艦載無人機對低空目標預警配置方法研究*

胡崢濤 賀 凱 譚安勝

(海軍大連艦艇學院研究生管理大隊1) 大連 116018)(海軍大連艦艇學院作戰(zhàn)與訓練系2) 大連 116018)

1 引言

現(xiàn)代條件下的海戰(zhàn),空襲兵器隨著科技的發(fā)展,具有飛行速度快,突防能力強等特點,能在很短的時間內飛臨被攻擊目標。同時,空襲兵力、兵器多采用低空,超低空、多方向、飽和攻擊等突防戰(zhàn)術,使得水面艦艇編隊對空防御的難度空前增大。早期預警及時發(fā)現(xiàn)空襲目標是提高水面艦艇編隊對空防御效率的迫切需求。艦載無人機的列裝,將與艦載直升機、空中預警機、艦載探測設備有效協(xié)同,形成編隊縱深、立體的對空觀察體系。本文就艦載無人機對低空目標預警配置的問題進行探討。

2 艦載無人機對低空目標預警能力特點

2.1 續(xù)航時間長,預警距離遠

艦載無人機最突出的特點就是續(xù)航時間長、預警距離遠。艦載無人機在規(guī)定載荷下,其續(xù)航時間長達XXh,在其續(xù)航時間內,考慮到對艦載無人機的有效控制和信息傳輸,其前出距離可達XXXkm,再加上載荷的探測距離,艦載無人機可使編隊對低空目標的預警距離到達XXXkm,為編隊組織有效的對空防御贏得了寶貴的時間。

2.2 隱蔽性好,生存能力強

艦載無人機外殼采用碳纖維等復合隱身材料,有效地減少了雷達反射面積,被敵雷達發(fā)現(xiàn)的概率大大降低。與艦載直升機相比,艦載無人機沒有復雜的生命保障系統(tǒng)和起降設備,尺寸減小了約40%,起飛重量大大減輕,使得飛行速度、飛行高度和飛行靈活性得到了很大的改善,戰(zhàn)術運用更加靈活。再加上控制手段的多樣性,使得艦載無人機的生存能力很強。

2.3 任務載荷多樣,環(huán)境適應能力強

艦載無人機配備光電、雷達、電子偵查等多種任務載荷,不同任務載荷的戰(zhàn)場適應能力是不同的,異類任務載荷的配合使用,使得艦載無人機具有很強的戰(zhàn)場環(huán)境適應能力。如可以根據不同戰(zhàn)場環(huán)境,選擇掛載某一任務載荷執(zhí)行給定的任務,也可以通過組成攜載不同任務載荷的無人機編隊,協(xié)同執(zhí)行同一任務或同時執(zhí)行不同的任務,已增強對環(huán)境的適應性。在對低空目標的預警中,可根據低空目標的不同特性,協(xié)同使用多種載荷提高預警效率。為指揮員更全面、深刻的判斷作戰(zhàn)態(tài)勢,更快地下定決心,最大限度地發(fā)揮武器裝備的作戰(zhàn)效能提供實時、準確的情報支持。

3 艦載無人機對低空目標預警配置原則

為了及時盡遠地發(fā)現(xiàn)低空來襲目標,使編隊具有更多的對空防御反應時間,提高編隊對空防御效率,必須根據空襲目標特性、艦載無人機性能特點、載荷特性以及編隊對空防御武器的性能特點,對艦載無人機的配置進行研究,使有限的對空防御資源發(fā)揮最大的對空防御效益。艦載無人機低空預警配置應遵循以下原則。

3.1 空間上重點部署,優(yōu)化配置

應根據編隊威脅方向,有重點地對艦載無人機進行部署。艦載無人機具有隱蔽性好,生存能力強的特點,通常應將其部署在艦艇編隊威脅最大的方向上;由于海浪的影響探測器材對低空目標的發(fā)現(xiàn)概率不高,在縱向上應進行梯次配置,形成接力預警。

3.2 載荷上合理搭配,提高效率

不同載荷性能特點不同,不同載荷的合理搭配,可有效提高發(fā)現(xiàn)目標的概率。不同載荷是利用目標的不同特征進行探測的,應根據戰(zhàn)場環(huán)境,組成艦載無人機編隊,掛載不同載荷,對低空目標進行預警探測。如:可組成掛載光電載荷和電子偵查載荷的無人機編隊,也可組成掛載光電載荷和雷達載荷的無人機進行編隊,也可組成掛載電子偵查載荷和雷達載荷的無人機編隊等等。實際作戰(zhàn)中如何進行掛載載荷搭配,應根據戰(zhàn)場環(huán)境具體確定。

3.3 頻域上協(xié)調使用,電磁兼容

多架艦載無人機在同一扇面上部署時,不同艦載無人機載荷之間、艦載控制站與艦載無人機之間的上行線路之間以及下行線路之間都可能存在相互干擾的問題。因此,在進行無人機的配置時,必須考慮相互之間可能存在的干擾,由編隊統(tǒng)一協(xié)調與管理功率、頻率、天線指向和發(fā)射時間等,使艦載無人機的配置更加有效,消除各種可能的干擾,增強艦機之間信息傳遞的可靠性,確保編隊低空預警觀察體系的有效性。

4 艦載無人機對低空目標預警的配置方法

水面艦艇編隊對空防御的部署和組織,應及時發(fā)現(xiàn)空襲之敵并報知編隊兵力和協(xié)同兵力,在敵低空目標到達完成任務線前將其摧毀。因此,艦載無人機,作為編隊對空觀察預警體系中的一個節(jié)點,在給定的配置方向上,應對下列配置要素進行優(yōu)化。

4.1 艦載無人機的配置距離

無人機對低空目標預警觀察的配置距離dqc,是指無人機預警觀察的配置陣位與無人機預警觀察時,編隊所在陣位之間的距離。影響無人機配置距離的因素如下:

1)無人機作戰(zhàn)半徑

無人機作戰(zhàn)半徑r,即無人機遂行編隊對低空目標預警觀察任務時,能作往返飛行的最遠單程距離,是無人機配置距離的上限。

2)編隊對無人機的有效控制

編隊對無人機的有效控制距離dbk,是指編隊通過艦載雷達,空中預警機等探測器材對無人機實施操控的最遠距離。無人機的前出距離一旦超出編隊的有效控制距離,其將無法按照編隊指揮員的要求,獲取所需海域的情報信息,無人機預警觀察的效果也就大打折扣。

3)編隊與無人機信息有效傳輸距離

編隊與無人機信息有效傳輸距離 dbc,是指編隊能夠通過主數據鏈,向無人機發(fā)送指令,并接受其狀態(tài)和載荷數據的最遠距離。一般情況下,編隊是通過艦載控制臺直接與無人機進行信息傳輸。而在無人機前出距離大于艦載控制臺直接傳輸距離或作戰(zhàn)任務等情況下,可以將艦載直升機、空中預警機或其它無人機等作為空空中繼平臺,對無人機實施中繼通信,以保證戰(zhàn)場信息的有效傳遞。而對于后者,以及由于通信節(jié)點的增加,通信中繼會產生通信延遲,同時被敵干擾的可能性也隨之增加,導致了無人機配置要素的不確定性。因此,本文只考慮編隊與無人機直接進行通信的情況。

上述影響無人機配置距離的因素,都是由無人機及其載荷的戰(zhàn)技性能決定的。因此,無人機對低空目標預警觀察的配置距離,必須在這些因素的限制范圍之內,即:

4)“編隊對空火力分配環(huán)”[1]

無人機為了在敵低空目標到達完成任務線前將其摧毀,其配置距離還要滿足“編隊對空火力分配環(huán)”的要求。如果編隊對空防御要求無人機的配置距離是為了確保低空來襲目標與導彈(彈丸)在殺傷區(qū)遠界相遇,其預警觀察縱深在必須大于“編隊對空火力分配環(huán)”的始線L1的同時還必須考慮到無人機對低空來襲目標的探測時間ttc,編隊對接到目標信息的傳遞時間tcd以及編隊處理目標信息的反應時間tcl。因而,無人機的配置距離可以表示為:

式中:vmb為來襲目標的平均速度;d為無人機載荷探測距離。

而如果編隊對空防御要求無人機的配置距離是為了確保目標與導彈(彈丸)在殺傷區(qū)近界相遇,即無人機的最小配置距離。則無人機的最小配置距離可以表示為:

式(2)～(3)表明,無人機低空預警的配置距離與載荷的探測距離d有著密切的聯(lián)系。如果d足夠遠,則可以出于無人機自身安全的考慮,將無人機配置在編隊防空武器系統(tǒng)殺傷區(qū)遠界以內。在此情況下,必須指定出編隊防空武器系統(tǒng)的射擊禁區(qū),以避免無人機被己方火力損傷。而如果,d由于戰(zhàn)技性能的制約,無人機配置在編隊防空武器系統(tǒng)殺傷區(qū)遠界以內無法滿足“編隊對空火力分配環(huán)”時,無人機必須擴大其前出距離。而這時,我們要考慮的是無人機對低空目標預警觀察陣位與目標之間的距離(即無人機的觀目距離[2])。無人機的觀目距離應根據具體的戰(zhàn)場情況而定,通常取無人機探測載荷的最大探測距離。若無人機探測載荷的有效探測距離不對于目標的殺傷半徑時,可以通過調整無人機的探測高度,從而保證無人機探測載荷的最大有效探測距離大于目標的殺傷半徑。

4.2 無人機配置高度

無人機的配置高度h,是指無人機在對低空目標預警觀察陣位時的高度,主要受如下幾個因素的影響:

1)視距高度

無人機對低空目標預警觀察時,其探測載荷對目標進行識別,首先要滿足的條件就是在目標的雷達(光電)有效反射高度要在無人機的視距范圍內。則無人機的飛行高度可以通過視距公式轉化求得,即

式中:dfx為探測載荷發(fā)現(xiàn)目標的距離;hmb為低空來襲目標的雷達(光電)有效反射高度。

當然,不僅僅是無人機探測載荷需要滿足視距公式的要求,無人機對低空目標預警觀察時,還必須時刻保持其與艦載控制臺的有效通信。而為保證無人機與艦載控制臺的有效通信,要滿足兩個基本條件:一是無人機與艦載控制臺的跟蹤天線之間具備一條直接通路瞄準線以保持通信,即視距上的通路。(假設艦載控制臺天線的雷達或光電有效反射高度為htx);二是為保持最佳瞄準線,無人機飛行高度不得使跟蹤天線仰角超過α,則式(4)可以轉化為:

當時曾有媒體報道，“Reserve Primary Fund基金648億美元資產中逾60%遭到投資者贖回，在債券上的虧損迫使其跌破面值至0.97美元，該基金隨后宣布停止贖回”，逾60%贖回、跌至0.97美元，中投是否因此而虧損？據汪建熙透露，9月15日美國當地時間一開市，中投立刻問Primary：如果贖回怎樣？對方答：贖回價還是1美元。中投立即下達指令：贖回。每份1美元，保住了本金。而在當地時間早晨8點，中投以1美元價格發(fā)出贖回指令，之后的下午1點鐘，基金凈值就下跌至0.97美元，停止贖回。就在那個北京的晚上（是美國的白天），有1500億美元規(guī)模的資金逃離美國的貨幣市場基金。

2)人眼的分辨力

艦載無人機如果掛載光電載荷遂行編隊對低空目標預警觀察時,無人機的飛行高度,還需要考慮到指揮員能否從熒光屏上分辨出低空來襲目標。結合無人機的飛行性能和光電載荷的探測性能發(fā)現(xiàn),只要使得光電載荷的攝像傾角不超過β,即可保證無人機對反射面積不小于S的目標進行識別,即

3)無人機的飛行安全

在艦載無人機低空預警時,不得不考慮無人機的自身安全。在無人機遂行編隊對低空目標預警觀察時,為避免無人機發(fā)生空中停車,首先要滿足的便是無人機飛行高度一定要不小于其最小安全飛行高度haq。而且,無人機如果配置在編隊防空武器系統(tǒng)殺傷區(qū)遠界以內,那么,此時無人機的配置高度應在編隊對空火力覆蓋的空域內,并盡量在較高的空域上,以保證編隊對空防御武器抗擊低空目標時,不被己方目標誤傷,即

值得注意的是,無人機的在遂行編隊對低空目標預警觀察任務時,其飛行高度與載荷,燃油的重量以及載荷的重量和掛載位置有著密切的聯(lián)系。無人機的安全飛行高度上限可近似看成與載荷以及燃油重量成反比。這一約束條件,由于涉及載荷和副燃油箱掛載位置的力矩分析,本文不做詳細論述。

4.3 無人機的配置數量

無人機的配置數量n,是指無人機為遂行編隊對空防御觀察任務。影響無人機配置數量的主要因素包括:

1)艦載控制臺對無人機的控制能力

無人機對低空目標預警觀察時,必須考慮艦載控制臺的操控能力。如果強制放飛多架無人機,很有可能導致編隊內部電子器材的電磁紊亂,影響編隊的對空防御的整體效能。

2)無人機的續(xù)航時間

無人機續(xù)航時間對無人機配置數量的影響,是指構建有效的編隊對空防御觀察體系,需要無人機持續(xù)的對低空來襲目標進行預警觀察,而無人機的續(xù)航時間有限,因此無人機對低空目標預警觀察時,需要預留一定數量的無人機與已放飛的無人機機進行輪換。而且,無人機輪換時,必須逐架次的進行,以保證編隊對空預警觀察體系的完整性。

則綜上述分析,可知艦載控制臺對無人機的控制能力,無人機的續(xù)航時間與無人機配置數量的關系為

3)編隊對空防御觀察的任務要求

編隊對空防御觀察時,需要無人機在指定陣位滯空持續(xù)觀察或在指定區(qū)域機動搜索觀察低空來襲目標。無人機在指定陣位滯空持續(xù)對低空目標預警觀察時,無人機的放飛數量主要與編隊對空防御預警觀察的扇面,以及無人機陣形有關。其中無人機的陣形一般為扇形或線形配置,如圖1所示。

圖1 艦載無人機預警觀察陣形配置示意圖

如果艦載無人機按線型隊形配置遂行低空目標預警觀察,則建立預警扇面為θ的編隊對空預警觀察體系,需要放飛的無人機數量為:

式(9)(10)中,δ為無人機與無人機探測區(qū)域有效銜接的區(qū)域寬度(即重疊的探測區(qū)域寬度)。無人機探測區(qū)域的有效銜接,是為了提高對來襲目標的預警概率,增強編隊整體的作戰(zhàn)效能。影響探測區(qū)域有效銜接的因素包括:無人機高度、探測載荷性能和無人機與探測器材之間的電磁干擾等因素。

無人機在指定區(qū)域機動搜索預警觀察時,無人機的放飛數量主要與指定的機動區(qū)域面積,以及無人機搜索方法等因素有關。假設機動區(qū)域面積大小為S,搜索方法為隨機搜索。

則無人機于在編隊指定的時間 t以發(fā)現(xiàn)概率不小于p的要求下隨機搜索,放飛數量為:

式中:ω為無人機搜索時的橫掃寬度;v為無人機搜索時的飛行速度。

5 結語

本文對艦載無人機對低空目標預警的配置要素進行優(yōu)化,是基于“編隊火力分配環(huán)”、編隊對無人機的有效控制、無人機以及載荷戰(zhàn)術性能等編隊內部因素對無人機配置的影響。然而,在艦載無人機對低空目標預警的實際運用中,無人機的配置還受到作戰(zhàn)海區(qū)的氣象、電磁和威脅環(huán)境等編隊外部因素的影響,這使得艦載無人機低空預警的配置十分復雜。艦載無人機配置的這種復雜性,要求編隊指揮員在組織無人機對低空目標預警觀察時,能夠針對編隊縱深、立體對空預警觀察體系的要求,做出有效的無人機預警觀察配置。因此,關于如何進一步實現(xiàn)艦載無人機海上低空預警的諸多問題,尚待深入的研究。

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