艦空導彈系統武器分配方法研究*

成順利

(中國人民解放軍92941部隊，遼寧 葫蘆島 125001)

0 引言

自1982年英阿馬島戰爭中，阿根廷戰斗機發射“飛魚”反艦導彈擊沉英國謝菲爾德驅逐艦后，現代海戰水面艦艇最大威脅始終是來自于各種平臺(艦載和機載)發射的反艦導彈。對艦艇編隊區域防空作戰而言，為應對這些反艦導彈威脅，各種現代驅逐艦艇均已裝備多種不同型號的艦空導彈武器或近防武器，例如美國艦艇裝備的標準2/6導彈、海麻雀導彈、海拉姆導彈、密集陣近防武器等。由于各型防空導彈武器的作戰原理、使用時機和作用距離各不相同，要想防御反艦導彈多批次、多方位的飽和攻擊，單獨使用一型防空武器，必然無法有效地對付新一代的反艦導彈，因此必須采取多型防空武器綜合控制的方式，在編隊指揮系統、本艦指揮系統進行了目標分配及目標指示以后，本艦防空導彈武器系統在頻域、時域和空域上進行協同配合，指明由哪一型武器、哪些火力單元對哪些目標在何時采取何種射擊方案進行射擊(稱為目標武器分配，weapon target assignment，WTA)，實現編隊區域防空作戰的最大效能。

國外對艦空導彈武器分配有大量實戰化研究成果，較為突出典型應用之一是美國的艦艇自防御系統(SSDS)。SSDS可將各種傳感器、防御武器及指揮控制系統集成為一體，采用人工智能技術和基于作戰規則的戰術輔助決策技術，通過綜合使用軟硬武器摧毀來襲目標，極大提高了對空防御作戰效能。SSDS系統可對海麻雀導彈、海拉姆導彈、密集陣近防武器及其他軟殺傷武器進行綜合控制。SSDS采用嵌入式作戰原則，能夠對來襲導彈威脅做出綜合響應，提供從戰術輔助決策到使用軟、硬殺傷武器交戰等能力，可以利用多型武器實現對反艦導彈的分層防御能力，使各類水面艦艇能夠對付愈加致命的反艦巡航導彈的威脅。

國內對于編隊防空的目標武器分配也已進行很多研究[1-10]。文獻[1]提出了基于目標威脅程度的動態武器分配方法，該分配方法集中在目標端，沒有考慮對不同的武器類型的協調分配過程。文獻[2]提出基于Agent方法的艦艇編隊目標武器分配方法，實現統一防空目標態勢下編隊內不同艦艇間的武器分配。文獻[3]提出基于動態規劃的編隊內多武器類型及多武器通道條件下的武器分配策略，從編隊宏觀角度分析了多次射擊及武器轉火對編隊武器分配的影響。文獻[4]提出基于灰色決策理論的防空艦艇武器數量分配方法，實現不同作戰任務條件下的單艦戰前多武器的數量分配模型。文獻[5]提出了基于時間窗的準動態目標武器分配算法，綜合考慮攔截概率、攔截時間和武器耗費等指標，實現多類防空武器的優化分配。

綜上所述，國內現有各目標武器分配方法均只從編隊或本艦作戰效能優化的理論角度出發，宏觀上給出作戰效能較高的武器分配方法。部分研究在討論武器分配的同時，對艦艇編隊防空作戰時的目標分配進行了一同考慮。在編隊防空作戰時，目標分配通常屬于編隊指揮范疇。本文只對單艦防空武器系統層面進行分析研究，即在上級指揮系統下達目標指示后，需由武器系統進行的武器分配方法進行研究，并從艦載防空導彈武器攔截過程的實施層面對武器分配的設計原則進行分析。

1 防空作戰指揮及武器攔截過程

艦空導彈射擊指揮是編隊指揮及本艦指揮等各級指揮人員在使用艦空導彈作戰時，為了充分發揮武器系統作戰效能所采取的各項措施與活動的總和，需要在全艦集中統一、各系統密切配合的基礎上進行。根據艦空導彈射擊指揮層次劃分和指揮原則，應當充分利用艦艇指控系統和艦空導彈武器系統在指揮自動化方面的潛力,按照突出優勢、合理分工、相互協調的原則，開發相應的艦空導彈武器系統綜合武器控制軟件。

綜合美軍和俄羅斯等外軍艦艇進行防空作戰時的指揮情況，艦指揮所通過艦艇指控系統來重點完成對空偵察預警；目標探測、跟蹤、識別和威脅判斷；進行目標分配和目標指示；作戰區域敵我態勢監控；艦空導彈、艦炮和電子戰等武器裝備綜合運用的優化；艦艇機動決策；指揮射擊，組織觀察和評估射擊效果等[11-15]。

在武器攔截過程方面，綜合美國和俄羅斯典型艦空導彈系統的防空作戰過程，艦空導彈武器系統在接到艦指控系統的目標分配或指示后，進行武器分配、目標通道分配、導彈射擊效率預測計算和火力分配、射擊方式選擇、導彈發射準備、導彈武器系統作戰指揮程序控制、發射前可攔截性判斷、殺傷區與發射區顯示、應急情況處理決策等。一次目標攔截的簡化過程如下：

(1) 作戰準備：武器系統收到上級的作戰命令后，操作人員將武器系統各設備加電、啟動，各設備自檢，并進行通信鏈路檢查。

(2) 接收目標指示及目標跟蹤信息：當武器系統接到目標指示及目標跟蹤數據后，對目標數據進行相關處理，并進行目標諸元計算。

(3) 發射準備：武控系統按照一定的流程步驟進行武器分配、目標通道分配、火力分配及導彈的發射準備工作。

(4) 導彈發射：基于武器分配及火力分配結果，進行導彈發射流程的控制，導彈進入不可逆程序，發控系統實現導彈發射。

(5) 制導控制：武控系統根據一定的算法模型及制導階段控制導彈飛向目標。

(6) 彈目交會：滿足一定條件時，導彈戰斗部引爆，對目標進行殺傷。

(7) 攔截評估：武控系統根據一定模型進行攔截效果評估。

2 武器分配的約束條件

當本艦裝有多種不同型號的防空導彈，且本艦防空導彈武器控制系統(簡稱武控系統)對多型導彈具有兼容控制能力時，多型武器的作戰能力可以形成互補，對各類空襲目標可以形成更廣的殺傷范圍。各型武器有各自的殺傷區，這些殺傷區有一定的重疊區域，也有各自獨占的區域，這就形成了一個綜合武器殺傷區，當目標攔截點落入任意一型武器的殺傷區內，本艦的武器系統即應對該目標形成殺傷能力，如圖1所示。為形成上述殺傷能力，在上級(編隊指揮或本艦指揮)下達目標指示后，需由武控系統進行武器分配，選擇一型武器對目標進行攔截。后續根據武器分配結果，對所選武器類型進行火力分配，并適時發射導彈對目標進行攔截。

圖1 艦艇多型防空武器的殺傷區示意圖Fig.1 Illustration of the killing zones of multi-type air defense weapons

對于武器分配過程，需要考慮的約束條件有目標類型、目標諸元(目標速度、目標高度、目標斜距、目標航路捷徑)、各型武器對當前目標的殺傷區、本艦制導資源、本艦武器資源、各型武器殺傷效能等因素。其中，目標類型可根據空情探測情況進行實時更新，也可隨時由作戰人員進行更改；目標諸元隨著目標機動在實時的變化；各型武器的殺傷區以目標類型及目標諸元為輸入進行實時解算；制導資源及武器資源，指對當前目標可用的制導通道數及可用的導彈數，上述資源還可能被其他目標占用，也可能被艦上其他武器系統占用，也有可能受本艦指揮系統各類干預命令的影響。

綜上所述，各類約束條件均為動態變化的約束條件，在攔截導彈發射前隨時可能變化，通過一次武器分配決策無法應對約束條件的實時改變，而應在導彈發射前適時進行武器重分配。例如，如圖2所示，當目標處于高空時，武控系統進行了一次武器分配，選擇A型導彈對目標進行攔截，而在武器分配之后，目標突然降低高度實施超低空突防，這時A型武器不再對該目標具有攔截優勢，而B型武器更適合攔截低空目標，此時須通過武器的重新分配，將該目標分配給B型目標進行攔截。

圖2 約束條件動態變化導致的武器重分配Fig.2 Redistribution of weapons caused bydynamic constraints

3 武器分配的驅動策略

以執行武器分配的驅動條件的不同，本文提出3種武器分配的驅動策略，并對這3種武器分配策略進行優缺點比較。

3.1 方法1：目標指示驅動武器分配

目標指示驅動武器分配的核心思想是在上級指揮系統下達目標指示以后，根據目標指示里的目標信息盡早進行武器分配。采用該方法進行武器分配時需要對目標指示中相應的目標信息進行計算，得到目標諸元，并基于其他已知約束信息進行武器分配。

采用該武器分配方法，優點是武器分配早，所分配武器可盡早進行發射準備，武器操作人員及指揮人員心理準備時間長；缺點是武器分配與導彈發射間隔時間長，各種約束條件發生變化的可能性大，有更大的可能需要進行武器重分配。

3.2 方法2：預測可攔驅動武器分配

預測可攔驅動武器分配的核心思想是在上級指揮系統下達目標指示以后，先不進行武器分配，而是根據接收到的目標跟蹤數據進行目標諸元計算，當預測目標即將進入某一型武器的發射區前，基于目標諸元及其它已知約束信息進行武器分配。

采用該武器分配方法，優點是武器分配與導彈發射間隔相對較短，各種約束條件發生變化的可能性相對小，需要進行武器重分配的可能性相對小，并且導彈可以在目標進入發射區之前提前進行發射準備；缺點是目標預測可攔并不等同于導彈可以火力分配，在某些情況下，不能對所分配的武器類型進行火力分配，此時所分配的武器不能進行導彈發射。

3.3 方法3：火力分配驅動武器分配

火力分配驅動武器分配的核心思想是在上級指揮系統下達目標指示以后，先不進行武器分配，而是根據接收到的目標跟蹤數據進行目標諸元計算，當某一型武器可攔且可以進行火力分配時，進行武器分配，在某些情況下，如果導彈去火力分配后，需重新進行武器分配。

采用該武器分配方法，優點是將火力分配與武器分配進行綁定，當能夠火力分配時才進行武器分配，火力去分配時需重新進行武器分配，這種方式保證了武器分配與導彈發射間的最短間隔，各種約束條件發生變化的可能性最小，需要進行武器重分配的可能性最小，并且武器重分配可直接通過火力去分配驅動；缺點是武器分配時刻較晚，各型導彈需提前進行發射準備，且武器操作人員及指揮人員心理準備時間短。

4 武器分配的設計原則

從具體作戰實施角度出發，在進行火武器分配時可以考慮的設計原則如下：

(1) 基于人工指定優先原則，當上級或武控指揮人員人工指定某一武器類型，優先分配該類型導彈，當人工指定其它武器類型時，進行武器重分配。

(2) 基于盡早攔截原則，當某一型武器先滿足可攔條件時，優先嘗試分配該類武器。

(3) 基于抗干擾優先原則，當某一型武器所需制導資源受干擾時，優先嘗試分配其它類型武器。

(4) 基于殺傷效能優先原則，當多型武器均可武器分配時，基于提高殺傷效能的目的，優先嘗試殺傷效能較高的武器類型。

5 結束語

本文從單艦防空武器系統綜合控制的角度出發，對武器分配方法進行了分析，提出了戰場環境動態變化條件下影響武器分配過程的若干約束條件，并以武器分配執行驅動條件的不同，總結了三種不同的武器分配驅動策略，并分析了各個驅動策略和優缺點，最后從具體作戰實施角度出發，總結了武器分配模型設計時需考慮的設計原則。