国外舰载防空反导火控系统发展现状研究

王金云

（中国船舶重工集团第368厂，河北 邯郸 056028）

摘要：论述了国外舰载火控系统的发展状况，介绍了各国防空反导系统中防空导弹、火炮、弹、炮、箭相结合的防御方式及新概念武器发展现状及其特点分析，指出未来防空反导任务中，需在火控技术上采用新的机理（如多传感器信息融合、对机动目标滤波处理、火控解算等），火力配置上采用分层防御，各种武器系统协同作战，实现对来袭导弹有效拦截。

关键词：舰载防空武器，综合火力系统，反导，发展现状

Study on Overseas Development Conditions of Shipboard Aerial Defence Anti-missile Fire System

Wang Jin-yun

（The 368th Factory of CSIC，Handan 056028，China）

Abstract： The paper discussed the development conditions of overseas shipboard weapon system，introduced aerial defence missile，gun，missile-gun，missile-rocket integrated defense mode and new concept weapon development status and characteristics analysis. Finally，it is necessary to study new fire control theory（multiple sensors information fusion，maneuvering targets filtering ，fire control computation）in the future aerial defence anti-missile task，adopted layered defence mode for fire configuration，all kinds of weapon combination fight. It is available to hold up missile.

Keywords： shipboard aerial defence weapon，integrated fire system，anti-missile，development conditions

引言

2008年2月21日11时26分，美国海军从“伊利湖”号导弹巡洋舰发射了一枚“标准”-3导弹，成功拦截了运行在太平洋上空的“美国”-193号间谍卫星。标志着美国具有强大的反卫星技术，拦截弹道导弹的能力。此次拦截是由美国先进的“宙斯盾”舰载防空反导作战系统完全成的，它由“标准”-3拦截弹、AN/SPY-1E火控雷达等火控系统组成。美国舰载防空综合火力系统是目前世界上最先进的、较完备防空反导系统。

随着现代反舰导弹技术的发展，新一代反舰导弹超着高超音速、智能化、隐身化、精确化方向发展，以俄罗斯的“白蛉”反舰导弹最具有代表性，1～2枚可摧毁一艘驱逐舰，1～5枚可使两万吨大型运输舰或航母丧失活动能力甚至击沉，被称为当代水面舰艇的克星。所以水面舰艇的防空反导任务显得尤其重要。现代防空综合火力系统以美国“宙斯盾”系统最具有代表性，它具有先进的火控系统，以相控阵雷达为核心、垂直导弹发射装置、集火控、指控、显示、计算机、电子战系统为一体，组成强大的综合火力防御系统，发展为防空导弹、弹炮合一，弹、箭结合等多种拦截方式。文献[3-6]

都对现代舰载综合火控系统有所论述，提出当前火控系统要对多传感器信息融合、采用新的火控机理、具备协同作战能力等。本文就当前国外舰载火控系统的发展现状做一论述，介绍了各国防空导弹、火炮、弹、炮结合防御及新概念武器发展状况，指出各种防空武器综合配置，协同作战，才能有效地对反舰导弹进行防御。

1 国外舰载防空火控系统发展现状及发展趋势分析

舰载火控系统发展80余年，已经历了射击装置、指挥仪系统、经典火控系统、综合火控系统四个阶段，未来向协同、联合火控系统方向发展。最早引入“火控系统”概念的是20世纪初英国海军，早期的舰载“火控”系统无非是测距仪和火炮与鱼雷指挥仪，直到20世纪50年代，舰载火控系统才开始真正发展起来，出现了由数据总线链接雷达、光电、声纳、显控台、火控计算机与舰炮、导弹、鱼雷、火箭、深弹等舰载武器综合集成一体化的舰载火控系统。目前，舰载火控系统已发展两代，现正向第三代发展。由早期的C1发展到现代的C4ISR（Command、Control、Comunication、Computer、Intelligence、Surveillance、Reconnaissance）系统，它是美国军事重要组成部分。C4ISR系统是美国1997年应全球信息战构想而提出的新概念，由平台中心战向网络中心战方向发展，其思想应用于海湾战争、科索沃战争、阿富汗战争、伊拉克战争等。火控技术中除了基于现代数学理论对目标进行跟踪、识别、定位、滤波、火控解算等技术外，还依赖于先进的相控阵雷达。当前舰载火控的核心是适应“网络中心战”，舰载火控雷达是火力的灵魂。国外先进的火控雷达大都配有相控阵雷达，它利用电子扫描的灵活性、快速性和按时分割原理或多波束，与电子计算机相配合，能够同时形成多个独立控制的波束，分别用以执行搜索、探测、识别、跟踪、照射目标和跟踪、制导导弹等多种功能，应付多目标、多方向、多层次空袭的作战环境。一部相控阵雷达能起到多部专用雷达的作用，据报道：“爱国者”的一部多功能相控阵雷达可以完成相当于“霍克”型和“奈基”-2型9部雷达的功能，同时对付的目标数量远远超过“霍克”（制导系统同时引导多枚导弹攻击2个目标）防空系统雷达。最具有代表性的舰载防空火控系统当属美国的“宙斯盾”防空系统。其系统的核心是AN/SPY-1系列的多功能无源相控阵雷达和新型AN/SPY-2远程多功能有源相控阵雷达。未来舰载火控系统的发展方向是综合集成一体化，大力发展毫米波多用途火控雷达、基于红外焦平面阵列热像仪技术的光电火控系统、火控声纳、基于FDDI光纤局域网交互式显控技术。

美国“宙斯盾”防空系统中火控雷达AN/SPY-1多功能无源相控阵雷达是一种综合控制和情报指挥雷达，其拥有强大的火控能力。有4个六边形固定阵面，在尺寸为3.65×3.65m的每个阵面配置4，352个移相器，发射机采用行波管。该雷达可以实施360。全空域扫描，对空警戒距离370-400千米，可同时监视400批、自动跟踪100-150批目标，并可同时引导导弹攻击12-18批目标，还能迅速地将目标战术态势显示在作战控制屏幕上，同时能将全部数据传输给其他舰艇。这种雷达可在1s内测定目标方位，并为火控系统提供目标方位及其距离、高度、速度等参数，其从搜索到跟踪的转换时间仅为50微秒，具有高性能综合防御能力。

俄罗斯防空火控系统中的“望天”（Sky Watch）多功能无源相控阵雷达，工作在E/F波段，每个阵面为边长5m正方形，15°倾斜安装，每阵约含5，100个移相器，工作频率0.2千兆周～4千兆周，由6部计算机控制，该系统最多可同时对付15～18个目标。具有跟踪精度高、反应速度快、数据容量大、抗干扰能力强等特点，可对空中多批次目标同时进行探测、识别和跟踪，为舰上武器系统提供了多层防御、抗饱和攻击的能力。

日本防空火控系统中的FCS-2/3多功能有源相控阵目标照射雷达，可对25千米以内的空中目标进行照射攻击，完成对弹药的制导。FCS-3型是日本“村雨”级驱逐舰FCS-2-31改进型，提高了雷达的抗干扰和对低空目标的跟踪能力，且在处理速度及跟踪精度上有了提高，采用固定四面有源阵天线，可同时引导2枚导弹，对付2个空中目标。

英国的防空系统中的“桑普森”有源相控阵雷达系统作用距离达到了400千米，可同时监视500～1000个目标，跟踪其中的168个目标，并可同时制导32枚导弹攻击16个空中目标。该系统的天线是双面有源相控阵，每一阵面上安装2500个输出功率为10瓦的收发组件，工作在E/F波段。支持点防御和区域防御系统，能实现远程搜索、中程搜索、海面成像、高速地平线搜索和跟踪、多目标跟踪、多信道火控，能自适应海面和海岸环境，具有较强的抗干扰能力。它控制的武器是“紫苑”-15/30防空导弹，可以通过增加I波段照射器控制海麻雀RIM-7P、标准SM-2 Block和发展型海麻雀ESSM防空导弹。

此外，还有法、意联合研制的“EMPAR”舰载无源相控阵火控雷达系统，法国的VIGY105 EOD舰载光电火控系统、荷、德、加三国联合研制的“APAR”有源相控阵火控雷达系统等。“EMPAR”对导弹的探测距离为50千米，对飞机的探测距离为120千米，对低空飞行导弹的探测距离为23千米。在性能上，能连续分析干扰和降雨等噪声环境，全向监视、探测、捕获、确定威胁重点，跟踪与制导。反应时间仅为4s（“爱国者”导弹系统的反应时间为15s），具有极强的抗饱和打击能力。

综上所述，国外先进的舰载防空火控系统主要依赖于舰载火控雷达和光电火控系统，雷达是防空的主要火控设备，但仅靠火控雷达是有局限性的，主要存在完全依赖于电磁波进行探测定位，难以对掠海高速机动小目标（如反舰导弹）探测跟踪、易受电磁干扰等缺点，光电火控系统利用高速目标的红外特征极为明显的特点，可充分发挥其优势，二者综合使用。未来舰载防空火控系统的发展方向将向“综合集成一体化”方向发展，不仅要求火控系统具备拦截多目标和抗饱和攻击能力，同时也具备反隐身能力。毫米波多用途火控雷达能够对付超低空掠海飞行的导弹，同时为了应对反辐射导弹攻击，提高自身的抗摧毁能力，也是未来面临的难题。未来光电火控系统中，采用基于红外焦平面阵列的第二代热像仪将成为主流。此外，显控系统会加强单机控制能力，以及交互式显控。新一代综合指挥系统和老系统的改造将广泛采用FDDI光纤局域网技术。

2 舰载远程防空导弹系统发展现状及特点分析

在对付来袭导弹时，分为硬杀伤武器（包括防空导弹、火炮、火箭弹等）和软杀伤武器（包括箔条、红外干扰弹等）。远程防御上主要由舰载预警机和前哨防空警戒舰承担，最大探测距离可达556千米～927千米。主要拦截来袭飞机和反舰导弹。舰载飞机挂带干扰吊舱对敌方搜索雷达进行压制干扰。主要电子对抗兵力是电子战飞机如美军E-2C预警机、EA-6B电子战飞机和舰载作战飞机。

在中程防御上主要由舰载远程对空搜索雷达承担，大约可覆盖方圆463千米的空域，可预警296～408千米的空中目标。中程火力拦截主要是运用舰空导弹来对付突防的敌机和导弹。

随着反舰导弹的发展，其末端具有机动、超音速、掠海攻击的特性，这已成为现代防空反导技术的重大挑战。现代以美国为首西方各国正在加紧部署导弹防御体系：如美国的战区导弹防御系统（TMD）和国家导弹防御系统（NMD），目标是拦截从其上空包括在大气层外飞过的一切导弹，试图借此构筑“天网”。在发展层面上，舰载防空导弹主要分四大类：单舰防空、舰队防空、区域防空（低性能战区防空）、战区防空。美国的远程防空导弹如“标准3/3”型，PAC-3系统，还有“萨德”战区高空区域防御系统等。

现代世界各国最新型舰载防空导弹系统中，多数采用与先进的相控阵雷达相配合的垂直发射系统，都具有多目标、多层次、多批次拦截和极强的反导能力，有些还具有反弹道导弹能力。

美国的“标准”系列防空导弹是美国通用动力公司研制生产的全天候、中远程舰空导弹，现在已经发展为16种型号，是美国主要的中、远程防空导弹。1983年服役的“标准-2”是“宙斯盾”舰载武器系统必要配置，用于舰队区域防空，并被十几个国家海军采用为标准中、远程防空配置。最新型“标准-3/3”型系列导弹目前主要用于美国导弹防御系统试验，由三级固体助推火箭、制导设备段和称为“大气层外轻型射弹”（LEAP）的动能弹头等部分组成，通过高速飞行（LEAP）的动能弹头直接碰撞拦截并摧毁来袭导弹。

美国“海麻雀”（seasparrow）系列防空导弹系统，主要用于低空防御。最先进改进型“海麻雀”导弹是由10个国家共同合作进行研发、测试和生产的。第三代改进型防空导弹代号为RIM-7P、RIM-7R。导弹的低空性能和抗干扰能力均比较强，能有效拦截掠海飞行的反舰导弹，采用垂直发射方式，系统反应迅速，导弹的发射间隔1枚/1s。该系统还具有对付超音速反舰导弹的能力。美海军于2003年3月在“舍普”号导弹驱逐舰上完成了两次发展型海麻雀ESSM系统的技术评估试射测试。ESSM由1991年开始使用的RIM-7P基础上进一步改进，提高其飞行性能，保留半主动雷达制导弹头，采用新的后翼操舵弹体和火箭发动机，使速度、回转性能、最大射程有较大改进。

俄罗斯SA-N-6“雷声”和RIF-M“里夫”（S300PMU1）远程防空导弹。SA-N-6防空导弹是陆基S-300防空导弹舰载型，最新的RIF-M“里夫”则是陆基S-300PMU-1的舰载型。SA-N-6是世界上第一种舰载防空导弹垂直发射系统，比美国领先了5年左右。基本型采用的导弹为5V55/48N6，单级固体燃料火箭推力、长度7m，弹径450mm、发射重量1480kg，射程90千米，最大高度25千米，最大速度约4-5Ma。采用冷发射技术，安全距离25m时开启发动机，此时速率约30到40m/s。导引方式类似美国标准-2型，导弹到末段才开始接收导引雷达之导引。战斗部为破片杀伤式，有20，000个2g破片。最新的RIF-M“里夫”弹体改为48N6E，发动机推力更大，导弹最大速度6Ma，射程120千米。长度7.3m，弹径515mm，战斗部为20，000个4g破片。除了弹体性能的提升外，S-300PMU1在自动化等方面也大大的提升，使得操作更为简便。还具有信息传递功能，当导弹寻的雷达启动后，能将“看到”的空域传给母舰。具有一定的反弹道导弹能力。

法意联合研制的“紫苑”ASTER 15/30防空导弹。导弹采用惯性导航与主动雷达寻的相结合的制导体制，主动脉冲多普勒雷达导引头工作在Ku波段，采用传统的气动力控制与燃气推力矢量控制（PAFPIF）相结合的复合控制系统。战斗部采用破片聚能杀伤爆炸型战斗部，具有极强的反导能力。此外，还有南非德内尔公司Umkhonto防空导弹，采用垂直发射技术，可对付不同的来袭目标。

综上所述，舰载防空导弹主要发展特点是：①远程化防御，在敌发射区，最好在导弹上升段将其拦截，即使失败，可在巡航段及末段多次机会拦截。如俄罗斯S300PMU1远程防空导弹。②精确化，采用GPS惯性导航多种复合技术制导，实现精确化拦截，如美国的战区高空区域防御动能拦截弹（THAAD）、PCA-3、“标准”SM-3及2008年美国拦截卫星的成功试验就是典型例子。③智能化方向发展，未来防空导弹采用先进技术，可识别目标，并确认是否为要拦截的目标，具有反隐身能力。④采用先进的垂直发射技术，发射不受限制，可全方位防御，具备了对多目标、多层次、多批次、全方位反导能力。⑤采用先进导弹战斗部，提高拦截效率。随着火炸药技术的发展，防空导弹普遍采用高能炸药，以达到对来袭目标最大化毁伤，从而保护了舰艇的安全。

3 舰载近程防空火炮系统发展现状及特点分析

对于水面舰艇防御体系来说，近程防御是最后一道屏障，通过多点布置的多管火炮快速射击形成弹幕来拦截各类反舰目标。世界各国海军的近程舰载防御系统各有特色，由多管速射火炮改进为弹、炮合一、弹、箭结合的方式。美国最先进的“海拉姆”新型防御系统，用11联装RAM导弹取代了M61AI格林炮，美国的“密集阵”，采用格林6管火炮，每分钟发射3000～4500发炮弹形成一个扇面，可以拦截来袭反舰导弹。此外，俄罗斯弹炮结合“卡什坦”系统也是较为先进的近程反导系统。

美国“密集阵”系统是目前世界上唯一能实行自动搜索、探测、评估、跟踪和攻击目标的近程防御武器系统，它采取搜索雷达、跟踪雷达和火炮三位一体的结构，系统的全部作战功能由高速计算机控制自动完成。另外，“密集阵”具有多光谱测控和跟踪能力，能在复杂环境下全天候作战。反应时间为3.7s，最大跟踪为10千米。“密集阵”安装1门20毫米6管“火神”机炮，发射脱壳穿甲弹（APDS）、贫铀小口径贯穿弹、“增强毁灭性弹药”，射速大致在3，000～4，500发/分钟可调，储弹989～1，550发，射程1，500m左右，射速4，500发/min，具有射击精度高的优点。整个系统重5.625t。采用独立的搜索跟踪雷达结合红外前视仪（FLIR），搜索跟踪雷达工作于Ku波段，并采用“死循环多点技术”（closed-loop spotting technology），“死循环多点技术”是雷达技术的突破，它使“密集阵”既能跟踪来袭的目标，也能跟踪发射的炮弹，从而更有效地杀伤来袭目标。

美国雷声公司研制的舰载自卫系统中“海拉姆”（SeaRAM）部件的包括“密集阵”Block 1B近程武器系统（CIWS）和滚动弹体导弹（RAM），使用相同动力源和改进后的CIWS传感器，用11联装RAM导弹取代了M61AI格林炮。扩大了对掠海反舰导弹、飞机和大型水面目标的拦截距离。“海拉姆”导弹是在AIM-9L“响尾蛇”空空导弹基础改进，其全称为RIM-116“滚动弹体导弹”。具有超过20G的末端机动能力。“拉姆”导弹全长2.79m，弹径127mm，发射质量71kg，连杆式战斗部重10kg，引信为触发或近炸式，最大射程9，260m。“海拉姆”采用主动雷达/红外或全程主动雷达制导方式，具有“发射后不用管”的能力。改进型“海拉姆”BLOCK1改用当前最先进的凝视焦平面热成像导引头。能够对付多个来袭目标和超音速飞行、具备末端机动规避能力的反舰导弹。

俄罗斯弹、炮结合的“卡什坦”系统的战斗单元由跟踪雷达、光电系统、制导雷达、2门6管30mm AK-630火炮、8枚SA-N-11防空导弹、发射装置和导弹再装填装置等设备组成。2门30mm AK-630舰炮与8枚SA-N-11导弹安装在同一基座上，两者同时回旋、俯仰，接收同一火控系统的控制信息。其AK-630火炮射速为10，000发/min，射程500-4，000m。SA-N-11防空导弹2具4联装，射程1，500～8，000m，射高5～3，500m，采用雷达与光学制导，备弹弹数32枚。“卡什坦”反应时间为6.5s，最大跟踪距离为8.4千米。

此外，荷兰“守门员”系统（Goalkeeper）、西班牙梅罗卡近防火炮（Meroka）、意大利的“布雷达”40mm防空火炮系统，均用于近程反导。防空火炮主要靠提高射速在来袭导弹弹道上形成密集弹幕，以提高对导弹的毁伤概率，它主要作用范围在近程防御上，如美国“密集阵”射速4，500发/min，射程1，500m左右，或采用弹炮结合、弹箭合一的方式有效拦截导弹，如俄罗斯“卡什坦”系统。

未来近程火炮主要发展特点是①②最大限度地提高火炮射速，通过弹幕拦截，如澳大利亚的“金属风暴”，通过在单个枪管内串联放置多个弹头，通过电子击发连续不断地将弹丸从枪管内“推”出来，从而形成更惊人的弹药发射量，每分钟射速可达数万发，是对传统技术上的重大革命。②采用新型战斗部，新的毁伤机理。近年来，随着新型含能材料的出现和火炸药技术的发展，许多新型炸药用于防空反导武器系统之中。如美国研制成功了的含有CL-20的LX-19、PAX-12、PBXW-16、PAX-11和PAX等新型炸药配方，用于SMAM、SADARM、战斧巡航导弹等先进战斗部。

4 新概念舰载防空反导武器思想

21世纪国外新概念武器反导思想是采用高性能激光武器、电磁炮、粒子束武器、微波武器、动能拦截弹、反导滞空弹、云爆弹等拦截导弹。

舰载激光武器是一种定向能武器，可利用高亮度强激光束携带的巨大能量摧毁敌方导弹。具有速度快、反应迅速、机动灵活、再生能力强、精度高、效费比高、不受电磁干扰等优点。它靠热烧蚀和热爆炸来杀伤目标，是未来发展的趋势。此外，电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器。粒子束武器是将粒子加速到近光速，用磁场聚焦成密集的束流，利用束流的高能及电荷迁移效应会摧毁目标或使之失效。它熔化或破坏目标，而且在命中目标后，还会发生二次磁场作用，对目标进行破坏。微波武器又叫射频武器，也是一种定向能武器。它采用强微波发射机、高增益天线以及其他配套设备，使发射出来的强大的微波会聚在窄波束内，以强大的能量杀伤、破坏目标。

近年来，专家们又提出反导滞空弹的设想，在水面舰队或单舰周围的某一距离上构起一道令反舰导弹不可逾越的空中屏障，确保舰艇的安全。其主要思想是将反导滞空弹发射后，按程序控制其飞行姿态，在舰艇附近预定空域悬浮一定高度和一度时间，形成一道保护水面舰艇的“铜墙铁壁”。它具有毁伤作用可靠、发射方式灵活、造价低廉、可大量装舰、全天候、全空域作战能力的特点，最适于对付掠海反舰导弹的多批次集群式攻击，是一种战术应用前景极为诱人的反导武器。

应用云爆弹也是专家提出的一种新概念。利用云爆弹发射到目标区之后，形成一定高度、厚度和范围的气溶胶云雾，然后再次起爆。由于这种燃料空气炸药爆炸后会产生巨大的冲击波杀伤作用，且又会使炸点周围一定范围内形成缺氧区域而产生窒息作用，因而可使来袭导弹发动机熄火或被摧毁。国外一种新的理念是在导弹弹道上抛洒云爆剂，导弹穿越气团时，尾焰将引爆气团，导弹绝无存活可能。

随着未来科技的发展，新型反导武器必将应用于水面舰艇火力防空系统之中，它结合其他常规武器防空方式，构成新的防御体系，必将带动其他技术领域的发展。

5 未来舰载火控系统发展方向及关键技术

未来舰载火控系统向综合化、标准化、智能化、模块化、数字化、全分布式方向发展，但也存在几个关键技术亟待解决，如仿真建模及虚拟现实技术、多传感器信息融合技术、机动目标跟踪技术、复合控制技术、闭环校正、防御天顶攻击技术、弹炮一体化火控系统等方面研究。随着未来超音速及高超音速反舰导弹的发展，水面舰艇的安全受到日益严重的挑战，各国都在积极发展防空综合火力系统，以美国的“宙斯盾”系统最具有代表性，主要需要发展的技术体现在以下两个方面。

在舰载火控技术方面，采用将传感器与火控解算有机融合，缩短了系统反应时间，如火控雷达、光电火控技术；采用新的火控机理，如目标定位与跟踪的时间序列分析（TSA）原理、识别—滤波—控制（IFC）、非线性/非平衡/自适应算法、交互式模型（IMM）对机动目标预测与跟踪，变结构多模型估计（VSNNE）等技术；解命中弹道方程算法，闭环校射及系统辨识、数据融合、微分对策、模糊控制、人工神经网络等新理论与火控理论的综合应用。研究目标运动假设模型与目标实际运动符合性，尽量减少超假定引起的原理误差，寻找适合高速曲线机动模型和武器拦截方法是火控系统当前亟待解决问题之一。这些关键火控技术的解决再结合当前商用流行技术如软件技术（如军用VxWorks实时操作系统）、网络技术、无线电通信技术、定位技术、电子对抗技术、仿真设计验证技术等，使未来火控系统具备打击各种低空快速小目标的能力（如战术反舰导弹）；在功能和战术性能上充分考虑了各种武器的接口关系，软硬件上实现了通用化、模块化设计，提高火控系统反应时间和武器作战效能。

在火力分配协同作战方面，以C4ISR军事理为指导，论充分利用各种武器的优势，实现远程预警、电子欺骗、远程防空导弹防御、新概念反导武器、近程防空火炮、弹、炮结合、弹、箭合一的综合防御方式，各种武器系统协同作战，信息共享、优化配制，对来袭导弹对能有效地拦截。

作者简介

王金云（1978—），男，陕西宝鸡人，硕士，高级工程师，研究方向：舰载武器系统，火控系统研究。