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2020 , Vol. 42 >Issue 4: 13 - 18

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1673-3819.2020.04.003

理论研究

协同防空反导中舰空导弹作战模式选择问题

  • 张森 ,
  • 董受全
展开
  • 海军大连舰艇学院, 辽宁 大连 116018

张 森(1993—),男,江苏太仓人,硕士,助理工程师,研究方向为防空反导。

董受全(1968—),男,博士,教授。

Copy editor: 许韦韦

收稿日期: 2019-11-07

  修回日期: 2020-05-20

  网络出版日期: 2022-05-10

收起

Operational Mode Selection of the Ship-to-air Missile in Cooperative Air and Missile Defense Operations

  • ZHANG Sen ,
  • DONG Shou-quan
Expand
  • Dalian Naval Academy, Dalian 116018, China

Received date: 2019-11-07

  Revised date: 2020-05-20

  Online published: 2022-05-10

Fold

摘要

基于协同防空信息系统的防空反导作战,其舰空导弹作战模式主要有四种。介绍了舰空导弹四种作战模式,给出了作战模式选择的基本原则和定性分析下的优先级排序。随后,对影响舰空导弹作战模式选择的平台队形、捕获性能、制导距离和导弹性能四种约束条件进行了分析、建模和仿真,得出了定量分析下四种作战模式的优先级。希望在协同防空反导作战中,能为指挥员快速指挥决策和辅助决策系统的设计提供参考与依据。

关键词： 协同作战; 防空反导; 模式选择

本文引用格式

张森 , 董受全 . 协同防空反导中舰空导弹作战模式选择问题[J]. 指挥控制与仿真, 2020 , 42(4) : 13 -18 . DOI: 10.3969/j.issn.1673-3819.2020.04.003

Abstract

Based on cooperative air defense information system, there are four operational modes of the ship-to-air missile in cooperative air and missile defense operations. After introducing four operational modes of the ship-to-air missile, this paper gives basic principles of the operational mode selection and prioritization under qualitative analysis. Then, the influence factors of the operational mode of the ship-to-air missile are analyzed, modeled and simulated, including platform formation, acquisition performance, guidance distance and missile capability, and the prioritization of four operational modes under quantitative analysis is obtained. It is hoped to provide reference and basis for the commander to make quick decisions and the design of auxiliary decision system.

Key words： cooperative operation; air and missile defense; mode selection

现代海战正向着“体系”与“体系”的对抗方向发展。如何将各平台互联以及信息共享已成为“体系”对抗的关键。协同防空信息系统突破单一平台的制约,将传感器网、指控网和武器网打破重组,以战场需求为牵引动态构建针对目标的火力通道,较好地解决了远距离防空和超视距反导两大防御难题。舰空导弹作为协同防空反导作战的最终“执行者”,其在协同防空信息系统的加持下,主要有四种作战模式。理清不同作战模式的内涵、影响因素和使用原则,将为舰艇编队撑起一张更加坚固与灵活的“防御网”。

1 舰空导弹作战模式简介

协同防空信息系统将不同平台上的传感器、指控和武器进行动态组合,形成特定条件下的火力通道。舰空导弹的作战模式主要为四种典型组合,分别为提示作战、远程数据作战、远程发射控制作战和前传作战[1]。

1.1 提示作战

提示作战是指本舰经协同防空信息系统提示后,捕获并发射导弹拦截目标的作战模式。编队中各平台将探测到的目标点迹信息进行共享、融合,形成统一的目标态势。如图1所示,若平台1雷达发现目标T,平台2雷达未发现目标T,且目标T对平台2有威胁,则协同防空信息系统将对平台2进行目标提示,引导其捕获并拦截目标T。此时平台2雷达可针对目标T方位进行重点搜索跟踪,节约搜索时间资源,增大捕获距离,尽早发现和跟踪该目标,形成火控级目标数据,平台2在较远的距离上发射导弹和拦截目标。

1.2 远程数据作战

远程数据作战是指本平台未发现目标,利用协同防空信息系统传送的火控级目标数据进行火控解算,引导本平台导弹发射与拦截目标。如图2所示,此时平台2未能发现或跟踪目标,仅作为导弹发射与控制平台。平台1将火控级目标数据传送给平台2进行融合与火控解算,平台2装订射击诸元后发射并控制导弹拦截目标。
图2 远程数据作战

1.3 远程发射控制作战

远程发射控制作战是指本平台仅作为导弹发射平台,其导弹的发射与制导均由另一平台控制的作战模式。如图3所示,此时平台1通过协同防空信息系统给平台2下达导弹射击诸元与发射指令,并制导导弹拦截目标。
图3 远程发射控制作战

1.4 前传作战

前传作战是指本舰发射导弹后,在导弹的中制导段将导弹的制导权转交给另一平台的作战模式。如图4所示,此时平台1通过协同防空信息系统获取目标信息,进行火控解算并发射与控制导弹。当导弹处于中制导段合理交接区时将导弹的制导权转交给平台2,并由其引导至目标处。

2 舰空导弹作战模式选择原则

协同防空反导作战时,舰空导弹作战模式选择应以满足舰空导弹作战使用为基本前提。随后,应以尽远尽早拦截目标,发挥导弹射程优势为重点。随后,考虑舰空导弹拦截时的制导精度问题,使拦截概率最大。同时还需考虑多目标拦截能力,将拦截目标扇面、纵深和作战资源数量等进行统筹规划。

2.1 以满足舰空导弹作战使用为基本原则

协同条件下的舰空导弹防空反导作战,导弹杀伤区、平台捕获目标范围、平台制导距离和平台间距离均影响舰空导弹的作战使用和作战模式选择。比如平台间距离大于单平台制导距离,则不能使用远程发射控制作战;舰空导弹射程处于单平台制导范围内,则不适合使用前传作战;目标距离较远,超出单平台制导范围,则不能使用提示作战和远程数据作战。

2.2 尽远拦截目标,发挥舰空导弹射程优势[2]

提示作战拦截范围受本平台雷达捕获与制导能力的限制。远程数据作战不受本平台雷达捕获能力的限制,但仍受本平台制导能力限制。远程发射控制作战将导弹的制导能力进行有限的扩展,但受限于平台间距离大小。前传作战在理论上可通过各平台间的接力制导实现尽远拦截目标,但需要协同的平台较多。所以为尽远拦截目标,此时舰空导弹作战模式选择的优先级为前传作战≻远程发射控制作战≻远程数据作战≻提示作战。

2.3 确保全方位、大纵深拦截目标

四种作战模式中,应优先选择能全方位拦截目标的作战模式以增大对多方向来袭目标的拦截能力。同时应尽量使目标在拦截区内纵深最大,增加拦截目标的次数。

2.4 确保舰空导弹制导精度[3⇓-5],提升拦截目标概率

四种作战模式中,导弹的制导精度主要与雷达测量误差、数据处理误差、数据传输延迟误差、制导设备误差、导弹飞行误差、平台定位误差等因素有关。具体如表1所示。
表1 作战模式误差分析
雷达测量
误差		 坐标转换
误差		 数据传输
延迟误差		 制导设备
误差		 导弹飞行
误差		 平台定位
误差
提示作战 小 × × 小 小 小
远程数据作战 小 小 中 中 中 中
远程发射控制作战 小 中 中 中 中 中
前传作战 大 大 大 大 大 大
由表1可知,为确保舰空导弹制导精度,导弹作战模式选择的优先级为提示作战≻远程数据作战≻远程发射控制作战≻前传作战。

2.5 合理分配各平台资源,提高多目标拦截能力

协同防空反导作战拦截多目标时,因平台数量、各平台雷达捕获跟踪目标和制导导弹数量均有限制,所以选择舰空导弹作战模式应尽量少占用平台资源,从而达到组织指挥高效的目的。四种作战模式下单目标占用资源如表2所示。
表2 单目标资源占用表
占用平
台数量		 占用跟踪目标
的雷达数量		 占用制导
通道数量
提示作战 1 ≤N 1
远程数据作战 1 ≤N-1 1
远程发射
控制作战		 2 ≤N-1 1
前传作战 ≥2 ≤N ≥2
由表2可知,N为平台数量(假设每平台有1部跟踪雷达),为尽量少占用平台资源,提高多目标拦截能力,舰空导弹作战模式选择的优先级为远程数据作战≻提示作战≻远程发射控制作战≻前传作战。

3 舰空导弹作战模式选择影响因素分析

纵观舰空导弹作战全流程,虽然作战模式不尽相同,但都包含“平台”、“传感器”、“火控”、“武器”和“目标”五个基本元素。因此“平台”位置、“传感器”能力、“火控”能力、“武器”性能和“目标”状态是决定舰空导弹作战模式选择的主要因素。

3.1 平台队形分析

为发挥协同防空信息系统功能,各平台之间的距离应满足数据传输距离限制。因系统数据传输量大,实时性要求极高,所以通常采用微波传输,传输距离应为视距[6]。
设各平台天线架设高度均为Hjs,任意平台m,n的距离为Rmn,则根据视距公式,有如下约束条件:
平台m,n互传数据时:Rmn≤4.12×2× H j s。

3.2 捕获性能分析

提示作战中,目标位于发射平台正常捕获范围与重点捕获范围之间,且目标至少位于其他某一平台正常捕获范围之内。远程数据作战中,目标位于发射平台正常捕获范围之外,但至少位于其他某一平台正常捕获范围之内。远程发射控制作战中,目标和导弹初制导结束时均应位于制导平台雷达捕获范围之内。前传作战中,目标至少位于某一平台正常捕获范围之内。
设各平台雷达正常搜索捕获时目标被捕获距离为Rbh、重点搜索捕获时捕获距离提高P%。目标T与导弹发射平台i的距离为RTi,目标T与发现捕获平台j的距离为RTj,目标T与制导平台k的距离为RTk。导弹M结束初制导并进入中制导时高度为Hd,此时导弹被雷达捕获的最小距离为Rbh(Hd)。制导平台k与发射平台i的距离Rki,则有如下约束条件:
提示作战: R b h ≤ R T i ≤ ( 1 + P % ) R b h R T j ≤ R b h
远程数据作战: R T i ≥ R b h R T j ≤ R b h
远程发射控制作战: R T k ≤ R b h R k i ≤ R b h ( H d )
前传作战: R T i ≤ R b h

3.3 制导距离分析

提示作战与远程数据作战中,制导距离应不小于发射平台(也是制导平台)与目标的距离。远程发射控制作战中,制导距离应不小于制导平台与发射平台的距离和制导平台与目标的距离,且制导距离应小于发射平台与目标的距离。前传作战中,接力制导的前后平台制导距离之和与前后制导平台距离的差值应不小于制导交接区最小范围[7-8],且目标与最后进行接力制导的平台距离应不大于最后制导平台的制导距离,目标与其余进行接力制导的平台距离应大于其余平台制导距离。
设各平台制导距离均为Rzd,目标T与最后进行接力制导的平台k的距离为RTk,目标T与其余进行接力制导的平台k'的距离为RTk'。前后制导平台m'和n'的距离为Rm' n',最小可靠制导交接区大小为D。为使舰空导弹尽远拦截目标,则有如下约束条件:
提示作战:Rzd≥RTi
远程数据作战: R z d ≥ R T i
远程发射控制作战: R z d ≥ R k i R z d ≥ R T k R z d < R T i
前传作战: 2 × R z d - R m ' n ' ≥ D R z d ≥ R T k R z d < R T k '

3.4 导弹性能分析

提示作战、远程数据作战、远程发射控制作战和前传作战中,导弹有效杀伤距离应不小于发射平台与目标的距离。
设导弹有效杀伤区距离为Rss,则有如下约束条件:
四种作战模式:Rss≥RTi

4 仿真分析

假设四艘舰艇组成菱形队进行编队协同防空反导,主要威胁方向为西北,若平台①、②、③、④配置如图5所示。来袭目标高度、目标RCS和目标速度均已知。单平台天线架设高度、雷达捕获目标距离、雷达捕获初制导结束的舰空导弹距离、雷达制导距离、最小可靠制导交接区范围、导弹有效杀伤区范围如表3所示。
图5 编队协同防空反导队形
表3 性能参数
Hjs
(m)		 Rbh
(km)		 Rbh(Hd )
(km)		 P Rzd
(km)		 D
(km)		 Rss
(km)
20 30 35 20 40 5 60
由平台天线架设高度可知,平台组网互传数据的最大距离为38 km。根据图5各平台的位置关系,可得表4各平台数据传输关系,判定平台①、②、③、④可组网互传协同防空反导信息。
表4 平台数据传输关系
平台① 平台② 平台③ 平台④
平台① √ √ ×
平台② √ × √
平台③ √ × √
平台④ × √ √

4.1 限定平台功能

规定四种作战模式下平台④发射导弹;提示作战和远程数据作战模式下,平台④同时负责制导;远程发射控制作战模式下平台②或③进行导弹发射控制与制导;前传作战模式下,平台②或③进行第一次接力制导,平台①进行第二次接力制导。
则依据舰空导弹作战模式选择的约束条件,可得限定各平台功能时,四种作战模式相应的目标区范围如图6~9所示。
图7 远程数据作战
图8 远程发射控制作战
由图6~9分析可知,依据目标区范围是否重合,从拦截目标距离、纵深、扇面、精度分析,得表5限定平台功能下的作战模式选择优先级如下。
表5 限定平台功能下的作战模式选择优先级
提示作战 远程数据作战 远程发射控制 前传作战
目标区范围重合 拦截目标距离 差 中 良 优
拦截目标纵深 差 中 良 优
拦截目标扇面 优 优 良 中
目标区范围不重合 拦截目标精度 优 良 中 差

4.2 非限定平台功能

规定平台①、②、③、④均可进行发射、控制与接力制导导弹。通过配置不同的平台进行发射、控制与制导,可得四种作战模式下目标区范围,如图10~13所示。
由图10~13可知,提示作战与远程数据作战拦截目标距离较近,拦截纵深较小,且覆盖目标区范围较小,存在较大盲区。远程发射控制作战与前传作战拦截目标距离较远,拦截纵深较大,且拦截目标区最远距离基本一致。但远程发射控制作战下,编队防空区覆盖不完整;前传作战下,编队防空区整体覆盖较完整。
同时由图10~13可得,不同发射制导平台与不同作战模式下目标区范围具有一一对应关系。重合目标区范围即表示可供选择的平台更多,可根据当下编队资源总量(包括平台数量、跟踪目标的雷达数量、单雷达最大跟踪目标数量、制导通道数量、舰空导弹数量)进行优化调整。因此可通过对作战模式、平台及其功能的搭配,生成最优火力拦截通道。
由于主要威胁方向为西北,所以令平台①和②前出一段距离。由图10~13可知,四种作战模式在平台前出情况下,对主要威胁方向的拦截目标区范围均有扩大,且主要威胁方向的盲区相应减小,映证了协同作战模式下,平台前出的正确性与重要性。

5 结束语

基于协同防空信息系统的防空反导作战是解决舰艇编队防空问题的主要解决途径。理解舰空导弹四种作战模式的内涵,明确作战模式选择的基本原则,理清影响舰空导弹作战模式选择的影响因素和约束条件,是充分发挥协同作战能力的关键。实际协同防空反导作战中,协同防空信息系统可通过输入实时获得的数据(如目标数据、平台位置、导弹余量等)和装备基本参数(雷达捕获与制导距离、导弹有效杀伤范围等),并基于作战原则、主要威胁方向和指挥员战术诉求,进行快速解算生成不同作战模式和不同平台功能优化配置下的火力拦截通道,为指挥员协同防空反导中高效决策与抗击提供依据。

参考文献

原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序
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