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基于彈載聲納浮標(biāo)的目標(biāo)信息保障系統(tǒng)設(shè)想

聯(lián)合作戰(zhàn)的重要形式是分布式網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)

，信息是爭奪的核心資源，是決定戰(zhàn)爭勝負(fù)的關(guān)鍵因素[1]。戰(zhàn)場信息優(yōu)勢主要表現(xiàn)在信息感知

、處理和共享等方面

。常規(guī)的作戰(zhàn)模式

，作戰(zhàn)平臺的目標(biāo)信息感知主要依靠平臺自身的傳感器

。為了提高感知能力，總是注重自身傳感器探測能力的提高

。但受到傳感器自身?xiàng)l件或研制的限制

，往往困難很大。同時

，就更大范圍戰(zhàn)場而言

，即使單平臺傳感器探測能力很強(qiáng)，覆蓋的范圍仍有限

，若不能實(shí)現(xiàn)信息共享

，很難保障整體作戰(zhàn)效果。

在現(xiàn)代對海作戰(zhàn)中

，敵方艦艇目標(biāo)實(shí)時監(jiān)視和跟蹤成為對敵有效殺傷的有力保障和制勝的關(guān)鍵

。聲納是探測水面目標(biāo)的有效手段之一。聲納分為主動和被動兩類

。主動聲納可向目標(biāo)水域發(fā)射聲波

，然后由水聽器接受來自目標(biāo)的回波，根據(jù)聲納的位置和聲波從目標(biāo)反射回來的時間經(jīng)確定目標(biāo)的距離和方位

。被動聲納有定向(矢量)和非定向(標(biāo)量)兩種

。標(biāo)量聲納僅能發(fā)現(xiàn)目標(biāo)噪音，矢量聲納利用空間兩點(diǎn)處聲壓有限差分來近似得到聲壓梯度

，不僅能發(fā)現(xiàn)目標(biāo)也能測出其方位

。由于聲納可以在水下持續(xù)的探測和跟蹤艦船目標(biāo)，并且隱蔽性好

，不容易被敵方發(fā)現(xiàn)

，因此，隨著聲納自身技術(shù)的發(fā)展

，在未來信息化聯(lián)合作戰(zhàn)中將會得到越來越多的應(yīng)用

。

傳統(tǒng)艦船目標(biāo)探測手段的局限性

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，敵方艦艇為了躲避岸基炮火和導(dǎo)彈的攻擊

，通常游弋在距海岸線幾百甚至上千公里處

，針對對海作戰(zhàn)，傳統(tǒng)的目標(biāo)信息保障手段具有很多局限性

。

(1)傳統(tǒng)目標(biāo)信息保障能力較弱

傳統(tǒng)對遠(yuǎn)海船只的監(jiān)視只能依賴偵察衛(wèi)星或偵察機(jī)

。衛(wèi)星偵察的問題是：重訪周期長達(dá)數(shù)小時甚至數(shù)天，而一次偵察目標(biāo)的時間較短

。飛機(jī)偵察的問題是：飛行高度較低

，受地球曲率影響，探測距離較短

。因此

，對于二波次后續(xù)打擊缺少快速的目標(biāo)信息指示，無法形成高效

、實(shí)時的多波次攻擊能力

。

(2)傳統(tǒng)目標(biāo)信息保障手段易受到敵方干擾和打擊

敵方可能對衛(wèi)星偵察、偵察機(jī)等實(shí)施干擾

、致盲和摧毀

，并且通過編隊(duì)電磁靜默管制，防止對海上目標(biāo)進(jìn)行探測定位

。因此戰(zhàn)時惡劣保障條件下

，對目標(biāo)情報(bào)保障提出了更高的要求。

(3)彈載傳感器探測時間短

導(dǎo)彈彈載傳感器主要包括光學(xué)相機(jī)

、雷達(dá)等

，其探測精度和時效性好，對目標(biāo)探測

、威脅評估和打擊效果探測具有重要意義

。但是

，彈載傳感器的生存周期與導(dǎo)彈一樣，作用時間較短

，僅幾分鐘

，不能進(jìn)行連續(xù)的目標(biāo)跟蹤，無法滿足對移動目標(biāo)的持續(xù)探測

。

(4)固定聲納探測距離有限

目前

，固定聲納對于水面目標(biāo)的有效探測距離不超過兩百公里，但是

，敵方艦艇的距離一般大于幾百公里

，艦艇所在海域?qū)儆跀撤絿?yán)密監(jiān)視的水域，聲納無法正常布放

，為了保證能夠長時間工作和探測的隱蔽性

，其只能布撒在海岸線附近，因此

，傳統(tǒng)固定聲納使用方式只能起到近海防御的作用

，而不能完成對處于遠(yuǎn)海的敵方艦艇的有效探測。

基于彈載聲納浮標(biāo)的目標(biāo)信息保障系統(tǒng)內(nèi)涵

基于彈載聲納浮標(biāo)的目標(biāo)信息保障系統(tǒng)結(jié)合水下信息系統(tǒng)探測隱蔽性和工作時間長等特點(diǎn)

，利用反艦導(dǎo)彈自身搭載多個小型聲納浮標(biāo)

，在導(dǎo)彈飛行過程中的特定區(qū)域投放。聲納浮標(biāo)入水后動態(tài)自組網(wǎng)

，對敵方艦艇目標(biāo)進(jìn)行被動定位

，并將探測信息通過無線鏈路擇機(jī)回傳，同時對于進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的后波次攻擊導(dǎo)彈

，依靠導(dǎo)彈數(shù)據(jù)鏈

，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)打擊的輔助引導(dǎo)。

系統(tǒng)工作過程如下：

(1)采用偵察衛(wèi)星

、偵察機(jī)或其它探測手段確定艦船的大致位置

，作為動態(tài)布放聲納浮標(biāo)的前提條件;

(2)反艦導(dǎo)彈攻擊目標(biāo)并將多個(至少三個)聲納浮標(biāo)布放到目標(biāo)附近區(qū)域;

(3)多個浮標(biāo)利用無線信道動態(tài)自組網(wǎng)，聯(lián)合測定敵方艦船目標(biāo)位置

，并持續(xù)實(shí)時跟蹤;

(4)浮標(biāo)將目標(biāo)探測結(jié)果通過衛(wèi)星

、高空浮空器或飛機(jī)中繼傳回地面指揮系統(tǒng);

(5)地面指揮系統(tǒng)形成新一輪多波次打擊作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃、完成導(dǎo)彈諸元解算

、裝訂和導(dǎo)彈發(fā)射;

(6)后續(xù)波次導(dǎo)彈飛臨目標(biāo)海域

，進(jìn)入無線自組織網(wǎng)絡(luò)作用范圍后，通過導(dǎo)彈數(shù)據(jù)鏈自動加入無線自組網(wǎng)絡(luò);

(7)無線自組織網(wǎng)絡(luò)將新的定位信息通過導(dǎo)彈數(shù)據(jù)鏈傳送至導(dǎo)彈

，結(jié)合導(dǎo)彈末制導(dǎo)信息

，輔助引導(dǎo)導(dǎo)彈武器精確打擊目標(biāo);

(8)浮標(biāo)可實(shí)現(xiàn)在附近海域?qū)撤侥繕?biāo)1~2天的持續(xù)探測和信息回傳。系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

圖1基于彈載聲納浮標(biāo)的目標(biāo)信息保障系統(tǒng)原理示意圖

基于彈載聲納浮標(biāo)的目標(biāo)信息保障系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

①靈活機(jī)動

系統(tǒng)可以在敵方目標(biāo)出現(xiàn)后

，依靠導(dǎo)彈平臺

，實(shí)現(xiàn)快速布放和探測，保證導(dǎo)彈多波次攻擊的時效性

，使導(dǎo)彈兼?zhèn)浯驌艉吞綔y功能

。

②探測范圍廣

系統(tǒng)可以在一兩百公里范圍內(nèi)完成對運(yùn)動中的航母

、驅(qū)逐艦等大型作戰(zhàn)艦艇的探測

，敵方艦只速度越快，探測精度越高

。

③持續(xù)探測時間長

聲納浮標(biāo)可以漂浮在海面數(shù)天

，完成區(qū)域內(nèi)目標(biāo)的持續(xù)探測與跟蹤，并不容易被敵方發(fā)現(xiàn)

，成為深入敵方區(qū)域的“偵察兵”

。

④快速信息共享

系統(tǒng)動態(tài)構(gòu)建無線組織網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)各浮標(biāo)

、進(jìn)入網(wǎng)內(nèi)導(dǎo)彈的高速信息交互

，以及和地面指揮系統(tǒng)的信息分發(fā)與共享。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

(1)聲納探測技術(shù)

被動聲納探測目標(biāo)與海情和目標(biāo)的航速

、排水量有關(guān)

，如果目標(biāo)靜止或低速航行，則探測距離很小

?div id="jfovm50" class="index-wrap">？紤]到戰(zhàn)場探測的隱蔽性和探測精度，目標(biāo)保障系統(tǒng)選擇被動矢量聲納探測技術(shù)

。

被動矢量聲納探測需要研究以下三個問題：

①信號處理技術(shù)：包括波形設(shè)計(jì)技術(shù)

、聲音信號處理、多態(tài)聯(lián)合探測技術(shù)

、信息融合算法等;

②探測器技術(shù)：包括新型換能材料

、大功率換能器等;

③小型化技術(shù)：包括結(jié)構(gòu)小型化和重量輕質(zhì)化，適應(yīng)彈載結(jié)構(gòu)和重量的要求

。

(2)彈載聲納浮標(biāo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)

聲納浮標(biāo)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要綜合考慮多種因素：

①浮標(biāo)為達(dá)到預(yù)定的探測精度指標(biāo)

，需要滿足其內(nèi)部的傳感器及天線的布局安裝要求;

②浮標(biāo)利用導(dǎo)彈投放，因此重量受到導(dǎo)彈運(yùn)載能力約束

、體積受限于導(dǎo)彈彈體結(jié)構(gòu)安裝艙內(nèi)的空間約束;

③浮標(biāo)投放后經(jīng)歷減速過程直至墜落水面

，在觸及水面的瞬間會產(chǎn)生巨大的沖擊，該沖擊作用會破壞浮標(biāo)的主體結(jié)構(gòu)和內(nèi)部敏感元件

，所以必須要使浮標(biāo)減速

，同時落水后還應(yīng)能正常浮起。在減速方案上應(yīng)采用尾裙減速、降落傘減速等多種技術(shù)途徑相結(jié)合的方式;

④浮標(biāo)需要承受飛行時的熱環(huán)境條件

、防水密封條件等

。

聲納浮標(biāo)包括矢量水聽器、深度穩(wěn)定器

、定位/通信機(jī)等基本部分組成

，每枚導(dǎo)彈搭載3-4枚。為克服飛行時的力熱環(huán)境

，外部包覆耐熱外殼

，入水時拋耐熱外殼。浮標(biāo)結(jié)構(gòu)如下圖所示：

圖2彈載聲納浮標(biāo)結(jié)構(gòu)示意圖

(3)浮標(biāo)投放技術(shù)

浮標(biāo)投放時機(jī)關(guān)系到浮標(biāo)的落點(diǎn)區(qū)域和浮標(biāo)間的距離

，需要滿足兩方面要求：

①浮標(biāo)落水點(diǎn)在聲納可探測范圍內(nèi)

，距離目標(biāo)越近，探測精度越高;

②多個浮標(biāo)之間距離不能超過極限值

，使浮標(biāo)能在水中組成探測陣列

。

由于浮標(biāo)與母彈分離后無動力，僅在氣動力

、重力作用下運(yùn)動

，為一自由飛行彈道，因此需要結(jié)合母彈的彈道數(shù)據(jù)合理選擇投放時機(jī)和相對速度

，并根據(jù)浮標(biāo)氣動外形和減速方式確定落點(diǎn)位置

，以滿足上述要求。同時還需要考慮投放方式

，使得母彈的打擊精度不受投放影響

。

(4)動態(tài)組網(wǎng)及數(shù)據(jù)鏈技術(shù)

主要研究三個方面：

①動態(tài)無線組網(wǎng)技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)的組建無需依賴于任何預(yù)先架設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。節(jié)點(diǎn)開機(jī)后就可以快速

、自動地形成一個獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)

。網(wǎng)絡(luò)采用無中心結(jié)構(gòu)，所有節(jié)點(diǎn)完全對等

，沒有中心控制站

，節(jié)點(diǎn)可以隨時加入和離開網(wǎng)絡(luò)。任何節(jié)點(diǎn)的故障不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行

。

②中繼回傳技術(shù)

利用導(dǎo)航衛(wèi)星

、中繼衛(wèi)星、通信衛(wèi)星

、飛機(jī)

、浮空器等多平臺，完成浮標(biāo)的信息回傳

。各種通信體制均能適應(yīng)和自動調(diào)整

，同時系統(tǒng)可采用擴(kuò)頻通信技術(shù)、跳頻跳時技術(shù)以及專用的密鑰設(shè)備等技術(shù)措施，具備保密和抗干擾能力

。

③專用數(shù)據(jù)鏈信息格式及應(yīng)用技術(shù)

通過格式化信息的實(shí)時傳輸

，減少數(shù)據(jù)處理、分析等環(huán)節(jié)

，加快信息流速度

，使格式轉(zhuǎn)換的時延和精度損失減至最小。同時要兼顧戰(zhàn)術(shù)指揮以及武器協(xié)同控制

，兼顧戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈與武器協(xié)同數(shù)據(jù)鏈的功能

，信息格式定義要涵蓋兩方面的應(yīng)用需求。

(5)新型反航母作戰(zhàn)指揮控制技術(shù)

采用聲納浮標(biāo)后

，信息的快速反應(yīng)也必然帶來反航母作戰(zhàn)指揮控制方法的變化

。主要研究以下三個方面：

①指揮控制系統(tǒng)的快速響應(yīng)：包括快速信息接入和共享和快速的導(dǎo)彈發(fā)射指揮控制;

②快速的任務(wù)規(guī)劃：包括在導(dǎo)彈發(fā)射前和導(dǎo)彈飛行過程中基于新型目標(biāo)保障系統(tǒng)的快速火力規(guī)劃、制導(dǎo)規(guī)劃

、突防規(guī)劃等功能，支撐快速波次打擊;

③快速的諸元計(jì)算及彈道計(jì)算

。

結(jié)束語

基于彈載聲納浮標(biāo)的目標(biāo)信息保障系統(tǒng)為對海作戰(zhàn)中敵方艦船的有效探測與跟蹤提出了一種新的思路

。由于作戰(zhàn)雙方資源的不對稱性，謀求單一技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)對敵方艦船的絕對有效對抗是不現(xiàn)實(shí)的

，因此對海作戰(zhàn)裝備必須向多元化

、體系化、信息化配置發(fā)展

。

主辦單位

中國指揮與控制學(xué)會

承辦單位

北京洞見未來會展有限公司

協(xié)辦單位

中國科學(xué)院軟件研究院
中國電子科學(xué)研究院
中國兵器科學(xué)研究院
中國航天科工集團(tuán)第二研究院
中國航天科工集團(tuán)第三研究院

中國航天科工集團(tuán)四院十七所
中國電子科技集團(tuán)第15研究所
中國電子科技集團(tuán)第28研究所
中國船舶集團(tuán)第709研究所
中國船舶集團(tuán)第716研究所

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