作者：石章松 等
出版社：电子工业出版社
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多平台协同制导技术及应用试读：
前言
本书从舰空导弹武器系统多平台协同制导的防空反导作战需求入手，阐述了协同作战与协同制导的概念、内涵及研究现状，介绍了多平台协同制导作战中的点迹融合方法、舰空导弹武器系统协同制导总体方案、协同制导单元协同作战方案建模、协同制导单元制导交接方法、协同制导交接指令误差消减方法和编队防空反导多武器协调运用，以及协同制导仿真系统。
本书对于搞好多平台协同制导系统体系的顶层设计、多平台超视距协同制导系统的构建、指挥手段的运用和作战效能的提升都具有重要的参考价值，适合从事指挥控制、舰空导弹武器系统、武器系统对抗仿真，以及相关领域开发的科技人员、高校师生使用。
本书是在作者团队多年研究成果基础之上，经过进一步的总结和加工而完成的，张丕旭、肖文凯、余戌潼等多名博士、硕士研究生参与了其中的研究工作。全书共8章，第1、3、8章由石章松负责撰写，第2章由吴中红负责撰写，第7章由吴玲负责撰写，第4章由卢发兴负责撰写，第5章由傅冰负责撰写，第6章由谢君负责撰写。林华对本书做了大量的审校工作，并提出了宝贵意见。
在撰写过程中，作者得到单位各级领导及机关业务部门的关心和支持，电子工业出版社为本书的出版提供了许多便利条件，在此表示衷心的感谢。
受作者学术水平限制，书中难免存在一些疏漏和不足之处，敬请读者批评、指正。作者2019年4月第1章 绪论
现代海战中，水面舰艇面临的一个主要威胁就是反舰导弹。反舰导弹具有射程远、速度快、精度高、隐身性能好、抗干扰能力强等特点，而且在战术上可以采用低空、超低空突防，在多层次、多方向上同时对舰艇发起饱和攻击，对水面舰艇造成极大威胁。在这种情况下，如果水面舰艇无法保证自身安全，就难以完成海军赋予的使命和任务，因此，如何对反舰导弹进行拦截已成为水面舰艇迫切需要解决的现实问题。
舰空导弹武器系统是完成舰艇对空防御作战的主要武器。由于现代反舰导弹通常会在末段采用机动航路和超声速飞行等作战方式，使舰空导弹武器系统对其远程跟踪困难、反应时间短。而处于视距外的巡航段，反舰导弹一般采取亚声速飞行，航路相对稳定，对这类目标，舰空导弹武器系统可以实现快速稳定跟踪，命中概率高，可以对视距外的巡航反舰导弹实施有效拦截，同时，通过制导平台的变换，还能有效对抗反辐射导弹的攻击。因此，新型舰空导弹武器系统采用多平台协同制导的方式，实现视距外防空反导，是新型舰空导弹武器系统发展的主要方向。
然而，具有协同制导作战能力的新型舰空导弹武器系统是一个复杂的舰载武器系统，涉及诸多环节，接收到的信息纷繁复杂。传统防空作战模式下，编队各作战平台虽然可进行一定范围的信息共享，但主要依靠自身的传感器和武器进行作战，每个平台的作战能力很大程度上受到平台自身资源（传感器、指挥控制和武器）的限制，现行的探测、发射和制导共平台体制已不能满足远程防空导弹目标跟踪和制导的需求。
随着信息技术和网络技术的发展，海上编队平台间可以通过多平台协同作战系统共享火控级战场态势，使指挥决策和武器控制的协同进一步增强，为新型舰空导弹进行超视距协同制导提供了技术基础。这样，如何在复杂的海战场，综合利用舰艇编队内部作战资源，发挥新型舰空导弹武器系统的协同制导作战能力，达到有效拦截超视距反舰导弹的目的，已成为新型舰空导弹武器系统亟待解决的一个难题。
舰空导弹超视距协同制导作战的目的是在共享火控级战场态势数据的基础上，充分利用和发挥网络化信息组网所带来的信息共享质量和共享程度，最大限度地提高舰空导弹超视距协同制导作战的整体效能。舰空导弹协同制导作战强调集中编队内各种作战资源，发挥整体作战优势，实施作战平台之间的协同作战，主要关注于编队范围内舰空导弹的协同问题，具体体现在对编队作战资源的指挥控制及管理，涉及诸多关键技术，包括协同方案总体技术、协同指挥辅助决策技术、指令误差消减处理技术、协同制导效能评估等。
通过对多平台超视距协同制导关键技术的研究，可最大限度地提升舰空导弹武器系统的作战效能，使编队防空体系形成以下作战能力。
1.对超低空巡航导弹等目标的低空中继制导和低空拦截能力
舰艇编队中某舰艇的传感器无法连续探测到超低空掠海攻击导弹，可依靠其他舰艇和预警机实施联合探测并通过多平台协同防空信息系统中段制导，实施拦截，如图1.1所示。图1.1 对超低空掠海攻击导弹的防御
2.超视距拦截远程导弹及高性能飞机的作战能力
战区防空系统遇到远程超视距巡航导弹或高性能飞机时，由于地球曲率或地表障碍物的影响，战区中的海面/地面传感器无法连续探测到来袭导弹，可依靠机载中继制导，实施多层次拦截作战，如图1.2所示。图1.2 对远程超视距巡航导弹的防御
3.强有力的抗干扰作战能力
面对复杂的电子对抗环境，制导雷达与发射平台固定匹配作战，不利于对隐身目标的探测，也不利于对抗反辐射导弹。对于抗干扰，虽然可以通过多个火力单元组网，完成对自卫干扰目标的坐标测定，但制导雷达的探测区和防空导弹的火力区得不到最佳的配合，对支援干扰也没有对抗能力。所以舰空导弹体系不得不从以发射平台（火力单元）为中心的防空作战，转向以网络为中心的多平台协同制导防空作战。
在海上编队协同作战条件下，针对现行探测、发射和制导共平台的体制不能满足舰艇编队中远程防空导弹目标跟踪和制导的需求，超视距协同制导是解决中远程舰空导弹发现、跟踪、发射和制导问题的有效途径。舰空导弹协同制导作战使分布于不同作战平台的各型舰空导弹武器，借助于一体化指挥信息系统，整合成火力打击网络，加大作战纵深，提高有效拦截目标次数，做到早发现、早预警、早打击，极大地扩大了编队对空防御范围和提高作战主动性与灵活性。1.1 协同作战与协同制导的概念及内涵
随着科学技术尤其是信息技术的发展，现代战争正在发生革命性的变化，未来战争也将全面进入信息化战争时代，舰空导弹武器系统向网络化方向发展。
下面阐述网络化作战背景下关于舰空导弹武器系统体系结构、协同作战及协同制导的有关概念及内涵。1.1.1 防空导弹武器体系
由多种型号的防空导弹武器系统或以防空导弹武器系统为主，由多种防空兵器组成拦截系统所构成的防空体系，称为防空导弹体系。防空导弹以及与它有直接功能关系的设备统称为防空导弹武器系统或火力单元。
防空导弹体系是一种战役战术级防空体系，迄今为止，防空导弹体系的发展已经历了三个阶段，分别是单个防空导弹火力单元独立作战防空、多种多个火力单元空域重叠覆盖防空和树状体系结构防空，目前正向网络化体系结构防空发展。
1.树状结构防空导弹体系
树状结构防空导弹体系是以火力单元为基础、有层次之分的防空导弹体系，其主要特征是作战单元级编队指控节点负责目标分配和火力分配，火力单元之间通过上级指控中心实现交流，整个体系结构呈现多层次指挥，相互之间存在明显的隶属关系，制导雷达和发射装置在功能和地理位置上紧密耦合，如图1.3所示。图1.3 树状结构防空导弹体系示例
树状结构具有成本低、通信线路总长度短、软件简单、系统易于实现等优点，但该结构存在严重不足，难以适用于未来复杂的防空作战环境，主要表现在：（1）信息不易共享。树状结构中，火力单元之间缺乏必要的、直接的联系，火力单元之间的信息交流必须通过作战单元级指控节点进行传递。（2）作战资源不易重组。作战资源隶属关系明确，作战使用过程中不易重组，即每个火力单元中的指控节点、制导雷达及发射装置构成严格的隶属约束关系，作战过程中无法与其他火力单元的相关设备重组。（3）指挥控制层次多。作战过程中，信息和命令的传递必须自上而下逐级传达，从而造成信息链过长，容易延误战机。（4）体系抗毁性、可靠性差。一旦体系中的根节点或与根节点相连的链路受损，将导致体系瘫痪而无法正常运行。
2.网络化体系结构
1997年，美国海军提出了网络中心战（Network Centric Warfare，NCW）的作战理念，其本质是通过有效链接作战环境中的知识实体将信息优势转化为作战优势，得到美国国防部及各国军队的极大关注。目前，协同作战能力（Cooperative Engagement Capability，CEC）及其中的一体化火力控制（Integrated Fire Control，IFC）正作为美军实现NCW思想的重要手段而得到大力发展和应用。此外，英国、德国、瑞典、澳大利亚等国正在积极探索NCW作战能力，提出了各种相关概念和计划，如网络使能能力（Network Enabled Capabilities，NEC）、数字化部队计划等。
2001年，殷兴良在分析了未来防空防天导弹体系面临的新问题的基础上，指出未来防空导弹体系的体系结构是分布式无中心节点网络化结构的设想，该体系结构下，与防空导弹作战有关的各种预警探测设备、作战管理指挥控制中心、防空目标指示和制导雷达站、防空导弹发射装置与战区广域通信网络直接相连，如图1.4所示，其主要特点有：（1）分布式。防空导弹体系中的各武器和设备分布在大范围的各空间点上。（2）无中心节点。作战单元级指控中心可根据作战态势和需求由火力单元级指控中心代替；同时，各种设备之间在作战时没有固定的隶属关系，对某个目标进行拦截时，可根据目标、战场环境、使用战术及部署情况，将制导设备和防空导弹发射装置随时组合为具有临时隶属关系的作战结构。图1.4 分布式无中心节点网络化结构示例（3）网络化。信息网格将各武器装备相互连接，实现两两间直接或间接的信息传递。网络化防空导弹体系（Networked Air Defense Missile System，NADMS）可以抽象为传感器网、指控网、火力网以及信息网。传感器网负责接收、处理及融合传感器的目标探测信息；指控网负责根据当前掌握的目标信息进行态势感知共享、分析、解算、独立或协同决策；火力网遂行协同作战以及联合火力打击。信息网是防空导弹体系的基础，目的是实现传感器网、指控网和火力网的无缝链接。
基于此，NADMS是指由多个（种）探测制导设备、多个（种）拦截器、多个可变中心的指挥控制节点通过分布式网络连接起来，对空袭目标实施拦截的一体化战役战术级作战体系。
与树状体系结构相比，NADMS中的火力单元指挥节点之间可以在明确作战意图的前提下，直接进行对话并协同决策，实现自同步作战；某火力单元指挥控制节点能够控制其他火力单元的制导雷达，为其发射的防空导弹进行制导和接力制导；也能够控制其他火力单元的发射装置，以协助完成编队指控中心所分配的目标打击任务，即根据战场态势和作战任务，形成新的具有临时隶属关系的火力单元。
从宏观角度看，防空导弹体系采用网络化结构的目的同NCW相同，即通过将整个战场、部队、各武器平台网络化，来提高信息的获取能力和信息的共享水平，增强战场态势感知能力，加快决策和指挥速度，实现作战协同，提高杀伤力、生存能力和响应能力，从而大大提高作战效能。
从微观角度看，各火力单元仍然存在，不同的是将传统火力单元按照功能分解为：警戒与跟踪制导节点、指挥控制节点和防空导弹节点。将这些节点分类联网，形成网络化的舰空导弹武器系统。各功能节点之间的关系和舰空导弹武器控制系统连接关系如图1.5和图1.6所示。图1.5 各功能节点之间的关系图1.6 舰空导弹武器控制系统连接关系
在图1.5中，指挥控制网主要负责作战指挥和武器控制，向上级指挥机关汇报作战情况并接收上级命令，与友邻部队建立联系，同时对所属武器装备进行控制；从探测跟踪网获取态势信息，包括目标数据、拦截弹数据及探测跟踪雷达的状态信息；对探测跟踪网下达任务并实施控制；对拦截火力网下达发射命令，控制导弹发射。探测跟踪网的主要任务是搜索、跟踪目标，制导数据的处理和计算及对武器的控制和制导，对已发射的拦截导弹实施中制导。拦截火力网的主要任务是接收上级命令发射导弹，以及向上级汇报状态等。
探测跟踪网由探测节点和跟踪节点组成。探测跟踪网络的功能是有效覆盖所监视的空域，及时发现和识别目标，以足够的精度和数据率测定其坐标和运动参数，判定其威胁，并在各种对抗环境中保持其监视和跟踪的连续性，为及时使用舰空导弹，定下射击决心，进行发射和拦截控制提供基础。
从“服务”的观点来看，探测跟踪网为区域内的作战单元提供传感器信息服务，包括为指挥控制网络提供统一的外部态势信息和发射数据。为保证探测跟踪网络有效运作以及信息服务的有效实现，还必须对探测跟踪雷达进行有效控制，对传感器信息进行有效管理。
指挥控制网是整个系统的“神经中枢”。它利用探测跟踪网提供的目标数据，进行威胁判断，确定目标威胁程度和等级，根据作战规则和作战资源为目标分配跟踪雷达和火力作战单元，根据目标跟踪数据评价打击效果等。此外，指挥控制网协调各作战单元的作战，进行网络管理及任务交接等。舰空导弹网络系统指挥控制网络由各级指挥中心组成，把每个指挥中心视作指挥控制节点。
区域防空作战的基本原则是“集中指挥、分散控制”，上层的防空指挥机构主要是掌握总的空情、态势，确定原则和分配任务，而作战任务的执行控制则需要武器的指挥控制系统来实施。因此，舰空导弹网络化协同中指挥控制节点可从功能上分为两个层次：部队指挥层次和武器控制层次。
防空作战所建立的各个指挥控制节点是在不同的指挥级别上根据防空作战的需要建立起来的，具有不同的责任范围。因此，为了确保统一、协调和最大的作战效能，必须实施集中指挥。集中指挥的必要性和重要性在于：在敌人的主要突击方向上，最有效地使用所属的防空兵器，做到该区域内兵力的优化使用。另外，由于防空作战的特点，一个指挥员不可能对每一项战斗行动进行直接指挥，因此，为了对空中威胁做出灵活反应，必须按照统一的部署尽可能分散地执行防空任务。集中指挥在于取得整体防空作战的高效能，即上层指控中心集中于战术指挥，主要是掌握总的空情、态势，确定原则和分配任务。分散执行在于保证准确及时地拦截来袭目标，使上级不致过多地卷入战术活动的细节，而失去对全局的掌握。武器控制主要包括火力分配优化，解命中弹道、制导、射击优化等问题。武器控制层次的指挥单元通常由火力单元指挥中心担当。
指挥控制网的主要功能体现在协同作战指挥和统一的任务分配上，强调集中作战区域内的所有作战资源优势，发挥整体作战优势。该思想体现在作战指挥上，就是作战单元之间能够实施协同作战。协同作战的指挥控制及管理体现在协同规划、协同方案生成、互操作控制等方面。协同作战是舰空导弹网络化协同中必须解决的问题，协同作战指控和管理技术是影响系统作战效能的关键。1.1.2 协同作战
从“平台中心战”向“网络中心战”的转变是现代信息化战争发展的必然趋势，而协同作战“网络中心战”的实现形式是一个十分复杂的过程，其每个组成部分在逻辑上和物理上都是既相互独立又相互依赖的，它们协同工作共同完成作战的总体任务。协同作战包括多级、不同层面的协同，分为兵力级、平台级和武器级三个层次。美国海军协同作战是以共享信息化网络为基础来实现平台级和武器级的协同作战，贯穿了美国海军多兵种的联合作战或合同作战的整个始末。尽管其海上编队的组成结构不同，但协同作战的关键是指挥与控制系统之间的协同，有效的指挥与控制是战争取得胜利的决定性因素。
1.协同的定义“协同”一词最早出现在《后汉书·吕布传》中：“将军宜与协同策谋，共存大计。”基本含义是：协力同心，互相配合。原意是指政治上的共同谋划，后来逐渐形成军事概念。现代武器装备的发展使作战体系进一步细化，协同已经发展成为专用军事术语之一。2011年新版《中国人民解放军军语》对“协同”是这样定义的：“作战协同的简称。各种作战力量共同遂行作战任务时，按照统一计划在行动上进行的协调配合。按规模，分为战略协同、战役协同和战术协同；按参战力量，分为诸军兵种部队之间的协同，诸军兵种内各部队之间的协同，各部队与其他作战力量之间的协同等，目的是确保各种作战力量协调一致地行动，发挥整体作战效能。”这里所讲的“协同”的定义，也就是“作战协同”的定义。《中国军事百科全书·战术分册》对“协同”的定义为“协同是指诸军兵种部队为遂行共同的战斗任务，在统一的指挥下，根据统一的意图和计划协调一致的战斗行动，又称协同动作。”
美国RAND公司2002年研究报告《信息时代作战效能的度量——网络中心战对海军作战效果的影响》中对“协同”的定义：“协同是指参加作战的各部分为了达到共同的目标而一起努力工作的过程。”
上述定义中，第一种定义强调协同作战单元（部队或分队）为实现共同目标而进行的协调配合，这时，组织间的协同动作需要决策，且决策行为是并行的。第二种定义将协同理解为有统一指挥的战斗行动，突出指挥员的作用，强调在统一指挥下指挥员之间达成认知的一致性。第三种定义强调在信息共享条件下，指挥员达成认知上的高度一致性，该定义符合信息时代要求，使协同的内涵得到了延伸。理解协同的定义，需要把握如下几点：（1）参加协同的组织单元需在两个以上，具有一定层次结构，且存在最终决策的一方。（2）协同目标是共同一致的。协同意味着为了一个共同的目标而一起工作，如果协同各方交换信息行为与共同作战意图无关，则不属于协同行为。（3）协同要求各协同方的行为主动积极。协同在达成一致作战意图时，需要协同方主动地共享态势或作战概念、规则等。当信息系统被动地共享数据、信息或知识，而非主动行为，不属于协同。（4）协同需遵守一定的规则。协同的规则要在作战计划中形成，且有统一指挥，当协同行动失败时，可以重新制定规则。（5）协同的重要手段是通信。协同要求主动通信作为共同工作的一部分，如协同目标是建立战场态势感知，处于不同地域不同职能的作战人员，能够利用自身的不同知识、专门技能、拥有信息及能力，积极通信，及时控制军事行动，这样可以避免相互干扰和冲突。（6）协同目标最终发生在认知域。图1.7描述了两个协同单元协同目标的实现，其中虚线矩形框代表协同过程。协同形成在信息域和认知域，达成在认知域，实现在物理域。
2.协同作战
早在古代战争中，“协同作战”已被提出和应用。尤其在第二次世界大战中，许多著名战役在不同程度上应用了“协同作战”的理论。例如，诺曼底登陆战中航空兵、水面舰艇和登陆部队之间的协同，美日中途岛之战中航空兵和水面舰艇之间的协同，斯大林格勒保卫战中航空兵和地面作战部队之间的协同等，都是比较典型的传统的协同作战。图1.7 协同与域的关系
何谓协同作战，首先要弄清与联合作战、合同作战的区别。
1）联合作战、合同作战与协同作战
联合作战是指两个以上军种或两个以上国家、政治集团的军队，按照总的企图和统一计划，在联合指挥机构的统一指挥下共同进行的作战。一般来说，联合作战的规模为战役以上。联合作战包含了联合作战的力量、指挥、行动等要素。在力量上，联合作战必须是军种之间或是国家、政治集团军队之间的作战，而不是兵种之间的作战，且由两个以上不分主次的军队组成。在指挥上，强调军种指挥独立性的同时，必须在总的企图和统一计划下行动，不由哪一个军种实施。在作战行动上，联合作战是一系列军种作战行动构成的，就相互之间的关系而言，它是一种协同作战；就作战目的而言，它是军种相互间取长补短的整体作战。联合作战从战略上体现的是一种作战思想，而从战役战术层次上体现的是一种作战样式和作战形态。
合同作战是以某兵种为主，以军种为辅，由单一军种合成指挥机构统一指挥的作战。在力量构成上，合同作战包括军种内诸兵种，由兵种构成作战单位。如海军水面舰艇编队在空军预警机引导下的对空防御行动，属于以海军水面舰艇为主、空军预警机为辅的合同作战。合同作战指挥由为主的军兵种实施，直接指挥配合的军兵种；合同作战强调的是战术过程，它是战斗的总和。
协同作战，一般是指不同的力量、在不同领域、围绕一个共同的目标一起作战。协同作战是一种作战方式和手段。协同贯穿联合作战和合同作战过程，联合作战理论研究的是军种间的协同作战理论，合同作战理论研究是某军种内部兵种之间的协同作战理论。所以，在作战理论上，联合作战和合同作战均为协同作战。从技术的角度上说，协同作战不仅仅是一种兵力配合而达到同一目的，它强调的是作战单元为实现同一目标共同努力的指挥和决策过程。
协同作战的关键在于“协同”。协同是协同单元为实现同一目标共同努力的过程，协同作战是一种作战手段。不论是联合作战、合同作战均包含协同作战理论，所以，协同理论是联合作战、合同作战的基础。支持协同作战的典型系统是美军的CEC系统。
2）一体化协同作战
在信息化条件下，传统意义上的协同作战理念实现了进一步的发展和深化，它与信息化时代提出的协同作战有着很大的差别，信息时代的协同作战是“一体化协同作战”，这成为信息时代大型舰艇编队作战的主要特征。“一体化协同作战”一词首先由美军原参谋长联席会议主席Richard Myers将军在2005年4月的《联合部队季刊》中提出，他认为美军“需要将军事竞争力从联台作战向一体化协同作战转变”。2006年，美军在《四年一度防务评审》中指出，未来联合部队将从“需要互相协同减少摩擦的联合作战转向一体化协同作战转变”。
本质上，一体化协同作战是联合作战、合同作战发展的高级阶段，把各种能力融为一体，联合或合同的内部是顺畅的、协调的，不仅强调各种力量的整合，而且要求化解内部存在的矛盾。
在一体化协同作战中，兵种协同的深度和广度都远远超过传统意义上的协同作战。可以认为，一体化协同作战就是信息化战争的协同作战；是将不同兵种作战力量综合为一体，在协同作战指挥机构的统一指挥控制下，使用一体化C4KISR系统（含信息化武器装备）所实施的战役以下规模的整体作战。
3.协同作战方案
指挥控制网是网络化防空导弹体系NADMS的核心，也是其网络化作战优势发挥的关键，而指挥控制网的指挥方式在很大程度上决定了NADMS作战的灵活性和作战效果。指挥方式的选择应使体系具有良好的鲁棒性、可靠性、快速反应能力及动态重构能力。
目前关注较多的指挥方式有两类：集中式指挥与分布式指挥。
对于NADMS，在集中式指挥方式下，作战单元级的编队指控中心负责进行探测、跟踪、防区航迹处理、识别、解决识别矛盾、威胁判定、武器分配、作战监控等。在分布式指挥方式下，编队指控中心授权火力单元指挥节点实施战斗拦截，火力单元指挥节点自主或协同完成探测、跟踪、识别、威胁评估、火力分配和拦截射击等任务。
美军战略计划研究中心主任David S.Alberts 指出，为保证兵力的敏捷作战能力，信息时代的指挥方式须由集中式指挥向分布式指挥过渡，尤其是网络中心作战体系，应实现权利下放，以减少多级指挥中信息传递造成的时间延迟，增加下级火力单元的自同步作战能力，加快作战节奏。Jeff Cares指出，分布式指挥突破了集中式指挥方式下的“烟囱”式结构，建立了底层火力单元之间的通信，能够增强作战体系的柔性、敏捷性和抗毁能力。
分布式指挥方式要求在作战过程中，各火力单元能够自主决策，并通过信息共享和协同作战，实现自同步作战；能够根据当前时刻战场态势，通过对话和协同决策，灵活调整任务分配方案，以减少目标成功突防数量，最终提高整体作战效能。陈立新等人指出，对于 NADMS，在集中式指挥方式下能够获得最佳的武器目标分配结果，同时能够减少重复拦截和遗漏拦截，但整个体系作战反应时间长且通信不能中断。分布式指挥能够发挥火力单元的快速反应能力和作战积极性，尤其对于目标较多时，但武器目标分配结果不一定最优。因此，建议NADMS采取集中式与分布式相结合的指挥方式。
基于以上分析，在研究过程中假设NADMS采取集中式与分布式相结合的指挥方式，或有限集中控制的分布式指挥方式。编队指控节点在集中式指挥的基础上，将部分权力下放，各火力单元指挥节点能够相互对话和协同决策，并实现自同步作战。资源分配和任务分配将由编队指控中心和火力单元指挥节点共同承担。在作战初始时或战场态势发生重大变化时（如受损单元较多、上级作战意图变化、来袭目标批次大量增多等），编队指控中心提供初始的资源和任务分配方案。
作战过程中，指挥节点采取分布式指挥方式，可直接通信并进行协同决策，根据局部动态实时作战信息，对资源和任务分配方案进行快速调整，形成适合当前战场态势的目标、发射装置与跟踪制导探测器的组合方案，我们称之为协同作战方案。
协同作战方案（Cooperative Engagement Plan=CEP）也称武器作战组合方案，是指目标—发射装置—制导装置之间的组合。12Nt
对于T时刻的敌方目标集合TARGET=｛t，t，…，t｝以及12NwNADMS的火力节点和制导节点集合WEAPON=｛w，w，…，w｝12Ng和GUIDE=｛g，g，…，g｝，NADMS在T时刻的系统状态可表示为一个四元组：T-
State（T）=
对于R（T）=｛r（T），r（T），…，r（T）｝，若T时刻jik的分配结果为：w∈WEAPON负责打击目标t∈TARGET，g∈jiijGUIDE负责为w发射的打击t的防空导弹提供制导控制，则称t、w、kiig在T时刻具有匹配关系r（T）（以t的编号为索引，下同）。iijki
具有r（T）的t、w、g组成一个协同作战方案CEP（T），可表iijktw示为CEP（T）=＜t，w，g＞。其中，0＜i≤N、0＜j≤N、0＜k≤giijkjkN。对于CEP（T）=＜t，w，g＞，称T时刻w、g隶属于同一个临jk时火力单元，w与g互相具有隶属关系。
这样，不同的CEP就体现了NADMS所对应的五种新型的一体化作战能力，即捕获提示、超视距拦截、远程交战、接力制导及协同交战。
比如，对于相同的目标，不同的发射装置—制导装置的组合体现协同作战的方式是不同的，如果发射装置—制导装置分属不同平台，就是本书所要研究的跨平台协同制导协同作战方式；如果发射装置—制导装置属于同一平台，就是传统的单平台作战方式。
当然，不同作战方式下的效能是不同的，所有协同作战方案也最终直接决定了整个体系的作战效能。由此，协同作战方案的形成问题T-W-是指如何根据当前战场态势和作战任务信息，动态灵活地调整RG（T）集合，使该集合对应的网络化舰空导弹武器系统的整体作战效能最优。
因此，本书以协同作战中的五种能力之一——接力制导为研究对象，对其分布式无中心节点网络化结构下产生的新问题——协同作战方案CEP形成问题进行研究。CEP形成问题是NADMS中的新问题，也是分布式部署方式为NADMS指挥控制系统提出的新挑战和亟待解决的问题之一。1.1.3 协同制导
舰空导弹协同制导，简称协同制导，亦称接力制导，是武器级之间的协同作战，是NADMS所对应的五种新型的一体化作战能力之一。
舰空导弹协同制导作战是针对视距外掠海飞行的反舰导弹及高性能作战飞机等目标，通过编队内各平台对舰空导弹的制导交接和接力，实现舰空导弹在多平台之间的制导权转移直至摧毁目标的作战过程。舰空导弹协同制导的作战目的是在共享火控级态势数据的基础上，充分利用和发挥网络化信息组网所带来的信息共享质量和共享程度，最大限度地提高舰空导弹视距外拦截空中目标的能力。
采用形式化语言，舰空导弹协同制导作战可以描述为：对于iijkijkCEP（T）=＜t，w，g＞，若r_g＜t，w，T＞=g，其中T为防空导ijl弹中段或末段飞行过程中的任一时刻，若r_g＜t，w，T+1＞=g，l≠k，lim_eijl使导弹控制权移交给g，CEP（T）=＜t，w，g＞。
接力制导的目的，首先，在于非隶属制导节点在某些情况下可以为防空导弹提供精度更高的中末段制导；其次，当隶属制导节点因性能、功能等原因无法继续提供制导时，移交控制权可以将不可能发生的交战变为可能；再次，当制导通道有限时，对于多个威胁目标，火力节点可以迅速发射多枚防空导弹，之后可将导弹的交战控制权移交给其他非隶属制导节点。
较为典型的舰空导弹武器系统接力制导作战过程如图1.8所示，当平台A获得编队协同网络传来的目标指示信息和导弹攻击命令后，随即发射导弹对目标进行拦截。导弹在经历初始的程序控制飞行段后，即转入中制导段，由平台A向弹上发射修正指令，实现对导弹的跟踪制导。在导弹到达特定区域后，平台A通过协同处理链路向平台B实时发送有关导弹位置和速度的指示信息，平台B据此信息对导弹进行搜索截获。在截获导弹后，平台B接替平台A对导弹进行导引控制，直至弹上主动导引头捕获目标，即转入末制导段。此时，导弹根据接收到的目标回波信号，完成最后的目标跟踪和命中。
在上述过程中，平台A主要完成导弹的发射，以及导弹初制导段和中制导段前半程的导引控制任务，称为发射平台；平台B则对导弹中制导段的后半程进行导引控制，直至弹上主动导引头捕获目标，称为制导平台。图1.8 舰空导弹武器系统协同制导作战过程示意图
舰空导弹协同制导作战方式与传统作战方式最根本的区别在于获取的资源平台来源不同，协同制导方式下，对于制导平台来说，它所获取的传感器资源和武器资源，都是通过协同网络来自编队中的其他战术平台。
协同制导作战任务主要可以划分为3个环节：协同发射环节、制导交接环节和接力制导环节。
协同发射环节，是指从发射平台接受协同制导作战任务起，到发射平台向制导平台进行导弹指示之前的这一时段。它根据所接受的协同制导作战任务的具体要求，解算出导弹射击参数，完成导弹的射击，并在导弹发射后对其进行相应的导引控制。其目的是要将导弹引导到理想交接区内，以利于实现后续环节中协同平台间对导弹制导权的交接。
制导交接环节，是指从发射平台开始向制导平台进行导弹指示的那一时刻起，到制导平台最终获得导弹制导权的这一时段。由发射平台在交出导弹制导权之前，对导弹进行实时的跟踪观测，并通过协同处理链路向制导平台提供有关导弹位置的协同信息；制导平台根据从协同处理链路上获取的导弹位置信息，确定出相应的对空搜索区域，完成对导弹的截获。其目的是完成导弹制导权从发射平台向制导平台的转移，从技术层面来说，即实现制导平台对导弹的成功截获。
接力制导环节，是指从制导平台获得导弹制导权的那一时刻起，到弹上主动导引头捕获目标的这一时段。在对导弹进行跟踪观测的同时，需要利用相关的协同信息，完成导弹制导指令的生成和发送任务，以实现导弹在中制导段后半程上的接敌制导。
这里，导弹制导权的交接是在其中制导飞行段上完成的，因此这里研究的，实际上是“捷联惯导/修正指令”制导方式下的协同制导问题。
因此，在网络化防空导弹体系结构下，对舰空导弹协同制导作战问题的研究就是对舰空导弹协同制导系统的研究。通过作战协同使协同制导系统达到在空间、时间、功能上的有序状态，其中，信息协调是实现协同制导系统的基础。协同制导作战的实现过程是由高速数据链通信系统链接的跟踪制导网、指挥控制网和火力网之间的交互过程。1.1.4 协同制导关键技术
舰空导弹协同制导，涉及舰空导弹在多平台之间的信息交互和流程协作。其技术实现的基础是需要共享火控级态势数据，形成所谓的跟踪制导网、指挥控制网和火力网之间的交互过程。其中，火力网是由系统内的所有拦截武器系统组成的，舰空导弹的发射和制导不再受单个平台上的制导设备性能限制，而且其目标通道数不再受制导设备导弹数的限制。在实际作战中，当一个火力单元因进入发射区的空中目标饱和或因目标超出其制导范围时，其他空闲火力单元则会择机参与作战，进行制导交接，火力拦截。
因此，协同制导单元（Cooperative Guidance Unit，CGU）作为火力网中的一个重要组成部分，在协同指挥网的协同指挥下，依赖于协同跟踪网生成的统一态势图像信息，实现舰空导弹协同制导的管理、控制及交接导引任务。根据舰空导弹协同制导的特点和作战流程，CGU需要解决以下几项关键技术：（1）协同制导作战总体技术。协同制导作战作为编队协同防空的重要作战模式，对于其作战总体技术的研究是有效实现协同制导作战的基础和根本保证。协同制导作战总体技术包括作战适用条件、作战样式、平台协同方式、舰空导弹制导体制、作战控制、制导交接可行性及协同制导系统作战空域等问题的研究。系统把握协同制导作战总体技术的主要内容，能为进一步深入分析具体的技术提供清晰的研究思路。（2）协同制导信息处理与分发技术。协同制导信息处理与分发涉及制导信息网的设计、时空一致性处理以及提高通信数据率的问题。制导信息网向各个发射单元提供的目标信息数据率，不能低于导弹中制导段向导弹发射目标位置指令修正的数据率，而对导弹进行目标位置修正所必需的数据率取决于对导弹中制导的精度要求。（3）协同制导平台协同方案建模技术。由于存在多个目标攻击的战场态势，如何对编队内多平台的作战任务和武器目标进行合理分配，是实现协同制导作战的关键。对于协同战术决策技术的研究，避免单平台指挥决策带来的反应时间浪费，编队各作战平台接收统一的决策方案，能有效提高作战效率和协同能力。（4）制导指令误差消减技术。在协同制导作战中，舰空导弹武器系统一般采用复合制导体制，由于存在中段跨平台制导交接和中末段制导交班，其制导指令的精度受时空同步精度、探测器精度等多方面的影响，因此，有效提高制导信息的精度是保证制导指令平滑交接的关键。（5）协同制导交接与控制技术。在复杂电磁环境下，解决哪个平台参与协同制导，以及何时参与接力制导和如何交接等决策问题，是限制协同制导效能发挥的重要环节。1.2 国内外研究现状
舰空导弹武器系统协同制导作战本质上是武器级的协同作战。随着信息技术和网络技术的发展，使武器系统层次上的协同成为可能。因此，舰空导弹武器系统协同制导技术的发展是紧跟协同作战能力（Cooperative Engagement Capability，CEC）的发展而来的。
自20世纪50年代以来，为了克服水面舰艇编队的空中威胁，满足远中近空域防空的导弹武器系统陆续装备舰艇部队。一方面，采用垂直发射技术、主/被动雷达、红外寻的制导和复合制导技术、抗干扰技术和智能技术等，使舰空导弹武器系统成为快速反应、高发射率、高速机动、高杀伤力和自动寻的精密制导的武器系统，并能够与多种防空武器联合作战；另一方面，编队综合利用多传感器探测、跟踪、协同制导等手段，充分发挥中远程舰空导弹武器系统的潜力，加大作战纵深，实现超视距协同拦截，提高有效拦截目标次数，对超声速反舰导弹进行协同攻击。
近年来，反舰导弹技术的迅速发展使靠近敌方陆地的美国舰队面临的空中威胁越来越严重。而美军“标准”系列舰空导弹系统尽管经过多次改进，命中概率、抗干扰性能、反应速度、射程都得到较大提高，但在拦截掠海目标时，因为地球曲率的存在，探测距离有限，杀伤区远界难以得到有效提高。为此，美国海军早在20世纪70年代提出了“协同作战能力”CEC概念，旨在允许各作战单位间共享基本传感器、决策和作战数据，使多个装备CEC的水面舰艇和飞机成为一个分布式的防空系统。该系统能把某一艘舰或飞机获得的目标诸元实时传送给整个部队单元。“CEC”意味着从A舰发射的“标准”导弹，可以不必由A舰上的雷达来进行目标照射与制导，而由安装了相关信息平台的B舰、C舰甚至是具有导弹制导能力的作战飞机来完成目标照射与制导，这样就解决了地球曲率对雷达探测距离的限制，使导弹对掠海目标的拦截距离可充分利用导弹的动力性能，扩展杀伤区远界。
针对上述战术构想，美海军在1994年10月至1995年3月，首次在地中海进行了试验，演示了提示自卫作战、按远程数据作战的两种协同交战模式。随后1996年9月装备CEC系统的宙斯盾巡洋舰安齐奥号和圣哈辛托号进行了第2次试验，演示了宙斯盾与超视距掠海靶机进行作战的情形。进入2000年以后，CEC进入普及应用阶段，并在随后的一系列演示试验中着力解决CEC系统与现有各平台作战系统之间的互操作性问题。2001年2月，美国海军和陆军在太平洋中部进行了一次联合演习，旨在评估海军CEC系统向陆军导弹防御系统实时传输导弹跟踪数据的能力，解决了CEC和战区高空区域防空系统连接后的互操作问题。从CEC的实战检验来看，美国海军CEC系统的目标指示数据在实时性和精度上已达到火控级数据的要求。美国海军CEC系统的作战过程如图1.9所示。图1.9 美国海军CEC系统作战示意图
在研究CEC的基础上，美国海军也不断进行改进和发展舰空导弹，以适应反舰导弹的发展和协同制导作战的需要，其中最为著名的是“标准”系列。
为应对不断发展的非对称空中威胁，对抗反舰导弹的低可探测性、高速、超低空发展特点，美国海军提出了超越地平线打击的“增程主动导弹”概念，发展了“标准”6导弹，使其具有对巡航导弹、有人和无人驾驶飞机的超地平线拦截能力以及有限的弹道导弹防御能力。“标准”6导弹改变了“标准”系列沿用数十年的半主动雷达导引体制，采用了以主动雷达导引为主的制导体制，并纳入协同作战能力。该主动导引头在AIM-120C-7中远程空空导弹导引头基础上改进，结合“标准”系列半主动雷达导引头的特点，使“标准”6导弹主动雷达导引头仍保留半主动雷达工作模式。能使“标准”6导弹真正发挥出作战潜力的“协同作战能力”主要由数据分发系统和协同作战处理器组成，是美国“网络中心战”概念比较成熟的一个系统，它使海上防空作战发生了革命性的变化。
CEC将舰队中各个平台所装载的目标探测系统、指挥控制系统和武器系统有机结合起来，允许各平台以极短的延时共享编队内各种探测设备获得的所有数据，组成一个舰队防空网络。所有舰艇的信息处理系统采用相同软硬件标准，所有舰艇通过网络能够获得统一的目标航迹，并实现了多平台对导弹制导火控的交接。
CEC主要是为了适应网络中心战、增强作战平台间的互操作性，应对低空、低探测度的巡航导弹和高速、高空飞行目标，以及高速掠海目标等威胁而发展的，它是一个全分布式体系结构，如图1.10所示。它是通过增加两个新设备来实现的，即协同作战处理机和高速数据分发系统。图1.10 CEC的分布式体系结构
协同作战处理机处理本平台传感器和来自其他平台CEC的所有信息，解算目标综合航迹，并及时获取精确的火控数据，处理导弹武器进行中段制导和末段制导的数据；高速数据分发系统负责协同作战处理机处理的目标信息在CEC网络内可靠和高质量地传输，使所有平台共享火控质量的数据。
CEC在作战中的主要功能体现在航迹合成、精确提示和协同制导作战3个方面：（1）航迹合成。每个协同单元上的CEP将为本地武器系统提供合成的且在整个CEC网络内完全一致的空情态势图，同时给出关于目标属性的建议，这个态势图将用作指控系统和武器系统的作战依据。（2）精确提示。当依据远程的CEC单元测量的数据形成了关于目标的航迹，但本地的协同单元自身传感器并未捕获到该目标时，如果目标航迹达到了该单元的威胁标准，CEC网络将自动提供初始数据启动该单元跟踪目标。（3）协同制导作战。一个作战平台可以在其自身雷达未捕获目标的情况下，使用从其他CEC单元接收到的精确实时的目标数据，发射导弹，拦截目标。美国海军通过改进SM-2系列导弹，平台上的末端寻的照射器可以使用平台外面的数据对其实施中段制导和瞄准。在战斗群中各个单元都能实时地掌握CEC网络内各个导弹作战的详细状态情况下，可以依靠CEC网络进行协同制导作战。
英国海军于2007年正式参与了美国的CEC计划，其目的是提高其海军在沿海地区独立或联合作战时的态势感知能力，强调提升互操作性和战术数据连通性，从而在复杂的沿海环境中有效提高其生存能力。2008年，英国皇家海军在23级护卫舰装备首批CEC，同时计划将CEC引入到45型防空作战驱逐舰。英国实现的CEC方案经过一系列的评估与试验，实现了与美国海军CEC之间最大限度的互操作。
法国海军从2006年开始研发多平台态势感知演示验证系统TSMPF，并进行了技术演示系统的现场测试，它与美海军的CEC类似，TSMPF是法国海军未来协同作战能力的基础。该项目的目的是通过协同态势感知技术，使众多平台共享战术态势数据，达到各传感器的应用最佳，从而进行大范围的威胁评估和资源最优分配。TSMPF基于一种开放式高层体系结构仿真平台进行开发，可模拟30艘舰艇的仿真设备，并配置了3种不同的体系结构：集中式结构、混合式结构、分布式或分散式结构。实战TSMPF/CEMP计划于2015年左右装备舰队。
总体来说，从国外协同作战系统和舰空导弹的发展来看，为了有效对付反舰导弹的威胁，世界各国海军普遍强调协同作战能力的提高，防空作战体系趋向网络化发展。而舰空导弹协同制导是实现多平台超视距拦截反舰导弹的主要途径，也是未来防空反导体系的一个重要发展方向，其中，舰空导弹协同制导技术的应用是实现超视距拦截反舰导弹的关键。目前，以美国为代表的西方国家在协同制导作战理论和技术的研究已日趋成熟和完善，部分产品已进入实战阶段。
国内在舰空导弹超视距协同制导领域的研究还处于起步阶段。目前，我海军舰艇编队已构建完整的通信网络，通过数据链等通信设备，允许各作战平台初步共享传感器探测信息、作战决策数据，使多个水面平台和空中平台成为一个分布式的防空作战系统。在该系统的支持下，能够把某一平台获得的目标参数实时传送给整个编队，为编队的协同防空作战提供了技术基础。同时，国内部分舰艇现已列装先进的中远程舰空导弹，可以在视距外抗击来袭目标，为实施超视距防空导弹协同制导创造了条件。另外，海军的ZKB-1海上编队作战指控系统已具有一定协同作战能力，实现了平台/兵力层的协同作战，但没有形成武器/火力层的多平台协同作战，还不能满足未来海战的作战要求。为使舰艇编队具备强大的区域防空能力，必须提高其反导纵深并向视距外扩展。因此，需要重点解决对超视距目标的探测跟踪与和导弹制导的问题。
针对我军未来防空作战需求，国内已经开展了多平台协同作战系统的演示验证工作。多平台协同作战系统参照美军CEC系统概念，通过多平台传感器组网、数据融合处理、实时信息分发，实现防空作战的复合跟踪与识别、目标指示，为武器协同控制提供火控级态势数据，奠定多平台协同防空作战的信息基础。该系统使分布于各平台上的传感器、指控装备组合成一个有机的整体，实现跨平台设备或装备间的协同使用，有效提高我军作战单元的整体防空作战能力。
目前，我海军在借鉴国外CEC发展经验的基础上，结合自身装备发展的特点走上了自主研发道路，并取得了协同作战相关技术的突破。协同作战相关问题的研究在国内已成为一个热点，已有多家单位开展了协同作战相关技术的研究。在顶层设计方面，开展了协同作战的运作机理、效能度量、协同作战系统的体系结构研究；在协同作战系统的设计和开发方面，开展了协同防空作战系统中的数据融合、传感器组网和数据通信等技术的研究；在指挥决策和控制方面，开展了协同条件下的指挥决策和武器分配等方面的研究，积累了一定的理论和实践基础，但研究的成果不多、系统性不够强，在某些方面甚至仍处于空白。
国内从“十一五”开始，就在超视距协同制导关键技术研究方面开展了相关的技术攻关，开展了舰空导弹超视距协同制导多平台信息共享与指挥控制技术、海战场目标信息数据融合技术和海上编队信息系统空间一致性技术等方面的研究；完成了舰空导弹超视距协同制导总体方案设计和体系结构研究，协同制导信息规划与流程、协同制导交接转换算法研究，多平台协同制导技术可行性分析；研究了未来舰空导弹协同制导时的制导过程以及实现协同制导需要解决的关键技术；分析了制导交接的一般过程、交接方式以及交接平台主要任务等问题；计算了协同制导的交接空域和交接时间。但未对协同制导的关键技术进行系统性分析，给出协同制导方案，解决协同制导的发起、组织与退出问题，也未对制导交接过程的制导指令误差消减技术进行研究。“十二五”期间，超视距协同制导关键技术又得到进一步深化研究，主要突破了接力制导指挥技术和跨平台管理与控制技术，着力解决协同制导方式的设计与生成问题，为我国舰空导弹协同制导技术的发展和完善提供进一步的技术支撑。1.3 本书主要内容（1）基于多假设的点迹融合方法。由于点迹信息缺少速度、航向等先验信息，传统的数据关联方法为点迹融合结果带来极大的不确定性，多假设算法将航迹起始和航迹维持统一在一个框架上处理，具有航迹起始、航迹关联、航迹合并、航迹撤销一整套功能的关联算法，是目前适用于点迹融合的最优方法。本书将多假设思想引入到航迹起始和点迹—融合航迹关联之中，将多平台多目标点迹融合问题转化为假设树的构建和管理问题。（2）舰空导弹武器系统协同制导总体方案。针对舰空导弹武器系统协同制导作战的需求，从作战方式、使用流程上深入分析CGU单元的指挥方式和信息流程，提出CGU的总体设计方案，规划出功能组成以及与其他各个系统（三大系统，即导弹武器系统、本舰指控系统、多平台协同作战系统）之间的信息交互关系和内容。（3）协同制导单元协同作战方案建模。舰空导弹武器系统的协同制导作战，首先解决协同制导中的平台任务分配问题，即确定合适的协同制导作战平台对，亦即舰空导弹武器发射平台和与之匹配的舰空导弹接力制导平台。其次，要确定平台任务规划的决策性基础参数。这些任务规划的决策性基础参数主要是指编队内各个平台上的舰空导弹武器系统性能参数。再次，基于上述任务规划的决策性基础参数，建立任务分配模型。最后，设计采取多智能体结构的分布式分配算法，求解出合适的发射平台、接力平台任务对，形成编队内协同制导接力方案。（4）协同制导单元制导交接方法。制导交接是协同制导作战的主要特征。本书深入分析了制导交接的内涵，对其制导交接的方式、协同制导时的航路及完成交接的条件等协同制导交接问题进行分析，并对可交接区域进行建模，讨论如何实现制导交接。（5）多平台制导交接制导指令误差消减。在制导权转移后，交接制导指令参数必须经过一系列坐标变换，转换到该坐标系内，促使导弹中制导持续下去。然而，中制导交接指令的坐标转换过程必然会引入雷达探测、平台导航、通信延迟等环节带入的随机误差和固定偏差（系统误差，固定或变化的）。因此，通过分析导弹中制导中的指令转移过程，研究消除该过程中指令参数本身及在转移过程中存在的随机误差或者校正补偿其中的系统偏差，提高交接指令精度。（6）编队防空反导多武器协调运用。远程反舰导弹来袭时，仅依靠单种防御武器对抗高速逼近的威胁目标已经十分困难。编队作战条件下，综合运用远、中、近程舰空导弹及贴身近防武器、电子干扰系统实现了纵深防御和分层对抗，是现代水面舰艇防空作战的基本防御手段。本书针对编队防空反导中多种多型武器协同组织运用需求，研究多平台协同防空多梯次软硬武器自组织技术，提出目标全航路拦截多种软硬武器实时调度方法和基于空域格的软硬武器协同运用冲突判断与协调方法，设计基于服务的多平台多种多型武器自动化组织模型软件，提高舰艇编队协同防空反导的快速反应能力和协同作战能力。（7）协同制导仿真系统。基于计算机网络系统结构，采用分布式数字仿真和半实物仿真相结合的技术，建立多平台协同制导分布式
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