來源:戰術導彈技術(ID:zsddjs)

作者:曾家有,吳 傑

摘 要:針對未來戰場複雜電磁環境下實現對海上目標遠程精確打擊和高效毀傷的需求,分析了發展智能反艦導彈的必要性及國外發展現狀。分析了智能反艦導彈應具備信息感知、智能毀傷、戰場自適應、自主突防、主動電子對抗、多彈協同作戰、實時通信等先進能力。同時研究了發展智能反艦導彈需要的智能導引頭、智能殺傷、智能決策、智能突防、多傳感器信息融合、微機電、數據鏈和彈羣攻擊智能協同等主要關鍵技術,旨在爲智能反艦導彈發展提供有益的啓示。

關鍵詞:智能反艦導彈;信息感知;自主突防;協同作戰

智能反艦導彈是指在某種程度上具有模仿人類智能的本領的反艦導彈,具體地說,就是利用傳感器對戰場情況進行自動探測、跟蹤,根據獲得的信息進行比較、分析、推理、判斷,達到識別目標、背景和威脅的目的,進而制定出正確的對策,實施必要的機動動作,如躲閃、規避、施放干擾、自衛、攻擊等。未來海上反艦作戰環境更爲複雜,對抗更加激烈,反艦導彈面臨着敵方協同防空體系、新概念反導武器等嚴重威脅,目前反艦導彈的能力已難以滿足作戰需求,必須發展智能反艦導彈。

實現“智能化”的反艦導彈,一是可以真正實現“發射後不管”;二是可以簡化導彈的指揮控制過程,實現快速反應;三是可以提高反艦導彈在激烈攻防對抗條件下的突防能力;四是可以提高效費比,用較小的彈藥消耗量達成較大的作戰效果。

智能反艦導彈是未來反艦導彈的發展方向,本文歸納國外智能反艦導彈的發展現狀及特點,分析發展智能反艦導彈的必要性,探討智能反艦導彈的能力需求,進而提出相應的主要關鍵技術,旨在爲未來反艦導彈建設規劃和發展提供有益啓示。

1. 國外智能反艦導彈發展概況

國外已着手智能反艦導彈的研發,有的型號已經批量生產,雖然離真正意義上的智能導彈還有較大差距,但已初具智能反艦導彈的雛形,典型代表主要有以下三型。

1.1 美國LRASM遠程反艦導彈

在美國國防部預先研究計劃局(DARPA)和海軍研究辦公室(ONR)的資助下,洛馬公司作爲主承包商於 2009 年開始新一代遠程反艦導彈(Long Range Anti-Ship Missile,簡稱爲LRASM)的初始設計,提出了亞聲速和超聲速兩個方案,分別稱爲 LRASM-A 和 LRASM-B方案。經綜合評估,2012年 LRASM-B 方案被取消,LRASM-A 方案成爲“進攻性反水面戰”增量 1 的重點資助武器化項目。LRASM-A導彈射程爲600~1000公里,裝載有 GPS 接收機、高性能雙向數據鏈通信系統,採用基於數據鏈的 CEC 技術,可由不同平臺對導彈進行中繼制導。目前,LRASM-A 已成功進行多次空射、艦射試驗,計劃於2018、2019 年分別進入美國空軍(首裝 B-1B)、海軍(首裝 F/A-18E/F)服役。

LRASM導彈的智能化主要體現在減少了對中繼制導的依賴,具有智能識別能力。LRASM 導彈的核心技術是通過類似無源射頻器件的設備感知敵方空警雷達開機時的電磁信號,並利用目標識別算法對探測的信號進行分類,從而在島岸背景下及時確定威脅位置和覆蓋區域,避開島岸的影響,曲向機動至敵目標。同時,能在傳感器及信息網絡中斷的情況下,依託先進的慣導裝置、彈載傳感器、雷達高度計以及數據處理技術,實現自主導航制導,降低對情報、偵察系統以及 GPS、ISR信息源的依賴。

1.2 俄羅斯鋯石導彈

“鋯石”高超聲速反艦導彈(3M22)由俄羅斯戰術導彈集團下屬的俄羅斯機械製造科研生產聯合體(NPOM)負責研製。飛行速度可達6馬赫、飛行高度 30 km、射程約400 km。“鋯石”反艦導彈包括三種型號:艦載型、陸基型和潛射型。2017 年4 月,“鋯石”導彈又一次成功完成試射,測試過程中飛行速度達到了8馬赫,預計將於 2018 年進入批量生產,計劃裝備於俄“彼得大帝”號及“納希莫夫海軍上將”號核動力巡洋艦。

“鋯石”反艦導彈智能化水平主要體現在制導系統作戰自主性和對抗水平方面。在“鋯石”導彈的目標引導程序中集成了人工智能數據,使得導彈不僅能夠對抗敵電子干擾手段,而且還能夠自主規避敵防空火力的打擊。爲了消除對目標的誤判,在導彈的彈載計算機中預先儲存了現代主要艦艇的圖像,可供導引頭在選擇機動方式和攻擊指定目標時進行校正。“鋯石”導彈能夠按重要性對目標進行分類,然後根據預定的程序自主選定攻擊戰術和攻擊實施方案,攻擊其中最重要的目標。

“鋯石”導彈上不僅可安裝雷達自導頭,還可安裝用於搜索和探測目標的光電系統,並可加裝數據鏈,具備了自主規避威脅能力。

1.3 挪威NSM導彈

NSM(Naval Strike Missile,海軍打擊導彈)採用成型彈體,正常氣動佈局,摺疊式上翼,4個尾舵的結構佈局;包括助推器在內的彈體全長爲3.96 m,翼展爲1.36 m,彈徑0.69m。該導彈發射質量爲 407 kg,飛行質量爲344 kg,戰鬥部質量125 kg,射程180~200km,主巡航彈道速度0.95馬赫,採用紅外隱身外形設計,末段可進行三維迂迴機動,有可達200個途徑點的航路規劃能力。NSM 導彈於 2010 年服役,主要用來裝備挪威海軍南森級護衛艦和導彈快艇。

NSM採用了高清晰度成像紅外成像導引頭,能夠清晰分辨遠處目標的外輪廓,制導系統的目標分類軟件可進行自動目標識別。這樣,就可以通過發射前的程序設計,選擇目標的薄弱部位或者關鍵部位進行攻擊。當導彈處於攻擊的不利陣位時,智能軟件可以控制導彈通過戰術機動,佔領有利攻擊陣位,對目標實施最佳效果的攻擊。在對目標實施多彈攻擊時,可對每枚導彈的攻擊飛行路線進行設定,並可設定不同的攻擊部位,可使一枚或幾枚導彈從對方攔截的盲區對目標艦發起攻擊。這種攻擊方法,可使導彈達成一定意義的協同,互相配合,達成最好的攻擊效果。

2. 智能反艦導彈發展需求

2.1 反艦導彈智能化是適應未來戰場複雜電磁環境的客觀需要

未來戰場“陸、海、空、天、電”五維空間一體,戰場電磁環境複雜。敵艦艇電子對抗時,被動偵察告警、雷達有源干擾、無源干擾誘餌等多種手段並用,可形成遠、中、近程層層設防的完整體系,並可通過綜合電子戰系統提供完整的戰場態勢信息,結合優化匹配的軟硬兼施干擾措施,在較短時間內快速攔截反艦導彈。除電子對抗環境外,複雜電磁環境主要還包括通信環境、導航電磁環境等。另外,未來海戰場可能涉及到海洋、港灣、島嶼、部分陸地和採用隱身、僞裝的特種設施,且軍用艦船與民用船隻、商船混雜在一起,敵我友態勢複雜。發展智能反艦導彈使其能夠自動識別所遭受的各種電磁干擾,並可根據電磁環境的類型、影響和戰術態勢等因素相應做出最優決策。

2.2 反艦導彈智能化是實現遠程精確打擊的緊迫需求

隨着反艦導彈射程向“遠程化”發展,導彈飛行時間增大,目標機動散佈範圍和各種射擊誤差都隨之增大。因此,必須增大導引頭的搜索範圍,但反艦導彈的末制導系統作用距離有限,難以完全覆蓋目標的可能散佈區。目前普遍採用中繼制導解決該問題,但中繼制導也有制導距離有限、犧牲導彈攻擊的隱蔽性、中繼平臺的安全性難以保證等問題,不易滿足對抗激烈的未來海戰要求,必須發展對中繼制導系統依賴程度低的智能反艦導彈。

2.3 反艦導彈智能化是實現目標高效毀傷的必然趨勢

未來反艦作戰,目標多元化、電子干擾強,僅靠單一的引信-戰鬥部系統難以對各類目標實施高效毀傷。反艦導彈應具備智能殺傷能力,導彈能根據目標特徵、遭遇條件信息和環境條件信息等的不同,自適應地調整引信啓動點和戰鬥部起爆方式,自動選擇攻擊目標的要害部位,充分發揮戰鬥部的威力。此外還要具備區分真假目標的功能,引信獲取的信息不能僅限於無線電回波信號,還應包括紅外信息、圖像信息等信息。

2.4 反艦導彈智能化是破擊協同防空體系的必由之路

艦艇編隊協同防空體系的建立,使得反艦導彈突防更加艱難。如美軍的分佈式協同防空體系,以CEC網絡爲基礎,將偵察衛星和預警飛機、超視距雷達、國土超低空監測網、艦載雷達及光電系統等和防空導彈聯網,實現戰術圖像和武器系統信息共享,使防空導彈具備超視距作戰能力,實現完全網絡化分佈式遠程協同防空,實現目標攔截的最優化。採用傳統的沒有協同能力的反艦導彈及相應作戰模式,很難完成作戰任務,必須發展具有多彈協同攻擊能力的智能反艦導彈。

3. 智能反艦導彈作戰能力需求分析

智能反艦導彈不僅要具備現役反艦導彈的普遍能力,還要具備信息感知、智能毀傷、戰場自適應、自主突防、主動電子對抗、多彈協同作戰、實時通信等體現智能化特徵的先進能力,如圖1所示。

圖1 智能反艦導彈作戰能力示意圖

3.1 信息感知能力

信息感知能力主要包括目標場景信息獲取能力和感興趣目標自動識別能力。目標場景主要指反艦導彈所面對的戰場環境,不僅包括感興趣目標,還包括大量自然干擾(如海面背景、雨雪、島嶼、無關目標等)與人爲干擾。目標場景信息獲取能力指對伴有噪聲、自然干擾、人爲干擾信息的場景信息進行精確處理與分析的能力。感興趣目標自動識別能力指結合目標先驗知識,按需求給出目標的不同層次(特定目標檢測、類型識別、關鍵部位識別)的狀態信息與識別結果的能力。

3.2 智能毀傷能力

智能毀傷能力指針對不同的目標類型尤其是低可觀測目標,反艦導彈能根據戰場環境、目標特徵、導彈與目標交會條件和目標要害等的不同,自適應地調整引信工作方式、選擇炸點或起爆方式,改變戰鬥部的殺傷方式,達到最佳的引信-戰鬥部配合效果,實現對不同目標的最佳毀傷。因此,智能反艦導彈要具有敏感目標類型、環境及其特性的能力,並能自動識別目標要害或脆弱部位,適時引爆戰鬥部,給目標以重創,並將附帶毀傷降到最低。

3.3 戰場自適應能力

智能反艦導彈能根據戰場態勢變化,自主形成相應的對策,具備靈活的任務在線規劃和自適應能力。一是自主選擇飛行航跡的能力。反艦導彈能夠根據目標信息、對指定目標實施打擊。二是電子對抗和智能抗干擾能力。反艦導彈能夠克服戰場地理、氣象與電磁環境帶來的不利影響,防止被敵方干擾信息中斷、誘偏、欺騙,實現複雜戰場環境中的有效作戰。三是智能目標打擊能力。反艦導彈能夠接收指控系統的指令,重新確定打擊目標,在飛行中可改變方向,打擊新的機動目標。

3.4 自主突防能力

自主突防能力主要包括自主規避機動(威脅判斷、告警,實時規避)、自主改變速度(亞聲速-超聲速突防)、自主改變高度(多種飛行高度、躍升-俯衝)、自主改變方位(方位發射、蛇行機動)等能力[4]。反艦導彈在海上飛行過程中能夠根據戰場態勢、所受電磁干擾和火力對抗情況,進行威脅判斷,綜合做出最優的對抗決策,並控制導彈採取相應的對抗措施,如改變飛行高度、飛行速度,進行彈道機動,以對抗敵方攔截,提高突防概率。

3.5 主動電子對抗能力

智能反艦導彈對所遭受的多種干擾應具有主動電子對抗能力,即能夠根據干擾類型、時機、效果以及導彈所處的戰術態勢等因素及時主動地對硬攔截進行干擾、對軟對抗進行反干擾。一是當探測到艦空導彈、艦炮等硬攔截威脅時,控制誘餌釋放裝置自主釋放誘餌或有源干擾機選擇最佳工作模式等;二是面對各種有源、無源、誘餌等軟對抗時,綜合判斷各個方向受到電子干擾的強弱,爲導彈選擇最佳突防方向提供有利參考;三是迅速進行頻率捷變,拓寬反艦導彈導引頭的頻譜範圍,利用超寬譜雷達在大範圍內進行捷變,實施主動對抗。

3.6 多彈協同作戰能力

少量反艦導彈參與齊射、分波次攻擊、對單目標實施飽和攻擊等方式已經不能滿足作戰需要,反艦導彈應具備多彈協同作戰能力。根據作戰任務,多枚智能反艦導彈可組成一個協同攻擊編隊,編隊由1~2枚裝備智能化遠距離大扇面導引頭的導彈擔任領彈,其它導彈充當從彈。領彈負責整個編隊中各導彈作戰任務的協調分配。領彈可通過數據鏈向從彈或指揮控制平臺傳輸信息及作戰指令,引導從彈進行多方向或多波次攻擊。多彈協同作戰時導彈可從不同方向、不同發射平臺,沿着不同路徑飛行,同時到達某一目標區域,按系統作戰原則對單個或多個目標實施攻擊,通過領彈來判別導彈攻擊效果,決定是否實施下一波攻擊。

3.7 實時通信能力

前述能力,離不開信息實時相互傳輸,有的信息需要在導彈與指揮平臺之間相互傳輸,有的信息需要在導彈與傳感器平臺之間相互傳輸,有的信息需要在導彈與導彈之間相互傳輸。因此,通信能力是隱含上述能力要求之中、且必不可少的能力。

4. 智能反艦導彈發展的關鍵技術

發展智能反艦導彈是一項複雜的系統工程,涉及到的關鍵技術很多,這裏提出智能導引頭、智能殺傷、智能決策、智能突防、多傳感器信息融合、微機電、數據鏈和彈羣攻擊智能協同等主要關鍵技術。

4.1 智能導引頭技術

反艦導彈智能導引頭一個發展方向是發展高分辨率成像制導導引頭。成像制導技術以目標成像爲基礎直接探測目標的外形或基本特徵,獲取的目標信息更爲全面,可實現對目標特徵的有效識別,是提高目標辨識能力、抗干擾能力、制導精度等的有效手段。另一個發展方向是發展多模、多波段複合導引頭。反艦導彈可應用的智能導引頭技術如表1所示。

表1 反艦導彈可應用的智能導引頭技術

4.2 智能殺傷技術

反艦導彈對目標的智能殺傷需要利用導引頭和(或)引信對目標類型、環境及其特性的智能敏感,彈頭、戰鬥部起爆和彈上安全執行機構解除保險過程的智能控制來實現。智能殺傷技術主要包括智能引信技術、智能戰鬥部技術和安全執行機構的智能化技術。其中智能引信技術最爲關鍵。採用智能引信技術可自適應地對付不同目標,適應超低空地物或海面背景的影響和對抗人爲干擾。反艦導彈可應用的智能殺傷技術如表2所示。

表2 反艦導彈可應用的智能殺傷技術

4.3 智能決策技術

發展智能決策技術,實現反艦導彈真正意義上的“發射後不管”。一是自主決策技術:導彈在飛行過程中針對複雜的、不確定的作戰條件,根據決策數據庫的決策信息,對導彈的戰術意圖和行爲進行實時決策,使導彈從探測、跟蹤、尋的、攔截到最後摧毀目標的整個作戰和制導過程實現完全自主。二是智能任務規劃技術,在給定的約束條件下制定攻擊計劃,爲導彈找出一條從發射區到攻擊目標的令人滿意的飛行航跡。隨着目標信息的不斷變化,智能反艦導彈能隨之調整打擊任務,對航跡進行必要的局部修改或進行重新規劃。

4.4 智能突防技術

智能突防技術包括反識別智能突防技術和反攔截智能突防技術兩類。反識別智能突防技術包括智能隱身技術、誘餌技術等。智能隱身技術是在智能材料(如納米材料)技術以及自適應電子技術的基礎上發展起來的新型技術。它所採用的隱身材料同時具有感知功能(傳感器功能)、信息處理功能(處理器功能)、對信號做出最佳響應的功能(作動器功能),具有自動適應環境變化的優點。誘餌技術包括電磁誘餌技術、紅外誘餌技術、抗複合制導誘餌技術等。反攔截智能突防技術主要包括彈道機動技術、掠海超低空突防技術等。

4.5 多傳感器信息融合技術

多傳感器信息融合是指反艦導彈從本身或異地多傳感器獲取不同信息,按不同層次進行信息融合。多傳感器信息融合有三個層次,按照層次高低分別爲決策層融合、數據層融合和特徵層融合。智能反艦導彈的發展方向是運用決策層融合,即通過不同類型的傳感器觀測同一目標,每個傳感器在本地完成基本的處理,包括預處理、特徵抽取、識別或判決,以建立對所觀察目標的初步結論,然後通過關聯處理進行決策層融合判決,最終獲得聯合推斷結果。

多傳感器信息融合通過雙模/多模複合、分佈式融合、時空融合等融合手段,擴展監視探測的時空覆蓋範圍,消除或降低非目標物體的欺騙和干擾,改進系統工作的可靠性,可最大程度地提取目標信息,有效地識別真假目標。

4.6 微機電技術

將微機電(MEMS)技術運用到反艦導彈,一方面可使導彈彈體體積減小、質量減輕、生產和使用成本降低,導彈的小型化爲導彈智能化創造有利條件。另一方面可以實現複雜功能的系統集成,對智能反艦導彈研發極爲有利。

現階段智能反艦導彈可能應用的微機電技術主要包括微慣性測量技術和微型智能引信技術。微慣性測量技術是利用MEMS慣性測量元件進行運動載體加速度和角速度直接測量,配以相關電路,計算出載體所需的位置、姿態等導航信息,可用於智能反艦導彈的精確制導,對反艦導彈的飛行彈道進行彈道修正,還可應用於反艦導彈的飛行控制、姿態控制、偏航阻尼控制及導彈導引頭的穩定等。微型智能引信技術是採用MEMS技術在硅片上集成製作傳感器、定時器、開關及控制元件,最終形成質量好、可靠性高、更安全的電子引信,爲智能反艦導彈提供更安全可靠的引爆方式並實現爆炸點的精確控制,提高反艦導彈的威力。

4.7 數據鏈技術

數據鏈技術是使導彈具備目標選擇與重瞄、目標毀傷效果評估、多彈協同作戰等多種作戰能力的關鍵性基礎技術,是提高反艦導彈作戰效能的倍增器。作爲網絡中心戰的一個環節,數據鏈將反艦導彈動態鏈接到整個作戰網絡中,整個戰場變成由信息柵網、傳感器網和交戰網組成的互連互通、無縫連接、動態開放的綜合網絡。反艦導彈通過網絡可實時獲得目標信息,瞭解上級指揮員的意圖和指令,高度自主地實施作戰協同。數據鏈技術可以幫助導彈完成通訊、指控和精確制導三個方面的功能。導彈間通訊功能可保障多彈協同作戰的順利實施。戰場指揮控制功能使反艦導彈實現平臺中心戰向網絡中心戰的轉變。按與其交換信息的平臺類型分類,反艦導彈的數據鏈主要有三種形式:點對點數據鏈、網絡數據鏈和人在迴路數據鏈。人在迴路數據鏈遠距離傳輸有一定的時延並容易受干擾。網絡數據鏈是智能反艦導彈數據鏈的主要發展方向。

4.8 彈羣攻擊智能協同技術

敵艦艇編隊具備較強的體系化綜合防禦、攻擊能力。爲提高反艦導彈的突防和生存能力以及對敵方目標的有效摧毀能力,發展彈羣攻擊智能協同技術。多彈協同攻擊可以克服單枚導彈導引頭探測體制侷限與性能瓶頸,通過彈羣中不同體制導引頭在不同距離、不同角度下對目標的多條件聯合探測,以實現比其中獨立個體更優的目標識別、抗干擾能力。在“彈羣”攻擊模式下,開展多彈間信息交互與協同處理技術研究,實現羣體的分佈式智能化協作,以及“彈羣集體智慧決策”。

5. 結束語

智能反艦導彈代表了未來反艦導彈的發展方向,國外先進國家已經開始智能反艦導彈的研發,我們發展智能反艦導彈也是勢在必行。當然,發展智能反艦導彈是一項複雜的系統工程,文中所分析的智能反艦導彈能力和所提出的主要關鍵技術可能不夠全面、系統,旨在爲智能反艦導彈的發展提供一點有益的啓示。

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