通信信道選擇對(duì)潛艦導(dǎo)彈攻擊的影響?

王德一 姚 奕

（海軍潛艇學(xué)院 青島 266000）

1 引言

在海上作戰(zhàn)過(guò)程中，敵我雙方將緊緊圍繞“信息”這一主題展開(kāi)，作戰(zhàn)雙方誰(shuí)能準(zhǔn)確、及時(shí)地獲取利用戰(zhàn)場(chǎng)信息，誰(shuí)就能贏得戰(zhàn)爭(zhēng)的勝利。當(dāng)前攻擊型潛艇均裝備遠(yuǎn)程潛艦導(dǎo)彈，導(dǎo)彈有效射程遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出潛艇探測(cè)設(shè)備的感知范圍，要有效使用它們，必須依賴(lài)外部目標(biāo)指示信息。外部目標(biāo)指示來(lái)自探測(cè)平臺(tái)或岸基指揮所，現(xiàn)代潛艇裝備了大量通信裝備，能夠通過(guò)多種信道接收的目標(biāo)指示信息。本文通過(guò)計(jì)算潛艇四種主要通信信道接收目標(biāo)指示信息的時(shí)延及由此產(chǎn)生的導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)目標(biāo)捕捉概率差異，結(jié)合各通信信道特點(diǎn)及戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，提出武器使用建議。

2 潛艇通信信道［1］

2.1 潛艇通信信道

潛艇通信信道幾乎利用了整個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻譜，如表1所示。超長(zhǎng)波、甚長(zhǎng)波和長(zhǎng)波的無(wú)線(xiàn)電波特性類(lèi)似，它們也被通稱(chēng)為長(zhǎng)波，航行于水下的潛艇可以接收長(zhǎng)波信息，是潛艇特有的隱蔽性通信手段；短波、超短波多用于數(shù)據(jù)鏈通信［2］；分米波、厘米波、毫米波屬于微波頻段，由于其頻率高，可以穿透大氣層，多用于衛(wèi)星通信（以下簡(jiǎn)稱(chēng)衛(wèi)通）［3］。

表1 潛艇無(wú)線(xiàn)電通信頻譜劃分表

2.2 潛艇通信信道接收外部信息導(dǎo)彈引導(dǎo)攻擊流程

圖1為潛艦導(dǎo)彈外部信息引導(dǎo)攻擊流程。探測(cè)平臺(tái)（如預(yù)警機(jī)、水面艦艇、艦載直升機(jī)、偵察衛(wèi)星等）發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并繪算其運(yùn)動(dòng)要素后，向岸基指揮所傳送目標(biāo)指示信息；岸基指揮所通知潛艇至有效收信深度收信。甚長(zhǎng)波收信天線(xiàn)可在水下收信，其他信道通信則要求天線(xiàn)露出水面收信。潛艇獲得目標(biāo)指示信息后，指控系統(tǒng)進(jìn)行目標(biāo)分析、指揮員進(jìn)行可攻擊判斷等決策，然后實(shí)施導(dǎo)彈準(zhǔn)備和導(dǎo)彈發(fā)射。

圖1 潛艦導(dǎo)彈外部信息引導(dǎo)攻擊流程

3 信道目標(biāo)指示信息時(shí)延分析

在潛艇接收外部目標(biāo)指示信息進(jìn)行導(dǎo)彈攻擊的過(guò)程中，目標(biāo)指示信息時(shí)延由兩大部分組成。一是潛艇目標(biāo)指示時(shí)延Tsy，指探測(cè)平臺(tái)獲取目標(biāo)信息至導(dǎo)彈發(fā)射這段時(shí)間內(nèi)的目標(biāo)指示信息時(shí)延；二是導(dǎo)彈飛行目標(biāo)指示時(shí)延Tfly，指導(dǎo)彈飛行至末制導(dǎo)雷達(dá)開(kāi)機(jī)點(diǎn)的目標(biāo)指示信息時(shí)延。

潛艇目標(biāo)指示時(shí)延Tsy可分為三部分，如圖2所示。

圖2 潛艇目標(biāo)指示時(shí)延組成圖

一是探測(cè)平臺(tái)獲取傳輸目標(biāo)信息時(shí)間txc，包括探測(cè)平臺(tái)捕捉目標(biāo)并處理信息時(shí)間ttcl、目標(biāo)指示信息傳輸?shù)桨痘笓]所時(shí)間tcs；二是岸基指揮所通過(guò)通信信道傳輸目標(biāo)指示信息時(shí)間ttx；三是潛艇導(dǎo)彈攻擊決策時(shí)間tjc，包括潛艇處理目標(biāo)指示信息時(shí)間tqcl、指揮員決策時(shí)間tzjc、導(dǎo)彈準(zhǔn)備及發(fā)射時(shí)間tzb。

目標(biāo)指示信息時(shí)延可表示為

3.1 探測(cè)平臺(tái)獲取傳輸目標(biāo)信息時(shí)間

1）探測(cè)平臺(tái)捕捉目標(biāo)并處理信息時(shí)間

以美軍E-2（Hawkeye）預(yù)警機(jī)作為探測(cè)平臺(tái)為例，其雷達(dá)天線(xiàn)掃描速度ω為36°/s，則雷達(dá)錄取目標(biāo)信息的時(shí)間大約為10s。

預(yù)警機(jī)上操作人員完成目標(biāo)信息的選擇、鍵入命令等操作需用時(shí)約為50s。

2）目標(biāo)指示信息傳輸?shù)桨痘笓]所時(shí)間

探測(cè)平臺(tái)將目標(biāo)指示信息傳輸至岸基指揮所，傳輸時(shí)間tcs=L/Vbcs，其中，Vbcs為其傳輸速率，L為傳輸目標(biāo)指示信息長(zhǎng)度。以預(yù)警機(jī)通過(guò)Link-16數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行傳遞為例［4］，典型J系列信息編碼生成報(bào)文長(zhǎng)度為245bit，同時(shí)傳輸100批目標(biāo)指示時(shí)，L=2.99kb，其信息傳輸速率為 28.8kbps～238kbps，tcs為0.01s～0.10s。

綜上txc約為 1min。

3.2 岸基指揮所通過(guò)通信信道傳輸目標(biāo)指示信息時(shí)間

岸基指揮所通知潛艇收信。美軍裝備的AN/BSQ-5通信浮標(biāo)綜合天線(xiàn)，浮標(biāo)內(nèi)部裝有甚長(zhǎng)波、長(zhǎng)波的接收天線(xiàn)；同時(shí)還裝有短波、超短波、衛(wèi)通的收發(fā)天線(xiàn)，一般天線(xiàn)全放或全收時(shí)間約為10min。

一般來(lái)說(shuō)通信信道的無(wú)線(xiàn)電波頻率越高，傳輸速率越快。甚長(zhǎng)波信道的數(shù)據(jù)傳輸速率一般為100bps～300bps［5］，計(jì)算得出潛艇通過(guò)甚長(zhǎng)波信道的收信時(shí)間tVLFtx=1.36min～4.08min；短波信道的數(shù)據(jù)傳輸速率一般為 1200bps～2400bps［6］，其收信時(shí)間tHFtx=0.17min～0.34min；超短波信道的數(shù)據(jù)傳輸速率一般為4.8kbps～16kbps，其收信時(shí)間tCDBtx=0.02min～0.08min；衛(wèi)通信道的數(shù)據(jù)傳輸速率一般為64kbps～256kbps，其收信時(shí)間tWXtx=0.01s～0.04s。

3.3 潛艇導(dǎo)彈攻擊決策時(shí)間

潛艇處理接收的目標(biāo)指示信息時(shí)間tqcl取9s，指揮員決策時(shí)間tzjc取30s～120s、導(dǎo)彈準(zhǔn)備及發(fā)射時(shí)間tzb取2min。則tjc約為2.65min～4.15min。

通過(guò)式（1）計(jì)算，得到：

1）甚長(zhǎng)波信道時(shí)延TVLFsy=15.01min～19.23min；

2）短波信道時(shí)延THFsy=13.82min～15.49min；

3）超短波信道時(shí)延TCBDsy=13.67min～15.23min；

4）衛(wèi)通信道時(shí)延TWXsy=13.65min～15.15min。

4 不同信道目標(biāo)指示對(duì)導(dǎo)彈捕捉概率的影響

4.1 模型

文獻(xiàn)［7～12］中對(duì)潛艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)捕捉概率的計(jì)算方法進(jìn)行了詳細(xì)的探討。探測(cè)平臺(tái)對(duì)目標(biāo)發(fā)現(xiàn)定位直至導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)掃描發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，目標(biāo)運(yùn)動(dòng)形成了其在該時(shí)間段內(nèi)最大運(yùn)動(dòng)距離為半徑的散布圓，如圖3所示。

圖3 末制導(dǎo)雷達(dá)搜索扇面與目標(biāo)散布關(guān)系圖

圖中：Q為潛艇發(fā)射導(dǎo)彈位置；M為潛艇發(fā)射導(dǎo)彈時(shí)目標(biāo)位置，即散布圓的圓心；K為末制導(dǎo)雷達(dá)開(kāi)機(jī)位置；α為末制導(dǎo)雷達(dá)方位搜索半角，單位為弧度；Dfx為導(dǎo)彈飛行距離，單位為km；Dkj導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)開(kāi)機(jī)搜索飛行距離，單位為km；Ryd為目標(biāo)最大運(yùn)動(dòng)距離，單位為km。

導(dǎo)彈對(duì)目標(biāo)的捕捉概率Pfind應(yīng)為末制導(dǎo)雷達(dá)照射搜索面積，即多邊形ABCDEF的面積S搜索與目標(biāo)散布圓面積S目標(biāo)的比值，由此所建立導(dǎo)彈捕捉概率模型：

由公式可以看出導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的捕捉概率受導(dǎo)彈性能、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)航速及目標(biāo)指示信息傳輸時(shí)延的影響。

4.2 導(dǎo)彈飛行目標(biāo)指示時(shí)延

導(dǎo)彈飛行目標(biāo)指示時(shí)延Tfly與導(dǎo)彈飛行距離、飛行速度和末制導(dǎo)雷達(dá)開(kāi)機(jī)位置點(diǎn)有關(guān)。計(jì)算公式如下：

設(shè)定導(dǎo)彈飛行平均速度為0.7Ma（857.6km/h），末制導(dǎo)雷達(dá)方位搜索半角為45°，搜索距離為40km（本文假設(shè)雷達(dá)最大搜索距離等于末制導(dǎo)雷達(dá)開(kāi)機(jī)距離）。則目標(biāo)最大運(yùn)動(dòng)距離：

4.3 導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)捕捉概率計(jì)算結(jié)果及分析

將式（5）帶入式（3）可計(jì)算出潛艦導(dǎo)彈在使用不同通信信道傳遞目標(biāo)指示信息打擊不同距離、航速的目標(biāo)時(shí)，末制導(dǎo)雷達(dá)捕捉目標(biāo)概率，見(jiàn)表2、表3、表4、表5、圖4。

表2 甚長(zhǎng)波信道導(dǎo)彈捕捉概率表

表3 短波信道導(dǎo)彈捕捉概率表

表4 超短波信道導(dǎo)彈捕捉概率表

表5 衛(wèi)星通信信道導(dǎo)彈捕捉概率表

圖4 導(dǎo)彈雷達(dá)捕捉概率對(duì)比圖

4.4 結(jié)果分析

由以上數(shù)據(jù)可以得出以下結(jié)論。

1）就潛艇目前使用的通信信道來(lái)說(shuō)，對(duì)于中距離（小于300km），以較慢速運(yùn)動(dòng)（小于20kn）的目標(biāo)，理論上導(dǎo)彈均能完成打擊。但隨著目標(biāo)距離、航速的增加，雷達(dá)捕捉概率也隨之下降。這就要求潛艇指揮員在導(dǎo)彈攻擊時(shí)通過(guò)某一通信信道接收目標(biāo)指示信息后，應(yīng)盡早確定目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素實(shí)施攻擊，有利于提高導(dǎo)彈捕捉目標(biāo)概率。

2）對(duì)于同一目標(biāo)來(lái)說(shuō)，如果僅僅考慮導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)捕捉概率，使用通信信道的優(yōu)先級(jí)依次為衛(wèi)星、超短波、短波、甚長(zhǎng)波。

3）結(jié)合信道特點(diǎn)、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行通信信道選擇，有以下結(jié)論。

（1）甚長(zhǎng)波信道通信：甚長(zhǎng)波信道通信數(shù)據(jù)傳輸速率慢，但其優(yōu)勢(shì)在于潛艇可以在水下接收信息，達(dá)成隱蔽通信。適用于潛艇作戰(zhàn)海區(qū)敵方布置有大量的探測(cè)警戒兵力，潛艇上浮或位于通氣管深度通信有較高被發(fā)現(xiàn)概率時(shí)。甚長(zhǎng)波信道傳遞的目標(biāo)指示信息可以打擊航速15節(jié)、20節(jié)、25節(jié)，距離小于500km、350km、250km的目標(biāo)。

（2）超短波信道通信：數(shù)據(jù)傳輸速率較快，但距離僅為視距，一般由飛機(jī)或水面艦艇負(fù)責(zé)中繼通信。適用于潛艇作戰(zhàn)海區(qū)我方兵力占據(jù)優(yōu)勢(shì)，即中繼通信兵力在我方火力保護(hù)范圍之內(nèi)。超短波信道傳遞的目標(biāo)指示信息可以打擊航速15節(jié)、20節(jié)、25節(jié)、30節(jié)，距離小于 500km、450km、300km、200km的目標(biāo)。

（3）短波、衛(wèi)星信道通信：兩種通信信道均可以實(shí)現(xiàn)超視距通信，區(qū)別在于衛(wèi)通信道的數(shù)據(jù)傳輸速率高且可以實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。適用于潛艇接收岸基指揮所發(fā)送的目標(biāo)指示信息。岸基指揮所對(duì)所有探測(cè)平臺(tái)傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合研判、識(shí)別融合，判明性質(zhì)。這樣發(fā)送給潛艇的目標(biāo)信息準(zhǔn)確度更高，同時(shí)包含了首長(zhǎng)決心，將大大減少潛艇處理信息的時(shí)間。短波信道傳遞的目標(biāo)指示信息可以打擊航速 15節(jié)、20節(jié)、25節(jié)、30節(jié)，距離小于 500km、450km、300km、200km的目標(biāo)。衛(wèi)通信道傳遞的目標(biāo)指示信息可以打擊航速15節(jié)、20節(jié)、25節(jié)、30節(jié)，距離小于500km、450km、300km、200km的目標(biāo)。

5 結(jié)語(yǔ)

采用不同通信信道傳遞目標(biāo)指示信息時(shí)，對(duì)導(dǎo)彈雷達(dá)捕捉概率有較大影響，進(jìn)而影響導(dǎo)彈的攻擊效果。因而，在充分考慮各種通信信道時(shí)延的基礎(chǔ)上，還需要統(tǒng)籌考慮各種通信信道的戰(zhàn)術(shù)使用特點(diǎn)，目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)航速，導(dǎo)彈的射擊距離，從而保證潛艦導(dǎo)彈的攻擊效果。