李进军，李 涛，申战胜，王 磊

（海军大连舰艇学院导弹与舰炮系，辽宁 大连 116018）

0 引言

未来信息化海战中，各类平台发射的反舰导弹已经成为水面舰艇面临的主要威胁［1］。舰载近程反导武器系统（CIWS，Close-In Weapon System）是保障舰艇安全的最后一道屏障，由于末端防空反导距离近、作战时间短，通常CIWS 在反导作战过程中采用作战指挥决策软件决策结果自动完成作战指挥控制，其决策流程的科学性和正确性直接影响武器系统作战效能的发挥，关系舰艇的生命力［2-4］。本文结合近程反导武器系统反导作战特点和要求，对其作战指挥控制决策流程优化问题进行研究，旨在充分发挥作战效能，提高舰艇末端防空反导作战能力。

1 问题的提出

1.1 CIWS 反导作战指挥决策一般流程

依据水面舰艇末端防空反导作战的要求，现行的CIWS 一般可以实现武器系统作战的高度自动化，即在接收目标指示后自动控制武器系统完成火力通道组织、火力运用决策、开停转火控制等任务。CIWS 作战指挥决策软件模块接收目标指示信息后，依据目标参数和观测跟踪器材状态自动完成火力通道组织［5］。火控系统观测跟踪器材自动完成目标捕获跟踪，并实时向火控系统实时发送目标位置观测数据，火控系统诸元解算模块依据目标、气象和舰艇姿态等参数实时解算射击诸元，火力运用决策软件模块依据目标类型和目标运动要素等特征参数确定开火时机和抗击区段，自动控制武器系统向目标提前点射击。在闭环工作模式下，火控系统诸元解算模块通过观测跟踪系统观测到的射击偏差量，自动完成误差分离和射击校正。射击过程中，指挥决策模型依据射击效力在线评估结果和目标运动参数综合判断射击效果，并依据火力运用方案和射击效果形成停（转）火指令［6］。其一般流程如图1 所示。

图1 现行CIWS 反导作战指挥指挥决策流程图

1.2 存在的主要问题

随着反舰导弹技术的飞速发展，未来作战中各类超高音速导弹将成为舰载CIWS 抗击的主要目标，反舰导弹速度大幅提高的同时，其隐身性、破坏威力、末端机动能力也将进一步增强，CIWS 反导作战将面临捕获跟踪难、反应时间短、拦截概率下降等一系列难题，依照现行的反导作战指挥决策流程已经难以满足作战需要，主要问题体现在以下方面。

1.2.1 目标拦截可行性评估不足

目前的指挥决策流程中，通常仅在指控形成目标指示阶段依据目标类型、武器状态和目标临空时间粗略判断目标拦截可行性［7］。随着各类导弹目标机动能力的大幅提高，在CIWS 火控系统指挥决策流程中，应对目标拦截可行性评估模型进行改进，为选择射击方法和制定火力运用方案提供参考，同时避免武器被无法完成抗击的目标占用火力通道导致资源浪费。

1.2.2 射击方式和火力运用优化不足

目前CIWS 对导弹目标射击方式包括追踪射击、弹幕射击和拦阻射击等方式［8］，但在指挥决策流程中，通常仅依据武器系统性能特点选择较为单一的射击方式，依据射击方法的原理要求对开火时机和火力运用方案进行优化决策。随着目标机动速度、机动方式的变化，应在指挥决策过程中，依据不同的目标特点和战场态势灵活运用不同的射击方法，以适应未来水面舰艇防空反导作战目标威胁大、作战时间短的特点要求。

1.2.3 流程冗余不足，作战效能发挥不充分

CIWS 通常射击精度较高，因此，通常采用追踪射击和未来空域窗射击方式对空中目标进行抗击［9］。这两种射击方式均依赖于武器系统观测跟踪器材的稳定跟踪能力、火控系统射击诸元解算精度和武器系统的火力运用。因此，在作战过程中，即使武器弹药均符合设计要求，而一旦出现目标丢失、无射击诸元等不满足武器系统开火要求的情况，则指挥决策流程中断无法设计，可能造成贻误战机、导致导弹突防造成舰艇受损的严重后果。

综上所述，有必要针对未来水面舰艇末端防空反导作战的特点和要求，对CIWS 指挥决策流程进行优化改进，以充分发挥武器系统作战效能。

1.3 作战指挥决策流程的改进

依据问题研究基础假设，针对现行作战指挥决策存在的不足，构建包含目标拦截可行性判断、射击方法优选和应急射击等环节的作战指挥决策流程，流程示意图如下页图2 所示。

图中：T临空为目标剩余临空时间，T应允为备用方式应急射击允许的最小时间，在后续模型中明确。

改进后流程基于CIWS 性能特点和作战需求，重点解决了近程反导作战指挥决策快速性、科学性、可靠性等方面存在的问题，改进流程的主要优越性体现在以下方面：

1.3.1 提高对目标拦截效果

图2 改进CIWS 反导作战指挥指挥决策流程图

通过增加目标拦截适宜性判断和射击方式优化模块，提高武器系统主用射击方式的优化选择使用，提高武器系统抗击不同类型目标的有效性和经济性。

1.3.2 充分挖掘武器系统作战效能

充分挖掘武器系统作战潜力，增加应急射击流程分支，保证武器系统在特殊情况下功能使用对所分配目标完成抗击的需求，提高武器系统作战流程的冗余性和可靠性。

2 作战指挥决策流程优化相关模型

2.1 拦截可行性判断模型

在上级指挥控制系统进行目标武器分配过程中，应依据目标态势和火力单元状态，通过目标临空时间、武器系统反应时间、武器系统抗击时间需求对目标拦截可行性进行初步的判断。在CIWS 武器系统接收到目标指示后对目标拦截可行性进行判断的主要目的是合理选择射击方法。拦截可行性判断主要依据目标可跟踪性、抗击时间需求和抗击效果要求3 个要素进行判断。拦截可行性指标Rl可确定为：

式中，Rm为跟踪可行性指标，Rt为抗击时间可行性指标，Re为拦截效果可行性指标。

2.1.1 跟踪可行性指标

该指标主要针对导弹目标速度和机动性能大幅提高的要求，判断观测跟踪器材对目标射击过程中全航路的跟踪可行性，重点考虑跟踪器材方位和俯仰角速度和角加速度要求。若目指信息只包含目标二维信息，则仅对方位跟踪可行性进行判断。设目标当前水平距离为Dt，目标速度Vt，航路捷径Pt。则有：

式中：β˙max为目标航路角速度最大值，β··max为目标航路角角速度最大值，β˙0为观测跟踪器材跟踪角速度最大值，β··0 为观测跟踪器材跟踪角加速度最大值。具体确定方法如下［10］：

2.1.2 抗击时间可行性指标

抗击时间可行性指标主要衡量武器系统主要射击方式是否能够满足抗击要求。抗击时间可行性指标Rt可确定如下：

式中：Tl为目标进入武器系统射击近界时间，由于目前反舰导弹多采用掠海飞行方式，可以用水平距离进行近似计算。Tmin为武器系统采用主要方式完成抗击所需最小时间。

式中：Dmin为CIWS 抗击近界，Tc为系统火控反应时间，包括调舷、捕获、滤波、解算等时间，Ts为武器系统完成拦截所需要的最小射击时间，可依据射击方法和射击效力统计得出。

2.1.3 抗击效果指标

抗击效果指标重点是依据目指信息对抗击效果进行概算，判断比较武器系统采用主用射击方式可能达到的射击效果。对该指标确定方式如下：

式中：Ps为采用主用射击方式对目标的毁伤概率，可以通过目标允许抗击时间、射速和不同射击方式下的单发毁伤概率进行概率统计计算。P0为采用应急射击方式对目标的毁伤概率阈值，可通过射击时间、阻拦次数、目标分布情况进行理论计算［11］。

2.2 射击方式优选模型

基于武器系统的多种射击方式，在作战过程中应依据不同的作战对象，选择合适的射击方式。

2.2.1 优选指标

依照作战效能综合优化的思路，取综合作战效能为衡量指标［12］。依据CIWS 末端反导拦截作战特点和要求，可以建立综合考虑目标毁伤概率、持续作战能力和作战效费比的综合作战效能指标体系［7］作为射击方式优选的依据。

2.2.2 优选模型

假设CIWS 武器系统射击方式集合为M={M1，M1，…，Mn}，各种射击方式对应的综合效能指标分别为Ui，优选射击方式为［13］：

式中：p1、p2、p3分别为目标毁伤概率、持续作战能力、作战效费比指标对应的权重系数，可以依据专家打分法、层次分析法或者比例法等进行确定［14］。ai1、ai2、ai3分别为射击方式Mi对应的目标毁伤概率、持续作战能力、作战效费比的指标值。不同射击方式对应的目标毁伤概率，可以依据目标态势和抗击方法进行统计分析计算，持续作战能力和效费比，可以通过不同射击方式射击时间、射速和弹鼓弹药储备数量进行量化［15-17］。

2.3 应急阻拦射击模型

应急阻拦射击是针对无法稳定跟踪目标或者目标丢失导致无射击诸元等情况下，或正常射击方式无法正常实施时，利用目指信息进行的一种应急射击方式。

2.3.1 实施过程

依据作战对手分析，确定典型反舰导弹目标末端飞行高度，在射击准备过程中提前装定。在满足应急射击逻辑条件时，依据目标指示目标方位，确定阻拦射击方案并自动控制武器系统射击。

2.3.2 阻拦方案确定

1）阻拦次数：应急阻拦射击由于作战距离近，通常只设定一个阻拦点，即仅进行一次阻拦。

2）阻拦点选择：由于阻拦射击拦阻本身单发命中概率相对较低，综合考虑目标分布和射击效果要求，阻拦点方位为目标方位，拦阻距离可设定为CIWS 的射击近界Dmin。

3）射击持续时间：阻拦射击持续时间Tcf可以依据设定的拦截概率阈值P0、拦阻射击一发命中概率Pcf和拦阻射速γ 确定。

4）开火时机：考虑到阻拦射击对目标运动预测的误差，目标提前到达预测阻拦区域则阻拦无效，目标滞后到达时，由于弹丸到达预定阻拦点后仍然会继续向前飞行，也可以造成一定的毁伤效果，因此，当阻拦射击等待时间Tcw≤0 武器系统开火。

式中：Tl为目标进入武器系统射击近界时间，Tcf为阻拦射击预设持续时间，Tcr为阻拦射击诸元计算和武器调舷时间，ΔT 为目标预测滞后补偿时间。

2.3.3 阻拦射击允许时间

根据以上分析，要依照流程完成阻拦射击，应急射击允许最小时间可确定如下。

式中：Tcf为阻拦射击最小射击持续时间，可以取0.5 s～1 s，具体可根据武器系统性能参数确定。

3 结论

针对CIWS 反导作战的特点和要求，结合目标特性和武器系统的发展，本文构建了基于拦截可行性分析、射击方式优选和主用备用相结合的作战指挥决策流程，依照该流程可以充分发挥武器系统作战效能，提高反导作战效果，有效减小武器系统火力资源的浪费，研究成果可以为水面舰艇CIWS 系统作战指挥决策软件的研究和改进提供参考。