反导作战预案需求分析研究*

黄国强, 狄海进, 朱霞, 王勤

(中国电子科技集团公司 第二十八研究所，江苏 南京　210007)



反导作战预案需求分析研究*

黄国强, 狄海进, 朱霞, 王勤

(中国电子科技集团公司 第二十八研究所，江苏 南京210007)

摘要：为了研究反导作战预案拟制功能模块，进行了反导作战预案需求分析。首先，给出了反导作战典型使用场景；其次，通过该场景的分析，结合反导作战流程，设计了预案匹配流程与预案匹配方法；最后，依据需求分析结果，设计了反导作战预案拟制流程，并对其组成模块进行了简要介绍。通过该流程设计出的反导作战预案，在战时，能够更容易、更准确、更快捷地匹配实际作战态势，形成作战计划。

关键词：反导作战预案；反导作战流程；需求分析；预案拟制；预案匹配；作战计划

0引言

弹道导弹已成为国家空天安全的重大威胁，反导作战跨度大、节奏快、精度高和实时性强，从而要求反导指挥系统具有极快的反应速度和灵敏的指挥决策[1]。但由于弹道导弹发射区域、关机点、飞行弹道、落点有规律和可预知，保卫目标、防御资源的部署有重点、有选择性防御等特性，使得反导作战预案在实际作战过程中有决定性的意义[2-3]。

战前，主要是依据弹道导弹威胁分析报告、反导作战能力对比和效果分析报告、兵力部署方案、反导作战模型库和典型反导作战案例进行反导作战预案拟制，对反导作战预案推演评估，并对作战预案进行优化、调整；战时，依据当前反导武器装备的部署，武器装备状态，保卫目标，来袭弹道目标状态、数量和所在方向等因素，从作战预案库中查询相关的反导任务分配预案，计算反导任务分配预案与当前作战态势的匹配度。基于匹配度和反导作战态势，动态优化、调整、生成反导任务分配方案，确定反导作战任务编组(含预警探测、指挥控制、武器拦截、防空反导协同和通信网络保障、综合保障等内容)[4-8]。

目前，关于反导作战预案相关内容的研究还比较少[5-8]，就公开的文献而言，空军工程大学防空反导学院相关团队对此作了比较深入的研究，比如：反导作战预案形式化建模研究[5]、基于CBR的反导作战方案生成技术等研究成果[8]，其是基于解决作战预案的匹配难题出发的；然而，通过对反导作战流程的研究，反导作战预案的难题其本质在于：如何使反导预案拟制的颗粒度大小与其相应的反导指挥信息系统匹配[1]。

基于此问题，结合反导作战流程[9-10]，本文对反导作战典型使用场景进行了分析，设计了预案匹配流程与预案匹配方法，设计了反导作战预案拟制流程，并简要介绍了其组成模块。

1典型使用场景

现有A，B 2发射阵地对我甲、乙、丙3保卫目标进行弹道导弹攻击，如图1所示。

针对上述典型使用场景，通过输入参数：敌方当前态势与我方当前态势，经过反导预案匹配，希望输出参数：目标交战程序组、未分配目标及其原因。

图1　典型使用场景Fig.1　Scenario of model application

敌方当前态势包括：弹道批号、发射阵地名称、落点位置、弹头类型、弹道类型、当前点位置、当前点速度、外推弹道等。

我方当前态势包括：保卫目标名称、拦截武器部署位置、拦截武器状态、传感器部署位置、传感器状态等。

目标交战程序组包括：弹道目标ID、资源管控时序。

未分配目标向量：弹道目标ID、未分配原因。

2预案匹配流程

针对典型使用场景中当前态势，反导预案匹配的总体流程分为3步，具体如下：

第1步：

(1) 依据综合情报分析出的哪个(哪几个)国家/地区对我哪些区域有威胁征候的结果，指挥员针对具体态势进行兵力部署；

(2) 针对预案名称和兵力部署选择预案。

第2步：

(1) 查找威胁度最高的来袭弹道对应地保卫目标；

(2) 查找攻击此保卫目标的所有来袭弹道；

(3) 按此保卫目标及攻击其所有的来袭弹道匹配预案。

第3步：

(1) 按来袭弹道的当前点组合来匹配预案；

(2) 按指挥员的作战意图给出最终的预案。

预案匹配的详细流程如下：

(1) 按预案名称查找相应的预案；

(2) 依据部署方案筛选出相应的预案；

(3) 按当前态势进行威胁排序，经目标威胁排序后，排序如下：6→2→1→4→5→3。

(4) 按弹道序号6查找保卫目标丙；

(5) 查找攻击保卫目标丙弹道序号6，3；

(6) 依据弹道序号6，3外推弹道与当前点位置，进行可拦截性分析，得出相应的可拦截武器集合；

(7) 匹配预案，详见第3章节；

(8) 删除已匹配的弹道序号6，3；

(9) 返回步骤(1)；

(10) 结束。

值得注意的是：对应步骤(6)中可能出现的情况，以及解决办法如图2所示。

(1) 先把弹道序号6，3一起在预案库匹配，如能匹配出几个预案，选择匹配度最高的预案，形成反导作战计划；否则，进行下一步；

图2　多目标匹配顺序流程图Fig.2　Flow chart of matching sequence for multi-objects

(2) 将弹道序号6，3分开来匹配，各自匹配各自的，如都能匹配，选择匹配度高的进行组合，优化，消解冲突，形成反导作战计划；否则，如都不能匹配，转到(3)；某一个不能匹配，转到(4)；

(3) 弹道序号6进行临机规划，形成反导作战计划；弹道序号3返回列表中，等待匹配；

(4) 如果弹道序号6不能匹配，则进行临机规划，形成反导作战计划，弹道序号3进行匹配，消除冲突，形成反导作战计划；如果弹道序号3不能匹配，返回列表中，等待匹配；弹道序号6进行匹配，形成反导作战计划。

3预案匹配方法

3.1按来袭弹道匹配预案

考虑敌发射阵地与弹道类型等因素对子预案进行匹配度计算，选择匹配度最高(匹配度值最小)的子预案：

(1) 敌方发射阵地

在满足当前态势中攻击南京的敌发射阵地之后，所剩余的敌发射阵地数量越少越好，即

(1)

式中：Nfdyuan为预案中敌发射阵地数量；Nfdsj为任务受领后得到的发射阵地数量。

(2) 弹道类型

预案中标准弹道的最高点与实际外推弹道的最高点的对应的高度的距离越小，越与标准弹道相近，即

(2)

式中：Hsj为实际弹道的最高点高度；Hya为预案中标准弹道的最高点。

则，匹配度计算为

(3)

3.2按实际态势中弹道所处的阶段(中段、末高、末低)排除子预案

在可拦截分析结果中判断每条弹道的中段、末高、末低是否有拦截武器，假如当中段不可拦截时，排除有中段拦截方案的预案，依次进行。

3.3依据拦截策略排除子预案(可选项)

拦截策略包括：集火射击、接替射击等。

3.4拦截窗口匹配预案

考虑拦截武器的拦截窗口等对剩下的子预案进行匹配度计算，选择匹配度最高的子预案[11-12]。

对一某特定的拦截武器，实际中拦截窗口与预案中拦截窗口可能出现的情况如图3所示，计算匹配的拦截窗口时间如图4所示。

值得指出的是：当预案中的拦截武器在实时可拦截性分析中找不到时：该武器拦截可行性分析结果不可拦截，该预案的匹配度为0；该武器出现其他情况(比如：故障)，该武器项的匹配度为0。

拦截窗口匹配度为

(4)

式中：T_T为匹配预案拦截窗口时间；T1为该拦截武器在预案中拦截窗口时间。

3.5依据指挥预案作战意图，给出匹配预案

在上述相同的匹配度的预案中，按照指挥员的作战意图进行预案选择，作战意图主要包括：最大消灭敌方来袭目标、最大保卫我方目标、最少使用我方拦截武器数量、最有利射击来袭目标。

(1) 最大消灭敌方来袭目标

该目标函数主要考虑第i个来袭目标的总的拦截概率Kp_i与第i个来袭目标的威胁程度系数ki，即

图3　拦截窗口情况示图Fig.3　Sketch map of intercept window conditions

图4　匹配拦截窗口时间计算示图Fig.4　Sketch map of intercept window calculation

(5)

(2) 最大保卫我方目标

该目标函数主要考虑第j个保卫目标的生存概率Klv_j与第j个保卫目标的重要程度系数kj，即

(6)

(3) 最少使用我方拦截武器数量

该目标函数是指在当前态势下，保证保卫目标的拦截要求，所需要的拦截武器数量最小。主要考虑第j个保卫目标的所需要的拦截武器数量Nj，即

(7)

(4) 最有利射击来袭目标

该目标函数是指对单个来袭目标来说，选择最有利的射击方式进行拦截来袭目标，主要考虑第i个来袭目标的射击有利度Kad_i最大，即

P=maxKad_i.

(8)

其中，有利度主要包括：

1) 目标与火力单元责任区角分线的方位角差

(9)

式中：β′为目标与火力单元责任区角中分线的夹角；β为火力单元的方位角(≤90°)。

2) 航路捷径

(10)

式中：S′为目标的在该火力单元的航路捷径；S为该火力单元的最大航路捷径。

3) 通道均匀加载

(11)

式中：M′为火力单元的空闲通道数；M为火力单元的通道总数。

4) 均匀消耗系数

(12)

式中：N′为火力单元的剩余弹药数；N为火力单元的弹药总数。

5) 滞留时间

(13)

式中：T′为目标在该火力单元的滞留时间；T为该目标在该可拦截火力单元的最长滞留时间。

6) 拦截概率

(14)

式中：fp_k为第k个拦截武器对第i个来袭目标的拦截概率；Kp_i为该来袭目标在该拦截方式下总的拦截概率。

则，有利度计算为

(15)

4反导预案拟制流程设计

经上述需求分析，反导预案拟制流程如图5所示。其主要包括功能模块为：预案任务受领、部署方案选择、制定预案条件确定、目标弹道模拟、拦截可行性分析、关键条件设定、拦截组合形成、目标威胁排序、预警探测可行性分析、资源任务规划(探测任务协同规划、拦截任务协同规划)等。

(1) 预案任务受领

领受上级拟制预案任务，进行敌、我情势分析，具体包括：依据中长期情报信息，分析出敌对国家/地区的可能的发射阵地、弹道导弹类型号、数量、我方保卫目标列表等信息。

图5　反导预案拟制流程图Fig.5　Flow chart of plan fiction for ABM

(2) 部署方案选择

主要在敌、我情势分析之后，依据关键字：兵力部署方案的名称(“敌对国家名称”+“保卫区域名称”)、制作时间、敌发点位置、对应的导弹类型及其导弹数量、保卫目标来匹配相关的部署方案。

部署方案选择还应提供人工干预接口，提供方案拆分、修正、组合功能。

(3) 制定预案条件确定

主要基于任务受领模块中输出的敌发射阵地列表、保卫目标列表，对两列表进行相关处理，从而确定制定预案时所需要的基本前置条件，包括：发点、落点、弹道型号、弹道类型、弹道数量等，该发点、落点是经相关处理得到的发点、落点。

(4) 目标弹道模拟

根据敌弹道导弹的型号，弹道类型以及发射点和落点，模拟生成目标弹道轨迹信息。

(5) 拦截可行性分析

根据弹道轨迹信息，我方武器部署情况和拦截武器的性能参数，计算出可以对该弹道构成拦截条件的火力单元，分别生成末低，末高，中段3种拦截方式的火力单元列表[13]。

(6) 关键条件设定

主要功能是虚设态势。

依据拦截可行性分析得到针对弹道目标可用的拦截火力单元以及每个火力单元的拦截窗口，对每个弹道目标进行一序列当前点位置进行假设，最后对所有弹道目标假设的当前点进行组合，得到虚设态势。

(7) 拦截组合形成

经过拦截可行性分析得出针对弹道目标可用的拦截火力单元，假设拦截武器的状态(是否发射故障、通道被占用等原因导致的不可拦截)，从拦截策略库中选取拦截策略，系统生成目标所有拦截方式。

(8) 目标威胁排序

根据虚设态势中目标清单，对目标群进行威胁评估，计算弹道目标的威胁度。

计算目标威胁度主要考虑的因素有：我方要地属性、敌性目标参数、敌性目标属性以及上级指示的目标等[14-16]。其中：

我方要地属性包括：要地等级等；

敌性目标参数包括：航路捷径、射程、剩余时间；

敌性目标属性包括：目标技术水平、弹头种类等。

(9) 预警探测可行性分析

依据目标的弹道信息，预警探测传感器的部署位置、探测能力(探测范围、探测精度等)，分析预警探测传感器对该目标弹道的覆盖范围(弹道从何点起到何点结束，该弹道可被哪些预警探测传感器探测到)。

(10) 探测任务协同规划

根据预警探测可行性分析的结果(对于目标的弹道轨迹，在哪一段有哪些可预警探测的传感器)和任务协同约束条件，得到对目标进行分配预警传感器和交接班时序的方案。

(11) 拦截任务协同规划

主要依据所有目标的所有可拦截方式、情报保障结果，经优化后，生成目标交战程序组，即：目标-传感器-拦截武器[17-18]。

在反导作战预案拟制完成之后，需要经推演、评估，依据评估结果，对预案中的兵力部署与资源任务规划提出修改建议，再次推演、评估，直至结果满意为止，入库。

5结论

给出了作战预案拟制的基本方法、基本步骤、以及在拟制过程中需要考虑的重要因素，主要结论如下：

(1) 将预案匹配过程分为了三大步骤，并对相应的步骤进行了细化；

(2) 较为详细的给出了反导作战预案匹配的方法；

(3) 通过反导作战预案需求分析，将反导作战预案拟制的流程分为与预案匹配的相对应的三大部分；

(5) 给出了反导作战预案拟制过程中需要考虑的来袭弹道静态参数与动态参数；

(6) 给出了反导预案拟制功能模块，并进行了相应的功能阐述。

值得指出的是，反导作战预案拟制的颗粒度的大小对预案匹配的成功率与匹配后的可用性至关重要。主要原因如下：

(1) 如果预案的颗粒度过于细小，会大大增加预案制作人员的工作量，甚至不可完成；

(2) 如果预案的颗粒度过于粗大，可能达不到匹配的效果，造成匹配后的预案不可用或者不好用，需要重新临机规划。

故，预案颗粒度的大小主要问题是是否需要考虑实际弹道的动态参数？如果考虑，实际弹道的动态参数的组合矩阵过大，导致拟制预案的工作量巨大；否则，可能匹配的预案的作用效果不大，还需要依据实际弹道的情况临机规划。

预案的颗粒度切分不仅需要科研人员的仔细研究，并需要部队单位的检验与适用，通过不断的沟通与迭代，才能解决好此问题。

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Demand Analysis of Combat Plan for Antiballistic Missile

HUANG Guo-qiang, DI Hai-Jin, ZHU Xia, WANG Qin

(The 28th Research Institute of China Electronics Group Corporation,Jiangsu Nanjing 210007, China)

Abstract:In order to study combat plan function module for antiballistic missile (ABM), the demand of combat plan was analyzed in detail. First of all, a typical combat using scenario for ABM is given. Secondly, according to the analysis of the scenario, combining with the ABM combat process, the plan process and the plan match method are designed. Finally, the ABM combat plan process is designed based on the result of the demand analysis, and its composition modules are introduced. During the war, the ABM combat plan which is designed by the process can match the actual operational situation more easily, more accurately and faster than the traditional method.

Key words:antiballistic missile(ABM)combat plan; antiballistic missile(ABM) combat process; demand analysis; plan fiction; plan matching; combat plan

*收稿日期：2014-12-12；修回日期：2015-07-07

作者简介：黄国强(1981-)，男，江西南昌人。工程师，博士，研究方向为空军战役筹划。

通信地址：210007江苏南京后标营路99号1部E-mail：ziteng_huang@126.com

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2016.02.003

中图分类号：TP391.1

文献标志码：A

文章编号：1009-086X(2016)-02-0017-09

空天防御体系与武器