新型艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)關(guān)于協(xié)同制導(dǎo)系統(tǒng)技術(shù)解析

多平臺(tái)艦空導(dǎo)彈協(xié)同制導(dǎo)超視距攔截低空反艦導(dǎo)彈時(shí)，視距外發(fā)射導(dǎo)彈后，根據(jù)導(dǎo)彈的彈道分析，隨著導(dǎo)彈逐漸遠(yuǎn)離發(fā)射平臺(tái)，飛行高度逐漸下降，當(dāng)導(dǎo)彈與平臺(tái)的距離足夠遠(yuǎn)，導(dǎo)彈會(huì)超出發(fā)射平臺(tái)的制導(dǎo)距離，從而發(fā)射平臺(tái)不能向?qū)梻魉椭茖?dǎo)指令。在這種情況下，為了完成中制導(dǎo)任務(wù)，需將制導(dǎo)權(quán)交給協(xié)同制導(dǎo)平臺(tái)，由協(xié)同制導(dǎo)平臺(tái)向?qū)棸l(fā)送無線電制導(dǎo)指令；或者，艦艇編隊(duì)指控中心根據(jù)整個(gè)編隊(duì)作戰(zhàn)的需要，下達(dá)了制導(dǎo)交接命令時(shí)，制導(dǎo)權(quán)需要在制導(dǎo)平臺(tái)間進(jìn)行交接，即在艦空導(dǎo)彈中制導(dǎo)段存在制導(dǎo)交接。

何為制導(dǎo)交接？就是把中制導(dǎo)無線電指令發(fā)送權(quán)由一個(gè)制導(dǎo)平臺(tái)轉(zhuǎn)交給另一個(gè)制導(dǎo)平臺(tái)（也稱協(xié)同制導(dǎo)平臺(tái)）的過程，就是說，艦空導(dǎo)彈中制導(dǎo)段分為兩部分，前一部分由發(fā)射平臺(tái)制導(dǎo)，后一段由協(xié)同平臺(tái)制導(dǎo)，制導(dǎo)指令的發(fā)送由前一平臺(tái)轉(zhuǎn)移到協(xié)同制導(dǎo)平臺(tái)，由協(xié)同制導(dǎo)平臺(tái)直接給導(dǎo)彈發(fā)送無線電指令。

艦空導(dǎo)彈在兩個(gè)平臺(tái)之間的制導(dǎo)交接如圖1（a）、圖1（b）所示，分別為艦艦平臺(tái)之間和艦空平臺(tái)之間的制導(dǎo)交接。

從上述過程的描述可以看出，艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)要完成制導(dǎo)交接，從系統(tǒng)層面上來看，涉及幾個(gè)系統(tǒng)之間的互動(dòng)和協(xié)作。

一是艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)。新型艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)除了完成原有艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的功能之外，還要具有跨平臺(tái)的協(xié)同制導(dǎo)交接能力。

圖1　艦空導(dǎo)彈在兩個(gè)平臺(tái)之間的制導(dǎo)交接示意圖

二是本艦作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)。本艦作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)是全艦作戰(zhàn)資源的綜合管理和決策中心，為本艦指揮員提供全艦信息態(tài)勢(shì)圖像和目標(biāo)打擊輔助決策，并為各武器系統(tǒng)提供目標(biāo)指示信息，引導(dǎo)和監(jiān)控各武器系統(tǒng)打擊目標(biāo)的作戰(zhàn)情況。

艦空導(dǎo)彈的制導(dǎo)交接過程涉及指令分發(fā)和目標(biāo)選擇等環(huán)節(jié)，必然涉及本艦指控系統(tǒng)和艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)之間的信息交互。

三是本艦多平臺(tái)協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)。艦空導(dǎo)彈的制導(dǎo)交接實(shí)現(xiàn)是依賴于目標(biāo)和導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)參數(shù)信息在多平臺(tái)之間的高速數(shù)據(jù)分發(fā)的，目前，新型驅(qū)護(hù)艦列裝的多平臺(tái)協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)為各平臺(tái)共享火控級(jí)數(shù)據(jù)態(tài)勢(shì)成為可能。

因此，從系統(tǒng)兼容和擴(kuò)展來看，在艦空武器系統(tǒng)基礎(chǔ)上，新增一個(gè)艦空導(dǎo)彈協(xié)同制導(dǎo)單元CGU，使該CGU成為新型艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)中的一部分，主要承擔(dān)與原有的武器系統(tǒng)設(shè)備（導(dǎo)彈武控設(shè)備、發(fā)控設(shè)備、指令天線設(shè)備）、本艦指控系統(tǒng)設(shè)備以及多平臺(tái)協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)之間信息交互和功能協(xié)作，從而達(dá)成兩兩平臺(tái)之間制導(dǎo)權(quán)轉(zhuǎn)移的順利完成。

基于協(xié)同制導(dǎo)單元的角色定位，針對(duì)艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)協(xié)同制導(dǎo)作戰(zhàn)的需求，有必要從作戰(zhàn)方式、使用流程上深入分析CGU的指揮方式和信息流程，提出CGU的總體設(shè)計(jì)方案，規(guī)劃出功能組成以及與其他各個(gè)系統(tǒng)（三大系統(tǒng)，即導(dǎo)彈武器系統(tǒng)、本艦指控系統(tǒng)、多平臺(tái)協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)）之間的信息交互關(guān)系和內(nèi)容。

多平臺(tái)參與的艦空導(dǎo)彈協(xié)同制導(dǎo)作戰(zhàn)是基于CGU的多平臺(tái)協(xié)同制導(dǎo)作戰(zhàn)樣式之一，如圖2所示，其基本工作原理闡述如下：

各協(xié)同平臺(tái)通過多平臺(tái)協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)和導(dǎo)彈跟蹤數(shù)據(jù)共享；在此基礎(chǔ)上，根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，平臺(tái)上的作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)與多平臺(tái)協(xié)同制導(dǎo)單元CGU進(jìn)行信息交互，經(jīng)過多平臺(tái)協(xié)同決策后，完成平臺(tái)在協(xié)同制導(dǎo)過程中的任務(wù)分配，劃分發(fā)射平臺(tái)及協(xié)同交接平臺(tái)，確定制導(dǎo)交接時(shí)機(jī)；發(fā)射平臺(tái)中的CGU系統(tǒng)與艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，完成火控諸元求解、導(dǎo)彈發(fā)射及初始控制等任務(wù)；協(xié)同交接平臺(tái)中的CGU系統(tǒng)通過多平臺(tái)協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)交接參數(shù)交互，完成導(dǎo)彈協(xié)同交接任務(wù)，控制艦空導(dǎo)彈飛行，直至實(shí)現(xiàn)中末制導(dǎo)交班。

圖2　基于CGU的多平臺(tái)協(xié)同制導(dǎo)作戰(zhàn)原理示意圖

因此，基于多平臺(tái)協(xié)同制導(dǎo)作戰(zhàn)模式，在扁平化指揮控制思想理念驅(qū)動(dòng)下，參與艦空導(dǎo)彈協(xié)同制導(dǎo)過程的每個(gè)平臺(tái)中，作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)、艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)、多平臺(tái)協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)和多平臺(tái)協(xié)同制導(dǎo)單元CGU之間信息交互和模塊控制如圖3所示。

（1）多平臺(tái)之間通過MCE實(shí)現(xiàn)目標(biāo)和導(dǎo)彈跟蹤的共享。

（2）作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)完成多平臺(tái)攔截適宜性、威脅判定和排序、武器分配等指揮決策任務(wù)，并將此結(jié)果反饋給CGU系統(tǒng)。

圖3　艦空導(dǎo)彈協(xié)同制導(dǎo)中的信息交互和模塊控制示意圖

（3）CGU系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)協(xié)同制導(dǎo)作戰(zhàn)的核心子系統(tǒng)，根據(jù)作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)指揮決策的結(jié)果，完成發(fā)射決策、平臺(tái)分配等協(xié)同制導(dǎo)管理任務(wù)。

（4）通過多平臺(tái)協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)獲得目標(biāo)跟蹤數(shù)據(jù)，發(fā)射平臺(tái)中的CGU系統(tǒng)完成火控諸元參數(shù)預(yù)處理，為導(dǎo)彈武器系統(tǒng)進(jìn)行火控解算進(jìn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

（5）導(dǎo)彈武器系統(tǒng)完成火控解算，發(fā)射控制。

（6）CGU系統(tǒng)制定制導(dǎo)交接方案，完成導(dǎo)彈交接班。

（7）通過多平臺(tái)協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)獲得目標(biāo)和導(dǎo)彈跟蹤數(shù)據(jù)，CGU系統(tǒng)完成制導(dǎo)指令形成所需要參數(shù)的預(yù)處理；針對(duì)不同類型的平臺(tái)，CGU直接產(chǎn)生制導(dǎo)指令或?qū)⒃撊蝿?wù)交給艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)，艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)根據(jù)CGU的制導(dǎo)指令參數(shù)預(yù)處理結(jié)果，生成制導(dǎo)指令。

（8）指令傳輸系統(tǒng)根據(jù)導(dǎo)彈制導(dǎo)指令，按照一定的頻率發(fā)送指令至艦空導(dǎo)彈。

多平臺(tái)超視距協(xié)同制導(dǎo)單元CGU是艦空導(dǎo)彈超視距協(xié)同制導(dǎo)的核心單元，它通過多平臺(tái)協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)在平臺(tái)間共享同一火控級(jí)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)圖像的基礎(chǔ)上，與艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)配合，完成對(duì)目標(biāo)、導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行綜合處理，形成接力制導(dǎo)作戰(zhàn)方案，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)分配、火力通道組織、武器控制諸元解算、發(fā)射控制、中繼平臺(tái)制導(dǎo)交接、導(dǎo)彈控制直至命中目標(biāo)等若干任務(wù)的軟硬件組成的協(xié)同武器控制系統(tǒng)。因此，多平臺(tái)超視距協(xié)同制導(dǎo)單元CGU具有以下主要功能，如圖4所示。

圖4　多平臺(tái)超視距協(xié)同制導(dǎo)單元CGU功能描述

1.協(xié)同管理

協(xié)同管理是實(shí)現(xiàn)協(xié)同制導(dǎo)作戰(zhàn)的火力管理與決策環(huán)節(jié)。在作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)完成目標(biāo)威脅判斷、目標(biāo)分配任務(wù)的基礎(chǔ)上，CGU完成發(fā)射決策參數(shù)計(jì)算，平臺(tái)任務(wù)分配和交接時(shí)機(jī)確定，包括：

（1）決策基礎(chǔ)參數(shù)確定，包括多平臺(tái)動(dòng)態(tài)交接區(qū)、發(fā)射區(qū)、殺傷區(qū)計(jì)算，交接成功概率計(jì)算，制導(dǎo)誤差計(jì)算。

（2）交接可行性方案分析。

該功能由多平臺(tái)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)與優(yōu)化模塊完成。從協(xié)同探測(cè)和制導(dǎo)需求出發(fā)，用一定的算法對(duì)所有平臺(tái)布局和工作方式進(jìn)行控制，由多平臺(tái)動(dòng)態(tài)組網(wǎng)與優(yōu)化模塊為優(yōu)化算法軟件模塊構(gòu)成，其軟件優(yōu)化算法由3個(gè)部分組成：探測(cè)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法、制導(dǎo)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法和多平臺(tái)綜合優(yōu)化算法。

探測(cè)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法功能單元：根據(jù)所有探測(cè)平臺(tái)的位置、速度和探測(cè)能力等信息，從盡量發(fā)揮所有平臺(tái)最大探測(cè)能力的角度出發(fā)，采用優(yōu)化算法得到探測(cè)平臺(tái)組網(wǎng)方式。

制導(dǎo)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法功能單元：根據(jù)所有制導(dǎo)平臺(tái)的位置、速度和制導(dǎo)能力等信息，從滿足協(xié)同制導(dǎo)需求的角度出發(fā)，采用優(yōu)化算法得到制導(dǎo)平臺(tái)組網(wǎng)方式。

多平臺(tái)綜合優(yōu)化算法功能單元：綜合考慮探測(cè)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模塊和制導(dǎo)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模塊的需求，從全局角度出發(fā)，形成全局最優(yōu)的動(dòng)態(tài)組網(wǎng)方式，并將組網(wǎng)方式轉(zhuǎn)化為具體的探測(cè)平臺(tái)和制導(dǎo)平臺(tái)的優(yōu)化指令，發(fā)送給平臺(tái)的指揮與控制系統(tǒng)，轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)組網(wǎng)控制指令，通過高速數(shù)據(jù)鏈通信模塊向各個(gè)平臺(tái)下達(dá)控制指令。

2.協(xié)同控制

在協(xié)同管理單元完成發(fā)射決策后，根據(jù)多平臺(tái)協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)提供的綜合態(tài)勢(shì)，確定火控解算類型，完成火控諸元解算所需要的數(shù)據(jù)預(yù)處理（坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、平滑等處理），包括：

（1）跨平臺(tái)參考基準(zhǔn)匹配；

（2）跨平臺(tái)目標(biāo)與導(dǎo)彈信息參數(shù)坐標(biāo)變換及修正。

該功能主要由協(xié)同制導(dǎo)數(shù)據(jù)處理與火控解算模塊完成。從協(xié)同制導(dǎo)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求和協(xié)同制導(dǎo)火控計(jì)算的特殊性出發(fā)，通過數(shù)據(jù)處理和協(xié)同制導(dǎo)解算方法，得到滿足要求的數(shù)據(jù)，完成協(xié)同制導(dǎo)火控計(jì)算，由3個(gè)部分組成：時(shí)空一致性轉(zhuǎn)換功能單元、射擊諸元計(jì)算功能單元和協(xié)同制導(dǎo)彈道參數(shù)解算功能單元。

時(shí)空一致性轉(zhuǎn)換功能單元：接收來自協(xié)同平臺(tái)的協(xié)同信息，結(jié)合平臺(tái)自身的探測(cè)信息，對(duì)協(xié)同所需要的目標(biāo)信息、制導(dǎo)信息進(jìn)行時(shí)空一致性轉(zhuǎn)換，得到滿足本平臺(tái)時(shí)間和空間要求的各種火控解算和協(xié)同制導(dǎo)所需的數(shù)據(jù)。

協(xié)同射擊諸元計(jì)算功能單元：根據(jù)協(xié)同平臺(tái)信息和目標(biāo)信息，對(duì)協(xié)同制導(dǎo)情況下導(dǎo)彈攔截的航路捷徑、協(xié)同殺傷區(qū)及發(fā)射區(qū)邊界、預(yù)測(cè)遭遇點(diǎn)、目標(biāo)到達(dá)發(fā)射區(qū)近界和遠(yuǎn)界的時(shí)間等射擊諸元參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

協(xié)同制導(dǎo)彈道參數(shù)解算功能單元：接收協(xié)同射擊諸元計(jì)算功能單元計(jì)算得到的目標(biāo)和協(xié)同平臺(tái)信息，根據(jù)協(xié)同制導(dǎo)對(duì)彈道的要求，計(jì)算導(dǎo)彈發(fā)射所需裝訂的初始參數(shù)，并通過指揮與控制系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)彈進(jìn)行發(fā)射前初始參數(shù)的裝訂。

3.交接導(dǎo)引

根據(jù)發(fā)控參數(shù)，制定制導(dǎo)交接決策方案，完成導(dǎo)彈交班和導(dǎo)彈接班；針對(duì)不同平臺(tái)類型，實(shí)現(xiàn)制導(dǎo)指令參數(shù)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理（坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)平滑）或根據(jù)制導(dǎo)指令預(yù)處理參數(shù)直接產(chǎn)生制導(dǎo)指令及編碼傳輸，包括：

（1）導(dǎo)彈交接決策；

（2）導(dǎo)彈交接處理

（3）制導(dǎo)指令參數(shù)預(yù)處理；

（4）制導(dǎo)指令參數(shù)產(chǎn)生及傳輸。

該功能由協(xié)同制導(dǎo)指令交接控制模塊完成。根據(jù)協(xié)同制導(dǎo)的需要，以一定的交接控制邏輯對(duì)制導(dǎo)指令的傳送進(jìn)行控制，對(duì)交接的實(shí)施情況進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷，確保中制導(dǎo)指令交接的順利進(jìn)行，由4個(gè)功能單元組成：信息分配功能單元、交接形勢(shì)估計(jì)功能單元、制導(dǎo)交接控制功能單元和協(xié)同指令生成功能單元。

信息分配功能單元：對(duì)指揮與控制平臺(tái)傳送過來的協(xié)同信息進(jìn)行分類并傳送給各個(gè)功能單元，其中來自協(xié)同平臺(tái)的交接分配給制導(dǎo)交接控制功能單元，交接成員的信息分配給交接形勢(shì)估計(jì)功能單元，與制導(dǎo)相關(guān)的指令則直接分配給平臺(tái)的制導(dǎo)指令發(fā)送/接收系統(tǒng)。

交接形勢(shì)估計(jì)功能單元：接收來自信息分配功能單元的所有中制導(dǎo)指令交接相關(guān)成員的信息，其中包括目標(biāo)狀態(tài)信息、導(dǎo)彈狀態(tài)信息和平臺(tái)狀態(tài)信息，通過數(shù)學(xué)模型對(duì)交接空域進(jìn)行計(jì)算，并實(shí)時(shí)對(duì)交接形勢(shì)進(jìn)行判斷，對(duì)交接的啟動(dòng)與否進(jìn)行判斷并下達(dá)控制指令。

制導(dǎo)交接控制功能單元：等待交接形勢(shì)估計(jì)功能單元的交接啟動(dòng)指令，未啟動(dòng)中制導(dǎo)指令交接程序時(shí)，該功能單元直接接收指揮與控制平臺(tái)的指令，并根據(jù)該指令對(duì)制導(dǎo)指令發(fā)送/接收系統(tǒng)進(jìn)行控制；當(dāng)啟動(dòng)中制導(dǎo)指令交接程序后，該功能單元接收來自其他平臺(tái)的協(xié)同制導(dǎo)指令，控制制導(dǎo)指令發(fā)送/接收系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同制導(dǎo)的指令交接。

協(xié)同指令生成功能單元：接收制導(dǎo)指令接收/發(fā)送系統(tǒng)的應(yīng)答信號(hào)，通過指令應(yīng)答情況對(duì)交接狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)，并以此為依據(jù)，向協(xié)同平臺(tái)下達(dá)進(jìn)一步的協(xié)同指令，通過平臺(tái)的指揮與控制系統(tǒng)，利用高速數(shù)據(jù)鏈通信模塊發(fā)送信息流程。

多平臺(tái)協(xié)同制導(dǎo)單元CGU是艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)中的外延部分，與平臺(tái)作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)和艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)一起協(xié)同工作，完成艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)作戰(zhàn)指揮、資源管理、導(dǎo)彈發(fā)射、交接以及導(dǎo)引控制等一系列任務(wù)。因此，CGU模塊包括協(xié)同管理模塊、協(xié)同控制模塊、交接導(dǎo)引模塊和接口模塊，如圖5所示。

圖5　多平臺(tái)協(xié)同制導(dǎo)單元CGU模塊組成

編輯：黃飛

?