侦察卫星支援对海打击作战研究框架分析

刘 磊，彭 耿，李 涛

（1.海军研究院，北京 100161；2.复杂舰船系统仿真重点实验室，北京 100161）

0 引言

自20 世纪40 年代投入实战以来，反舰导弹已逐渐发展成为现代海战中对海上目标实施打击的主要武器系统。而为了应对反舰导弹的威胁，舰载防空武器也在高速发展，舰艇的对空防御和对空、对海打击范围不断扩大。为确保对海打击平台自身安全，提高导弹射程、提升目标防区外打击能力成为反舰导弹武器系统建设的重要发展方向。另一方面，目前在对海打击作战中，雷达是获取对海打击侦察监视信息的主要传感器，在不考虑大气折射和波导的一般情况下，大气层内的雷达系统受地球曲率影响，其稳定有效作用距离通常不超过400 km（以载机飞行高度9 km 计），对未来新型远程反舰导弹的发展和作战使用带来了限制。

侦察卫星装备具有的不受区域边界限制、信息覆盖范围广、长时间稳定运行等特点，在一定程度上弥补了岸基、舰载、机载雷达的不足。随着侦察卫星装备建设和技术水平的不断提升，其战场运用正逐步从战略层面向战役战术层面方向发展。以侦察卫星作为主要探测手段支援对海打击的作战样式，正逐渐成为对海打击作战研究的一个重要方向。

1 侦察卫星支援对海打击作战研究框架

1.1 研究现状与研究角度

依照聚焦主体和研究目的的不同，侦察卫星支援对海打击作战研究总体上可归类为导弹本体［1-2］、卫星本体［3-5］、体系链路［6-8］3 个主要研究方向。

面向导弹本体的研究工作以反舰导弹系统为主要关注点，通过分析反舰导弹打击水面舰艇的航路过程，重点探讨卫星情报作为目标指示信息的误差来源，分析评估卫星情报支援反舰导弹实施攻击的可行性。其中，王光辉等［1］在分析舰舰导弹射击原理的基础上，探讨了导弹弹道误差、卫星目标数据误差、目标指示延迟时间对于导弹捕捉水面舰艇的影响，建立了导弹-目标相对位置随机动态模型，用于计算多种误差条件下的目标捕捉概率、分析卫星目标指示条件下舰舰导弹的可攻性。王建江［2］等通过分析导弹打击海上移动目标作战过程，在不考虑目标指示延迟时间的设定下，从卫星侦察信息的目标定位误差、目标航速大小误差、目标航速方位误差3 个要素，综合分析了卫星侦察信息精度对于导弹命中概率的影响。

面向卫星本体的研究工作则以卫星装备为主要关注点，重点探讨利用卫星情报支援对海打击的策略，以及卫星情报时效性对于反舰导弹捕捉概率的影响等问题。其中，胡海等［3］分析了成像侦察卫星和电子侦察卫星的信息保障能力，归纳了航天侦察信息保障反舰导弹对海攻击的局限性，原则性地提出了航天侦察保障条件下反舰导弹作战使用策略。孙亚楠等［4］分析了美军远程精确打击体系构成及对天基信息系统的应用情况，并对天基目标指示的保障要求、设定和运用模式进行了分析梳理，提出了天基信息支持远程精确打击体系的后续发展原则和重点。洪俊等［5］在不考虑导弹航路偏移和卫星信息精度的设定下，认为目标散布主要受目标最大航速、卫星情报信息时延、导弹飞行时长的影响，并根据导弹末端制导原理和单发导弹战术使用要求，计算提出了在捕捉概率大于特定要求下，以卫星信息作为目标指示信息实施现在点攻击的信息时效限制。

面向体系链路的研究工作以整个对海打击体系为关注点，在分析打击体系架构的组成基础上，重点探讨整个信息传递链路的时间闭合性和精度闭合性。其中，赵日等［6］在分析远程反舰作战体系架构的基础上，从时间链、精度链两个方面，分析了空基反舰作战的一般模式和体系链路闭合能力，其中对时间链闭合分析涵盖了载机由机场起飞到预设阵位待战、再到接收到目标指示信息完成导弹发射攻击的整个过程；对精度链闭合能力的分析主要针对目指信息装订到导弹捕获目标的过程中，目指信息精度对俯仰向和方位向搜索发现概率的影响。彭耿等［7-8］采用DoDAF 设计模式对侦察卫星支援对海打击作战的典型过程，特别是卫星情报信息的传递和处理过程进行了建模，探讨了整个打击体系OODA 环信息链路误差产生的主要因素和对打击效果的影响，提出了反舰导弹战术使用要求条件下的卫星情报信息时延允许阀值的计算方法。

此外，还有很多相关的研究工作对上述3 个方面的研究均有涉及。但总体而言，目前对于侦察卫星支援对海打击作战的研究大多仍处于理论方法探索阶段，出于不同的研究角度和研究目的，对于问题本身进行了不同层次的简化设定，在实战化应用中需要作战人员能够较为深刻地理解和准确掌握战法应用的相关约束条件。

1.2 面向体系链路的双OODA 环作战研究框架

与面向平台系统的研究方法相比，面向体系链路的作战研究方法能够更加全面、系统地分析作战体系构成和体系运作的全过程，从而更全面深入地分析评估其中的核心影响因素及其关联关系。因此，在开展侦察卫星支援对海打击作战顶层技术框架的研究中，采用了面向体系链路的研究方法。

如图1 所示，在远海复杂战场环境下，空基预警侦察兵力（预警机、侦察机）无法获得持续稳定的目标情报时，依赖侦察卫星情报支援可实现远程对海打击。此种情况下的作战体系通常由侦察卫星、通信卫星、卫星地面数据接收站、数据处理中心、指挥机构、打击平台（轰炸机、水面舰艇、潜艇），以及数据链系统共同构成。其打击过程一般情况下可划分为卫星情报获取、情报处理传输、打击平台机动待战、目指装订与导弹发射、导弹飞行与命中5 个阶段。在作战逻辑上，这一打击过程通常由两个OODA 环组成。

图1 侦察卫星支援对海打击作战过程示意图

在第1 个OODA 环中：侦察卫星在作战海域上空开机侦察（Observe）获取战场信息；地面数据接收站接收信息后传输至数据处理中心进行数据处理和研判（Orient）；指挥机构根据情报信息进行决策（Decide）；派遣海空兵力机动（Act）到待战阵位。在其后的第2 个OODA 环中：侦察卫星和海上机动兵力对目标海域进行侦察（Observe）获取战场信息；通过各自信息传输链路发送到信息处理节点进行数据处理和研判（Orient），形成目指情报信息；根据指挥关系进行决策（Decide），下达打击指令给各打击平台；打击平台进行目指装订并发射导弹实施攻击（Act）。

上述一般作战过程中，侦察卫星对于整个作战体系链路存在3 种效用：1）在第1 个OODA 环中，海上目标通常情况下在海空兵力平台攻击范围之外，卫星情报信息主要用于引导兵力机动到待战阵位，为后续对海上目标实施打击做准备，这一效用可称为“间接引导对海打击”；2）在第2 个OODA 环中，当卫星情报的传输处理足够及时、打击平台又处于待战海域满足攻击条件时，卫星情报信息精度（含时延误差）可以直接引导打击兵力发射反舰导弹实施对海打击，这一效用可称为“精确引导对海打击”；3）在第2 个OODA 环中，当单一卫星情报信息总体精度不足以直接引导打击兵力实施对海打击，需要和附加的其他情报信息一起通过数据融合处理形成目指信息支持对海打击，或仍依据单一卫星情报通过发射多枚反舰导弹实现对海打击，这一效用可称为“概略引导对海打击”。

2 主要研究方向与技术思路

2.1 侦察卫星间接引导对海打击

在侦察卫星间接引导对海打击效用模式中，开展作战筹划的重点是根据卫星情报信息指示的目标位置，以后续实施合同打击为目标，筹划海空机动兵力的待战阵位和航渡过程。

当前电子侦察卫星在一次过顶时段内通常难以对水面运动目标形成较为准确完整的航迹信息，所提供的目标情报主要是定位信息，其误差主要来源于卫星自身定位误差、卫星对水面舰船目标的测量（目标定位）误差（服从N（O，σ2）的正态分布），以及情报传输处理时延期间的目标运动带来的时延误差。其中，侦察卫星及打击兵力通常利用GPS 或北斗等天基导航系统进行自身定位，其自身定位误差较之总体误差和打击精度要求较小、可忽略，因此，体系链误差方程可表述为［9］：

C 为约束关系集，在图2 所示的一般问题中，通常希望打击兵力所处位置St（xt，yt）在目标对己方火力（探测）威胁范围LD之外；并希望目标所处位置在打击兵力打击（探测）范围LA以内；而且，航迹点通常还需要满足其他相关约束COther（例如航行海域和空域限制条件或敌方其他兵力威胁区域等），即：

图2 侦察卫星间接引导对海打击问题示意图

此外，在作战筹划中通常还会给上述兵力机动问题附加作战决心背景，如希望在上述条件下待战区域尽量接近目标，或是到达待战区域的航行时间和航程越短越好等。附加了相关目标背景后这一问题即可归类为约束满足优化问题（Constraint Satisfaction and Optimization Problem，CSOP），对待这类问题即可采用各类优化算法或是基于仿真的约束规划方法［11］开展研究。

2.2 侦察卫星精确引导对海打击

在侦察卫星精确引导对海打击效用模式中，要求单一卫星情报信息精度能够满足（单发）反舰导弹战术使用要求。即在不考虑反舰导弹可靠性、无对抗条件下，针对卫星情报提供的目标位置采用现在点射击方式发射反舰导弹，依靠导弹末制导雷达搜索扇面，能够对目标可能位置实现既定概率（PL）的覆盖。

如图3 所示，针对侦察卫星精确引导对海打击问题的研究重点是分析自t0时刻卫星情报生成后，通过处理传输形成目标指示到装定发射（t1时刻）、末制导雷达开机（t2时刻）再到导弹飞行到达搜索远界（t3时刻）期间，制导雷达搜索扇面对于目标可能散布区间（以t0时刻卫星情报目标位置O 为圆心，以R（t）为半径的圆）的覆盖率PF是否满足PL要求。

图3 侦察卫星精确引导对海打击问题示意图

一般情况下，末制导雷达开机位置Mt2决定了PF存在3 种不同形态，而过往的研究中简化了上述问题设定，选择特定的［6］或者［5］作为雷达开机位置。较为完整的体系精度链方程如下式所示：

其中，自卫星情报生成开始下传（t0时刻）到导弹命中目标的全链路时长Δt（由情报处理传输时延ΔtOT、平台机动时长ΔtM、装订发射时长ΔtL、导弹自控段时长ΔtAC，以及自导段时长ΔtAG组成）需要在不大于阀值Δtmax时才能满足侦察卫星精确引导对海打击的精度要求。其中，Δtmax的取值主要由CEP，Vmax，DON，Lmax，α，PL等参变量决定。

上述精度链方程式（4）和时间链方程式（5）共同构成侦察卫星精确引导对海打击体系链路模型。该模型中涉及了较多参变量，而以往的研究除了对式（4）进行了简化处理以外，通常还将这些参变量作为特征常量处理，采用解析计算的方法求取特定卫星，针对特定目标采用特定导弹在特定开机距设定情况下的卫星情报时延要求。目前，正在开展的研究则以完整的体系链路模型（式（4）、式（5）所示）为研究对象，根据不同的卫星过顶情况（t0，O，CEP）和目标识别情况（Vmax），采用仿真技术为不同武器系统（α，Lmax，PL）设计优化更为适合的打击方案（DON），以提高对目标可能区域的覆盖率PF。

2.3 侦察卫星概略引导对海打击

在侦察卫星概略引导对海打击效用模式中，单一卫星情报信息精度无法满足单发反舰导弹战术使用要求。但通过在图1 所示的第2 个OODA 环中，附加额外情报信息来提高目指精度、缩小目标不确定区域；或通过增加导弹数量、规划导弹搜索路径来增大搜索覆盖范围等方式，可达成引导对海打击的目标效果。以下仅讨论附加方位情报下的侦察卫星概略引导对海打击，和卫星情报概略引导多弹协同对海打击两种最为基础的侦察卫星概略引导对海打击方式。

图4 所示为附加方位情报下的侦察卫星概略引导对海打击方式设计思路。其中，在卫星情报（O，R（t））基础上，打击方传感器Observer 在tOb时刻被动侦测到目标方位信息（方位角δ、角度误差β）。在t 时刻，Observer 确定的目标误差散布范围是在角度误差β 基础上附加了目标运动时延误差Vmax·（t-tOb）的区域。综合两项情报，则在t 时刻目标可能散布区间可缩减为图中ABCD 所示区域。若打击平台采用概略距离射击或纯方位射击方式［12］发射导弹（方位角γ），则制导雷达搜索扇面覆盖目标范围为图中AEFCGH 所示区域。体系精度链方程如下式所示：

图4 附加方位情报下的侦察卫星概略引导对海打击示意图

图5 所示为卫星情报概略引导多弹协同对海打击方式示意。其设计重点是在尽量少的导弹使用数量情况下，通过优化各导弹航迹和末制导雷达开机位置Mt2-i，使导弹群总体搜索覆盖率满足引导对海打击的目标效果要求。按照导弹类型的区别，卫星情报概略引导多弹协同对海打击问题又可划分为：无航路规划如图5（a）和有航路规划如图5（b）两类问题。针对后一类问题，除了航迹点和末制导雷达开机位置Mt2-i的优化以外，还需要优化计算各枚导弹发射时间间隔，以促使各导弹在t2时刻能够同时到达Mt2-i处，从而确保后续各导弹协同搜索的时空一致性。相关内容的建模与优化计算的具体方法待进一步研究。

图5 卫星情报概略引导多弹协同对海打击示意图

3 结论

侦察卫星支援远程反舰导弹打击海上移动目标作为一种新的作战样式，对于维护海洋权益、争夺制海权具有重要意义。本文在方法论层面，从作战体系链路的角度，分析了侦察卫星支援对海打击作战运用的顶层研究框架，重点分析了间接引导、精确引导、概率引导对海打击的3 种主要效用模式，探讨了上述3 种效用模式的问题建模和研究思路。鉴于上述体系战法设计中涉及的参变量较多，为了更好地在实际中运用，需要针对不同的战场条件进行适当简化；或针对典型条件进行预先计算，形成经验数据表格以供战时直接运用。当前，中继制导技术、凝视型卫星装备等相关装备技术的发展正对这一研究领域带来新的变化，将会是今后研究的又一新的方向。