航母編隊防空作戰區戰術決策模型研究*

孫衛東　王　勃,2

(1.海軍大連艦艇學院作戰軟件與仿真研究所　大連　116018)(2.92819部隊　大連　116018)

SUN Weidong1　WANG Bo1,2

(1. Operation Software and Simulation Institute, Dalian Naval Academy, Dalian　116018) (2. No. 92819 Troops of PLA, Dalian　116018)

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航母編隊防空作戰區戰術決策模型研究*

孫衛東1王勃1,2

(1.海軍大連艦艇學院作戰軟件與仿真研究所大連116018)(2.92819部隊大連116018)

在分析航母編隊防空主要作戰行動方法的基礎上,采用迭代遞推的方法,由內到外依次給出航母編隊近程防空區、中程防空區、交叉區、遠程防空區和遠程預警區的戰術決策模型,并進行模型有效性驗證。從原理上給出編隊防空區域劃分的方法,為航母編隊防空兵力部署和火力配置等指揮決策提供重要依據。

航母編隊; 防空作戰區; 戰術決策模型

SUN Weidong1WANG Bo1,2

(1. Operation Software and Simulation Institute, Dalian Naval Academy, Dalian116018) (2. No. 92819 Troops of PLA, Dalian116018)

Class NumberE843

1　引言

航母編隊防空作戰通常采取艦空組合、遠近結合的方式,構成以航母為核心的大縱深、多層次的對空防御火力體系。該火力體系由近及遠可以劃分近程防空區、中程防空區、交叉區、遠程防空區與遠程預警區等防空作戰區[1～2]。

防空作戰區劃分是航母編隊防空作戰指揮的重要內容,防空作戰區戰術決策模型是用來劃分防空作戰區的數學算法和戰術規則的集合,模型的有效性直接決定了航母編隊防空作戰指揮的合理性。考慮到指控系統計算機設備的運算時效性和指揮決策論斷的唯一性、確定性要求,防空作戰區戰術決策模型應在與防空作戰戰法及武器裝備作戰使用方法保持高度一致的基礎上,采用明確的決策規則、無二義性的決策邏輯和簡練的運算方法,盡量回避計算量龐大、有一定隨機性的智能或優化算法。

2　末端防空作戰與近程防空區

近程防空區是航母末端防空作戰的區域。航母在使用本艦防空武器攔截空中目標時,在武器射擊方向一定范圍內有可能誤傷己方艦艇。因此,在部署區域防空群艦艇時,應首先保證己方艦艇不在本艦末端艦空導彈的射擊禁區危險區內。區域防空群艦艇部署示意圖如圖1所示,某型艦空導彈的射擊禁區、危險區如圖2所示。

圖1　區域防空群艦艇部署示意圖

圖2　某型艦空導彈的射擊禁區危險區示意圖

導彈射擊危險區遠界距離通常大于射擊禁區的最遠界,可將導彈射擊危險區遠界Rwy作為航母末端防空作戰的最遠距離,只要目標進入這個范圍,航母本艦即可進行武器射擊。區域防空群艦艇不應部署在這個區域范圍內,若區域防空群艦艇距離航母的距離Rqy,則可確定近程防空火力區的模型，見表1。

表1　近程防空區模型

3　區域防空作戰與中程防空區及交叉區

在中程防空火力區,由區域防空群艦艇對突破遠程防空火力區的飛機目標以及已發射的反艦導彈實施攔截。通常,編隊應能隨時得到外圍巡邏戰斗機的偵察保障與火力掩護,但受艦載機數量、出動強度及氣象等因素的影響限制,艦載機不能保障全時升空[3]。

因此防空哨艦的部署應立足在沒有空中飛機的信息與火力支援情況下,能夠自行發現目標,并通報指揮所;艦載機起飛迎敵后,向艦載機提供目標指示信息,引導艦載機對空中目標進行攔截[4]。防空哨艦的部署示意圖如圖3所示。

圖3　防空哨艦部署示意圖

圖中,Rzfy為編隊中程防空區(區域防空群導彈攔截區)遠界,Rsj為防空哨艦的前出距離,Dsjr為防空哨艦警戒雷達對目標的最遠發現距離,Dkk為艦載機空空導彈的發射區遠界,Vo為艦載機飛行速度,Vt為來襲飛機飛行速度,t1為艦載機集結完畢進入戰斗航向到飛離艦空導彈攔截區遠界的飛行時間,t2為防空哨艦發現目標到目標到達艦載機空空導彈發射遠界的時間。

中程防空區的范圍,即為區域防空群艦空導彈攔截區以內的范圍。應能保證防空哨艦及時發現目標,并引導甲板待戰飛機起飛攔截;保證艦載機在艦空導彈攔截區外至少對來襲目標完成一次超視距攔截[5]。因此,中程防空區模型如表2所示。

表2　中程防空區模型

表3　交叉區模型

交叉區是為防止誤傷追擊己方艦載機,在遠程防空區和中程防空區之間設置的目標識別區。防空哨艦的預警、引導與識別功能均在交叉區內實現,因此防空哨艦的最遠發現距離線即為交叉區的遠界[6]。若設定交叉區的縱深為Δj,用Δt表示哨艦發現目標后,報告指揮所、指揮所向航空兵下達命令、艦載機戰斗等級轉換、起飛、空中集結的時間總和,則可得到交叉區的模型。

若在交叉區近界Rjcj與區域防空群導彈攔截區Rzfy之間的距離較大,則可增加配置多層(2～3層)區域防空艦。

4　艦載機空戰與遠程防空區

在遠程防空區,由艦載機對來襲的飛機目標實施攔截。艦載機空中巡邏的空域位置應適當前伸,爭取盡早發現來襲敵機,以有利于指揮員根據巡邏兵力提供的敵情,組織后續兵力截擊敵機[7～8]。當巡邏空域難以前伸過遠時,空域與航母的距離至少應保證空中巡邏的艦載機在敵機進入中程防空火力區(交叉區)之前,有對敵機進行一次超視距攔截的縱深。艦載機巡邏空域的配置示意圖如圖4所示。

圖4　艦載機巡邏空域配置示意圖

根據艦載機巡邏空域的配置情況,可以確定遠程防空火力區的空間范圍。遠程防空區的劃分模型如表4所示。

表4　遠程防空區模型

其中,α為編隊威脅扇面角。不同巡邏空域間隔取1.5倍的雷達發現距離,以保證飛行安全,并使各相鄰空域的搜索區有一定重疊,不致造成警戒間隙。

5　預警機的使用與遠程預警區

在遠程防空區外圍設置遠程預警區,由預警機負責在外圍探測敵方導彈發射平臺及遠程反艦巡航導彈等目標[9]。預警機巡邏陣位盡量前伸,力爭在最遠距離發現目標;同時還應使預警機處于航母編隊的掩護范圍內,至少保證在敵機對預警機發起攻擊前艦載機能對其完成一次超視距攔截[10～11]。預警機的部署方法如圖5所示。

圖5　預警機部署示意圖

模型名稱模型要素模型內容遠程預警區預警機前出陣位RyjVt×t6+Dkk=Dyjrt7=t6-ΔtRyj=Vo×t7預警區近界RyfjRxl=Ryfy-Dxlr-Dxlw/2預警區遠界RyyyRyyy=Ryj+Dyjr巡邏線長度Ryjlβ=arcsin{[Ryyy-Ryj/cos(α/2)]×sin(α/2+π/2)/Dyjr}γ=π/2-α/2-βAB=Dyjr×sinγ/sin(α/2+π/2)Ryjl=2×[Ryj×tan(α/2)-AB]

注:在ΔABC中,通過解三角函數求得角β、γ的大小和線段AB的長度。

圖中,Ryj為預警機的前出陣位,Ryjl為預警機橫向巡邏線的長度,Dyjr為預警機雷達的最遠警戒距離,t6為從預警機發現目標到巡邏艦載機對目標實施第一次超視距攔截的時間,t7為艦載機機從轉入戰斗航向開始到對敵實施第一次超視距攔截的時間,Ryyy為遠程預警區的遠界,其它變量的含義同圖3及圖4。

6　模型的有效性驗證

通過對航母編隊防空作戰區戰術決策模型的分析不難看出,航母編隊所屬武器裝備的性能,直接決定了防空區域的大小及區域內兵力的部署。現以美國海軍及其主要作戰對手在某歷史時期的武器裝備狀況為例,如表6,分析美航母編隊防空作戰區域劃分的方法,以驗證防空區戰術決策模型的有效性。

將上述參數代入防空作戰區模型,可計算得到美航母編隊各防空作戰區的具體參數,將部分計算值與該時期美航母編隊防空作戰區實際使用值比對如表7所示。

表6　美航母編隊及其作戰對象相關作戰參數

表7　防空作戰區部分計算值與實際值比對

通過比對可見,計算值與實際值基本吻合,說明所建防空作戰區戰術決策模型有效可信。

7　結語

在分析航母編隊防空作戰的主要行動和戰法的基礎上,采用迭代遞推的方法,由內到外依次給出防空哨艦、艦載戰斗機與預警機的部署方法以及航母編隊近程防空區、中程防空區、交叉區、遠程防空區和遠程預警區的戰術決策模型,并進行了模型有效性驗證。模型的決策邏輯清晰、決策規則明確、算法簡練,可為航母編隊的防空兵力部署和火力配置等提供指揮決策依據。

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Tactics-decision Model about Formation Antiaircraft of Aircraft Carrier*

In the analysis of the major combat operations method about aircraft carrier formation air defense, the tactical decision model is given about short-range air defense zone, medium range air defense zone, cross area, remote area air defense warning and remote areas for the aircraft carrier formation from the inside to the outside in turn, based on using iterative method. And the validity of the model is verified. The method about how to divide the formation air defense area is given by principle. Then an important basis is provided for command decision-making of air defense forces and firepower allocation for aircraft carrier formation.

aircraft carrier formation, air defense area, tactics-decision model

2015年2月7日,

2015年3月18日

中國博士后科學基金項目(編號:2014M562557)資助。

孫衛東,男,博士,助理研究員,研究方向:海軍戰術與作戰仿真。王勃,男,博士后,工程師,研究方向:系統工程與作戰仿真。

E843

10.3969/j.issn.1672-9730.2016.08.013