基于指揮信息系統(tǒng)的火控雷達(dá)組網(wǎng)研究

余 巍，羅 江，李 坤，梁曉龍

（陸軍炮兵防空兵學(xué)院鄭州校區(qū)，鄭州 450052）

0 引言

提高基于信息系統(tǒng)的體系作戰(zhàn)能力是防空兵的重要軍事需求，而提高基于信息系統(tǒng)體系作戰(zhàn)能力的最終落腳點在火力打擊環(huán)節(jié)，火控雷達(dá)作為控制火力打擊系統(tǒng)的重要裝備，處于上聯(lián)下控的關(guān)鍵地位，火控雷達(dá)能否和指揮信息系統(tǒng)組網(wǎng)，組網(wǎng)效果好不好，對于提高火力打擊效能至關(guān)重要。

從功能上講，指揮信息系統(tǒng)面向指揮員，著重在于指揮輔助決策，火控雷達(dá)面向火力，著重在于控制武器射擊［1］。面向指揮輔助決策的信息與面向武器控制策略的信息有很大差異。前者要求信息覆蓋域大，但目標(biāo)指示可粗糙；后者要求覆蓋火力有效區(qū)域，但目標(biāo)跟蹤須精密。隨著技術(shù)的進(jìn)步，在武器平臺上綜合集成信息獲取、信息處理、指揮控制、火力控制功能，實現(xiàn)平臺層次的指揮控制與火力控制一體化是發(fā)展方向［2-3］。如果指揮信息系統(tǒng)的終端節(jié)點能達(dá)到各個武器平臺，基層的火控雷達(dá)與指揮信息系統(tǒng)裝備就可以合二為一，大大減少防空武器系統(tǒng)的平臺數(shù)量和硬件設(shè)備。但目前國內(nèi)軍事信息系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)化程度低、帶寬不足、功能不完善的問題實際存在，指揮信息系統(tǒng)和火控雷達(dá)作為兩大類裝備的現(xiàn)實在短期內(nèi)難以改變。在此情況下，分析基于指揮信息系統(tǒng)的火控雷達(dá)組網(wǎng)具有更強(qiáng)的實際意義和指導(dǎo)價值。

1 組網(wǎng)概念

文獻(xiàn)［4］給出了指揮信息系統(tǒng)和火控雷達(dá)的定義；文獻(xiàn)［5］中，雷達(dá)組網(wǎng)的定義被學(xué)術(shù)界廣泛引用。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展和高科技作戰(zhàn)形式的不斷產(chǎn)生，為了掌握更精確的戰(zhàn)場信息、縮短系統(tǒng)的反應(yīng)時間，提高系統(tǒng)抗偵察抗干擾和抗反輻射導(dǎo)彈攻擊能力，關(guān)于火控雷達(dá)組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)化火控系統(tǒng)的研究越來越引起學(xué)者的關(guān)注［6-12］，但關(guān)注點多在火控雷達(dá)、火控系統(tǒng)本身，根據(jù)防空兵現(xiàn)實裝備情況，將指揮信息系統(tǒng)和火控雷達(dá)融合在一起的研究比較少見。文獻(xiàn)［13］指出了基于指揮信息系統(tǒng)的火控雷達(dá)組網(wǎng)方式，但沒有對基于指揮信息系統(tǒng)的火控雷達(dá)組網(wǎng)概念進(jìn)行明確的界定，也沒有對組網(wǎng)方式進(jìn)行分類。在上述基礎(chǔ)上，提出基于指揮信息系統(tǒng)的火控雷達(dá)組網(wǎng)概念:以指揮信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為核心，通過戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)手段，將一定區(qū)域內(nèi)配置的防空兵多部多種型號火控雷達(dá)聯(lián)接成網(wǎng)而形成的一個有機(jī)整體。網(wǎng)絡(luò)由指揮信息系統(tǒng)統(tǒng)一指揮，按防空態(tài)勢協(xié)調(diào)工作，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)指揮信息系統(tǒng)和火控雷達(dá)能夠信息融合共享，高效協(xié)同工作，完成對任務(wù)范圍內(nèi)空襲目標(biāo)的搜索、截獲、跟蹤、控制火力系統(tǒng)射擊等任務(wù)，提高網(wǎng)絡(luò)的整體作戰(zhàn)效能。

基于指揮信息系統(tǒng)的火控雷達(dá)組網(wǎng)和雷達(dá)組網(wǎng)的區(qū)別主要在于，火控雷達(dá)除了具有通常意義上雷達(dá)的偵察探測功能以外，同時具備直接導(dǎo)引武器系統(tǒng)進(jìn)行射擊的能力。一般意義上的雷達(dá)組網(wǎng)，其出發(fā)點是提高探測能力，而基于指揮信息系統(tǒng)的火控雷達(dá)組網(wǎng)還包括了火力因素，通過組網(wǎng)提高火力單位的打擊能力是組網(wǎng)關(guān)注的核心問題。它和火控雷達(dá)組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)火控系統(tǒng)的區(qū)別主要在于組網(wǎng)指揮控制的核心不同，基于指揮信息系統(tǒng)的火控雷達(dá)組網(wǎng)的指揮控制核心在指揮信息系統(tǒng)，執(zhí)行環(huán)節(jié)在火控雷達(dá)；火控雷達(dá)組網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)火控系統(tǒng)中組網(wǎng)的裝備本身往往是平等地位，根據(jù)需要每一部火控雷達(dá)或火控系統(tǒng)都可以作為指揮控制核心，有的網(wǎng)絡(luò)甚至不需要指揮信息系統(tǒng)參與其中。

2 組網(wǎng)模式

立足于我軍防空兵現(xiàn)有裝備和指揮特點，將一個火控雷達(dá)和配備的高炮規(guī)劃為一個基本火力單位。在一定地域內(nèi)的基本火力單位與指揮信息系統(tǒng)相連，各個節(jié)點可以通過有線或無線鏈路連接起來并分散配置在一定區(qū)域內(nèi)。在此基礎(chǔ)上，將指揮信息系統(tǒng)與火控雷達(dá)組網(wǎng)、火控雷達(dá)自組網(wǎng)統(tǒng)一考慮，列出典型的組網(wǎng)模式有以下3 種:

2.1 群組網(wǎng)模式

群組網(wǎng)模式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。在此模式下，指揮信息系統(tǒng)群站可實時接收、處理來自不同渠道的各種空情，進(jìn)行目標(biāo)辨識與空情融合、威脅估計與火力分配、作戰(zhàn)指揮命令下達(dá)，對處理后的作戰(zhàn)態(tài)勢、作戰(zhàn)文書、輔助決策結(jié)果進(jìn)行實時顯示、記錄和傳輸。實時準(zhǔn)確地對指揮信息系統(tǒng)各高炮營站進(jìn)行指揮和控制，營站指揮控制連站，連站指揮控制各火控雷達(dá)站。模式1 中指揮信息系統(tǒng)各級均參與組網(wǎng)工作，指揮信息系統(tǒng)與火控雷達(dá)間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)既有空情信息，也有指揮命令信息、工作狀態(tài)信息、作戰(zhàn)保障信息等。指揮信息系統(tǒng)各站之間可采取無線通信，也可采取有線通信。

圖1 群組網(wǎng)模式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2.2 營組網(wǎng)模式

營組網(wǎng)模式在某些系統(tǒng)中也稱為多站聯(lián)動模式，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下頁圖2 所示。在此模式下，指揮信息系統(tǒng)營站可視情況確定主連站和從連站，火控雷達(dá)跟蹤上目標(biāo)后，將跟蹤后的目標(biāo)空情送給主連站，主連站將目標(biāo)空情送給營站，營站再轉(zhuǎn)送給其他從連站，從連站送給配屬的火控雷達(dá)站。組網(wǎng)模式2 中，指揮信息系統(tǒng)營、連站參與組網(wǎng)工作，群站不參與組網(wǎng)工作，指揮信息系統(tǒng)與火控雷達(dá)間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)既有空情信息，也有指揮命令信息、工作狀態(tài)信息、作戰(zhàn)保障信息等。

2.3 火控雷達(dá)自組網(wǎng)模式

火控雷達(dá)自組網(wǎng)模式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3 所示。在此模式下，參與組網(wǎng)的火控雷達(dá)之間實現(xiàn)空情數(shù)據(jù)（一般是跟蹤目標(biāo)信息數(shù)據(jù)）共享。當(dāng)目標(biāo)被組網(wǎng)中的一部火控雷達(dá)跟蹤后，火控雷達(dá)配屬的火控計算機(jī)將空情數(shù)據(jù)送給其他火控雷達(dá)。組網(wǎng)模式3中，指揮信息系統(tǒng)與火控雷達(dá)間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)主要是指揮命令信息、工作狀態(tài)信息、作戰(zhàn)保障信息等，空情信息主要由火控雷達(dá)提供。組網(wǎng)模式3 中的每個火控雷達(dá)站的地位是平等的，均可成為主站或從站，可以作為群組網(wǎng)模式和營組網(wǎng)模式的有力補(bǔ)充，且當(dāng)指揮信息系統(tǒng)損壞無法工作時，可以進(jìn)行火控雷達(dá)自組網(wǎng)。

圖3 火控雷達(dá)自組網(wǎng)模式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

值得注意的是，根據(jù)不同指揮信息系統(tǒng)的功能和具體實現(xiàn)，也有其他的組網(wǎng)模式，例如在營組網(wǎng)模式的基礎(chǔ)上，將營站收到的某個火控雷達(dá)空情信息發(fā)給另一個營站，實現(xiàn)營和營間的火控雷達(dá)組網(wǎng)。或者將導(dǎo)彈營的搜索、制導(dǎo)雷達(dá)獲得的空情信息通過導(dǎo)彈營指揮控制車發(fā)給高炮營站，實現(xiàn)高炮火控雷達(dá)和導(dǎo)彈的搜索、制導(dǎo)雷達(dá)間的組網(wǎng)。此外，各種模式的轉(zhuǎn)換和具體指揮控制、操作方法也根據(jù)不同型號的指揮信息系統(tǒng)和火控雷達(dá)有所區(qū)別，在此不一一列舉。

2.4 各種模式的區(qū)別

1）組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的核心不同。群組網(wǎng)模式，網(wǎng)絡(luò)的核心是群站；營組網(wǎng)模式，網(wǎng)絡(luò)的核心是營站；火控雷達(dá)自組網(wǎng)模式，參與組網(wǎng)的任何一部火控雷達(dá)均可以成為核心站。

2）組網(wǎng)的火控雷達(dá)數(shù)量不同。群組網(wǎng)模式，可以根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)需求靈活配置火控雷達(dá)數(shù)量；營組網(wǎng)模式，僅限于一個營范圍內(nèi)的火控雷達(dá)組網(wǎng)；火控雷達(dá)自組網(wǎng)模式，一般根據(jù)具體火控雷達(dá)型號的組網(wǎng)能力而定。

3）組網(wǎng)的火控雷達(dá)類型不同。群組網(wǎng)模式和營組網(wǎng)模式，可以多種型號火控雷達(dá)參與組網(wǎng)；火控雷達(dá)自組網(wǎng)模式，由于不同型號火控雷達(dá)間的技術(shù)體制、傳輸協(xié)議一般不同，往往僅限于同一種型號火控雷達(dá)進(jìn)行組網(wǎng)。

4）組網(wǎng)的空情信息來源不同。群組網(wǎng)模式，其空情來源于防空群配屬的警戒雷達(dá)、哨所站和上級下發(fā)的遠(yuǎn)方空情信息；營組網(wǎng)模式和火控雷達(dá)自組網(wǎng)模式，其空情主要來源于火控雷達(dá)本身的空情數(shù)據(jù)。

5）組網(wǎng)的定位誤差平臺數(shù)量不同。在整個組網(wǎng)過程中，指揮信息系統(tǒng)和火控雷達(dá)每個平臺都需要定位，由于存在定位誤差，將導(dǎo)致平臺間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的目標(biāo)空情信息產(chǎn)生誤差。而定位誤差平臺數(shù)量的不同，也將導(dǎo)致平臺間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的目標(biāo)空情信息產(chǎn)生誤差的不同。

3 組網(wǎng)誤差

火控雷達(dá)是用于搜索、發(fā)現(xiàn)和跟蹤空中目標(biāo)，連續(xù)測定目標(biāo)坐標(biāo)，解算射擊諸元并控制高炮射擊的雷達(dá)。這類雷達(dá)的作用距離較小，一般只有幾十公里，但測量的精度要求很高［14］?；谥笓]信息系統(tǒng)的火控雷達(dá)組網(wǎng)后，火控雷達(dá)的用途并沒有發(fā)生變化。以組網(wǎng)后最終引導(dǎo)火控雷達(dá)實現(xiàn)作戰(zhàn)任務(wù)所需的誤差要求分析，無論是何種組網(wǎng)模式，均可將組網(wǎng)誤差分為3 個層次，即搜索級、跟蹤級、解算級。

3.1 搜索級

搜索級就是組網(wǎng)后提供給火控雷達(dá)的空情誤差，可以對火控雷達(dá)進(jìn)行目標(biāo)概略指示，滿足火控雷達(dá)搜索的需要。

只要目標(biāo)能處于火控雷達(dá)搜索波束范圍內(nèi)，即可滿足火控雷達(dá)搜索的需要?？紤]到搜索一般可通過人為操作控制，組網(wǎng)后，角度誤差要求可取火控雷達(dá)的搜索波束寬度的2 倍。火控雷達(dá)距離波門一般可在整個量程范圍內(nèi)移動搜索，因此，對距離的誤差要求較低，可取最小距離自動截獲波門的2 倍作為參考值。

3.2 跟蹤級

跟蹤級就是組網(wǎng)后提供給火控雷達(dá)的空情誤差，可以滿足火控雷達(dá)跟蹤目標(biāo)的需要。跟蹤目標(biāo)包括在距離和角度上同時截獲、跟蹤目標(biāo)。

對于角度跟蹤而言，目前火控雷達(dá)的跟蹤天線一般為卡塞格倫式天線，這種天線在空間形成針狀波束，針狀波束的中心即為卡塞格倫式天線的電軸。由于引導(dǎo)角度信息控制天線電軸中心轉(zhuǎn)動，只有當(dāng)引導(dǎo)角度誤差不大于跟蹤波束寬度的一半時，火控雷達(dá)才能利用該信息截獲、跟蹤目標(biāo)。對于距離跟蹤而言，火控雷達(dá)一般都具有在距離截獲波門內(nèi)自動截獲、跟蹤目標(biāo)的能力，組網(wǎng)所引導(dǎo)的距離值處于距離自動截獲波門的中間，因此，火控雷達(dá)的組網(wǎng)距離誤差要求取雷達(dá)距離自動截獲波門的一半。

3.3 解算級

解算級就是組網(wǎng)后提供給火控雷達(dá)的空情誤差，可以滿足火控雷達(dá)的火控計算機(jī)解算目標(biāo)提前點、控制火炮射擊的需要。相比搜索級和跟蹤級，解算級要求提供給火控雷達(dá)的組網(wǎng)誤差最小，其誤差量級應(yīng)等同于火控雷達(dá)本身跟蹤目標(biāo)的誤差量級。

文獻(xiàn)［15］給出瑞士產(chǎn)的“防空衛(wèi)士”典型火控雷達(dá)的跟蹤目標(biāo)精度性能要求，角度系統(tǒng)誤差取0～01，距離系統(tǒng)誤差取10 m?？梢钥闯?，火控雷達(dá)所能提供目標(biāo)現(xiàn)在點的精度非常高。降低現(xiàn)在點數(shù)據(jù)的精度，火控雷達(dá)配屬的火控計算機(jī)仍然可以解算，但是解算的目標(biāo)提前點精度降低，最終體現(xiàn)在降低高炮連的毀殲概率上。由于高炮連的毀殲概率與目標(biāo)特性、氣象條件、高炮口徑、射速、身管數(shù)、彈丸威力、系統(tǒng)的誤差特性及精度等許多指標(biāo)相關(guān)，綜合反映了整個武器系統(tǒng)的綜合性能指標(biāo)，其計算關(guān)系非常復(fù)雜，具體計算過程不在本文的討論范圍內(nèi)。文獻(xiàn)［16］指出，隨著系統(tǒng)誤差的增大，毀殲概率降低；在給定其他誤差特性精度的情況下，對系統(tǒng)誤差的精度要求過高意義不大（對毀殲概率的改善不大，卻可能顯著增加系統(tǒng)技術(shù)難度），還指出當(dāng)其他誤差特性的數(shù)值較大時，輸出射擊諸元誤差均方差存在著較佳的取值范圍。

基于上述分析，對解算級誤差要求過高，意義不大且很難實現(xiàn)；而解算級誤差過低時，毀殲概率過小，失去了射擊價值?？扇』鹂乩走_(dá)跟蹤目標(biāo)系統(tǒng)誤差的5～10 倍，作為解算級誤差要求。

3.4 各種層次的區(qū)別

如果組網(wǎng)誤差達(dá)到搜索級和跟蹤級，需要接收信息的火控雷達(dá)開全機(jī)并發(fā)射電磁波，操作手在組網(wǎng)信息的引導(dǎo)下依靠雷達(dá)自身搜索、截獲、跟蹤目標(biāo)，相比沒有組網(wǎng)的情況，可以節(jié)省操作時間，能夠壓縮火控雷達(dá)發(fā)射電磁波的距離，為實現(xiàn)“近快戰(zhàn)法”提供支持；如果組網(wǎng)誤差達(dá)到解算級，則接收信息的火控雷達(dá)只需火控計算機(jī)開機(jī)工作即可，雷達(dá)不需要開全機(jī)和發(fā)射電磁波，利用組網(wǎng)提供的空情信息解算射擊諸元，控制本連火力射擊。這相當(dāng)于實現(xiàn)了火控雷達(dá)和高炮的遠(yuǎn)距離分散配置，可以隱蔽接收空情信息的火控雷達(dá)及高炮，達(dá)成射擊的突然性，并增加了火控雷達(dá)及整個高炮連的生存能力。

4 組網(wǎng)優(yōu)勢

4.1 增加了電子偵察的難度

組網(wǎng)后，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的雷達(dá)一般由空間上分布廣泛的多部火控雷達(dá)組成，且可以通過指揮信息系統(tǒng)對火控雷達(dá)實施準(zhǔn)確的指揮控制［13］。參與組網(wǎng)的火控雷達(dá)頻率不同，體制多樣，信號密度明顯提高，信號類型復(fù)雜多樣，配置縱深大、工作方式靈活，機(jī)動規(guī)避性能好。這使電子偵察系統(tǒng)對火控雷達(dá)信號的搜索、截獲、分選、識別、定位帶來較大的難度。

4.2 提高了抗干擾能力和生存能力

在復(fù)雜電磁環(huán)境下，火控雷達(dá)極易受到電子干擾和反輻射導(dǎo)彈的攻擊。組網(wǎng)后，如果網(wǎng)內(nèi)某部火控雷達(dá)受到嚴(yán)重電子干擾，網(wǎng)內(nèi)火控雷達(dá)可在指揮信息系統(tǒng)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)下分時分段來工作，減少了單部火控雷達(dá)的開機(jī)時間，并可以靈活指定某些頻段（點）處于工作或備用狀態(tài)，降低了信號源暴露和被干擾的概率。也可不發(fā)射電磁波，處于靜默狀態(tài)，此時利用其他不在干擾機(jī)干擾空域、頻域范圍內(nèi)的雷達(dá)傳送目標(biāo)坐標(biāo)，增強(qiáng)了系統(tǒng)抗干擾能力。對于反輻射導(dǎo)彈攻擊，組網(wǎng)后可以采用閃光輪換工作或同步、同參數(shù)工作方式［17］，降低其命中精度和毀傷效果。若組網(wǎng)誤差達(dá)到解算級層次，可以及早將火控雷達(dá)靜默，反輻射導(dǎo)彈在攻擊過程中突然失去輻射源，也將降低命中精度［18］。對于網(wǎng)內(nèi)火控雷達(dá)的信息獲知，雖然單部火控雷達(dá)的工作時間減少了，但是通過網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，單部火控雷達(dá)信息的獲取并未減少。

4.3 提高了對多目標(biāo)打擊能力

組網(wǎng)后的火控雷達(dá)，在利用火控計算機(jī)接受指揮信息系統(tǒng)傳來目標(biāo)信息的同時，本身雷達(dá)還可繼續(xù)搜捕其他目標(biāo)，根據(jù)需要和空中目標(biāo)的威脅程度，快速轉(zhuǎn)移火力［19-20］。特別是對于沒有采用“搜跟一體”設(shè)計的火控雷達(dá)而言，這種體制的火控雷達(dá)進(jìn)入跟蹤狀態(tài)后，對其他空中目標(biāo)基本失去了探測能力，組網(wǎng)后，將大大提高火控雷達(dá)及配屬火力單位對多個目標(biāo)的打擊能力。

4.4 可以實施火力突然打擊

在作戰(zhàn)過程中，可根據(jù)敵機(jī)的來襲方向，采用縱深火控雷達(dá)為主動雷達(dá)，首先開機(jī)，前線陣地火控雷達(dá)保持靜默，當(dāng)縱深雷達(dá)捕住目標(biāo)后，通過組網(wǎng)，實時將目標(biāo)信息往前傳輸給前線陣地雷達(dá)，以實現(xiàn)前線陣地火控雷達(dá)突然開機(jī)并快速鎖定目標(biāo)，控制火力實施突然打擊。在組網(wǎng)誤差達(dá)到解算級的情況下，還可以實現(xiàn)前線陣地火控雷達(dá)不開機(jī)，直接采用組網(wǎng)信息進(jìn)行解算射擊諸元，控制前線火力突然打擊的方式，具有很大的隱蔽性。

5 結(jié)論

本文根據(jù)指揮信息系統(tǒng)和火控雷達(dá)的現(xiàn)實情況，提出了基于指揮系統(tǒng)的火控雷達(dá)組網(wǎng)的概念，分析了組網(wǎng)模式、組網(wǎng)誤差和組網(wǎng)優(yōu)勢。組網(wǎng)后，能夠利用指揮信息系統(tǒng)，有效地將火控雷達(dá)融入整個防空群，發(fā)揮整體優(yōu)勢，從而提高火控雷達(dá)搜索、截獲、跟蹤目標(biāo)能力，使得火力打擊不再局限于火控雷達(dá)所配屬火力系統(tǒng)的武器射擊范圍，為實施“近快戰(zhàn)法”創(chuàng)造了技術(shù)條件，對于提高防空兵體系作戰(zhàn)能力具有重要意義。同時要看到的是，火控雷達(dá)對組網(wǎng)誤差的要求高，特別是要達(dá)到解算級層次是非常困難的。組網(wǎng)條件下，導(dǎo)致最終誤差的因素較多，不同的組網(wǎng)模式，在什么條件下能夠滿足不同的組網(wǎng)誤差層次，后續(xù)將進(jìn)一步加強(qiáng)研究。