舰载无人机对低空目标预警配置方法研究*

胡峥涛 贺 凯 谭安胜

(海军大连舰艇学院研究生管理大队1) 大连 116018)(海军大连舰艇学院作战与训练系2) 大连 116018)

1 引言

现代条件下的海战,空袭兵器随着科技的发展,具有飞行速度快,突防能力强等特点,能在很短的时间内飞临被攻击目标。同时,空袭兵力、兵器多采用低空,超低空、多方向、饱和攻击等突防战术,使得水面舰艇编队对空防御的难度空前增大。早期预警及时发现空袭目标是提高水面舰艇编队对空防御效率的迫切需求。舰载无人机的列装,将与舰载直升机、空中预警机、舰载探测设备有效协同,形成编队纵深、立体的对空观察体系。本文就舰载无人机对低空目标预警配置的问题进行探讨。

2 舰载无人机对低空目标预警能力特点

2.1 续航时间长,预警距离远

舰载无人机最突出的特点就是续航时间长、预警距离远。舰载无人机在规定载荷下,其续航时间长达XXh,在其续航时间内,考虑到对舰载无人机的有效控制和信息传输,其前出距离可达XXXkm,再加上载荷的探测距离,舰载无人机可使编队对低空目标的预警距离到达XXXkm,为编队组织有效的对空防御赢得了宝贵的时间。

2.2 隐蔽性好,生存能力强

舰载无人机外壳采用碳纤维等复合隐身材料,有效地减少了雷达反射面积,被敌雷达发现的概率大大降低。与舰载直升机相比,舰载无人机没有复杂的生命保障系统和起降设备,尺寸减小了约40%,起飞重量大大减轻,使得飞行速度、飞行高度和飞行灵活性得到了很大的改善,战术运用更加灵活。再加上控制手段的多样性,使得舰载无人机的生存能力很强。

2.3 任务载荷多样,环境适应能力强

舰载无人机配备光电、雷达、电子侦查等多种任务载荷,不同任务载荷的战场适应能力是不同的,异类任务载荷的配合使用,使得舰载无人机具有很强的战场环境适应能力。如可以根据不同战场环境,选择挂载某一任务载荷执行给定的任务,也可以通过组成携载不同任务载荷的无人机编队,协同执行同一任务或同时执行不同的任务,已增强对环境的适应性。在对低空目标的预警中,可根据低空目标的不同特性,协同使用多种载荷提高预警效率。为指挥员更全面、深刻的判断作战态势,更快地下定决心,最大限度地发挥武器装备的作战效能提供实时、准确的情报支持。

3 舰载无人机对低空目标预警配置原则

为了及时尽远地发现低空来袭目标,使编队具有更多的对空防御反应时间,提高编队对空防御效率,必须根据空袭目标特性、舰载无人机性能特点、载荷特性以及编队对空防御武器的性能特点,对舰载无人机的配置进行研究,使有限的对空防御资源发挥最大的对空防御效益。舰载无人机低空预警配置应遵循以下原则。

3.1 空间上重点部署,优化配置

应根据编队威胁方向,有重点地对舰载无人机进行部署。舰载无人机具有隐蔽性好,生存能力强的特点,通常应将其部署在舰艇编队威胁最大的方向上;由于海浪的影响探测器材对低空目标的发现概率不高,在纵向上应进行梯次配置,形成接力预警。

3.2 载荷上合理搭配,提高效率

不同载荷性能特点不同,不同载荷的合理搭配,可有效提高发现目标的概率。不同载荷是利用目标的不同特征进行探测的,应根据战场环境,组成舰载无人机编队,挂载不同载荷,对低空目标进行预警探测。如:可组成挂载光电载荷和电子侦查载荷的无人机编队,也可组成挂载光电载荷和雷达载荷的无人机进行编队,也可组成挂载电子侦查载荷和雷达载荷的无人机编队等等。实际作战中如何进行挂载载荷搭配,应根据战场环境具体确定。

3.3 频域上协调使用,电磁兼容

多架舰载无人机在同一扇面上部署时,不同舰载无人机载荷之间、舰载控制站与舰载无人机之间的上行线路之间以及下行线路之间都可能存在相互干扰的问题。因此,在进行无人机的配置时,必须考虑相互之间可能存在的干扰,由编队统一协调与管理功率、频率、天线指向和发射时间等,使舰载无人机的配置更加有效,消除各种可能的干扰,增强舰机之间信息传递的可靠性,确保编队低空预警观察体系的有效性。

4 舰载无人机对低空目标预警的配置方法

水面舰艇编队对空防御的部署和组织,应及时发现空袭之敌并报知编队兵力和协同兵力,在敌低空目标到达完成任务线前将其摧毁。因此,舰载无人机,作为编队对空观察预警体系中的一个节点,在给定的配置方向上,应对下列配置要素进行优化。

4.1 舰载无人机的配置距离

无人机对低空目标预警观察的配置距离dqc,是指无人机预警观察的配置阵位与无人机预警观察时,编队所在阵位之间的距离。影响无人机配置距离的因素如下:

1)无人机作战半径

无人机作战半径r,即无人机遂行编队对低空目标预警观察任务时,能作往返飞行的最远单程距离,是无人机配置距离的上限。

2)编队对无人机的有效控制

编队对无人机的有效控制距离dbk,是指编队通过舰载雷达,空中预警机等探测器材对无人机实施操控的最远距离。无人机的前出距离一旦超出编队的有效控制距离,其将无法按照编队指挥员的要求,获取所需海域的情报信息,无人机预警观察的效果也就大打折扣。

3)编队与无人机信息有效传输距离

编队与无人机信息有效传输距离 dbc,是指编队能够通过主数据链,向无人机发送指令,并接受其状态和载荷数据的最远距离。一般情况下,编队是通过舰载控制台直接与无人机进行信息传输。而在无人机前出距离大于舰载控制台直接传输距离或作战任务等情况下,可以将舰载直升机、空中预警机或其它无人机等作为空空中继平台,对无人机实施中继通信,以保证战场信息的有效传递。而对于后者,以及由于通信节点的增加,通信中继会产生通信延迟,同时被敌干扰的可能性也随之增加,导致了无人机配置要素的不确定性。因此,本文只考虑编队与无人机直接进行通信的情况。

上述影响无人机配置距离的因素,都是由无人机及其载荷的战技性能决定的。因此,无人机对低空目标预警观察的配置距离,必须在这些因素的限制范围之内,即:

4)“编队对空火力分配环”[1]

无人机为了在敌低空目标到达完成任务线前将其摧毁,其配置距离还要满足“编队对空火力分配环”的要求。如果编队对空防御要求无人机的配置距离是为了确保低空来袭目标与导弹(弹丸)在杀伤区远界相遇,其预警观察纵深在必须大于“编队对空火力分配环”的始线L1的同时还必须考虑到无人机对低空来袭目标的探测时间ttc,编队对接到目标信息的传递时间tcd以及编队处理目标信息的反应时间tcl。因而,无人机的配置距离可以表示为:

式中:vmb为来袭目标的平均速度;d为无人机载荷探测距离。

而如果编队对空防御要求无人机的配置距离是为了确保目标与导弹(弹丸)在杀伤区近界相遇,即无人机的最小配置距离。则无人机的最小配置距离可以表示为:

式(2)～(3)表明,无人机低空预警的配置距离与载荷的探测距离d有着密切的联系。如果d足够远,则可以出于无人机自身安全的考虑,将无人机配置在编队防空武器系统杀伤区远界以内。在此情况下,必须指定出编队防空武器系统的射击禁区,以避免无人机被己方火力损伤。而如果,d由于战技性能的制约,无人机配置在编队防空武器系统杀伤区远界以内无法满足“编队对空火力分配环”时,无人机必须扩大其前出距离。而这时,我们要考虑的是无人机对低空目标预警观察阵位与目标之间的距离(即无人机的观目距离[2])。无人机的观目距离应根据具体的战场情况而定,通常取无人机探测载荷的最大探测距离。若无人机探测载荷的有效探测距离不对于目标的杀伤半径时,可以通过调整无人机的探测高度,从而保证无人机探测载荷的最大有效探测距离大于目标的杀伤半径。

4.2 无人机配置高度

无人机的配置高度h,是指无人机在对低空目标预警观察阵位时的高度,主要受如下几个因素的影响:

1)视距高度

无人机对低空目标预警观察时,其探测载荷对目标进行识别,首先要满足的条件就是在目标的雷达(光电)有效反射高度要在无人机的视距范围内。则无人机的飞行高度可以通过视距公式转化求得,即

式中:dfx为探测载荷发现目标的距离;hmb为低空来袭目标的雷达(光电)有效反射高度。

当然,不仅仅是无人机探测载荷需要满足视距公式的要求,无人机对低空目标预警观察时,还必须时刻保持其与舰载控制台的有效通信。而为保证无人机与舰载控制台的有效通信,要满足两个基本条件:一是无人机与舰载控制台的跟踪天线之间具备一条直接通路瞄准线以保持通信,即视距上的通路。(假设舰载控制台天线的雷达或光电有效反射高度为htx);二是为保持最佳瞄准线,无人机飞行高度不得使跟踪天线仰角超过α,则式(4)可以转化为:

当时曾有媒体报道，“Reserve Primary Fund基金648亿美元资产中逾60%遭到投资者赎回，在债券上的亏损迫使其跌破面值至0.97美元，该基金随后宣布停止赎回”，逾60%赎回、跌至0.97美元，中投是否因此而亏损？据汪建熙透露，9月15日美国当地时间一开市，中投立刻问Primary：如果赎回怎样？对方答：赎回价还是1美元。中投立即下达指令：赎回。每份1美元，保住了本金。而在当地时间早晨8点，中投以1美元价格发出赎回指令，之后的下午1点钟，基金净值就下跌至0.97美元，停止赎回。就在那个北京的晚上（是美国的白天），有1500亿美元规模的资金逃离美国的货币市场基金。

2)人眼的分辨力

舰载无人机如果挂载光电载荷遂行编队对低空目标预警观察时,无人机的飞行高度,还需要考虑到指挥员能否从荧光屏上分辨出低空来袭目标。结合无人机的飞行性能和光电载荷的探测性能发现,只要使得光电载荷的摄像倾角不超过β,即可保证无人机对反射面积不小于S的目标进行识别,即

3)无人机的飞行安全

在舰载无人机低空预警时,不得不考虑无人机的自身安全。在无人机遂行编队对低空目标预警观察时,为避免无人机发生空中停车,首先要满足的便是无人机飞行高度一定要不小于其最小安全飞行高度haq。而且,无人机如果配置在编队防空武器系统杀伤区远界以内,那么,此时无人机的配置高度应在编队对空火力覆盖的空域内,并尽量在较高的空域上,以保证编队对空防御武器抗击低空目标时,不被己方目标误伤,即

值得注意的是,无人机的在遂行编队对低空目标预警观察任务时,其飞行高度与载荷,燃油的重量以及载荷的重量和挂载位置有着密切的联系。无人机的安全飞行高度上限可近似看成与载荷以及燃油重量成反比。这一约束条件,由于涉及载荷和副燃油箱挂载位置的力矩分析,本文不做详细论述。

4.3 无人机的配置数量

无人机的配置数量n,是指无人机为遂行编队对空防御观察任务。影响无人机配置数量的主要因素包括:

1)舰载控制台对无人机的控制能力

无人机对低空目标预警观察时,必须考虑舰载控制台的操控能力。如果强制放飞多架无人机,很有可能导致编队内部电子器材的电磁紊乱,影响编队的对空防御的整体效能。

2)无人机的续航时间

无人机续航时间对无人机配置数量的影响,是指构建有效的编队对空防御观察体系,需要无人机持续的对低空来袭目标进行预警观察,而无人机的续航时间有限,因此无人机对低空目标预警观察时,需要预留一定数量的无人机与已放飞的无人机机进行轮换。而且,无人机轮换时,必须逐架次的进行,以保证编队对空预警观察体系的完整性。

则综上述分析,可知舰载控制台对无人机的控制能力,无人机的续航时间与无人机配置数量的关系为

3)编队对空防御观察的任务要求

编队对空防御观察时,需要无人机在指定阵位滞空持续观察或在指定区域机动搜索观察低空来袭目标。无人机在指定阵位滞空持续对低空目标预警观察时,无人机的放飞数量主要与编队对空防御预警观察的扇面,以及无人机阵形有关。其中无人机的阵形一般为扇形或线形配置,如图1所示。

图1 舰载无人机预警观察阵形配置示意图

如果舰载无人机按线型队形配置遂行低空目标预警观察,则建立预警扇面为θ的编队对空预警观察体系,需要放飞的无人机数量为:

式(9)(10)中,δ为无人机与无人机探测区域有效衔接的区域宽度(即重叠的探测区域宽度)。无人机探测区域的有效衔接,是为了提高对来袭目标的预警概率,增强编队整体的作战效能。影响探测区域有效衔接的因素包括:无人机高度、探测载荷性能和无人机与探测器材之间的电磁干扰等因素。

无人机在指定区域机动搜索预警观察时,无人机的放飞数量主要与指定的机动区域面积,以及无人机搜索方法等因素有关。假设机动区域面积大小为S,搜索方法为随机搜索。

则无人机于在编队指定的时间 t以发现概率不小于p的要求下随机搜索,放飞数量为:

式中:ω为无人机搜索时的横扫宽度;v为无人机搜索时的飞行速度。

5 结语

本文对舰载无人机对低空目标预警的配置要素进行优化,是基于“编队火力分配环”、编队对无人机的有效控制、无人机以及载荷战术性能等编队内部因素对无人机配置的影响。然而,在舰载无人机对低空目标预警的实际运用中,无人机的配置还受到作战海区的气象、电磁和威胁环境等编队外部因素的影响,这使得舰载无人机低空预警的配置十分复杂。舰载无人机配置的这种复杂性,要求编队指挥员在组织无人机对低空目标预警观察时,能够针对编队纵深、立体对空预警观察体系的要求,做出有效的无人机预警观察配置。因此,关于如何进一步实现舰载无人机海上低空预警的诸多问题,尚待深入的研究。

[1]谭安胜.编队对空火力分配环及其复杂性分析与应用[J].军事运筹与系统工程,2009(1):14～18

[2]谭安胜.水面舰艇编队作战运筹分析[M].北京:国防工业出版社,2009

[3]姚晓白.舰载直升机在舰艇编队对低空目标预警中的使用研究[J].现代防御技术,2002(3):6～9

[4]旷志高,刘鼎臣.舰载无人机发展综述[J].飞航导弹,2003(2):16～19

[5]高嘉景.海军舰载无人机的现状及其发展趋势[J].舰船电子工程,2004,24(3):16～19

[6]毛泽孝.无人机的优缺点与局限性分析[J].无人机,2007(2):8～10