基于蒙特卡洛仿真的驅護編隊防空隊形配置研究＊

李 濤 柳 林 吳小勇

（1．海軍航空工程學院 煙臺 264001）（2．海軍裝備研究院 北京 100161）

1 引言

艦艇編隊戰斗隊形是隨著武器裝備、艦艇戰斗編成及戰斗行動的發展而不斷變化的［8］。槳船時代和帆船時代初期，為進行接舷戰和撞擊戰，多采用單橫隊、多列橫隊的戰斗隊形。15世紀初，中國明代鄭和船隊還采用了楔形隊形。隨著火炮發展成為帆船艦隊的主要兵器，為發揚火力和便于指揮，產生了艦隊縱列戰斗隊形。1805年的特拉法爾加角海戰中，英國海軍將單縱隊戰斗隊形，變成雙縱隊戰斗隊形，實施穿插分割，擊敗了法國、西班牙聯合艦隊。19世紀末，火炮射程增大，炮彈穿透能力提高，艦艇編隊采用了便于機動和指揮并較為疏開的縱隊戰斗隊形。由于新艦種和魚雷的相繼出現及水雷武器的不斷改進，增加了適應魚雷攻擊、布雷和掃雷等多種戰斗隊形。第一次世界大戰時期，由于潛艇的使用，在編隊戰斗隊形中開始包括防潛警戒幕。第二次世界大戰時期，航空母艦編隊采用半環形或環形戰斗隊形。

以往的編隊防空隊形主要考慮對飛機攜帶常規炸彈進行轟炸時的防御要求進行論證的?，F代條件下。水面艦艇編隊面對不斷增大的反艦導彈的威脅，對反艦導彈的防御問題成為編隊防御中的重點與難點，而隨著水面艦艇裝備的不斷發展，由新型驅護艦組成的水面艦艇編隊，在對空防御武器裝備方面有了長足的發展［9～10］，這一變化，為驅護編隊防空隊形配置提出了新的要求［1，4］。本文主要針對的是驅護編隊對反艦彈的防御問題，根據新型驅護編隊和現代防空作戰的特點，利用驅護編隊各種仿真模型建立了支持大樣本蒙特卡洛隨機仿真實驗的驅護編隊防空作戰效能仿真評估系統，基于該系統對不同隊形和艦間間距的驅護編隊防空作戰進行了大樣本仿真實驗與效能評估。通過對仿真結果的分析，得出了驅護編隊防空作戰中比較優化的防空隊形和艦間間距。

2 驅護編隊防空的作戰想定空間

2．1 驅護編隊兵力組成

驅護編隊由四艘水面艦艇組成，其中艦艇（1）是驅逐艦，有很強的防空能力，裝載遠程防空導彈；艦艇（2）是護衛艦，裝載中程防空導彈；艦艇（3）、艦艇（4）是護衛艦，只有點防御能力；四艘水面艦艇都有各自艦炮和密集陣系統。

2．2 空襲驅護編隊兵力

第1突擊群：由兩艘潛艇組成，各發射兩枚潛射反艦導彈；

第2突擊群：由機場起飛的兩架殲轟機機組成，到達發射陣位時各發射兩枚機載反艦導彈；

第3突擊群：由機場起飛的兩架殲轟機機組成，到達發射陣位時各發射兩枚機載反艦導彈；

預備突擊群：四架戰斗機作為預備兵力，聽令實施補充突擊。

2．3 作戰想定空間

圖1 單橫隊、單縱隊、人字形和菱形隊隊形的驅護編隊的防空過程

針對以上兵力組成，采用探索性分析方法［5，7］，通過改變驅護編隊的隊形和艦間間距共制定了15個不同的想定，它們分別是艦間間距為20鏈和10鏈時的單橫隊、單縱隊、菱形隊、人字形、方位隊隊形的驅護編隊和艦間間距是15鏈、25鏈、30鏈、35鏈和40鏈時菱形隊的驅護編隊，其中圖1所示為艦間間距為20鏈時幾種典型的驅護編隊隊形。

3 驅護編隊防空仿真系統模型

在仿真評估系統中，與驅護編隊防空作戰效能仿真評估相關的仿真模型主要包括以下五類：導彈模型、飛機模型、水面艦艇模型、潛艇模型和指揮所模型，如圖2所示。關于仿真系統和模型的具體介紹詳見文獻［2～3，6］。

圖2 驅護編隊防空仿真系統模型

4 驅護編隊防空作戰效能評估指標體系

評估指標體系的構建是針對驅護編隊防空作戰效能評估這一研究目標，采用自頂向下、逐層分解的方法將評估總目標逐層進行分解，直到指標體系的葉節點能夠通過仿真實驗數據的統計處理進行描述。

本文的評估總目標是驅護編隊防空作戰效能，該目標可以通過對來襲飛機的攔截概率、對來襲導彈的攔截概率，以及驅護編隊內各艘艦艇的完好程度三個方面來描述。由于想定空間內不同的作戰想定所使用的突擊兵力和反艦導彈不盡相同，因此盡管所有作戰想定的指標體系結構是統一的，但各個指標之間的權重分配還是存在一定的差異。本文想定的各個指標之間的權重分配如圖3所示。

圖3 驅護編隊防空作戰效能評估指標體系

5 仿真結果與分析

對想定空間制定的15個想定分別進行500次隨機仿真實驗，產生的某驅護編隊防空效能評估結果如表1所示。

想定空間中不同的防空隊形和艦間間距之間對應的驅護編隊防空作戰效能、導彈攔截概率、艦艇完好度和艦艇（1）完好度對比曲線如圖3、圖4所示。

表1 驅護編隊防空作戰效能評估結果表

圖4 驅護編隊防空作戰效能對比圖（不同隊形）

圖5 驅護編隊防空作戰效能對比圖（不同的艦間間距）

1）由圖4可以看出菱形隊、人字形和方位隊的驅護編隊防空效能大于單橫隊和單縱隊的防空效能。

原因分析：編隊防空隊形是驅護編隊在組織對空防御作戰時各艦艇按照戰術要求展開所形成的二維平面形狀。單橫隊和單縱隊的驅護編隊展開后形成的二維平面形狀成線性，攔截縱深小，各艦艇之間相互協防能力差，機動規避能力相對較差，因此防空效能較低。菱形隊、人字形和方位隊形的驅護編隊展開后形成的二維平面形狀成方形，攔截縱深大，平均攔截次數多，各艦艇之間相互協防能力強，機動規避能力相對較好，因此防空效能較高。

2）由圖4可以看出不同隊形的驅護編隊中的各個艦艇（以艦艇（1）為例）的完好度也有很大差別，單橫隊、單縱隊和方位隊的艦艇（1）完好度明顯低于菱形隊和人字形隊中艦艇（1）的完好度。

原因分析：單橫隊、單縱隊和方位隊中艦艇（1）的位置處于整個編隊的最外側，面向導彈來襲方向，最先受到來襲導彈的威脅，所以艦艇（1）的完好度較低。人字形和菱形隊中艦艇（1）位置處于整個編隊的內部，受導彈威脅較低，完好度較高。

3）由圖5可以看出不同的艦間間距的驅護編隊的防空效能有著明顯的差別，艦間間距在10鏈～25鏈時，驅護編隊的防空效能比較大，當驅護編隊的艦間間距大于30鏈時，其防空效能較低，并收斂與某個固定值。

原因分析：當來襲目標為反艦導彈時，驅護編隊中“中近程”導彈武器系統對其它艦的掩護能力與艦間間距的大小有關。隨著艦間間距的增大，對各個方向的來襲目標，平均抗擊次數逐漸減小。當艦間間距小于20鏈時抗擊次數變化不大，之后抗擊次數下降顯著。當艦間間距大于25鏈時平均抗擊次數下降到兩次以下，當艦間間距大于30鏈時由于部分扇面進入的目標的航路捷徑大于最大航路捷徑，因而對被掩護艦的保護能力急劇下降。

4）由圖5可以看出隨著艦間間距的增大，水面艦艇（以艦艇（1）為例）的完好度逐漸降低。艦間間距在10鏈～20 鏈時，艦艇（1）的完好度下降不明顯，當艦間間距在25鏈～40鏈時，艦艇（1）的完好度隨著艦間間距的增大而急劇下降。

原因分析：隨著艦間間距的增大，“中近程”防空武器系統對該類目標的平均抗擊次數逐漸減小，編隊防空效能逐步降低，各個艦艇受到反艦導彈的威脅度增大，其完好度隨著艦間間距的增大而逐步減少。由于來襲導彈主要是攻擊艦艇（1），隨著艦間間距的增大，各個艦艇之間的距離逐步增大，導彈導引雷達搜索扇面中的水面艦艇減少，艦艇（1）被導彈鎖定的概率逐步增大，其完好度隨著艦間間距的增大而逐步減少。

6 結語

1）防空縱深大的驅護編隊比防空縱深小的驅護編隊防空效能好

水面艦艇防空隊形要有利于發揮各艦艇防空火力，防止相互干擾、誤傷，不妨礙規避機動。在現代戰爭條件下，新型驅護艦編隊防空隊形的配置應根據戰場情況靈活設置。單橫隊和單縱隊由于防空縱深小，相互協防能力差，不適應驅護編隊防空的要求，方位隊、人字形和菱形隊可以增加驅護編隊的防空縱深，提高對反艦導彈的攔截次數，明顯提高水面艦艇編隊的防空效能。

2）驅護編隊的艦間間距在15鏈～25鏈時防空效能較高

由圖5可知，在隊形是菱形隊的作戰想定中，當艦間間距為15鏈時，驅護編隊作戰效能最高，當艦間間距大于25鏈時，驅護編隊的作戰效能較低。攜帶中遠程防空導彈的艦艇編隊可以適當增加艦間間距，有利于編隊制空和制海范圍的擴大。

3）隊形只是一種外在的形式，組成隊形是為了充分發揚編隊的火力，機動要貫穿于防御作戰的始終。通過正確的兵力機動形成密切的火力協同，達成有效的對空防御。

不同艦艇編隊在不同類型的戰斗中，采用不同的戰斗隊形。通常依據敵情、任務、海區情況、艦艇數量和艦艇武器裝備等確定。

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