水面艦艇火力兼容動態決策模型研究＊

（海軍大連艦艇學院導彈系 大連 116018）

1 引言

現代大型水面艦艇必須具備對空作戰、對海作戰、對潛作戰及電子戰等綜合作戰功能，這就要求艦上必須搭載配備多種不同用途的武器系統，以滿足對付不同目標的需要。在這種作戰需求牽引下，現代戰艦上的武器裝備密度達到了空前的程度，這在滿足現代海戰需求的同時，武器系統的射界受到了影響，對自身的安全構成了極大的威脅，全艦武器系統的綜合指揮調度變得越來越復雜、困難。在這種多目標作戰背景下，避免艦載武器同時射擊時存在的危險，充分發揮全艦武器系統的作戰效能，研究火力兼容問題具有重要的意義。

2 火力沖突與火力兼容的概念

火力沖突是指武器使用過程中彈道、飛行航路存在交叉或相近，使發射到空中的導彈、炮彈及起降直升機之間的最小距離小于安全距離，從而影響到武器自身的安全［1］。水面艦艇在使用武器時，通過任務協調和射擊決策來消除各武器射擊時在空域和時域上的相互影響，避免火力沖突，提高全艦武器的綜合作戰能力，稱為水面艦艇的火力兼容。火力兼容需要保證各武器整個飛行彈道與飛行航路之間的最小距離大于安全距離，避免武器間的相互干擾或相互毀傷［2］。

3 火力兼容管理的決策規則

現代艦艇裝備高度密集，作戰功能涵蓋對空、對海、反潛、電子戰，為達成作戰效能，不可避免的存在火力沖突，火力兼容的標準就是避免火力沖突，實現作戰效能的最大化［3］。得出火力兼容決策，首先必須確定火力兼容決策規則。

3.1 目標的威脅程度與武器系統優先級排序規則

對現代水面艦艇構成威脅的目標涵蓋了空中、水面、水下三維空間，根據保存自己、消滅敵人的作戰思想，水面艦艇作戰任務應當按防空、反潛、反艦的順序進行。因此，按照目標的威脅程度由高到低得順序排列，順序依次為：空中、水下、水面。

現代典型水面作戰艦艇主要裝備有如下武器系統，分布如圖1所示。

圖1 典型水面艦艇武器裝備分布圖

針對目標的威脅程度和各武器系統的作戰功用，武器系統按照優先級由高到低的排列，順序依次為：近程防御副炮、電子戰系統、對空導彈武器系統、反潛深彈發射系統、對海導彈武器系統、主炮、直升機。

3.2 火力兼容管理的決策內容

火力兼容根據武器間相互干擾的影響程度、武器優先級和武器使用進程，可將管理決策分為：禁射、禁射避讓、禁射告警。

·禁射：存在火力沖突的兩武器系統，優先級在后且處于射擊準備中的武器將收到禁射命令，禁止射擊。

·禁射避讓：存在火力沖突的兩武器系統，優先級在后且處于射擊過程中的武器將被強制停止射擊給優先級在前的武器讓路。

·禁射告警：存在火力沖突的兩武器系統，優先級在后的武器系統處于射擊過程中，優先級在前的武器系統將收到禁射告警，提醒射擊將存在危險，是否射擊可由指揮員決定。

本艦在遭到攻擊后，當對海導彈在艦艇上的裝載已經影響到載艦和人員的安全時，需緊急拋射對海導彈，為保護本艦安全，因此任何情況下對海導彈收到的火力兼容決策均是禁射告警。

4 動態火力兼容的實現

4.1 分析火力沖突類型

解決火力沖突，實現火力兼容，是通過協調武器射擊的空域和時域來實現［4］。火力兼容要解決武器射擊過程中空域與時域火力沖突的問題，因此，首先考慮空域的影響，兩武器系統之間若不存在空域上的交叉，則不會產生火力沖突，在空域的考慮上要引入武器系統的射界，只有射界存在交叉才會有空域上的火力沖突［5］。通常武器間的火力沖突主要有以下情況［6］：

1）主炮與對空導彈的火力沖突：

優先保證對空導彈發射，必要時控制主炮禁射或禁射避讓。

2）主炮與對海導彈的火力沖突：

優先保證對海導彈發射，必要時控制主炮禁射或禁射避讓。

3）主炮與反潛深彈的火力沖突：

優先保證反潛深彈發射，必要時控制主炮禁射或禁射避讓。

4）近程防御副炮與對海導彈的火力沖突：

優先保證近程防御副炮射擊，必要時對對海導彈禁射告警。

5）對空導彈與對海導彈的火力沖突：

優先保證對空導彈發射，必要時對對海導彈禁射告警。

6）對空導彈與反潛深彈系統的火力沖突：

優先保證對空導彈發射，必要時對反潛深彈禁射或禁射避讓。

7）電子戰系統與對海導彈的火力沖突：

電子戰發射時，必要時對對海導彈發出禁射告警；如果已收到艦艦導彈發射信號，必要時向電子戰發出禁止發射信號，待危險解除后撤銷對電子戰的禁止發射信號。

8）直升機起降過程中與近程防御副炮、對空導彈、電子戰系統的火力沖突：

當作直升機首先處于甲板平面或起降過程時，對危及直升機起降空域的近程防御副炮告警、對空導彈和電子戰系統禁射。

當近程防御副炮、對空導彈、電子戰系統準備射擊在先時，向直升機艦面系統發出禁止起降告警。

4.2 建立火力兼容動態模型

建立火力兼容模型，意義在于通過數學方法量化武器使用過程中的火力沖突程度，找出解決火力兼容問題的途徑，以具體的數值為火力兼容決策提供科學依據［7］。武器系統在安裝后，其射界就已經確定，也就是說空域上的沖突已經確定，因此，需要引入動態的火力兼容模型，當空域存在火力沖突時，通過時域的協調來解決火力沖突實現火力兼容。下面以主炮和對空導彈的射擊過程為例，建立主炮與對空導彈射擊過程中的火力兼容模型［8］：

假設對空導彈的彈道方程與主炮的彈道方程分別為（1）（2）所示：

δd和δp分別是對空導彈和主炮的彈道散布，對空導彈與主炮的彈道與彈道散布示意見圖1，彈炮交會時的最小安全距離為Ds，則火力兼容模型可由式（3）表示：

圖2 對空導彈、主炮彈道與彈道散布示意圖

滿足上述火力兼容模型，則對空導彈與主炮炮彈不存在火力沖突。假設對空導彈發射時刻為零時刻，飛行時間為T，對空導彈與主炮的發射間隔為Δt，則火力兼容模型可簡化為式（4）：

由上式可得出最小距離取決于飛行彈道、發射時間間隔和彈道散布誤差，彈道散布誤差具有統計平均值，最小距離由飛行彈道和發射時間間隔確定，打擊目標確定后，飛行彈道也可以同時確定，最小距離最終由發射間隔Δt確定。因此，火力兼容決策的目的就是要解算存在火力沖突的任意兩武器系統之間的發射間隔，通過控制武器的使用時域避免空域上的火力沖突［9］。

4.3 形成火力兼容決策

水面艦艇受到多目標威脅的可能性突出，在協調武器使用時應預先決策、提前控制，假設在兩目標威脅條件下，同時使用兩種武器抗擊，應根據探測系統獲取的目標信息，求解出武器隨時間變化的動態飛行彈道，在火力兼容管理決策的基礎上，借助于火力兼容動態模型解算，通過時域協調避免空域上的火力沖突，并將火力兼容信息在全艦共享［11］，如圖3所示。

圖3 火力兼容動態決策原理圖

1）為滿足動態火力兼容的實現，火力兼容系統要能夠具備以下功能：

2）實時錄取各武器系統的相關數據及狀態信息，實時處理，自動判斷各武器間的火力沖突，形成火力兼容決策，并在武器射擊后能自動解除火力兼容控制；

3）能夠顯示各種武器系統有關狀態信息及火力兼容設備自身的狀態信息；

4）具有故障報警功能，設備故障時發出報警指示；

5）具有人工干預功能，在人工干預下，設備可全脫機或部分脫機工作，此時不進行火力兼容控制。

5 結語

本文考慮了多目標情況下火力沖突、火力兼容的有關問題，引入了決策規則及禁射、禁射避讓、禁射告警等概念，建立了火力兼容動態模型，對研究火力兼容和火力兼容裝備有一定的借鑒作用。但火力兼容是一個復雜的體系，在文中只考慮了兩種武備存在沖突時的火力兼容，同時對一些條件進行了簡化，主要是從方法上對火力兼容問題進行闡述，對問題的量化、細化有待進一步研究。

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