基于UML的艦載預警機協同作戰流程建模研究＊

（中國艦船研究設計中心 武漢 430064）

1 引言

目前各軍事強國都已普遍認識到提高空中預警能力是使軍事力量變得強大的有效途徑，具有重大的戰略和戰術意義，預警機由此應運而生。

預警機的發展十分迅速，已經成為各國提高其探測感知和指揮空間范圍的重要力量。在和平時期，預警機可用于空中值勤，監視敵方行動，以防突然襲擊；在戰爭時期，預警機執行警戒、指揮和武器引導任務，不僅可以加大預警距離，使截擊機的攔截線大大向外延伸，而且還可以把各參戰部隊緊密地聯成一個整體，統一控制戰區內所有的作戰武器，有效地指揮不同兵種作戰。

2 預警機分類

預警機的全稱為預警和控制系統飛機（AEWA：Airborne Early Warning Aircraft），是一種裝有遠距離搜索雷達、數據處理、敵我識別以及通信導航、指揮控制、電子對抗等電子設備，集預警、指揮、控制、通信和情報于一體，用于搜索、監視、跟蹤空中和海上目標并指揮、引導己方飛機遂行作戰任務的作戰支援飛機，起到活動雷達站和空中指揮中心的作用，是現代戰爭中重要的武器裝備［1］。

按預警機使用可將其分為戰略預警機、戰術預警機；按機種又可分為固定翼預警機和旋翼預警機；按使用條件又可分為艦載預警機和陸基預警機。

戰略預警機，一般飛行高度為9000～12000m，速度Ma為0.7～0.95，續航時間為6～12h，為延長空中飛行時間往往備有空中受油裝置；容積和載重量大，能容納一批龐大的設備和眾多人員。裝有雷達系統、數據處理系統、數據顯示和控制系統、敵我識別系統，通訊系統、導航與制導系統及無源探測系統等諸多系統，單架裝備費和使用費用高。典型機種有美國的E-3和俄羅斯的A-50，具有戰略和戰術預警功能，可以擔負國土戰略防御作戰和戰役戰術作戰。

戰術預警機與戰略預警指揮飛機相反，多用于局部戰爭和海上編隊空中預警、指揮引導防空和空中力量，一般造價低，使用費用少，航程短，控制功能小。典型的機種有美國E-2。預警直升機只能作為戰術預警機的一種臨時替代品，在預警機中性能最低，多為艦載使用。它的續航時間短、飛行高度低、速度慢、電子設備性能低，相應的造價和使用費用也低。其代表機種有俄羅斯的KA-31，英國的海王Mk·2預警直升機，它們往往是在固定翼預警機研制受阻而采取的臨時應急措施。

60多年來，預警機的發展已經歷了三代。第一代預警機的典型機種有美國的WF-1（又稱E-1B）艦載預警機及英國的“塘鵝”和“手銬”預警機；第二代預警機的典型機種有美國的E-2系列預警機和前蘇聯的圖126預警機；第三代預警機的典型機種有美國的E-3 系列預警機和俄羅斯的A-50預警機等。

3 預警機的任務劃分

預警機作戰均是利用其對低空目標的探測能力和遠視能力，精密通暢的通訊聯系能力，機動性長航時、高生存力、抗干擾能力強等特點，完成多種作戰任務。空中預警機的出動本身往往就向對方發出了強烈的政策信號，表明政策意圖，往往能不戰而達到政治目的。預警機的作戰任務可分為戰略預警任務和戰術預警任務。

3.1 戰略預警任務［2］

冷戰時期，美國、前蘇聯二個超級大國爭奪的重點在歐洲，歐洲具有多山脈、多峽谷、犬牙交錯的海岸線和濕潤的氣候和地形特點，使北約在戰時兵力調動和快速部署困難，提前預警具有重要價值。北約在1978年開始建立空中預警和控制系統，使用空中預警機使北約增加30min的空襲警報時間，可將戰爭首次空戰地點向外推移300～500km。同時還可以使用空中預警機探測對大西洋、英吉利海峽及北約運輸造成威脅的敵機和戰艦，還可監視和跟蹤前蘇聯海面艦艇在波羅地海區域的活動。

此階段，美國將預警機納入大型預警網進行研究，以加強美國本土對蘇防空問題，美國海軍和空軍預警機分別在大西洋和太平洋建立了兩條空中預警警戒線。為空軍的預警機提供大約1h 預警時間、海軍提供2.5～3.5h 預警時間、對Ma＝3的洲際巡航導彈獲得1h預警時間。

3.2 戰術預警任務

1）實施空中引導

越南戰爭期間，美軍派出E-1B 艦載預警機巡邏警戒，掩護為轟炸機護航的四架戰斗機，美四架戰斗機利用越南山陰處的雷達盲區待命。E-1B很快發現迎戰的米格-21飛機，及時通報并引導低空待戰戰斗機，美戰斗機編隊長機從90m 低空突然拉起，尾隨其中一架米格-21，發射兩枚響尾蛇空空導彈，均擊中目標，將其擊落。

1991年1月17日海灣戰爭中，美國第125航空母艦艦載E-2C 預警機中隊，發現伊拉克西部H3機場兩架米格-21起飛，隨即命令“薩拉托加”航空母艦的第17 航母艦載機F／A-18起飛，此時F／A-18已經裝有執行轟炸任務的武器，接到任務升空作戰，先截擊并擊落了兩架米格-21，后又去繼續完成轟炸任務。

2）空戰指揮

1979年和1981年，在黎巴嫩，以色列為支持小范圍空戰就采用了早期預警。1982年在黎巴嫩的貝卡谷地，以色列和敘利亞空軍發生了大規模的空戰，從1982年6月2日起，以色列的4架E-2C就在地中海的安全空域對敘軍行動實施監控。6月5日首輪攻擊中，以色列空軍就摧毀了敘利亞部署在貝卡谷地的大量雷達和地對空導彈，同時還監控敘利亞飛機的起落頻率，并用無線電通訊快速引導己方飛機進入伏擊位置，進行側向攻擊，敘利亞空軍損失慘重，幾乎完全潰敗。

2003年伊拉克戰爭中，美軍一架E3 預警指揮控制飛機，在伊拉克上空執行戰場監視與偵察任務，在獲得“出擊”信號后將任務有關信息和坐標數據中繼給了正在附近巡航的一架B-1B 轟炸機，該機駕駛員鍵控輸入這些數據，經20m 證明目標是真實之后，立即啟動一個非常短暫的作戰程序，即刻完成了對地轟炸任務。

3）統一指揮戰區的各參戰單位

預警機可以把預警和指揮功能集于一身，在一個戰區，把陸、海、空各參戰單位緊密地聯合成一個作戰整體，加速情報的傳遞，協同作戰。在1991年海灣戰爭的“沙漠盾牌”、“沙漠風暴”和“沙漠軍刀”行動中，E-3主宰著整個戰場，機載指揮部門，自動調用各方力量，完成戰場管理。

4）預警機對海軍艦隊提供保障作用

主要是向艦隊提供入侵兵器的綜合數據和威脅方向，便于艦隊對空中和海上采取攻擊對策，可使敵方在發射反艦導彈前遭到截擊；提供通訊保障，戰爭的通信量非常的大，光靠傳統手段或者軍用通訊衛星保障，能力不足，所以需要用預警機進行通訊保障。美國航空母艦編隊都載有E-2c艦載預警機，在主要威脅方向200kin處巡航，這樣可以發現距艦隊500kin處以外的敵方飛機并組織攔截，保證航空母艦編隊的安全。

5）對緊急事件及時做出反應

利用預警機下視和遠視能力，加上機動靈活和暢通的通訊能力，預警機具有多種用途。可以在緊急事件發生時，迅速飛往出事點，應對緊急事件，提供空中監視能力，借以表明政治態度和軍事意圖?，F代戰爭證明預警機已經在戰爭中發揮著無可替代的作用。

4 預警機的基本功能

經過分析，預警機的主要的基本功能可以歸納為實現目標探測、數據處理、目標識別、導航引導、通信指揮。在這些基本的功能的基礎上進行不同的配置使用就可以形成不同的作戰預警模式，從而滿足不同的作戰任務的需求。

圖1 預警機基本功能圖

預警機的使用為不同作戰兵種和作戰部隊間的相互協同作戰提供了很好的平臺，針對預警機應用的研究也越來越多，而且其意義也非常的重大，特別是利用預警機完成對協同防空作戰和協同反潛作戰的流程研究成為目前海軍編隊艦載預警機亟待解決的研究課題。

5 預警機對空協同作戰［3～7］

5.1 預警機對空協同作戰任務劃分

預警機對空協同作戰任務可主要細分為戰術編隊、威脅評估、目標分配、飛機引導。戰術編隊是進行目標威脅評估、目標分配和飛機導引的基礎，目標威脅評估是對空作戰決策的核心，目標分配和飛機的指揮與導引是預警機對空協同作戰的重要部分。

圖2 預警機對空協同作戰任務劃分圖

·戰術編隊：指當為我方截擊機分配攻擊任務時，把所有的目標航跡具有相似或相差不大態勢屬性按照一定的規則進行劃分所得的綜合體，主要判斷：通過對航跡特性和敵我屬性的判斷進行戰術編隊，其后進行戰術編隊的更新。

·威脅評估：主要判斷目標機組的數量、飛機類型、戰術重要性、目標機群中飛機的殺傷概率等。

·目標分配：在目標威脅評估的基礎上，由預警機根據當前的作戰態勢將我方的機群兵力合理的分配給各個目標機組，使分配給每個目標機組的我方機組的作戰效能最好。

·飛機引導：通過數據鏈將目標組的位置、航向、速度、與截擊機的相對距離、方向、速度差和高度差提供給截擊機飛行員，并還提供戰斗機應采用的飛行參數指令（航速、航向），使目標機組進入階級機組武器系統的供給范圍內。

在實際的作戰過程中，預警機利用探測設備進行目標的搜索、跟蹤，結合實際情況不斷的進行戰術編隊、威脅評估、目標分配和飛機引導，組織多個波次的攻擊和防御，直到敵方目標全被擊落（引導返回）或者我方全部失利。

5.2 預警機對空協同作戰流程

對預警機使用距離的限制條件基本上和航空兵保持一致，在飛機安全飛離甲板之前，其控制權限被限制，當到達其可使用的安全距離范圍后，編隊系統可以對其進行授權，由其完成遠程的目標探測和對空作戰的指揮和控制。

1）當預警機距水面艦艇編隊指揮艦的距離≤（艦載作戰飛機正常按起飛安全作戰飛行距離）時，預警機接受編隊指揮，進行目標探測預警，并準備接管起飛的作戰飛機；

2）當預警機距水面艦艇編隊指揮艦的距離＞（艦載作戰飛機正常起飛安全作戰飛行距離）時，編隊可將指揮權交給預警機，預警機作為空中指揮所，指揮戰場的作戰，可以全面接管起飛的飛機，并進行目標探測，組織作戰飛機進行對空作戰，同時還可以利用艦載武器協助完成對空攻擊。

5.2.1 編隊指揮（水面艦艇）

編隊系統向預警機發送協同作戰命令，預警機開始進行預警，探測目標（特別是低空目標），根據編隊指令向其發送實時目標航跡。編隊利用艦載武器進行對空打擊。

5.2.2 空中指揮（預警機）

當預警機距水面艦艇編隊指揮艦的距離≤（艦載對空武器的作用距離）時，不僅要實現對作戰飛機的引導指揮，還要利用艦載武器進行對空打擊。預警機進行空中目標的探測及路徑生成，對己方作戰飛機進行編隊，后對目標進行威脅判斷，對飛機編隊進行目標分配，下達作戰指令；在此過程中可以選擇時機，向編隊發送目標航跡利用艦載武器對敵目標進行打擊。

圖3 預警機近距協同對空指揮流程圖

當預警機距水面艦艇編隊指揮艦的距離＞（艦載對空武器的作用距離）時，預警機主要完成對己方作戰飛機的指揮引導。先進行目標探測，并接收己方作戰飛機的狀態信息，對作戰飛機進行編隊，其后完成目標威脅的判斷，對飛機編隊進行目標分配，下達作戰指令。在作戰過程中，結合實際情況，不斷的完成作戰命令的調整。

圖4 預警機遠程協同對空指揮流程圖

6 預警機協同反潛作戰

利用預警機完成協同反潛任務的作戰方式主要有兩種：

1）通過航空反潛機（包括固定翼反潛巡邏機和反潛直升機，兩者反潛的手段分別為施放聲吶浮標和吊放聲吶）實現對潛艇的探測與跟蹤，然后將目標信息發送給預警機，其后由預警機實現打擊任務分配，完成反潛作戰。

2）直接由預警機布放聲吶浮標，完成對潛艇目標的探測、跟蹤，獲取目標信息后，進行打擊任務分配，完成反潛作戰。

從廣義的預警機的功能上講，應該優先選擇第二種方案，但是由于預警機的主要功能以及機艙條件限制，不允許攜帶大量的聲吶浮標，而且其對潛探測的能力遠不如反潛機，所以一般不作選擇，多數情況下，采取第一種方案完成協同反潛作戰，更加有利于區域協同作戰的資源分配和任務的完成［8～9］。

6.1 預警機協同反潛作戰任務劃分

預警機協同反潛的主要任務可以劃分為：任務下發（下發給反潛機所在艦艇還是直接給反潛機），權限轉移，目標搜索探測／跟蹤／定位、威脅判斷、目標分配、實施攻擊、巡邏待命／任務結束。

圖5 預警機協同反潛任務劃分圖

圖6 預警機協同反潛流程圖

6.2 預警機協同反潛作戰流程

預警機對協同反潛過程中，對反潛機和艦艇的指揮在預警機升空后即可開始，甚至可以在沒起飛時就對反潛機進行指揮。

首先根據任務需求（來源可為自己或者編隊指揮所），預警機開始編制搜潛任務，得到確認后，向反潛飛機下發搜潛命令，接收反潛飛機的相關信息（包括狀態、目標信息），進行目標威脅判斷，授權攻擊，任務完成待命。

7 結語

預警機的應用和發展十分迅速。艦載預警機的應用需求愈來愈迫切［12］，其承擔的作戰指揮任務也愈來愈復雜和多樣化。通過對艦載預警機協同對空和反潛作戰的流程進行UML建模分析，對作戰流程的合理性進行了分析和模型驗證，為艦載預警機的功能和作戰流程設計提供理論支撐。

［1］羅乖林，徐勝，王宇.預警機技術及發展前景［C］∥探索、創新、交流-中國航空學會青年科技論壇文集：31-40.

［2］陳捷，顧國忠.預警機作戰使用初探［J］.飛機工程，2005（2）：5-8.

［3］陳軍，高曉光，肖步宇，等.預警機指揮多機群空站的協同戰術決策［J］.火力與指揮控制，2006，31（1）：10-13.

［4］宮穎，高曉光，趙峰.預警機雷達在協同空戰中的多目標探測［J］.火力與指揮控制，2005，30（5）：54-58.

［5］馬麗，張平定，劉飛.預警機支援下的空地協同目標定位研究［J］.電光與控制，2009（2）：39-41.

［6］王虹曇.預警機在海上編隊防空作戰中的效能評估方法研究［J］.艦船電子工程，2010（1）：33-36.

［7］陳軍，高曉光，丁琳.預警機指揮機群協同防御空戰的威脅評估方法研究［J］.西北工業大學學報，2009（5）：624-629.

［8］黃毅，金加根，潘新龍，等.預警機雷達對海目標探測能力評估方法［J］.空軍雷達學院學報，2011，23（3）：175-179.

［9］申戰勝，夏惠誠，徐亞光.航母編隊對海作戰中預警機的陣位配置［J］.艦船科學技術，2011，33（7）：115-118.

［10］郝斐，董慶超，曾廣軍.一種基于描述邏輯的UML 模型驗證方法［J］.計算機與數字工程，2011（11）.

［11］翟懷宇.基于UML的作戰系統概念模型六元抽象描述［J］.計算機與數字工程，2011（8）.

［12］潘云芝，潘傳勇，王崇斌.外軍預警機系統及關鍵技術分析［J］.科技信息，2009（13）：65-66.