反导预警装备部署方法综述

刘 伟，刘昌云，陈 晨，何 晟，樊良优

(1.空军工程大学研究生院，陕西 西安 710051；2.空军工程大学防空反导学院，陕西 西安 710051)

0 引言

反导预警体系是一个庞大而复杂的巨系统，涉及到诸多预警装备系统。在反导作战中，反导预警体系需应对多方向、多层次、多波次弹道导弹的袭击，并要尽早地发现、捕获、跟踪和识别导弹目标，这就要求在部署各类反导预警装备时要预先筹划、合理部署，通过科学组合凝聚成体系力量，使各种预警装备层次分明、功能互补、密切协同，充分发挥反导预警体系的整体作战优势。

反导预警装备部署研究是反导预警体系顶层设计的重要内容。科学合理地部署反导预警装备，是构建严密可靠的反导预警监视网，充分发挥反导预警体系作战效能的重要基础，对于统一反导预警探测系统建设行动，克服建设的盲目性和随意性，加快反导预警体系建设进程，具有重要的意义。现有预警装备部署方法研究相对较少，特别是针对反导预警雷达部署的相关研究尚不成熟，多借鉴于防空雷达部署方法，在部署战略作用大、装备结构杂、协同要求高的反导预警装备时，存在可借鉴参考的理论不足的问题。

经过多年的发展，美、俄等国通过科学部署各类反导预警装备，基本构建起协同探测预警体系，并在多次实战和试验中得到检验[1-4]。基于此，本文对国外典型反导预警装备基本情况进行介绍，对现有的反导预警装备的优化部署方法进行归纳总结，以期为后续反导预警体系的建设与发展提供参考。

1 典型反导预警装备

反导预警是反导作战的前提和基础，美国、俄罗斯等军事强国高度重视反导预警体系的建设与发展，并已建立较为完善和成熟的反导预警体系，其装备和技术体现了当今世界先进水平，具有较强代表性。本章重点介绍以美国、俄罗斯为代表的典型反导预警装备情况。图1所示为典型反导预警装备战运用示意图。

图1 典型反导预警装备作战运用示意图Fig.1 Operations of anti-missile early warning equipment

1.1 天基反导预警装备[5]

作为反导预警体系的核心预警装备，天基预警卫星具有不受地球曲率影响、覆盖范围广、能够较早提供预警信息等特点。根据卫星运行轨道的高度和载荷情况，可分为低轨预警卫星、高轨预警卫星。

1.1.1低轨预警卫星

低轨预警卫星运行于近地轨道上，主要对处于飞行中段的弹道导弹进行跟踪识别监测，可为拦截武器系统提供目标指示信息，通常搭载截获传感器和跟踪传感器。如美国的STSS卫星等。

1.1.2高轨预警卫星

高轨预警卫星包括地球同步轨道和大椭圆轨道预警卫星，主要对处于助推段的弹道导弹进行早期预警监测，可为拦截武器系统提供早期预警信息。地球同步轨道预警卫星通常搭载红外扫描传感器和凝视传感器，可以对中低纬度地区持续监视。如美国DSP卫星、俄罗斯“预报”卫星等。大椭圆轨道预警卫星运行在较低近地点和极高远地点的椭圆轨道上，通常搭载红外扫描传感器和凝视传感器。运行在不同轨道倾角的大椭圆预警卫星，可实现对某些高纬度地区的长时间覆盖，弥补了地球同步轨道预警卫星侦察不到的极地盲区。如美国的SBIRS-High卫星、俄罗斯“眼睛”卫星等。

1.2 地基反导预警装备[6]

地基反导预警装备以预警雷达为主，主要执行对弹道导弹目标的全天时全天候的探测、跟踪与识别等任务，是反导预警体系的骨干装备。按照装备体制可将反导预警雷达分为固定式远程预警雷达、固定式跟踪识别雷达和移动式多功能预警雷达等。

1.2.1固定式远程预警雷达

固定部署的大型预警雷达，通常工作在P波段、L波段，具有作用距离远、预警范围广的特点，主要用于对弹道导弹的远距离跟踪发现。如美国的“铺路爪”雷达和改进早期雷达预警雷达，俄罗斯的“伏尔加”雷达和“鸡笼”雷达等。

1.2.2固定式跟踪识别雷达

固定部署的高精度预警雷达，通常工作在X波段，具有较强的目标探测能力，可对目标进行精确跟踪与识别，主要用于获取弹道导弹中段到末段过渡区域的目标精确信息，对后续的弹道导弹飞行轨迹进行精确预测，也用于对拦截武器的引导。如美国的GBR雷达等。

1.2.3移动式多功能预警雷达

通过车载平台部署或者可拆卸搬移部署的预警雷达，通常工作在P波段、S波段、X波段，具有机动性高、生存性强等特点，可根据防御重点灵活部署，在前置预警、中段补盲、末段引导等方面具有得天独厚的优势。如美国的AN/TPY-2(FBX-T)雷达等。

1.3 海基反导预警装备[7-8]

海基预警装备依托其海基移动平台，具备在所属海域可灵活部署的作战优势，弥补了海上预警探测区域的空白，便于实现反导预警体系对各个方向来袭导弹特别是经过远洋来袭的洲际弹道导弹的全程预警覆盖。通常具有探测距离远、跟踪精度高等特点，可以实现前置抵近监测、早期来袭预警和目标引导识别等任务。如美国的SBX雷达、舰载“SPY-1”雷达等。

2 反导预警装备部署作战需求及流程

反导预警装备部署，是为遂行上级赋予的作战任务对反导预警装备进行的任务区分、编组和配置。如何根据反导预警作战任务需求，综合考虑反导预警装备部署涉及的各种因素，对装备进行科学合理的部署和优化，有效提升反导预警体系作战能力，是反导预警体系构建需要解决的关键问题。

2.1 反导预警作战任务需求

综合外军反导预警装备运用情况可见，美俄等国针对主要战略方向建立了协同一体、全面覆盖的反导预警体系，其反导预警作战任务可归纳如下：

1) 对存在威胁的国家和地区的弹道导弹发射情况实施早期发现、跟踪识别、威胁告警并持续监视，为被动防御和武器系统提供预警时间，为战略反击提供打击支持。

2) 对来袭弹道导弹进行属性判别、弹道预测、精确引导，向反导拦截系统提供目标指示信息，并对拦截过程进行毁伤评估，为二次拦截提供指挥决策信息。

3) 对各国弹道导弹、空间目标、临近空间目标等目标进行实时监视，收集建立目标特征数据库，为战时反导预警提供数据支持。

4) 监视国外武器装备试验情况，参与本国航天试验任务，为发展空天战略武器提供信息支撑。

2.2 反导预警作战能力需求

针对反导预警装备所涉及的作战任务，分析各阶段任务的内容、过程及目的，形成与反导预警作战任务需求相对应的作战能力指标集，实现从任务需求到作战指标的映射。考虑到反导预警装备部署问题的复杂性，主要从预警的时效性、严密性、准确性及可靠性等方面[9-14]，构建反导预警装备部署效能的作战能力指标集。图2所示为反导预警装备部署总体框架。

1) 时效性

时效性表征反导预警体系的早期预警能力、目标截获能力，包括：

首次告警时间：从导弹发射到反导预警装备首次发出告警的时间；

预警时间：从发出首次告警到目标飞抵预警任务截止点所经过的时间；

目标截获高度:在地形遮蔽角和地球曲率影响下，对来袭目标可实现的最低截获高度。

2) 严密性

严密性表征反导预警体系的威胁覆盖能力、协同交接能力，包括：

单重覆盖范围:各型预警装备在所有高度层上对威胁方向形成的探测范围总和；

多重覆盖范围:预警体系在所有高度层上对威胁方向形成两重及以上覆盖的探测区域总和；

覆盖系数：多部反导预警装备在同一空间重叠覆盖的次数；

目标共视时长:不同预警装备同时监测到同一导弹目标的时长。

3) 准确性

准确性表征反导预警体系的目标识别能力、精确引导能力表征，包括：

弹道预测精度：通过对目标进行一定时长跟踪所推算的弹道参数，包括落点预报精度和发点估计精度；

火控支持时间:目标进入跟踪识别雷达的跟踪范围到目标飞抵预警任务截止点的时长；

图2 反导预警装备部署总体框架Fig.2 Process framework of anti-missile early warning equipment deployment

目标指示精度:对后站装备、反导拦截武器提供目标位置信息的精度。

4) 可靠性

可靠性表征反导预警装备抗毁伤能力、阵地保障能力，包括：

抗毁伤能力:预警雷达部署位置与国境线(海岸线)的距离，重点方向应有冗余部署；预警卫星的运行轨道应与其他在轨卫星的安全距离，避免发生碰撞；

阵地保障能力：反导预警装备部署所在地的各类保障情况，由通信链路情况、驻地保障情况、社会生活环境等综合衡量。

2.3 反导预警装备部署流程

反导预警装备部署应从反导预警作战任务出发，分析当前与未来一段时间内能够投入实际作战的装备数量与类型，结合保卫要地和拦截武器配属情况，依据反导预警作战原则，确定反导预警装备部署的总体目标和部署约束，对照作战能力指标集，将部署目标与约束条件进行量化，建立各类反导预警装备的基础模型。由于反导预警装备具有各自相对独立的任务，同时需要协同配合[15]，在此基础上，根据协同探测需求和信息融合流程形成多种反导预警资源的协同部署模型。根据实际战场情况建立基于来袭威胁的作战场景，运用寻优算法对模型进行求解，得出该作战场景下的反导预警装备部署方案。为有效保证反导预警的成功率，创造多次拦截机会，需根据任务需求和体系结构对部署方案进行评估，从而得出反导预警资源优化部署方案。

反导预警装备部署方案应包含天基预警卫星星座组网方式、卫星数目和每个卫星的轨道根数，以及地(海)基反导预警雷达的地理位置、协同方式以及阵面参数等要素。

3 反导预警装备部署方法研究现状

目前关于反导预警装备部署方法的研究主要包括天基预警卫星部署、地(海)基预警雷达部署以及反导预警体系协同部署。

3.1 天基预警卫星部署方法

天基预警卫星部署问题的重点与难点是满足多区域覆盖的星座设计问题。

在高轨预警卫星部署研究中，主要针对的是地球同步轨道卫星对全球预警区域的单重覆盖和重点威胁区域的多重覆盖问题，以及大椭圆轨道卫星对极地地区的补盲覆盖问题。文献[16]以提高重点区域覆盖能力和覆盖重数为目标，根据预警任务中的区域覆盖需求，利用基于搜索空间变换的快速求解方法，提出地球同步轨道和大椭圆轨道预警卫星的星座设计方法。文献[17]以提高区域覆盖性能和定位精度为目标，建立高轨预警卫星区域覆盖模型和定位精度衡量指标GDOP的计算模型，提出面向区域的地球同步轨道卫星的部署方法。文献[18]以双GEO预警卫星覆盖能力分析为主，给出了双星覆盖范围主要有双星间的夹角和星载探测器覆盖范围决定的结论，结合预警卫星探测任务区域，得到双星探测条件下夹角的最优选择，对预警卫星星座部署具有一定的参考价值。文献[19]基于Walker星座设计了一种σ高轨星座构型，具有覆盖性稳定、资源经济的特点，降低了对轨道资源紧缺的地球静止轨道的依赖。

在低轨预警卫星部署研究中，文献[20—21]主要是基于美国STSS卫星的基本功能，确定所采用的Walker星座的可能构型。文献[22]提出一种针对重要保卫区域的低回归轨道星座设计方法，以时间覆盖缝隙最小化为目标建立了低轨预警卫星星座优化模型，具有卫星数量少、星座设计简单的特点，对于快速生成区域覆盖能力提供了一定的参考。此外，在低轨对地观测卫星星座领域中，针对不规则区域覆盖问题相关研究较为集中[23-25]。文献[26]基于改进的模拟退火算法和等面积网格点覆盖法，提出了一种针对不规则区域成像全覆盖的卫星星座优化设计方法，在Walker构型的基础上对低轨星座进行优化，具有卫星数量少、可监视不规则区域的优点。

3.2 地(海)基预警雷达部署方法

目前针对反导预警雷达部署问题的研究公开发布的较少，主要集中在以防空雷达网的优化部署问题上[27-28]。由于防空雷达主要针对的是具有较强机动能力的空气动力目标，作战时间充足，部署时要实现保卫目标及其周边地区的全空域多重覆盖，目的是提高防空系统的“四抗”能力；而反导预警雷达针对的是飞行轨迹可预测的弹道导弹目标，更加强调预警信息时效性、精确性、连续性，这就导致反导预警雷达的部署方案优选不同。以传统防空雷达为基础构建的协同部署策略虽不能很好地满足反导作战的需求，但其问题的解决思路和求解办法是极具参考价值的。

地基预警雷达部署问题的关键在于模型构建和算法优化上。模型构建方面，文献[29]以最优早期预警能力为目标函数，针对单目标来袭威胁场景构建了建立了基于灰色层次分析法评估算法的预警雷达部署模型，将待配置区域网格化后，在可行解空间中遍历寻优，并建立典型突防场景验证了部署模型的可行性。文献[30]以预警时间、生命周期跟踪比率、火控支持时间为目标函数，提出了一种基于遗传算法的多预警雷达协同部署方法，并探讨了多方向来袭、单要地防御以及多方向来袭、多要地防御的部署模式。文献[31]采用了基于覆盖率最优化和基于博弈论方法的防空雷达部署方法，并对不同地形条件下的部署方案进行了优化。文献[9]提出了反导预警装备覆盖能力、体系贡献率等指标的评估方法，为优化部署模型目标函数提供了参考。不难看出，在模型构建过程中各类部署模型并没有涵盖全部的能力指标集，而是突出部分核心指标择优建模，通过加权求和等方式简化运算。

算法优化方面，在实际求解过程中，随着预警雷达种类、数量以及约束条件的增加，预警雷达优化部署的求解计算量将会十分庞大，传统算法稳定性不足，无法保证全局最优解的问题将不满足计算需求，因此对智能算法的优化将是解决该类问题的关键。文献[32]针对传统遗传算法效率不高的问题，提出了一种针对多预警雷达协同部署问题的并行计算的混沌遗传算法，相较于传统遗传算法避免了过早进入局部最优解，提高了计算效率。文献[33]提出了一种基于蛙跳算法的防空雷达组网优化部署方法，通过更新策略和混沌优化，极大地提高了局部搜索效率和全局搜索性能。文献[34]提出一种基于改进的粒子群算法的防空雷达组网优化布站方法，通过融入自适应反向策略，提高了持续寻优能力，实现了雷达组网的优化布站方法。

海基反导预警雷达是地基反导预警装备的重要补充，依托海上平台可以实现海上灵活部署，弥补远洋来袭威胁区域的空白，大大拓展反导预警系统的预警范围。目前针对海基反导预警雷达的部署问题相对较少[35]，因其功能和探测手段与地基反导预警雷达相近，在部署问题上可以参考其方法。

3.3 协同部署方法

反导预警探测需要多型预警装备的协同实施，单型装备的最佳部署方案并不一定是全局最优部署方案，因此需要从整个反导预警流程出发，设计针对全局最优的协同部署方案。协同方式主要有：具有早期预警能力的高轨预警卫星引导低轨预警卫星，简称星星协同；天基预警卫星引导地基(海基)预警雷达，简称星地协同；地基远程预警雷达引导地基多功能预警雷达，简称地地协同。

星星协同方面，重点是研究满足重点区域多重覆盖、连续覆盖需求下的混合构型的卫星星座的设计问题。文献[36]以实现全球覆盖为目的，对预警卫星进行了轨道设计与星座研究分析，星座包括3颗地球静止卫星，4颗在两个平面覆盖地球高纬度的大椭圆轨道卫星以及24颗覆盖导弹飞行中段的低轨预警卫星，并给出了完整的导弹防御方案。文献[37]通过分析天基预警卫星协同探测临近高超声速目标的配置需求，划分卫星任务剖面，以最优覆盖面积为目的分别设计高轨预警卫星、低轨预警卫星优化配置模型，确定了混合构型预警星座的配置方法。文献[38]提出了对地观测混合星座性能指标、约束条件和多目标优化设计方法，通过建模验证，提出了中低轨混合星座和高低轨混合星座设计方法。

星地协同方面，关于协同部署的研究相对较少，主要是针对天基预警卫星引导情况地基下预警装备能力提升的研究；由于预警装备能力的提升也可作为部署模型的优化条件，进一步优化部署模型，故亦有较高的参考价值。文献[39]研究了利用高轨预警卫星提升远程预警雷达能力的问题，得出在有预警引导信息情况下，可缩小雷达搜索空域，提高预警雷达的探测距离，缩短告警时间。文献[40]以STSS双星联合观测引导预警雷达为研究对象，通过建模分析可得，在威胁区域采用卫星引导情况下，有利于节省雷达资源，为低轨预警卫星引导地基预警雷达的部署模式以及部署资源的优化提供了参考。文献[41]利用天基预警卫星提供的主动段跟踪信息，基于UKF滤波建立目标运动状态估计，设计了预警雷达对被动段的搜索空域优化模型，在确定雷达部署法向等方面有相关应用价值。

地地协同方面，与强调全面覆盖的雷达组网问题不同，地地协同更加强调基于预报交接、接力跟踪的体系作战运用，现有研究重点和难点是依据前站的预警信息引导后站目标交接技术研究，对优化协同部署有参考价值。文献[42]针对早期预警雷达和多功能相控阵雷达的目标指示交接问题，给出了一种基于扩展卡尔曼滤波定轨和动态波位编排算法的单目标情况的目标指示交接方法，可用以解决预警空域划分不合理问题。文献[43]针对早期预警雷达任务交接班策略问题，提出预警雷达交接班准则、交班条件和交班策略研究框架，基于算子的柔性仿真建模方法构建交接班仿真模型，可用于部署筹划、交接班效能验证等研究。文献[44]以多雷达交接为研究背景，针对前站与后站雷达探测范围不重叠的情况，分析了弹道预报、雷达搜索区域确定等问题，为雷达资源紧张情况时的最优部署策略提供参考。

4 启示与展望

4.1 发展多类传感器协同部署技术

纵观世界各国反导预警系统的建设与发展历程，呈现出“天基卫星为核心，地基雷达为主体，海基雷达为补充”的发展趋势。各类预警装备系统协同部署、互为补充，既体现了各自的国家安全战略对反导预警系统建设的不同要求，又呈现出应对导弹威胁变化渐进发展的共同特点与规律。以美国为例，美军一直在追求预警网络的全球部署，特别是有利益相关的区域，反导预警体系呈现出全方向覆盖、多重覆盖和抵近部署的特点。首先，美国在各防御方向都部署了反导预警探测装备，从而实现了各防御方向反导预警网的无缝衔接；其次，对于同一批目标除了预警卫星实施预警外，还有地基、海基预警装备对目标实施多重预警；再次，美国利用其全球范围内的军事基地和强大的远洋能力实现了反导预警装备的抵近部署。借鉴于此，我国在构建反导预警体系时，要强调反导预警装备部署的针对性，突出情报先导，根据面临的弹道导弹威胁及态势趋势，实现对各个方向来袭弹道导弹目标的预警监视。

4.2 突破传统体系作战运用模式

美军多次反导拦截试验表明，高效的多传感器协同预警探测对反导作战极为重要[45]。传统协同部署模型大多以“搜索、引导、识别”的握手交接流程为主，即搜索预警型装备为前置，跟踪识别型装备为后置，构建起反导预警体系。而实际部署运用中，美军的AN/TPY-2(FBM)雷达、“宙斯盾”系统尽可能靠近敌方前沿位置部署，使X波段为主的跟踪识别雷达的远程精确跟踪和识别目标的潜力得到充分发挥：前置的跟踪识别雷达拥有更长的精确跟踪和识别时间[46]。因此，在构建反导预警体系时，应尝试突破传统接力协同预警模式，考虑前置部署、引导部署相结合，优化预警资源配置，增加装备部署灵活性。

4.3 “星座重构+机动补盲”快速部署问题研究

面临的现实弹道导弹威胁是影响反导预警装备部署的根本因素。从世界各国反导预警装备部署情况可见，装备部署均是针对竞争对手来袭威胁设计的。然而，随着国际政治环境变幻莫测，地区突发事件日益增多，威胁方向时刻都可能发生变化。如何在有限的反导预警装备资源和预警能力下，及时应对不可预测的导弹来袭威胁，实现对该方向的临时性预警能力已成为亟待解决的问题。低轨预警卫星星座重构方法(应急发射或轨道机动)、地基移动式多功能预警雷达以及海基预警雷达的机动补盲部署方法，将成为预警体系能力提升的关键。

4.4 反导预警装备部署的智能化

反导预警装备优化部署属于反导预警任务规划研究的重要部分。在以技术密集型为特点的反导作战中，通过将人工智能技术与反导作战理论相结合，实现反导预警装备部署的“智能化”，能够确保各装备系统在“任务-时间-空间”线上精确运作，更好地实现预期的反导作战目标。深入研究智能规划优化方法，探索智能规划理论在智能协同部署中的应用，力求解决反导预警装备协同化智能任务规划技术理论的瓶颈，为我国未来反导预警体系的建设夯实理论基础。

5 结论

反导预警作战的高实时性，装备协同运用的高复杂性决定了反导预警作战是一种预先筹划、依案实施的作战行动，优化部署反导预警装备并使之形成体系作战能力是反导预警作战的关键。美、俄等国通过科学规划、协同部署反导预警装备，极大提高了反导预警体系作战效能。本文通过归纳总结反导预警作战需求，梳理综述了现阶段反导预警部署方法，在此基础上提出了对反导预警装备部署方法的启示与展望。随着我国面临的空天防御威胁的不断扩大，深入研究反导预警装备部署方法，优化反导预警体系架构，对未来我国建设反导预警体系具有重要的支持作用和现实意义。