基于“北斗”的反舰导弹饱和攻击实时决策系统

张金春，张 晶，曹 彪

(1.海军航空工程学院 a.基础部;b.基础实验部，山东 烟台 264001;2.中国航天二院二〇三所，北京 100854)

现代空袭兵力兵器，特别是反舰导弹的发展及其在历次实战中的使用效果表明，在现代海战中，包括巡航导弹和战术型弹道导弹在内的舰载、潜载、机载和岸基等空中目标己构成对水面舰艇的最大威胁［1］。但是，随着先进的防空武器系统装备水面舰艇，单枚反舰导弹的突防概率明显降低，已不可能单独完成摧毁敌水面舰艇的任务，更多的时候需要不同发射平台发射多枚导弹进行协同攻击。此外，反舰导弹可利用导弹航迹规划功能，对水面舰艇实施多方向、多波次连续攻击。因此，选择合理的导弹攻击航路、攻击顺序和导弹发射数量，实现多发射平台的协同作战，合理经济地使用反舰导弹，已成为使用导弹对舰艇火力打击的主要内容［2］。

饱和攻击战术的概念是20 世纪六七十年代前苏联戈尔什科夫针对美国航母编队而制订的战术。具体说就是攻击方为了达到战略战术目的，利用潜艇、舰艇及飞机携载的反舰导弹，采用大密度、连续进袭的突防手段，同时在极短时间内，从空中、水面和水下不同方向、不同层次向同一个目标发射超出其抗击能力的导弹数，使防空系统反导抗击能力在该时间段内处于无法应付的饱和状态，以达到提高导弹突防概率和摧毁目标的目的，包括数量饱和与方向饱和。抗饱和攻击能力是武器系统能够抗击空中目标攻击的最大密度，是防空武器系统本身性能的综合反映［3］。通常所说的饱和攻击是指全系统对抗背景下的，而实际情况下，以箔条、舰载大功率干扰机及舷外诱饵为代表的“软对抗”对反舰导弹突防效能的影响很难以具体数量衡量，实际作战中只要干扰机理正确，突击一方很可能面临“不饱和”的情况。

“北斗”卫星导航系统是我国自行研制和开发的卫星导航定位系统，该系统提供的时统、定位、群工作模式和数字通信等功能，可满足多平台实施反舰导弹饱和攻击协同所需要的统一时间、统一空间位置标定、统一目标定位和统一指挥，以及各发射点信息交互。将“北斗”卫星导航系统应用于反舰导弹对海上目标实施饱和攻击中，不仅为导弹饱和攻击提供一个新的指挥控制保障，还将有效解决依据现有装备构建的导弹饱和攻击指控系统存在的时延长、协调困难和信息传输通道易受干扰的问题。

1 “北斗”卫星导航系统简介［4］

“北斗”卫星导航系统是中国自行研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统(CNSS)，是除美国的全球定位系统(GPS)、俄罗斯的GLONASS 之后第三个成熟的卫星导航系统。可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务，并兼具短报文通信能力。

“北斗”导航系统致力于向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务，包括开放服务和授权服务两种方式。开放服务是向全球免费提供定位、测速和授时服务，定位精度20 m，测速精度0.2 m/s，授时精度10 nm;授权服务是为有高精度、高可靠卫星导航需求的用户，提供定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。

“北斗”导航终端与GPS、“伽利略”和GLONASS 相比，其优势在于:短信服务和导航结合，增加了通讯功能，可发送短报文;全天候快速定位，极少的通信盲区，精度与GPS 相当，而在增强区域也就是亚太区域，甚至会超过GPS;在提供无源定位导航和授时服务时，用户数量没有限制，且有GPS兼容;独特的中心节点式定位处理和指挥型用户机设计，可同时解决己方及对方的定位问题;高强度加密的设计方式，使其更安全、可靠、稳定，适合关键部门应用。

2 实时决策系统的总体框架设计

综上所述，反舰导弹饱和攻击实时决策系统的总体框架设计如图1 所示。

3 各分系统需要解决的关键问题

3.1 饱和攻击所需反舰导弹数量的计算

饱和攻击主要用于海战，攻击海上的大型水面舰艇编队，是在一次进攻中，采用不同频率、不同类型的导弹在不同方向上进行齐射。由于受到防空武器系统的作战反应时间、射击能力以及射击观察时间、人员的训练水平和心理素质等因素的影响，敌方对多弹同时攻击的反应能力必然下降，使得导弹突破敌方防空武器系统的能力大大增强［5］。但是，发射的反舰导弹数量过多不仅会造成浪费，更使得协同难度大大增加，出现航迹交叉等问题。因此，针对不同的目标需要确定合理的反舰导弹发射数量。通过分析水面舰艇的作战流程可知，反舰导弹在其飞行过程中会受到敌方目标电子侦察系统、舰空导弹武器系统、舰炮武器系统和电子对抗系统的抗击。

不考虑反舰导弹的类型和战术使用方法，文献［6］仅从水面舰艇的防空能力考虑，给出了全系统对抗条件下反舰导弹突防能力的计算模型，并建立了确定饱和攻击数的计算模型;文献［7］主要讨论了反舰导弹命中概率随敌方抗击能力强弱以及导弹发射数量多少的变化情况，给出了一种以动态命中概率为基础的确定饱和攻击数的计算方法。

图1 反舰导弹饱和攻击实时决策系统框图

综合上述2 种方法，可以给出计算饱和攻击数的简化模型，设Pjk为舰空导弹武器系统对反舰导弹的拦截概率;Pjp为舰炮武器系统对反舰导弹的拦截概率;Pmj为近程防御系统对反舰导弹的拦截概率;Pg为电子干扰系统对反舰导弹的平均服务概率;Pf为雷达发现概率，则n 枚导弹饱和攻击时单枚反舰导弹的突防概率P突为

在讨论多枚反舰导弹对目标实施饱和攻击时，必须要计算理论上能够成功突防的反舰导弹数量，即突防期望数。当突防期望数大于等于1 时，表示本次饱和攻击在理论上至少有一枚反舰导弹能够成功突防，即可认为达到了饱和攻击的要求，此时所对应的n 值即为饱和攻击时所需发射的反舰导弹数量。突防期望数的计算模型为

N突防为反舰导弹对典型水面舰艇实施饱和攻击时反舰导弹的突防期望数。

需要注意的是，该模型所给出的反舰导弹饱和攻击数只是一个参考值，为了体现决策者的影响，还应该考虑以下几方面:

在工程实施过程中，部分客户及设计单位建议将全厂系统全部纳入DCS系统，可以做到统一管理维护。对于技术成熟且燃料稳定的火电项目，此建议是完全可行的。因为火电行业DCS控制理论已趋于成熟，同类设备差异性非常小，各设备厂家仅需要提供相应的控制点信息，DCS即可独立完成组态和编程。

1)使用不同类型的反舰导弹。当反舰导弹受到电子干扰后，其发现目标概率、捕捉目标概率和自导命中概率等都会降低，而敌方目标实施有源或无源干扰都需要一定的时间，进行有源欺骗干扰前需要先测量导弹自导雷达的频率。因此，为了降低敌方目标电子干扰系统的有效干扰概率，在一次进攻中可以采用不同频率和不同类型的反舰导弹，这样可以使得反舰导弹的突防概率有所提高。

2)采用多样化的战术方法。理论上，通过采用有效的战术方法能够以较少的反舰导弹完成同样的饱和攻击任务，从而节约了武器消耗。文献［8］给出了几种可供参考的战术方法，如干扰弹与战斗弹协同使用、引导导弹与攻击导弹协同使用，“静默”攻击等，通过对这些战术方式深入研究，可以得到更加贴近战场实际、更加合理的反舰导弹饱和攻击数。

3)合理的航迹规划。对于敌方水面舰艇而言，防空导弹武器系统与舰炮武器系统不可能在全部方向都具有相同的火力，电子对抗系统也只能对某一区域形成有效的干扰，因此，合理的航迹规划可以使导弹规避敌火力区和探测区，增加导弹的突防概率。

3.2 反舰导弹航路生成系统研究

反舰导弹的航路规划是指在特定的约束条件下，寻找从初始点到目标点满足某种特定指标最优的飞行轨迹。航路规划的目的是利用地形信息和战场环境信息，在满足各种约束条件的前提下，规划反舰导弹的飞行航路，使得航路的特定评价指标达到最优，从而完成预定的作战设想。

根据饱和攻击的要求，各枚反舰导弹需要以不同的攻击角度从舰艇防空火力薄弱的区域进行突击，并且需要协调各枚反舰导弹的发射时间，使其尽可能在同一时间到达目标。因此，多方向饱和攻击时的航路规划模型主要包括2 部分:自控航程模型和攻击角度分配模型［9］。

1)自控航程模型。自控航程用来反映反舰导弹在命中目标之前所飞行的距离，通常情况下，反舰导弹的自控航程应该尽可能短，因为飞行距离越短则能够越快地完成对目标的打击。同时，飞行距离越长则反舰导弹在空中被敌方发现或击中的可能性越大，反舰导弹的定位和时间误差也越大。根据上述分析，建立以自控航程最短为目标函数的规划模型，则有:

式中:(x0，y0)为反舰导弹发射点的坐标;(xm，ym)为反舰导弹末制导雷达开机点的坐标;(xi，yi)为反舰导弹第i 个导航点的坐标，i=1，2，…，m-1;ri为反舰导弹第i 个导航点处的转弯半径，i =1，2，…，m-1;φi为反舰导弹第i 个导航点处的转向角，i=1，2，…，m-1。

2)攻击角度分配模型。多枚反舰导弹在进行饱和攻击时，需要从不同的角度与方向进行突防。通常情况下，水面舰艇不会将防空火力均匀地分布在全部空域内，而是根据实际情况设置一个主要防御方向，简称主防方向。主防方向可以用一个角度来表示，在主防方向角度与防空火力范围构成的区域内，水面舰艇会增加预警探测和防空火力的强度，重点对这一区域进行防空火力布控。因此，相对于主防方向的区域而言，其他区域就属于防空火力薄弱的区域。反舰导弹的攻击角度主要由反舰导弹的发射数量决定的，则有:

式中:Δλ 为反舰导弹的攻击角度。

需要注意的是，在敌我双方实际的对抗过程中，随着敌方目标信息的不断变化，反舰导弹的打击任务要做相应的调整。例如当反舰导弹发射以后，敌方水面舰艇编队对其防御队形进行了改变，这时反舰导弹的航迹要进行必要的局部修改或重新规划，才可以保证作战任务的完成。

3.3 战斗毁伤评估系统

战斗毁伤评估系统是依据导弹探测到的目标信息来评估敌方目标的毁伤程度，以此确定是否需要对敌方目标进行二次打击［10］。战斗毁伤评估系统对反舰导弹实时决策系统而言具有重要意义，敌方目标毁伤程度的反馈信息对于二次打击时反舰导弹的使用、规划等提供的重要参考，从而更好地完成打击任务。文献［11］中通过对目标毁伤判据的构建及毁伤判据库的应用，运动灰色关联分析的方法建立了对目标毁伤评估的数学模型，为战斗毁伤评估的研究提供了一定参考。

4 结束语

基于“北斗”的反舰导弹饱和攻击实时决策系统的开发有着重要的军事意义，归纳起来，主要有以下3 点:

1)利用“北斗”卫星导航系统提供的数据传输和报文发送功能，可以实现攻击平台与反舰导弹的实时信息交互，并为各攻击平台提供决策支持，从而大大压缩指挥员下决心的时间。

2)对于反舰导弹航路重规划的研究，可以使得反舰导弹具备应对突发威胁的能力，提高反舰导弹的突防概率以及作战效能。

3)反舰导弹实时决策系统实质上贯穿了“协同”的作战思想，协同作战是未来武器系统的主要作战方式，是减少武器消耗、节省作战经费、提高武器系统作战效能、增强完成任务可靠性的重要途径。这一研究过程会涉及战场电磁环境、信息融合、数据链、战斗毁伤评估等多种关键技术的研究，也为其他相关决策系统的研究提供了一定参考价值。

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