舰载对空自防御系统分析＊

刘 杨

（北京西三环中路19号 北京 100841）

1 引言

21世纪的今天，海面战斗舰船所面临的威胁态势正变得愈来愈严峻，其中受超音速反舰导弹、俯冲式反雷达导弹、低成本无人驾驶飞行器等新威胁尤其突出。随着“软硬一体战”的新观念的深入，现代战争形式已经由单纯的火力打击向“精确火力打击＋信息攻击”转变，由单纯的火力防空向“火力防空＋电子防空”转变，由主要争夺制空权、制海权向争夺“制天、制空、制海权＋制信息权”转变，在信息化战场上，防御一方不仅面临空海一体的精确化火力打击的威胁，还面临着高强度电子压制、网络攻击和各种新概念武器打击的威胁。

在现有对空防御装备的基础上，完善信息流程和控制措施，把不同层次、不同方位的武器装备融为一体，形成具有自身特色的多层次的整体防御作战能力，最终构建舰艇对空自防御系统，从而提高软硬防护能力才是取胜的关键。新威胁带来新挑战，舰艇对空自防御系统开始迅速走上战争舞台，成为水面战舰必不可少的“护身符”。

2 美国舰载对空自防御系统开发情况

早在20世纪90年代，美军投入研制了第一代舰艇自防御系统——快速反舰导弹集成防御系统（RAIDS），具有将多个舰载传感器集成，信息共享的功能，提高舰艇对反舰导弹防御的快速反应能力，初具舰艇自防御系统协同集成的设计思想，装备非“宙斯盾”系统的水面舰艇。

第二代舰载自防御系统——SSDS系统集成全舰传感器和武器系统为一体化作战防御系统来帮助提供人员生命和高价值战舰的保护。SSDS是一种综合型全自动传感器融合和武器控制系统，通过光纤局部区域网络将现有传感器和武器部件结合在一起，从而协调传感器数据，识别和评估潜在的威胁，并且评估舰载防御系统的准备状态。然后，系统按照确定的海军水面战原则执行预定的战术程序，同时仍可使战斗人员对武器发射功能保持全面控制。SSDS舰船自防御系统综合使用硬杀伤武器和电子对抗设备以摧毁来袭目标，为舰船提供分层的自动化防御能力。当发现目标时，首先由主、被动诱饵进行干扰，接着用“北约海麻雀”和／或“拉姆”导弹进行拦截，然后用“密集阵”近程武器系统打击漏网目标。由于采用计算机自动控制，因此缩短了探测、识别、跟踪和压制反舰导弹的时间，其作用相当于宙斯盾舰艇上的“宙斯盾”武器系统。

SSDS是一种开放式体系结构OA 的分布式系统，由商用软硬件COTS构成，通过FDDI光纤局域网连接而成的具有探测-控制-交战能力的一体化防御系统。SSDS包括了美海军UYQ-70（V）标准显控台组件构成的人机交互接口，现有的商用局域网接入单元LAU 和商用光纤局域网。

3 舰艇对空自防御系统特点分析

3.1 体系结构特点

舰艇自防御系统全系统由探测—控制—交战三大功能构成，其体系结构如图2所示。实质上由以下三个单元组成：

1）承担探测功能的传感器单元；

2）承担指挥控制功能的控制台单元；

3）承担交战功能的武器系统单元。

三个单元通过SSDS系统集成为一体，各传感器和武器系统由网络接入单元LAU 接入SSDS系统的光纤局域网，所有节点由SSDS系统的控制台部分进行控制和信息处理。以上三个单元联合SSDS基础网络共同构成了快速反应作战能力QRCC，从而实现一体化的舰艇自防御作战能力。

通过分析，SSDS的开放式体系结构具有如下特点：

1）SSDS通过光纤局域网将现有传感器和武器系统接入SSDS系统网络，通过LAU 提供统一接口规范，各武器系统保持自身原系统完备性和体系结构不变。

2）SSDS系统自身的体系结构为开放式体系结构OA，遵循OA 模型的全部特征，通过硬件底层、OA 接口、OA 标准框架和OA 功能模块来实现系统柔性特征。

3）LAU 的作用，为已有的武器系统及传感器提供OA物理适应接口和应用层接口。不打破各分系统的体系结构及组成，而将其作为SSDS网络节点纳入全系统，通过物理转换接口、操作系统API和OA 中间件等外围接口，实现硬件底层和系统应用层提供各网络节点之间的兼容与信息交互。

4）SSDS系统基于开放式体系结构模型来构建。在硬件底层和接口层之上，再分为两层，OA 标准框架与OA 功能模块层。标准框架定义SSDS的基础操作系统，支持应用软件的功能重用，提供分布式计算资源管理；功能模块层基于OA 标准框架提供各种功能模块应用。

5）SSDS最终通过一台包含三人指挥桌的标准显控台提供人机交互接口，实现对全系统的管理与操控。

3.2 功能特点

SSDS实现全自动一体化舰艇自防御能力，是通过基础组织功能模块、任务控制功能模块、战术图像功能模块和自防御作战功能模块四项功能模块来实现的。通过分析，SSDS的功能具有如下特点：

1）功能齐备。具备从探测-指挥控制-武器交战的作战全过程的功能组成。作为全时自备式全自动防御作战系统，具备全面的系统功能，能够完成全过程的对抗防御作战的所有作战环节，通过其相应功能模块实现。

2）信息综合处理功能强。系统能够实时协同调度多个传感器，获取信息来源广，形式多样，能同步处理并提取有利于作战指挥与决策的战场信息，提高系统获取信息品质与效率。

3）具有辅助决策功能。系统通过针对多批次目标的跟踪识别，高效的威胁评估，结合战术辅助软件实现快速反应的全自动交战决策，为指挥官及时做出正确决策提供支撑。

4）具有武器综合管理功能。系统控制多型武器系统，其中包括软／硬结合，弹／炮结合，远／近程结合，主／被动结合多种特征，武器使用及控制规则复杂，系统能够根据实际作战态势对各型武器做出最优的调度控制管理，达到最优的系统作战效能。

3.3 任务特点

舰艇自防御是舰艇的最高优先级的作战任务之一。SSDS系统的传感器必须满足24小时全天候、大范围覆盖的探测与警戒，同时能够相互共享敌目标信息。AEGIS系统和SSDS系统是美海军现役的两大主要水面舰艇防空系统。

SSDS的主要任务就是为不具备AEGIS系统防空能力的大型水面舰艇提供全天候、全自动、快速反应的自防御作战能力。尤其对作为航母编队核心的航空母舰来说，舰艇自防御系统就是航空母舰的最后一道防御屏障，而航空母舰本身的安全保障是为全编队提供航空兵纵深防御和纵深打击的基础与前提，因此，SSDS关系航空母舰本身甚至整个航母作战编队防御体系的完整与平衡。SSDS是保证航空母舰存亡安危的核心防御系统，是保障航母作战编队能够顺利执行作战使命的重要作战系统之一。

3.4 性能特点

SSDS集成了非“宙斯盾”系统舰艇上已有配置的全部传感器和武器系统。整个系统，包括传感器和武器，统称为快速反应作战能力QRCC系统。SSDS是QRCC的核心单元，在于通过系统集成优化来不断提升全系统作战能力，而不是通过提高单一系统的性能来达到目的。整个作战系统的能力，包括传感器和武器系统，统一通过快速反应作战能力QRCC来衡量。SSDS集成正是提升QRCC 的重要因素之一。SSDS并不强调任何独立传感器和武器系统的能力超出原有性能，其主要优点在于对软／硬武器系统的协同能力以使其达到最优的战术使用。SSDS的性能具有以下特点：

1）SSDS通过商用软硬件（COTS）技术，将传感器和软／硬杀伤防空武器系统集成为一体，在开放式体系结构下对全系统计算资源进行统一调度，提高系统信息处理能力。

2）SSDS使用嵌入战术软件以提供战术辅助决策，将软／硬杀伤武器集成为一体化的自动武器系统，以提高探测-交战能力。

3）SSDS不需要提升单一传感器的能力，通过接收若干个不同传感器跟踪信息的数据融合处理来提高目标复合跟踪能力。例如，SSDS 通过各独立雷达，电子支援系统（ESM），敌我识别器（IFF），融合以上数据在目标识别和威判的同时进行目标复合跟踪。

4）SSDS不需要提升单一武器的能力，通过为指挥官提供作战方案建议，通过全自动模式下的武器开火控制、ECM 电磁发射、干扰弹发射等手段提高交战时的武器调度效率。

3.5 装备应用特点

美军的SSDS系统装备对象为所有的非“宙斯盾”系统战舰，在20世纪90年代，作为第一代舰艇自防御系统，快速反舰导弹集成防御系统（RAIDS）装备了“斯普鲁恩斯”级驱逐舰和“佩里”级护卫舰。

进入21世纪后开发的第二代舰艇自防御系统SSDS，主要针对为航空母舰和两栖作战舰艇而设计。提供对抗漏防的空中威胁的自防御能力来实现最终的全维保护。SSDS系统现已装备各型舰艇约30套，美军预计将采购约58套。美军在研制SSDS MK 2后，经过快速发展已经形成了适应不同装备对象的六型系统，分别装备六型大型水面作战舰艇，其中包括全部十艘现役“尼米兹”级航空母舰和建造中的“福特”级航空母舰。SSDS已经成为航空母舰自防御装备体系中不可或缺的标准配置和重要系统之一。在未来近十年（2009～2018）海军装备采购预算规划中，对SSDS系统的财政投入约4.46亿美元，说明美军对已经取得良好验证效果的SSDS系统仍将会持续大力发展。

4 构建舰载对空自防御系统需解决的关键技术

通过以上分析可知，要构建具备舰载对空自防御系统，实现从发现反舰导弹到与其交战整个过程的自动化，减少人工干预，缩短反应时间，通过硬杀伤和电子协同对抗来挫败威胁，还需要进行下面几个关键技术的研究和攻关。

4.1 多传感器数据融合技术

要构建舰载对空自防御系统，首先是实现对目标信息的资源共享，通过利用各防御武器系统的传感器，采用数据融合技术，提取目标信息，形成目标航迹，为决策和交战系统提供信息输入。数据融合是对来自多个传感器的测量数据或者其它信息进行综合处理以便使融合系统能够提供更多的单个传感器无法提供的信息，实现单个传感器数据处理无法实现的系统功能，完成单个传感器无法完成的信息提取任务。

对舰载已有目标探测和跟踪设备进行信息融合处理，需要解决的问题主要集中在时空层信息融合处理层面上。它的主要任务是利用多传感器输出的目标参数、传感器平台参数和时统参数等各种数据对目标进行参数估计和预测。对于护卫本舰的单舰舰载探测设备而言，融合面临的主要问题有多传感器情形下的航迹起始、航迹维持、航迹撤消以及多传感器数据关联等。对于跟踪设备信息融合模块来说，主要问题是如何输出精度更高的融合跟踪当前值和预测值。

4.2 综合毁伤模型技术

从高层指挥的角度看，舰载对空自防御系统能有效运行的前提之一是建立一个统一的综合毁伤模型。研究反导导弹系统、电子战系统、近程反导武器系统的毁伤概率模型，然后在此基础上建立舰载对空自防御系统综合毁伤模型，为武器资源的有效实时调度和毁伤性能在线评估提供支持。

4.3 实时武器调度技术

除了在协同交战能力中的多传感器数据融合、复合航迹形成等问题，舰载对空自防御系统的关键技术主要体现在武器分配过程中，其中的难点是如何实现实时武器调度。舰船自防御系统中涉及多种高速输入以及不同射程、不同效率的多种硬、软杀伤武器，同时目标类型和杀伤概率都存在不确定性。系统应该具有处理在多目标情况下多种武器调度问题的能力，并能针对威胁类型，给不同的自防御资源提供辅助决策。

4.4 武器调度资源管理及冲突协调技术

由于传感器的局限性和及时性要求，系统有时很难对面临的威胁作出完全确定的决策，更为困难的是，各种自防御资源都存在各自的局限和制约，面对有限的防御资源，不可能总是以最优的方式来使用它们。可能出现的冲突是：某个武器系统由于已被使用而不能按照理想的计划，对两个或两个以上的不同目标进行发射，构建的舰载对空自防御系统需要系统地解决这些冲突，完善对防御资源的管理，克服防御资源的物理限制，应能够根据从舰载传感器得来的各种信息，协调资源使用冲突，正确选择和确定发射各个防御资源的最佳时间，从而实时地解决冲突问题。

4.5 对空自防御辅助策划技术

在多传感器数据融合技术和综合毁伤模型技术研究的基础上，根据现有的防御资源，及交战准则包括航迹评估参数、武器交战参数和电子战非交战区域等信息为指挥员提供对威胁目标进行综合防御的规划建议，辅助指挥员进行决策。

5 结语

今后在舰载对空自防御研制过程中，要以舰艇对空自防御需求为牵引，以能力提升为目标，以集成优化的要求为系统集成及设计准则，在现有舰艇防空反导武器系统的基础上，充分利用现有成熟技术，进行功能扩展。以提升整体效能为目标，将资源合理配置，有机交联，充分进行系统集成，形成整体对抗能力；以提高系统的自动化水平为目标，依托信息网络，实现信息资源共享、完备系统信息，充分利用信息处理手段对信息进行科学分析、合理使用，形成智能辅助决策及自动化交战的能力；以提高系统持续作战水平为目标，综合考虑使用约束，优化系统控制流程，消除武器使用冲突，提高系统综合毁伤评估能力，形成武器动态实时调度及互操作的能力。最终通过构建舰载对空自防御系统，实现多武器资源共享和协同作战，为舰艇提供全面有效的防护能力，切实提高舰艇作战能力和生存概率。

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