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舰空导弹武器系统协同制导作战本质上是武器级的协同作战。随着信息技术和网络技术的发展,使武器系统层次上的协同成为可能。因此,舰空导弹武器系统协同制导技术的发展是紧跟协同作战能力(Cooperative Engagement Capability,CEC)的发展而来的。
自20世纪50年代以来,为了克服水面舰艇编队的空中威胁,满足远中近空域防空的导弹武器系统陆续装备舰艇部队。一方面,采用垂直发射技术、主/被动雷达、红外寻的制导和复合制导技术、抗干扰技术和智能技术等,使舰空导弹武器系统成为快速反应、高发射率、高速机动、高杀伤力和自动寻的精密制导的武器系统,并能够与多种防空武器联合作战;另一方面,编队综合利用多传感器探测、跟踪、协同制导等手段,充分发挥中远程舰空导弹武器系统的潜力,加大作战纵深,实现超视距协同拦截,提高有效拦截目标次数,对超声速反舰导弹进行协同攻击。
近年来,反舰导弹技术的迅速发展使靠近敌方陆地的美国舰队面临的空中威胁越来越严重。而美军“标准”系列舰空导弹系统尽管经过多次改进,命中概率、抗干扰性能、反应速度、射程都得到较大提高,但在拦截掠海目标时,因为地球曲率的存在,探测距离有限,杀伤区远界难以得到有效提高。为此,美国海军早在20世纪70年代提出了“协同作战能力”CEC概念,旨在允许各作战单位间共享基本传感器、决策和作战数据,使多个装备CEC的水面舰艇和飞机成为一个分布式的防空系统。该系统能把某一艘舰或飞机获得的目标诸元实时传送给整个部队单元。“CEC”意味着从A舰发射的“标准”导弹,可以不必由A舰上的雷达来进行目标照射与制导,而由安装了相关信息平台的B舰、C舰甚至是具有导弹制导能力的作战飞机来完成目标照射与制导,这样就解决了地球曲率对雷达探测距离的限制,使导弹对掠海目标的拦截距离可充分利用导弹的动力性能,扩展杀伤区远界。
针对上述战术构想,美海军在1994年10月至1995年3月,首次在地中海进行了试验,演示了提示自卫作战、按远程数据作战的两种协同交战模式。随后1996年9月装备CEC系统的宙斯盾巡洋舰安齐奥号和圣哈辛托号进行了第2次试验,演示了宙斯盾与超视距掠海靶机进行作战的情形。进入2000年以后,CEC进入普及应用阶段,并在随后的一系列演示试验中着力解决CEC系统与现有各平台作战系统之间的互操作性问题。2001年2月,美国海军和陆军在太平洋中部进行了一次联合演习,旨在评估海军CEC系统向陆军导弹防御系统实时传输导弹跟踪数据的能力,解决了CEC和战区高空区域防空系统连接后的互操作问题。从CEC的实战检验来看,美国海军CEC系统的目标指示数据在实时性和精度上已达到火控级数据的要求。美国海军CEC系统的作战过程如图1.9所示。
图1.9 美国海军CEC系统作战示意图
在研究CEC的基础上,美国海军也不断进行改进和发展舰空导弹,以适应反舰导弹的发展和协同制导作战的需要,其中最为著名的是“标准”系列。
为应对不断发展的非对称空中威胁,对抗反舰导弹的低可探测性、高速、超低空发展特点,美国海军提出了超越地平线打击的“增程主动导弹”概念,发展了“标准”6导弹,使其具有对巡航导弹、有人和无人驾驶飞机的超地平线拦截能力以及有限的弹道导弹防御能力。“标准”6导弹改变了“标准”系列沿用数十年的半主动雷达导引体制,采用了以主动雷达导引为主的制导体制,并纳入协同作战能力。该主动导引头在AIM-120C-7中远程空空导弹导引头基础上改进,结合“标准”系列半主动雷达导引头的特点,使“标准”6导弹主动雷达导引头仍保留半主动雷达工作模式。能使“标准”6导弹真正发挥出作战潜力的“协同作战能力”主要由数据分发系统和协同作战处理器组成,是美国“网络中心战”概念比较成熟的一个系统,它使海上防空作战发生了革命性的变化。
CEC将舰队中各个平台所装载的目标探测系统、指挥控制系统和武器系统有机结合起来,允许各平台以极短的延时共享编队内各种探测设备获得的所有数据,组成一个舰队防空网络。所有舰艇的信息处理系统采用相同软硬件标准,所有舰艇通过网络能够获得统一的目标航迹,并实现了多平台对导弹制导火控的交接。
CEC主要是为了适应网络中心战、增强作战平台间的互操作性,应对低空、低探测度的巡航导弹和高速、高空飞行目标,以及高速掠海目标等威胁而发展的,它是一个全分布式体系结构,如图1.10所示。它是通过增加两个新设备来实现的,即协同作战处理机和高速数据分发系统。
图1.10 CEC的分布式体系结构
协同作战处理机处理本平台传感器和来自其他平台CEC的所有信息,解算目标综合航迹,并及时获取精确的火控数据,处理导弹武器进行中段制导和末段制导的数据;高速数据分发系统负责协同作战处理机处理的目标信息在CEC网络内可靠和高质量地传输,使所有平台共享火控质量的数据。
CEC在作战中的主要功能体现在航迹合成、精确提示和协同制导作战3个方面:
(1)航迹合成。每个协同单元上的CEP将为本地武器系统提供合成的且在整个CEC网络内完全一致的空情态势图,同时给出关于目标属性的建议,这个态势图将用作指控系统和武器系统的作战依据。
(2)精确提示。当依据远程的CEC单元测量的数据形成了关于目标的航迹,但本地的协同单元自身传感器并未捕获到该目标时,如果目标航迹达到了该单元的威胁标准,CEC网络将自动提供初始数据启动该单元跟踪目标。
(3)协同制导作战。一个作战平台可以在其自身雷达未捕获目标的情况下,使用从其他CEC单元接收到的精确实时的目标数据,发射导弹,拦截目标。美国海军通过改进SM-2系列导弹,平台上的末端寻的照射器可以使用平台外面的数据对其实施中段制导和瞄准。在战斗群中各个单元都能实时地掌握CEC网络内各个导弹作战的详细状态情况下,可以依靠CEC网络进行协同制导作战。
英国海军于2007年正式参与了美国的CEC计划,其目的是提高其海军在沿海地区独立或联合作战时的态势感知能力,强调提升互操作性和战术数据连通性,从而在复杂的沿海环境中有效提高其生存能力。2008年,英国皇家海军在23级护卫舰装备首批CEC,同时计划将CEC引入到45型防空作战驱逐舰。英国实现的CEC方案经过一系列的评估与试验,实现了与美国海军CEC之间最大限度的互操作。
法国海军从2006年开始研发多平台态势感知演示验证系统TSMPF,并进行了技术演示系统的现场测试,它与美海军的CEC类似,TSMPF是法国海军未来协同作战能力的基础。该项目的目的是通过协同态势感知技术,使众多平台共享战术态势数据,达到各传感器的应用最佳,从而进行大范围的威胁评估和资源最优分配。TSMPF基于一种开放式高层体系结构仿真平台进行开发,可模拟30艘舰艇的仿真设备,并配置了3种不同的体系结构:集中式结构、混合式结构、分布式或分散式结构。实战TSMPF/CEMP计划于2015年左右装备舰队。
总体来说,从国外协同作战系统和舰空导弹的发展来看,为了有效对付反舰导弹的威胁,世界各国海军普遍强调协同作战能力的提高,防空作战体系趋向网络化发展。而舰空导弹协同制导是实现多平台超视距拦截反舰导弹的主要途径,也是未来防空反导体系的一个重要发展方向,其中,舰空导弹协同制导技术的应用是实现超视距拦截反舰导弹的关键。目前,以美国为代表的西方国家在协同制导作战理论和技术的研究已日趋成熟和完善,部分产品已进入实战阶段。
国内在舰空导弹超视距协同制导领域的研究还处于起步阶段。目前,我海军舰艇编队已构建完整的通信网络,通过数据链等通信设备,允许各作战平台初步共享传感器探测信息、作战决策数据,使多个水面平台和空中平台成为一个分布式的防空作战系统。在该系统的支持下,能够把某一平台获得的目标参数实时传送给整个编队,为编队的协同防空作战提供了技术基础。同时,国内部分舰艇现已列装先进的中远程舰空导弹,可以在视距外抗击来袭目标,为实施超视距防空导弹协同制导创造了条件。另外,海军的ZKB-1海上编队作战指控系统已具有一定协同作战能力,实现了平台/兵力层的协同作战,但没有形成武器/火力层的多平台协同作战,还不能满足未来海战的作战要求。为使舰艇编队具备强大的区域防空能力,必须提高其反导纵深并向视距外扩展。因此,需要重点解决对超视距目标的探测跟踪与和导弹制导的问题。
针对我军未来防空作战需求,国内已经开展了多平台协同作战系统的演示验证工作。多平台协同作战系统参照美军CEC系统概念,通过多平台传感器组网、数据融合处理、实时信息分发,实现防空作战的复合跟踪与识别、目标指示,为武器协同控制提供火控级态势数据,奠定多平台协同防空作战的信息基础。该系统使分布于各平台上的传感器、指控装备组合成一个有机的整体,实现跨平台设备或装备间的协同使用,有效提高我军作战单元的整体防空作战能力。
目前,我海军在借鉴国外CEC发展经验的基础上,结合自身装备发展的特点走上了自主研发道路,并取得了协同作战相关技术的突破。协同作战相关问题的研究在国内已成为一个热点,已有多家单位开展了协同作战相关技术的研究。在顶层设计方面,开展了协同作战的运作机理、效能度量、协同作战系统的体系结构研究;在协同作战系统的设计和开发方面,开展了协同防空作战系统中的数据融合、传感器组网和数据通信等技术的研究;在指挥决策和控制方面,开展了协同条件下的指挥决策和武器分配等方面的研究,积累了一定的理论和实践基础,但研究的成果不多、系统性不够强,在某些方面甚至仍处于空白。
国内从“十一五”开始,就在超视距协同制导关键技术研究方面开展了相关的技术攻关,开展了舰空导弹超视距协同制导多平台信息共享与指挥控制技术、海战场目标信息数据融合技术和海上编队信息系统空间一致性技术等方面的研究;完成了舰空导弹超视距协同制导总体方案设计和体系结构研究,协同制导信息规划与流程、协同制导交接转换算法研究,多平台协同制导技术可行性分析;研究了未来舰空导弹协同制导时的制导过程以及实现协同制导需要解决的关键技术;分析了制导交接的一般过程、交接方式以及交接平台主要任务等问题;计算了协同制导的交接空域和交接时间。但未对协同制导的关键技术进行系统性分析,给出协同制导方案,解决协同制导的发起、组织与退出问题,也未对制导交接过程的制导指令误差消减技术进行研究。“十二五”期间,超视距协同制导关键技术又得到进一步深化研究,主要突破了接力制导指挥技术和跨平台管理与控制技术,着力解决协同制导方式的设计与生成问题,为我国舰空导弹协同制导技术的发展和完善提供进一步的技术支撑。