使命，协同对敌舰群进行攻击。

3 有人/无人协同对小型特混编队攻击作战的实施策略

这里考虑敌方舰艇编队的构成如表1所示。

表1 敌方装备与威胁源Table 1 The enemy’s equipment and threat sources

图1 有人/无人协同的典型作战模式Fig.1 A typical manned/unmanned coordinated combat mode

图2 小型舰艇编队作战流程Fig.2 The combat process of a small ship formation

综合分析敌方防空系统威胁，我方有人/无人编队所遭遇的威胁等级由低到高有：被搜索雷达发现、被搜索雷达跟踪、被火控雷达锁定、被电子干扰、被拦截弹锁定、被箔条云/红外干扰、进入近防武器防卫范围、被击毁。根据威胁源的作用距离，可大致设计有人/无人协同对舰攻击的作战实施策略如图2 所示。将直接对舰攻击武器分为三个波次：第一波次为有人机携带的中程反舰导弹，第二波次为无人机携带的近程空面导弹，第三波次为水面支援舰艇发射的重型远程反舰导弹。

（1）依据上级指挥机关的命令，在0 时刻，距离敌方特混编队400 km 处我方水面火力单元发射若干枚亚超结合反舰导弹组，作战飞机协同亚音速反舰导弹，快速降低高度贴海飞行，尽量降低被AN/SPY-1雷达发现的概率。

（2）在离目标350km 时，编队进入AN/SPY-1雷达的有效探测距离，此时应当采用密集编队，尽量隐藏回波信号特征。

（3）在离目标150km 时，编队进入标准II 导弹拦截圈，此时可能已有标准II 导弹来袭，作战飞机发射中程反舰导弹后在敌方拦截圈边缘盘旋指挥无人机群。

（4）在离目标70km 时，无人机群协同反舰导弹继续在低高度飞向敌方舰艇编队。

（5）在离目标50km 时，编队进入海麻雀导弹拦截圈，无人机群快速拉起加速，并尽可能散开。

（6）无人机群掩护反舰导弹向敌舰群突击，吸引海麻雀导弹的火力，尽可能减小自身伤亡，在自身被击毁前发射小型空地导弹。

（7）重型反舰导弹抛喷气发动机，点燃助推火箭进入末制导，和小型空地导弹群协同对特混编队内层防御区进行突破。

（8）无人机对打击效果进行评估并上报。

（9）根据打击情况决定是否发动下一轮打击。

4 有人/无人协同对舰攻击仿真

4.1 仿真实验

由于有人/无人协同对舰攻击是一个体系与体系对抗的作战问题，此类问题常采用装备性能模型进行仿真研究。装备性能模型是直接使用武器装备在作战中所表现出的宏观性能指标进行作战仿真评估的一类模型。对装备内部的运行细节进行了大量的简化，忽略了中间操作过程，只取装备的运行结果，适用于体系对抗仿真模拟。

本文利用多线程技术和Agent智能体技术对第三部分所述的作战实施过程进行了仿真。Agent 智能体利用有限状态机模型实现，有限状态机模型的例子如图3 所示。作战仿真的主流程如图4 所示。为了准确反应作战实施的效果，采用蒙特卡洛法进行多次仿真并取平均来对作战效果进行统计分析。

4.1.1 敌我双方装备性能汇总

对于作战仿真，实验的数据输入非常重要，由于军事信息的敏感性，不可能准确知道每一件参与作战仿真实验的装备信息，必须利用现有装备和其他信息源对输入仿真实验的数据进行校验，以达到准确评估作战结果的目的。由于体系作战仿真本身目的在于趋势分析，只要仿真输入数据不出现颠覆性的错误，得到的结果已足以说明问题。

图3 反舰导弹的有限状态机模型Fig.3 The finite state machine model of anti-ship missiles

以下数据均采用目前公开的数据。并根据我国海军同类武器装备情况进行了修正，其中舰艇、雷达、弹药和飞机模型如表2～5所示。

4.1.2 仿真设置与结果

红方支援火力发射重型反舰导弹15枚，有人机2 架，每架红方有人机装备亚音速反舰导弹8 枚，指挥10 架无人机，每架无人机装备小型空面导弹10枚，红方有人/无人协同作战集群采用与重型反舰导弹航向相差±5°，距离相差±30 km 的随机航线接近蓝方舰队。红方仿真结果如图5 所示，蓝方仿真结果如图6 所示。仿真结果中横坐标表示仿真实验的编号，纵坐标表示在某次仿真实验中，武器装备命中或被命中的数量。蓝方舰艇损失值表示红方武器爆炸的破坏力。假设5000 破坏力能摧毁一艘驱逐舰和补给舰，10000 的破坏力能摧毁一艘巡洋舰。

图4 仿真实验的流程Fig.4 The simulation process

表2 舰艇模型Table 2 The ship models

表3 雷达模型Table 3 The radar models

表4 弹药模型Table 4 The ammunition models

表5 飞机模型Table 5 The airplane models

图5 有人/无人协同基于蒙特卡洛的红方仿真结果Fig.5 The red party’s simulation results of the manned/unmanned coordinated attack based on the Monte Carlo method

图6 有人/无人协同基于蒙特卡洛的蓝方仿真结果Fig.6 The blue party’s simulation results of the Manned-Unmanned coordinated attack based on the Monte Carlo method

红方战果与损失统计结果如下：重型反舰导弹命中率为0.18112，亚音速反舰导弹命中率为0.11248，小型空面导弹命中率为0.022391，红方无人机损失率为0.8699，红方有人机损失率为0.25455。

蓝方战果与损失统计结果如下：蓝方标准II 导弹综合命中率为0.23887，蓝方海麻雀导弹综合命中率为0.64484，蓝方驱逐舰平均损失1.595 艘，蓝方巡洋舰平均损失0.72793 艘，蓝方补给舰平均损失0.9381艘。

4.1.3 与传统饱和攻击的对比分析

将红方所有武器换为30 枚重型反舰导弹重新运行仿真，红方仿真结果如图7 所示，蓝方仿真结果如图8所示。

红方重型反舰导弹命中率为0.07175。

蓝方战果与损失统计结果如下：蓝方标准II 导弹综合命中率为0.26139，蓝方海麻雀导弹综合命中率为0.72156，蓝方驱逐舰平均损失为0.5095艘，蓝方巡洋舰平均损失为0.39544艘，蓝方补给舰平均损失为0.1673艘。

将有人/无人协同对舰攻击和传统大规模饱和攻击的作战仿真结果对比如表6所示。

图7 饱和攻击基于蒙特卡洛的红方仿真结果Fig.7 The red party’s simulation results of the saturation attack based on the Monte Carlo method

图8 饱和攻击基于蒙特卡洛的蓝方仿真结果Fig.8 The blue party’s simulation results of the saturation attack based on the Monte Carlo method

由表6可见，有人/无人协同对舰攻击可以有效减少有人机的损失，大大的提高了反舰导弹的作战效能。有人/无人协同对舰攻击，是一种较为有效的对具有严密防空体系舰艇编队的攻击方式，基本上能使一个带宙斯盾系统的舰艇编队近乎全灭。而传统的大规模饱和攻击无法有效摧毁一个带宙斯盾系统的舰艇编队。反舰导弹命中率下降到原来的39.6%。击毁敌方驱逐舰的平均数量下降到原来的31.9%，击毁敌方巡洋舰的平均数量下降到原来的54.3%，击毁敌方补给舰的平均数量下降到原来的17.83%。

结果表明有人/无人协同攻击相对于传统的饱和打击具有良好的打击效果。