高炮新型目标拦截技术

丁天宝，吴子波，张　蕾，何　朝

(西北机电工程研究所，陕西 咸阳　712099)

作为最早的防空武器，高炮曾经是夺取制空权的骨干装备，尤其是低空近程防空不可或缺的武器。但是，随着战争模式的变化，近程末端空袭方式发生了较大的变化，对反空袭作战的目标拦截概率(命中概率+毁伤概率)提出了更高的要求。一是空袭武器由飞机作战平台为主向精确制导弹药为主转变；二是空袭方的空面饱和攻击成为主要空袭特点等。面对末端空袭目标类型和特点的变化，传统高炮对目标的命中概率下降，因此，传统防空高炮武器的作用受到挑战，地位受到冲击。

如何提高高炮武器抗击精确制导弹药类目标的拦截概率、如何提高高炮武器抗击饱和空袭攻击能力，成为目前关系高炮武器系统发展的根本问题。国外专家在20世纪末首次提出了一种新型拦截技术——未来空域窗拦截技术的概念；21世纪初，国外学者对未来空域窗概念进行了进一步研究[1-2]；我国在此领域也进行了一定的研究，代表性的有：胡金春等研究了未来空域窗射击体制下随机穿越特征量的实现以及参数体系[3-4]；王福军、刘恒、梅卫等研究了分布式高炮火控系统空域窗射击方法和相关技术[5-6]；卢秀慧、李强等研究了高射速武器对不同机动目标的命中理论[7]；孟留成、张相炎等研究了高炮拦阻射击新体制并建立了基本的数学模型[8]；单甘霖、刘恒等研究了空域窗射击参数自寻优射击方法[9]；朱凯、陶德进等研究了未来空域窗下高炮武器系统的毁伤概率[10]。另外，还有很多学者开展了相关研究，篇幅所限在此不一一列举。整体来说，前期已开展的大量研究为未来空域窗拦截技术概念明晰、技术细化做出了重要贡献。

但是，如何将已有的研究成果进行梳理、归纳、提炼，特别是通过综合、甄别，找到影响工程应用的瓶颈问题并给予有效解决，从而促进此类技术在装备上的工程应用，是亟待解决的现实问题。笔者旨在通过综合研究，探索该技术付诸工程应用的关键技术，并在部分关键技术有所突破，为后续研究奠定基础。

1　防空高炮的历史地位与新挑战

1.1　传统防空高炮战绩赫赫

高炮类防空武器在两次海湾战争、伊拉克战争、科索沃战争以及阿富汗战争中做出了很好的战绩。2011年利比亚战争中，由于其防空武器装备相对过于落后，加上不能有效使用，未能很好发挥防空武器的作用，既无招架之力，又无还手之功。利比亚战争从反面充分证明了防空武器在现代战争中的重要作用。

传统防空高炮的特长主要表现在以下几方面：一是高炮射击死界小；二是近距离反应速度快；三是现代自行高炮可以行进间作战；四是高炮生存能力强；五是作战经济性较好。

1.2　传统防空高炮面临新挑战

现代战争典型现代空袭兵器可概括为：精确制导弹药(巡航导弹、空地导弹、反辐射导弹、反坦克导弹和战术弹道导弹等)、武装直升机、固定翼飞机(歼击机、轰炸机、强击机等)、无人机、布撒器以及三弹(即火箭弹、榴弹和迫击炮弹)等。野战防空最大威胁目标为武装直升机与其发射的反坦克导弹，以及攻击型无人机等；要地防空最大威胁目标为巡航导弹、制导炸弹与战术弹道导弹等。

与过去飞机类空袭武器相比，以精确制导弹药为典型代表的下一代空袭兵器外形尺寸更小、速度更高，机动能力发生了很大变化。因此，给传统高炮的目标探测、跟踪、火控和火力拦截提出了新的要求，针对未来防空反导形势，传统防空高炮面临新挑战。

2　未来空域拦截技术

传统高炮通常采用连续搜索跟踪目标，连续计算射击提前量以及在有效作战距离内多次发射弹丸的跟踪射击方式。但是，当高炮面对高机动、小目标时，目标跟踪困难、未来点的预测和火控解算精度下降，难以获得高精度的射击诸元，命中概率会大幅度下降。为克服传统高炮反机动小目标时跟踪射击命中概率低的局限性，国外专家首次提出了一种新型拦截技术——未来空域窗拦截技术的概念。该技术将传统高炮火控对目标未来点的预测转换成数个在空间上成一定排列的命中点，多个命中点组成空域(即未来空域窗)，通过控制高炮使弹丸在未来空域内的散布近似均匀分布，以提高拦截概率。

实际上，从拦截区域讲，未来空域窗是一个二维的概念。笔者及其团队对未来空域拦截技术进行了多年的研究，首次提出未来空域拦截概念，“未来空域”的基本内涵是一个三维或四维的概念。

未来空域拦截技术的基本内涵：三维是指将目标看成三自由度质点，描述其运动规律可用三维坐标XYZ或βαD；四维是在原三维坐标基础上加时间维，即XYZt或βαDt；该拦截技术是通过控制高炮射击过程，使弹丸与目标形成最大交汇区域，从而提高对目标的毁伤概率。

未来空域拦截技术的扩展内涵：引入六维概念是针对目标而言，主要为了对目标与未来空域的交汇过程进行精确建模计算；即在目标三自由度基础上，考虑姿态的另外三个自由度，目标运动规律可用六维坐标XYZφθk或βαDφθk；七维是在原六维坐标基础上加时间维，即XYZφθkt或βαDφθkt；该拦截技术是通过控制高炮射击过程，使弹丸与目标形成最大交汇区域，同时交汇模型中考虑了目标的易损性，从而进一步提高对目标的毁伤概率。

从表面看，未来空域拦截技术原理比较简单，但是其技术细化和工程实施却是有相当的工程技术难度。笔者在对未来空域拦截技术初步研究的基础上，对其进行了综述。

2.1　基于目标机动特性和毁歼概率的未来空域拦截技术

2.1.1抗击小机动目标的单空域拦截技术

抗击小机动目标的单空域目标拦截技术是未来空域拦截技术的基本模式。该拦截技术在预测的空袭目标迎弹面以预测目标未来点为中心，形成一个具有均匀或近似均匀分布密度的射弹或破片散布区域；当目标发生有限机动时，使其尽可能覆盖目标运动区域。未来空域饱和目标拦截射击体制与传统射击体制的主要区别在于传统射击体制始终瞄准目标未来点射击，而未来空域射击体制瞄准目标未来特定区域射击。

2.1.2抗击大机动目标的多空域拦截技术

抗击大机动目标的多空域目标拦截技术是未来空域拦截技术的增强模式。相对于跟踪射击拦截体制，空域拦截技术提高了对机动目标的拦截概率，能够抗击有限机动目标，但难以抗击具有高度机动能力的目标，如目标在弹丸飞行时间内进行拐弯、爬升、俯冲等强机动。为了进一步提高对目标的拦截概率，采用多空域射击体制是一个很好的思路。多空域目标拦截技术在传统火控系统中增加目标多自由度实时状态估计功能，实时预测目标在射弹飞行时间内的可能机动变化，并根据预测结果进行多个未来空域射击，拦截目标。

2.1.3最优毁歼概率自适应空域拦截技术

自适应空域目标拦截技术是对未来空域拦截技术应用于近程防空反导的具体应用和提升。自适应空域目标拦截技术是指火控系统根据当前目标运动参数估计结果，识别目标的运动模式并估计出其机动规律，实时计算毁歼概率，并求解出能产生最大毁歼概率拦截空域技术参数，自适应的选择合适的空域，综合计算出射击诸元提供给高炮武器，实现对空中目标的射击拦截。自适应空域拦截技术的核心是通过毁歼概率寻优确定射击空域技术参数。仿真结果表明，与传统火控技术相比，采用自适应空域拦截技术抗击高机动巡航导弹的毁伤效能可提高约18%～90%，且增加了有效射击时间。

2.2　基于火力应用模式的未来空域拦截技术

2.2.1多炮集火单空域拦截技术

多炮集火单空域目标拦截技术是通过火控、火力应用来控制未来空域拦截技术的另一模式。多炮集火单空域目标拦截技术是火控同时控制多门火炮射击，根据各门火炮不同弹道，在极短的时间内发射足够多的弹丸使射击区域饱和，即以预测目标未来点为中心，在三维空间内，形成具有均匀或近似均匀分布密度的射弹或破片散布区域(即未来空域)，期望目标穿越该区域时即遭毁伤。

2.2.2多炮集火多空域拦截技术

多炮集火多空域目标拦截技术是通过火控、火力应用来控制未来空域拦截技术的增强型。由于目标运动状态估计存在误差, 预计的单个未来空域锁定目标的概率达不到规定要求时, 可按设计的间隔设置多个未来空域，并进行饱和射击以毁伤目标，称为多炮集火多空域目标拦截技术。通常多空域目标拦截需要的射弹数较多，作战成本相对较高，因此只有当通过目标实时状态预测其机动性相当高的情况下，才实施多个空域射击。因此,目标实时机动状态预测是实现多空域射击的基础和关键。

2.2.3“金属风暴”多空域拦截技术

“金属风暴”是一种利用多身管并行发射整体串式弹药的弹幕拦截技术。在单个身管内装填串式弹药，串式弹药主要由若干个弹丸和发射装药交替排列在弹药筒中构成，在计算机和电子装置的控制下，按发射速率和顺序依次点燃每个弹丸的发射装药，使弹丸依次进行发射。“金属风暴”武器可在短时间内向目标发射大量的多层弹丸，产生多个空间密集弹幕，形成未来目标拦截空域，实施面对点多次拦截快速机动目标。

2.3　基于弹目交会模式的未来空域拦截技术

2.3.1空间域射击拦截技术

空间域射击拦截技术是通过弹目交会模式来控制未来空域拦截技术的基本模式。即基于空域射击原理计算，按照其火力单元赋予的射击诸元，同时刻发射的弹丸经过各自不同的弹丸飞行时间飞行后，达到预测的散布中心点，形成未来拦截空域毁伤目标，称之为空间域射击目标拦截技术。空间域射击目标拦截技术在实现空域射击、提高拦截概率的同时，增加了射击机会。

2.3.2时空域射击拦截技术

时空域射击拦截技术是通过弹目交会模式来控制未来空域拦截技术的另一基本模式。即火炮按照所赋予的射击诸元射击，各炮发射的弹丸经过其飞行时间后，于同一时刻抵达空域内的各预定区域，对目标同一未来点实施包围，即在空间域和时间域上同时均满足未来空域约束条件，称之为时空域射击目标拦截技术。通过选择射击时机，时空域射击目标拦截技术实现了弹丸同时刻对目标同未来点的弹丸有效分布，提高了拦截目标的概率。

2.3.3多重命中体制拦截技术

多重命中体制目标拦截技术是跟踪拦阻射击模式的改进, 它通过改变装药、改变射角、改变发射初速或改变其他弹道或射击参数，使所发射的弹幕在目标航路上同时达到预定位置。但是，多重命中体制通常使不同速度的弹丸汇聚同一距离、在固定距离上拦截目标，因此对非机动目标的拦截概率较高，而抗击机动目标的灵活性不足。

3　未来空域拦截技术可行性

从理论上讲，未来空域拦截技术可以弥补传统高炮跟踪射击方式的不足，是解决传统高炮拦截小目标毁伤概率偏低问题的可行技术途径；但是，未来空域拦截技术的应用涉及很多工程技术问题需要研究和解决。

实际上，在未来空域拦截技术概念提出后，许多学者对其进行了理论探索和研究，为其概念的界定、理论的细化和完善做了大量工作，对原理念进行了扩展和提升，取得了很多相关的研究成果。但遗憾的是，迄今为止该理论还没有真正完全用于实际武器装备，其原因分析如下：

1)需求牵引不足。早期防空的主要目标是作战飞机，因为目标较大、速度慢，常规的拦截方法即可满足要求，所以对未来空域拦截技术没有强烈的需求。当防空目标从作战飞机转变为精确制导弹药后，因为目标小、速度快，有时伴有规避机动，常规的拦截方法已不能适应时，才会产生较强的需求。

2)研究难度大。一方面，未来空域拦截技术理论上涉及高炮火控与火力、外弹道、弹药与毁伤等多个学科，比较复杂；另一方面，未来空域拦截技术的工程实现需要借助目标探测与跟踪、数据滤波、信息处理与传输、高实时测控等相关技术支持，缺一不可。

为了提高未来空域拦截技术的可行性，还需要从理论体系上进一步深入研究，完善其不同分支的数学描述、特征参数族等，形成完整的理论体系；其次，要解决数据滤波、信息处理与传输、高实时测控中的工程技术问题；再次，应将作战成本核算和体系贡献率评估纳入体系论证，使应用未来空域拦截技术的高炮末端防空反导武器成为高性价比的武器。

4　结束语

提高高炮武器抗击精确制导弹药类目标的毁伤概率，提高高炮武器抗击饱和空袭攻击能力是未来信息化战场对高炮近程末端防空反导提出的新需求。日新月异的信息技术可为未来空域拦截技术发展提供技术支撑。创新目标拦截模式，开创高炮末端防空反导武器发展的新辉煌，时不我待。

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