岛礁防空反导作战策略与火力分配问题分析.pdf

总第347期1引言岛礁是未来海战中被重点打击的主要目标之一，为应对岛礁面临的导弹空袭威胁，依托海上作战体系，制定岛礁防空反导作战策略，解决防空反导作战中的火力分配问题，是提高岛礁防空反导作战效能的重要途径。2岛礁面临的导弹威胁2.1导弹特点分析从近些年外军外发起的多次空袭作战行动来看，主要是依托强大的远距离投射能力，利用巡航导弹进行远程多批次饱和式精确打击，取得了良好的打击效果。巡航导弹将是岛礁防空反导作战面临的主要威胁；同时，由于岛礁位置固定，不排除岛礁遭到战术弹道导弹定点攻击的情形。巡航导弹是以巡航状态在稠密大气层内飞行的导弹，是外军发起远程空袭的主要武器，其具有如下特点：体积小，便于各种发射平台批量携带，可以从数千千米范围内，采用陆基、海基和空基发射的方式对敌实施攻击；采用低空飞行方式接近目标，在海平面的飞行高度为 7m15m，雷达反射面收稿日期：2022年11月20日，修回日期：2022年12月17日作者简介：薛杰，男，硕士研究生，研究方向：指挥信息系统建模与仿真。刘高峰，男，博士，教授，研究方向：指挥控制与仿真技术。程志锋，男，博士，副教授，研究方向：信息对抗理论与技术。林晓烘，男，博士，讲师，研究方向：雷达干扰与抗干扰。岛礁防空反导作战策略与火力分配问题分析薛杰刘高峰程志锋林晓烘（海军工程大学武汉430000）摘要火力分配是防空反导作战指挥控制的重要问题之一。从空袭武器、空袭形式等方面分析了岛礁面临的导弹威胁，结合防空武器和制约作战的因素提出了“多维探测远程预警、礁海协同远程抗击、抗扰结合软硬协同”的岛礁防空反导作战策略，基于岛礁防御区模型提出并分析了单岛礁、礁海协同两种防空反导作战场景下的火力分配问题及相应的优化准则，对于提高岛礁防空反导作战效能具有一定参考价值。关键词火力分配；岛礁；防空反导；防御区；海上作战体系中图分类号E926.4DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2023.05.008Analysis on Air Defense and Anti-missile Combat Capability andWeapon Target Assignment of Reef-islandXUE JieLIU GaofengCHENG ZhifengLIN Xiaohong（Naval University of Engineering，Wuhan430000）AbstractWeapon target assignment is the core issue of air defense and anti-missile combat command and control.The missile threat faced by reef-island is analyzed from the aspects of air attack weapons and air attack forms.Combined with combat weapons and restricted factors，the strategy of multi-dimensional detection and long-range warning，reef-sea coordinated long-rangedefense，anti-disturbance combined with soft and hard coordination for reef-island air defense and anti-missile combat is proposed.Based on the reef-island defense area model，the weapon target assignment problem and corresponding optimization criteriain two kinds of air defense and anti-missile combat scenarios of single reef-island and reef-sea cooperation is proposed and analyzed.Thispaperhasacertainreferencevalueforimprovingtheeffectivenessofairdefenseandanti-missileoperationsonreef-island.Key Wordsweapon target assignment，reef-island，air defense and anti-missile，defense area，sea-battle systemClass NumberE926.4舰 船 电 子 工 程Ship Electronic Engineering总第 347 期2023 年第 5 期Vol.43 No.536舰 船 电 子 工 程2023 年第 5 期积为0.01m20.03m2 1，被雷达探测距离非常有限，比较容易突防；使用复合制导方式，以“战斧”导弹为例，制导方式为“惯导+GPS修正+数据链+景象匹配/主动雷达”，命中精度达到10m30m。第四，飞行速度在 0.7Ma0.9Ma，飞行速度慢、中段弹道灵活性差，被拦截概率高2，并且容易受到GPS的干扰。战术弹道导弹指射程在1000km以内的弹道导弹，用于对重要的战役战术目标发起定点打击，具有大部分弹道处于大气层边缘，再入速度可达3Ma，射程一般不小于100km，飞行速度快、弹道高、射程远、无机动能力，杀伤威力大的特点。随着2018年 中导条约 失效，外军对外作战时运用战术弹道导弹空袭的可能性大大增加3。此外，外军还可能使用电磁武器，通过反辐射导弹、电子战飞机等摧毁敌方预警系统，取得敌空域电磁制空权，如“哈姆”反辐射导弹最远可摧毁150km外的防空雷达系统。2.2导弹攻击形式分析通过对近年来外军的多次空袭行动分析，对岛礁的空袭行动可能分为多个阶段实施。第一阶段使用中远程巡航导弹、战术弹道导弹对岛礁核心目标实施防区外精准打击，以避免人员伤亡和作战平台损失；第二阶段在取得一定制空权后，使用中近程导弹进行重点打击；最后取得绝对制空权后，利用轰炸机实施临空轰炸。根据岛礁海域的特点可以推断，外军可能在距离岛礁较远的阵位，运用舰艇、潜艇和飞机等发射平台，短时间内从多个方向对岛礁发起饱和攻击，形成多方向密集的导弹目标流，确保足够数量的导弹可以成功突防，充分毁伤岛礁核心目标。同时，为规避岛礁防空反导系统，巡航导弹可能沿岛礁防空反导系统盲区从多个方向密集进入，集中攻击岛礁机场、油库、塔台、供电所、通信设施、指挥所等重要目标。对于单岛礁，来袭导弹的攻击形式表现为从几个主要方向分批次侵入的导弹目标流，考虑到打击效果评估和弹药爆炸造成对后续打击影响消除耗时，每个导弹流批次之间会有一定的时间间隔。3岛礁防空反导作战策略3.1制约防空反导的因素面对以巡航导弹为主的空袭威胁，由于自身地理和自然环境特点，与拥有纵深的陆上要地相比，岛礁在防空反导作战中存在诸多制约因素。1）岛礁作战力量相对独立，与大陆的距离较远，遭遇空袭时难以得到及时支援；位置孤立分散，岛礁间火力支援能力有限。2）岛礁目标特征明显，隐蔽难度大，礁面密集建设了机场、油库、雷达站等，重要目标集中、特征明显、易于侦测，并且长期处于外军卫星、侦察机等监视下。3）岛礁部署的防空反导力量受限，主要表现为在有限的空间里，武器装备的部署需要兼顾对空、对海和对潜作战的需求，兵力分散；礁面高度低，雷达架高受限，存在低空盲区；防空导弹和火炮存在拦截上限，难以应对饱和攻击。4）岛礁气象水文条件对作战影响大，岛礁与海面光学特征差别较大，对于光学成像侦察、合成孔径雷达成像侦察非常有利；岛礁海域属于热带海洋性季风气候，大风天气较多，烟幕武器效能难以发挥；岛礁常年高温、高湿、高盐，容易使装备发生电化学反应而腐蚀4。3.2岛礁防空反导武器分析依托海上作战体系，岛礁防空反导作战力量可以得到极大拓展，不仅包含岛礁部署的地面防空力量，也包含岛礁所在海域的水面舰艇的防空力量，主要分为以下几类武器。1）近程防空火炮。近程防空火炮配有火控系统，能自动跟踪和瞄准目标，靠直接命中或者弹丸破片毁伤目标，是一种可以部署在岛礁上的队属末端防空反导武器。近程防空火炮具有射速快、可以连续射，射击反应时间短，可靠性好，抗干扰能力强，对近距离中低空目标的命中精度较高等特点，但是有效射程较近。2）防空导弹。防空导弹具备多种制导体制，相较于防空火炮，其射程更远、精度更高，可以自主锁定和跟踪目标，具有迎攻和尾追射击能力，单发毁伤概率高，毁伤空域大，但是存在低空和近距离盲区。防空导弹可以部署在岛礁或者舰艇上，有效射程比近程防空火炮远，担负重要目标防空或机动区域防空的任务。3）弹炮结合武器。弹炮结合武器由防空导弹和小口径火炮组成，分为弹炮混编、弹炮软结合、弹炮硬结合三种形式，一定程度上弥补了防空火炮和防空导弹单一武器的不足。弹炮结合武器是近程、低空、超低空防御的有效武器，具有防御空域广、毁伤概率高、独立作战、快速机动能力强等特点5。除硬武器外，还包括可以运用到岛礁防空反导作战的软武器。军事侦察卫星、预警机、各型号雷达等可以作为岛礁防空反导的预警探测力量；通37总第347期信、导航、光电及烟幕等有源和无源干扰武器可以使不同制导方式的巡航导弹偏离被攻击的目标。在伊拉克战争期间，伊军曾使用俄罗斯产的GPS干扰机使美军多枚巡航导弹偏离航线，降低了打击精度6。3.3岛礁防空反导策略构建岛礁在防空反导作战中存在诸多限制，而且敌人空袭时间、发射阵位、发射平台、发射波次、空袭规模都以预料，加上有限的预警探测力量，使得作战部署的时间很少。因此，面对导弹空袭威胁，必须从整体考虑防空反导问题，将岛礁防空反导纳入海上作战体系7。海上作战体系由水下、水面、陆地、空中、空间的各种侦察、预警、探测、通信等情报力量和潜艇部队、舰艇部队、岸防兵、航空兵等作战力量组成8。依托海上作战体系进行防空反导作战，是岛礁应对空袭威胁的最有效方法。体系内的预警探测力量为各作战力量提供早期预警，同时各部分作战力量充分共享态势信息，为作战力量防空反导部署争取更多时间。同时，体系内点、面防空力量的有机结合，岛礁地面力量与舰艇、战机等体系力量的协同，可以整体扩大防空反导作战区域，形成严密的“远、中、近”、“高、中、低”、“左、中、右”空间格局，从而系统性层级拦截来袭目标。此外，体系内电子和火力防空反导力量的运用，可以充发挥软硬武器的协同优势，降低来袭目标突防概率。提高岛礁防空反导能力的具体策略如下。1）多维探测，远程预警为满足岛礁防空反导作战需要，应通过组网探测、部署新型雷达等手段加强海上作战体系的侦察预警力量。组网探测9，构建具有多来源、多层次、多手段、多频谱、立体化的情报网，依托侦察卫星、水下监测网等后方情报力量，同时利用现代通信手段实现岛礁兵力、舰艇、航空兵等的态势实时共享。部署地波雷达、多基地雷达，提高全区域侦察预警能力；配备低空雷达、系留气球载雷达，延伸对海、对空探测范围，增强低空探测能力10。使用预警机、无人机收集海空情报，建立战时海空巡逻机制，利用预警机、侦察机、无人机在重点区域、探测盲区巡逻。通过科学合理编配部署各种侦察预警力量，达到全方位实时探测能力。2）礁海协同，远程抗击为解决岛礁岸防兵力防空反导力量不足的问题，应当依托海上作战体系，综合运用岛礁地面力量和水面舰艇力量，充分发挥各作战力量优势，点防空和区域防空有机结合，提升岛礁防空反导能力。在海上作战体系下，舰艇作为岛礁主要的区域性防空反导力量，可以利用机动优势进行灵活部署，与岛礁部署的远程防空反导导弹在空袭重点方向对来袭导弹目标进行拦截；岛礁岸防兵作为岛礁末端防空反导力量，运用中近程防空导弹、近防炮等，对突防导弹目标进行拦截，同时也可在一定范围内为舰艇提供火力支援。在空间布局上，以岛礁为核心沿重点方向向外延伸，设立舰艇战时海上执勤和巡逻区，以岛礁和舰艇武器单元杀伤范围划分作战区域，形成以岛礁为核心、岛礁岸防力量和水面舰艇力量按划分区域分层抗击的空间格局。3）抗扰结合，软硬协同防空导弹、近防炮等硬火力武器一次装填弹药应对密集目标流能力有限，存在顶空、近距、低空等火力盲区。考虑到巡航导弹容易受到干扰影响而偏离攻击目标，岛礁应以硬火力拦截为主要手段，综合运用导弹拦截、弹炮拦截、制导对抗等多种软硬手段的进行协同作战。导弹拦截包括地空导弹和舰空导弹等，地空导弹重点发挥远程拦截优势，形成中程目标拦截能力；舰空导弹在突袭方向前伸部署，与地空导弹叠加形成重点方向远程目标拦截能力。弹炮拦截负责岛礁战略核心目标的末端兜底保护，对于导弹拦截失败、电子对抗作战效果不明显的突防目标进行拦截。制导对抗主要运用雷达干扰、通信干扰、导航干扰、光电干扰等手段，主要承担扰乱导弹中段和末段制导功能的任务。4岛礁防空反导火力分配依托于海上作战体系，在电子防空反导协同情况下，根据单岛礁防空反导、礁海协同防空反导两种作战场景，可以将岛礁防空反导作战空间分为近程防御区和区域防御区两个模型，对应两个不同的火力分配11问题。4.1岛礁防空反导防御区模型岛礁防空反导作战防御区模型如图1所示。图1岛礁防空反导防御区薛杰等：岛礁防空反导作战策略与火力分配问题分析38舰 船 电 子 工 程2023 年第 5 期1）近程防御区近程防御区是岛礁防空反导的最后防线，对应单岛礁防空反导的作战场景，负责防御从区域防御区突防的来袭导弹。武器装备包括岛礁上部署的近程防空火炮、弹炮结合武器、近程防空导弹等，通过合理部署实现近程范围对来袭导弹的梯次拦截。2）区域防御区区域防御区是岛礁防空反导作战的主要力量，对应礁海协同防空反导的作战场景，负责防御经过区域防御区的来袭导弹。武器装备包括岛礁、舰艇上装备的中、远程区域性防空反导导弹等，通过机动部署实现区域大纵深的防空反导。敌方来袭导弹目标流会先后被两个防御区拦截，首先由外层的礁海协同区域防空反导力量进行拦截，突防的导弹由单岛礁近程防空反导力量进行拦截，如图2所示。图2武器对导弹目标拦截过程4.2单岛礁近程防空反导火力分配单岛礁防空反导作战区域为近程防御区，作战力量包括岛礁部署的近程防空火炮、弹炮结合武器、近程地空导弹等，作战对象主要是从区域防御区突防的小规模导弹目标流。因此，单岛礁防空反导兵力可抽象为一个独立作战平台，上述部署的几种武器定义为作战平台上的不同类型的武器单元。由于各型武器单元在空间上按照射程梯次纵向排布，火力范围的重叠区域小，因此可假设各武器单元对单一目标的毁伤概率相互独立。此外，由于单岛礁防空反导作战距离较近，来袭导弹目标的威胁程度不仅与对我方的毁伤能力正相关，也与发现目标距离存在较大相关性，因此需要综合以上两种因素进行评估。单岛礁防空反导属于末端防空问题，需要在短时间内对来袭目标进行最有效的拦截，使得来袭目标对岛礁设施的威胁最小12。基于这一特点，目标威胁最小可以作为单岛礁防空反导作战火力分配目标函数的优化准则，也即依据武器单元对目标的毁伤概率和目标的威胁值大小，通过分配武器对目标进行打击，使目标整体的威胁降到最低，以获得最大的打击收益。单岛礁的主要作战对象是一段时间内突防的小规模导弹目标流，可能会采用雷达、光电干扰等手段抗进行抗击，目标函数还应考虑转移火力和电子对抗干扰的情况。目标函数确定后，可以根据岛礁上不同武器单元的火力范围、航路捷径、弹药量以及电子干扰效能等情况确定单岛礁防空反导火力分配的约束条件。火力分配问题被证明是 NP 完全（Non-deterministic Polynomial）问题，求解空间随着问题规模的增加呈指数级上升。求解火力问题的算法包括传统算法和智能优化算法，传统优化方法如隐枚举法、分支定界法、割平面法等需要遍历整个搜索空间，无法在短时间内对复杂问题完成搜索，容易产生搜索“组合爆炸”。智能优化算法是人工智能算法的一类，指人类受不同自然和生物规律启发构造出来的，在较短时间求解优化问题的计算方法的统称。智能优化算法及其应用研究是当前的一个热点领域，智能优化算法如遗传算法、粒子群算法等大大提高了全局搜索优化能力，鲁棒性强，在解决非线性优化问题时表现出了良好的性能，适合解决武器目标分配、航路规划、流水线调度等复杂优化问题。4.3礁海协同区域防空反导火力分配礁海协同防空反导作战区域为区域防御区，作战力量包括岛礁部署的远程防空导弹、舰艇装备的远程舰空导弹等，作战对象主要是从几个重点方向来袭的一定规模的导弹目标流。与单岛礁近程防空反导相比，礁海协同防空反导不仅需要考虑单个作战平台内武器单元的协同，也需要考虑岛礁和舰艇等多个作战平台的协同，而且舰艇沿敌重点空袭方向机动部署的方式使得防空反导纵深进一步扩大，使得武器单元作战的时间窗口增大。礁海协同防空反导属于区域防空问题，防御压力较小，应该更加合理地分配武器单元，减少不必要的资源损耗14。对于来袭导弹目标，在不同作战平台的武器单元如果毁伤概率相同，应该选择距离岛礁更远的作战平台的武器单元进行拦截，在大防御纵深优势下，即使前方拦截失败，后方作战平台的武器单元仍有时间进行拦截。同时，在区域防空反导作战时，还应该考虑GPS干扰对来袭导弹目标的影响。对此，礁海协同防空反导火力分配问题可以处理为一个多目标优化问题14，在确定火力分配方案时需要在目标威胁、拦截距离、资源损耗以及软硬协同程度等几个优化目标间进行权衡15。5结语针对到岛礁面临的导弹空袭威胁，本文首先从（下转第70页）39总第347期mathematical programming J.Annals of Operations Research，2014，212（1）：241-267.4曹洧種.机械制造工艺可靠性探讨 J.科学与信息化，2018（32）：78-83.5何海洋，罗昊，李志鹏，等.武器装备系统可靠性工程研究 J.军民两用技术与产品，2018（22）：183.6葛亚萍，邵爱明，张良平，等.雷达机械设备维修保养中的常见故障及排除 J.山东工业技术，2018（22）：20.7李伟峰，王磊.雷达机械设备的常见故障及状态监测与诊断技术研究 J.自动化与仪器仪表，2018（6）：32-34.8罗梅杰，耿俊豹，谢强.雷达机械设备可靠性特点分析J.雷达电子工程，2015（7）：141-144.9张亮亮.提高雷达机械工作可靠性探究 J.中国高新科技，2018（17）：110-112.10宋海悦.对提高雷达机械工作可靠性的途径的探析J.山东工业技术，2016（7）：241-242.11谢忠秋.权数可靠性的假设检验探讨 J.统计与决策，2018，34（23）：78-80.12李伟峰，王磊.船舶机械设备的常见故障及状态监测与诊断技术研究J.自动化与仪器仪表，2018（6）：32-34.13Zhu X，Kuo W.Importance measures in reliability andmathematical programming J.Annals of Operations Research，2014，212（1）：241-267.导弹的特点、空袭形式等方面对岛礁面临的导弹威胁进行了分析；其次，结合制约作战的因素、防空武器提出了岛礁防空反导的作战策略；最后，基于单岛礁防空反导、礁海协同防空反导两种作战场景的防御区模型提出并分析了上述两种作战场景下的火力分配问题，为下一步岛礁防空反导火力分配问题的深化研究奠定基础。参 考 文 献1赵晨皓，李为民，刘旭，等.巡航导弹装备发展现状及战技特点研究综述 J.飞航导弹，2014（01）：28-33.2张伟杰，武卉明，冯复祥.美军空基巡航导弹作战使用研究 J.飞航导弹，2014（10）：37-40.3孟二龙，高桂清，刘荣祎，等.中导条约 废止后中程导弹发展分析 J.飞航导弹，2021（08）：68-72.4王争荣，向永华，杨潇，等.岛礁油料装备的腐蚀特性及全寿命腐蚀控制策略 J.装备环境工程，2020，17（10）：14-19.5丁天宝.自行弹炮结合防空武器系统 M.北京：国防工业出版社，2019：244-259.6刘杰，陈海燕，高璞，等.美英法空袭叙利亚作战特点分析及防空装备发展启示 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