區域防御體系的配系和部署研究

畢開波，董受全，楊興寶

(海軍大連艦艇學院 導彈系，遼寧 大連　116018)

?

區域防御體系的配系和部署研究

畢開波，董受全，楊興寶

(海軍大連艦艇學院 導彈系，遼寧 大連116018)

針對區域防御中體系配系和部署構建的困擾難題，在設定的攻擊方和防御方對抗案例的基礎上，構建了2種區域防御體系。按設定的區域防御關鍵性能指標要求，根據不同的作戰想定對這2種防御體系配系進行了計算和分析對比，得出2種防御體系在不同作戰想定下的防御體系的配系和部署。為構建區域防御體系配系和部署提供了一種量化方法，對區域防御作戰使用具有實際指導意義。

區域防御；體系配系；威脅分析；作戰想定；防御體系；交戰規則

0　引　言

區域防御是指防衛和保護的一個特定的地理區域，如某個國家或地區，一個或多個戰區，或海上某特定作戰方向或作戰區域。區域防御是目前防御作戰發展的重要方向[1-5]，而重點是構建區域防御體系。針對防御體系和評估，很多文獻進行了深入分析研究[6-15]，由于這些研究相對理論性比較強，對部隊作戰使用指導作用不夠強。本文構建2種區域防御體系，并根據不同的作戰想定對防御體系配系分別進行計算和分析對比，從而提供給部隊防御體系在不同作戰想定下的防御體系配系和部署方法。

1　威脅分析和作戰想定

在選定的防御區域中，防御方需要考慮來自攻擊方的各種威脅，并對威脅想定進行研究。

1.1作戰想定

在構建防御體系時，必須考慮下列信息：進攻方的范圍；進攻方的意圖；戰爭可能持續的時間和進攻方導彈發射時間的分布；進攻方的作戰原則；威脅大小和彈頭類型；進攻方對攔截威脅的實時適應能力和潛力；在反導攔截的情況下，進攻方武器系統的可使用性和戰斗力消耗情況；已知或估計的進攻方導彈存量等技術參數。對決策者來說，真實的情況往往是知之不多的，因此作戰指揮官應研究和分析各種戰場情報，盡早地對戰爭研究不同想定。

最壞情況的想定(想定1)：假定只有關于進攻方作戰指令的最差情報評估，進攻方作戰指令既包括其導彈數量，也包括進攻方可用發射器數量。因為不知道任何關于進攻方意圖信息，所以認為每一個來襲導彈對于每一個在其攻擊范圍內的目標都能構成威脅。

最可能的想定(想定2)：假設知道有關進攻方意圖的一些信息，這就產生了若干相對于最壞想定的一些衰減因素。例如：①假定進攻方對于不同的目標(DA)賦予特定的權重，就排除了所有能夠到達某特定目標的攻擊武器都會向其開火的假設；②進攻方在整個戰爭期間會通盤考慮武器及導彈的使用，將會限制在齊射時使用攻擊導彈的數量。③如果防御方可能使用反制武器來回應進攻方導彈的攻擊，則可能減弱和抑制進攻方導彈發射者的攻擊能力。

產生一個想定集合(想定3)：使用若干假設，并從最壞的假設開始，作出若干程度逐漸減弱的假設；或從最可能的想定開始，作出若干逐步減弱的、或者逐步嚴重的關于想定假設的集合。

1.2舉例分析

假設攻擊方為A；防御方為D。攻擊方A具有兩者類型的攻擊系統，分別為短程攻擊武器和中程攻擊武器，這里分別表示為SR和MR，分別部署在4個發射區域，如圖1所示。該區域內有6處目標(用DA表示)需要防御。需保護的這些目標分布在整個防御區域的不同位置。有些是大的區域(如DA1，DA2,DA4)，而有些是小的軍事目標(如DA3,DA5,DA6)。設防御方要保衛目標的指標如表1所示。

圖1　攻擊方及防御方的態勢圖Fig.1　Situation map of attack and defense sides

表1　區域防御指標

Table 1　Area defense index

要防護的目標(DA)有效攔截能力(DL)(%)允許的泄漏率(LR)(%)DA197.52.5DA2,DA4991DA3,DA5,DA68515

為了達到所要求的防御要求的各種指標，防御方必須經過科學規劃、統籌設計，才能建立科學合理的防御體系。現舉例子如下：設防御方使用武器系統針對某一種導彈威脅進行防御，要保護的目標是單一的。漏截率(LR)與發射攔截器的數量n由下式給出：LR=(1-Pk)n。其中，Pk是攔截器的單發殺傷概率。因此，如果知道了武器系統的單發殺傷概率Pk，并給出了漏截率LR，則由此式可以確定發射的攔截器數量。如果進攻方有m個導彈攻擊，就可以計算出需要nm個攔截器投入戰斗。

假設每個發射區域有5個發射器，每個發射區域每天的發射次數不超過2次。考慮一個2天的戰斗情況，首先估計在這2天的戰斗中，對準防御方D的導彈數量。假定攻擊方有4個各帶有5個發射器的發射場。

最壞的飽和想定：與想定1相對應，即在最壞的飽和想定(也就是所有的發射點同時發射)下，攻方一次可發射20枚導彈。考慮到每個發射點每天能發射2次，最壞的情況是一天發射40枚導彈，這樣在2天中攻方總共能發射80枚導彈。

最可能的想定：與想定2相對應，作出減弱的假設，即防御方的防御力量能夠及時對攻擊方的發射地點作出反應，并在第2天之前，使攻方的發射能力減弱20%。這種想定下，第2天只有32枚導彈攻擊能力，因此2天總共能發射72枚導彈。

想定集合：與想定3相對應，在“最可能”和“最壞”想定之間建立另外2種攻擊逐漸減弱的想定，其減弱的速率分別為10%和5%(當然，“最壞”情況下對方的攻擊能力不減弱)。

2　區域防御的體系構建

通過選擇合適的防空導彈武器系統來建立區域防御。假設有2種防空導彈武器系統可供選擇：

第1種武器系統記為“系統1”，是一個區域防御(較高層和較大覆蓋區的)系統。假設系統1每個發射器帶有4枚導彈。圖2描述了系統1具有代表性的部署情況。在圖2中實線表示第1層的防御覆蓋區，而虛線表示第2層防御覆蓋區。這種部署要求所有需要保護的目標DA都處于第1層防御區內，并且除了DA5和DA6以外，其余的DA都位于兩層防御區內部；整個防御系統由3個部署點構成，這3個部署點分別對應系統1的3個火力單元。

圖2　系統1部署Fig.2　Deployment of System 1

第2種武器系統記為“系統2”，為點防御系統，只有單層防御能力，如圖3所示。

如果使用第2種武器系統保護所有的DA，則需要部署4個發射器。假設系統2的發射器帶有6枚導彈。上述2種防御系統對不同目標的單發殺傷概率由表2給出。為簡化起見，假設在整個攔截過程中，每個系統的單發殺傷概率Pk為常數，并且在第1層和第2層中Pk也保持相同。要強調的是，點防御系統(系統2)對攔截速度較高的、距離較遠的來襲導彈(即中程：MR)效果較差，因此對應的單發殺傷概率Pk較低。

圖3　系統2部署Fig.3　Deployment of System 2

表2　區域防御系統的單發殺傷概率Pk

Table 2　Single kill probability of area defense system Pk

區域防御系統的單發殺傷概率來襲目標短程來襲導彈(SR)中程來襲導彈(MR)系統10.850.85系統20.850.80

3　防御體系配系分析

確定區域防御體系配系的總原則是：確定在某一給定時間、針對某一特定威脅、滿足特定性能要求的裝備集合。

3.1基于系統1的單系統防御體系配系

構建體系配系的第1步是針對每一種威脅，給每個被保護目標DA確定其交戰規則(rules of engagement,ROE)。

(1) 確定交戰規則的基本方法

從表1中查出要求的攔截能力DL，將其與表2中系統1對目標DA的單發殺傷概率相比較，若Pk≥DL，則單層攔截可以滿足攔截要求，否則需要兩層攔截(注意，這里所說的兩層攔截只是區域防御系統1對目標的兩層攔截，不是指系統1和系統2混合后實現的兩層攔截)。

從表1和表2可知，在單層防御中，使用一個攔截器足以保護DA3,DA4,DA5(因為表2中系統1的單發殺傷概率0.85大于等于DA3，DA4,DA5要求的攔截能力85%)。

對于目標DA1，DA2,DA4，由于要求的攔截能力(97.5%和99%)大于系統1的單發殺傷概率(0.85)，因此需要兩層防御才能滿足要求的攔截水平。每層攔截需要的攔截器數量用下式進行計算。LR=(1-Pk1)n1(1-Pk2)n2，式中，各參數的含義與前面的含義一樣 。使用此式進行計算，能很容易地確定：在第1層發射一個攔截器和在第2層發射一個攔截器的交戰規則(ROE)，就足夠滿足保護DA1的要求，而要保護DA2和DA4，則需要在第2層中有2個攔截器。

上述結果匯總后如表3。顯然該結果滿足了表1制定的防御要求。

表3　系統1的交戰規則(ROE)

(2) 針對最壞想定下系統1的防御體系配系

首先確定飽和攻擊想定中所需要攔截器數量。假定，在一次飽和攻擊中，多枚來襲導彈或多或少地會同時到達它們的目的地時，對攔截方來講，它沒有重復裝填能力，因此不考慮重新裝填時間。對圖2進行修改后繪成圖4所示，進行如下3次計算。

圖4　系統1對發射器和攔截器需要量的計算Fig.4　Calculation of transmitter and interceptor 　　　needed by System 1

計算1：火-Ⅰ單元防御DA1。

參見圖4，火力單元Ⅰ(下面簡稱火-Ⅰ，以此類推)在2個防御層中對于DA1提供了防御，并且也可能在第1層中對DA2提供防御。為做到這一點，需要20個攔截器(在最壞情況下飽和密集攻擊是20個來襲導彈，由火-Ⅰ所防御的2個目標中的每一個都可能遭遇全部來襲導彈的攻擊)。火-Ⅰ也需要對DA1提供第2層的防御(這里不考慮對DA2的第2層防御，而是將其放到火-Ⅱ的計算3中去考慮)。如果有20個來襲導彈對準DA1，因為平均的單發殺傷概率為0.85，其中有3個將透過第1層防御。針對DA1防御的交戰規則(ROE)要求：在第2層防御中，每個來襲導彈須有一個攔截器，因此需要額外增加3個攔截器，這樣總的就需要23個攔截器。系統1的每個發射器攜帶有4個攔截器，因此在火-Ⅰ上就需要配備6個發射器。

計算2：火-Ⅲ對DA3，DA4,DA5，DA6提供單層防御，同時對DA4提供第2層防御。

該火力單元可能對DA3，DA4，DA5和DA6提供第1層防御，并對DA3和DA4提供第2層防御。同樣每目標DA都可能遭遇到全部20個來襲導彈的飽和攻擊。針對第1層防御，該火力單元需要20個攔截器。在火-Ⅲ的覆蓋區中，唯一需要第2層防御的目標是DA4(這是由表3得出的結果)。如果全部來襲導彈都攻擊DA4，則穿透火-Ⅲ第1層防御的數量還是3個。對DA4而言，在第2層防御中，表3規定防御DA4時針對每個來襲導彈需要2個攔截器，這就需要增加6個額外的攔截器，從而(針對DA3，DA4，DA5，DA6的單層防御，及DA4的第2層防御)共需要26個攔截器和7個發射器。

計算3：火-Ⅱ僅對DA2提供第2層防御。

該火力單元對于DA2和DA4提供第1層防御。但是，這2個目標分別已經被火-Ⅰ，火-Ⅲ所覆蓋，因此不需要再重新計算。現在將DA2的第2層防御放到火-Ⅱ中去考慮，因此，火-Ⅱ唯一要求的額外攔截器是DA2第2層防御所需要的攔截器。因為表3中DA2和DA4要求的所有參數相同，這就意味著：(僅對DA2的第2層防御而言)，需要6個攔截器和Int(6/4)=2發射器。

綜上所述，對系統1構成的單系統防御體系配系共需要6+7+2=15個發射器，計算結果見表4。為了對抗飽和攻擊，需要23+26+6=55個攔截器。針對最壞想定，2天中每天有2次保護攻擊，因此就需要攔截器的總數為：55×4=220個攔截器。

表4　系統1對于最壞想定防御體系配系

在海上區域防御時，必須考慮最壞的可能，同時必須考慮可能遭受攻擊的次數、強度、防御的總時間，從總體上對區域防御所需的兵力兵器進行優化計算。不能僅以一個編隊、一個對抗回合來計算區域防御所需要的防空艦艇和防空武器的總量。

(3) 針對最可能想定下系統1防御體系配系

以相同的方法來討論最可能想定的防御體系配系。計算結果匯總如表5左半部分所示。

表5　系統1對于最可能想定防御體系配系

根據匯總表，對于飽和攻擊總體上需要15個發射器，54個攔截器。顯然，這些數據與最壞想定下的結果幾乎是相同的，這是因為飽和攻擊的總量沒有發生變化。

在計算所需要的總攔截器的數量中，應該考慮在這種想定前提下，第2天進攻方的攻擊能力下降20%。于是，對于第1天(對付2次攻擊)需要108個攔截器，然而對于第2天僅需要87個攔截器，這樣就求得總的需要195個攔截器。注意， 盡管理論

計算需要195個攔截器，而實際上需要在2個火力單元間分配，故實際選擇196個攔截器。

3.2基于系統2的單系統體系配系

(1) 確定交戰規則的基本方法

現在可以推導由系統2針對每個目標DA所執行防御的交戰規則(ROE)。在推導過程中，需要注意如下2點：首先明確一個前提，即系統2是點防御系統，僅在單層上進行防御，每個攔截所需要的攔截器的個數可以直接用LR=(1-Pk)n求出。 其次，系統2對于短程和中程來襲目標的單發殺傷概率不相同，這一事實意味著對于這2種不同情況，需要有不同的交戰規則。考慮所有這些因素，能夠獲得如表6描述的交戰規則。

表6　系統2的交戰規則

表6中的每個單元包含了在某一特定條件下所要求的攔截器的數量。注意：因為在各火力單元之間沒有重疊區，基于系統2的防御體系配系將比系統1的簡單。

(2) 針對最壞想定下系統2的防御體系配系

為了計算系統2的防御體系配系，按系統1中用的方法進行求解。計算如圖5所示。匯總上述計算結果，由此獲得總共37個發射器和220個攔截器來對抗飽和攻擊的情況，如表7的左半部分所示。

圖5　系統2對發射器和攔截器需要量的計算Fig.5　Calculation of transmitter and the interceptor needed by System 2

表7　系統2對于最壞想定防御體系配系

Table 7　Defense system allocation for the worst case scenario by System 2

火力單元保護目標1次飽和攻擊2天(中程、短程)導彈混合攻擊攔截器數目發射器數目攔截器數目發射器數目火-ⅠDA16010火-ⅡDA26010火-ⅢDA3DA46010火-ⅣDA5DA6407混合考慮混合考慮合計2203780037

在2天的全部攻擊中，假設進攻方共發射了80枚來襲導彈，其中40個為MR(中程)來襲導彈。由于另外40個SR(短程)來襲導彈對DA的攻擊所需的攔截器較少，所以，如果每個DA必須在混合威脅情況下得到防御保護，2天就需要總數為800個攔截器。

(3) 針對最可能想定下系統2防御體系配系

利用上述相同的方法分析最可能想定時，防御體系配系可能會有一些明顯的變化。考慮到第2天進攻方來襲導彈的攻擊力量有20%的下降，從而可以得到如表8所給出的關于2天作戰的防御體系配系。

表8　系統2對于最可能想定防御體系配系

方便比較將上述4個表合起來，形成表9所示。

由表9可看出，區域防御所要求的體系配系的大小(220個攔截器， 15個發射器)與點防御所要求的配系大小是顯著不同的。這主要是因為對于區域防御系統中，各火力單元防御范圍有重疊的情況發生，這種重疊允許將目標分組并因此對于每個來襲導彈的防御需要更少的時間。形成這一差別的因素還包括系統1具有“射擊-觀效-再射擊”作戰模式。對點防御系統來說，因沒有火力單元間的重疊，從而導致進攻方齊射攻擊時，防御系統內部分配變化對其防御性能影響很敏感。因此，在海上防御時編隊指揮要格外重視對近程和末端防空武器分配。

表9　計算結果總比較表

4　結束語

針對區域防御中的理論困擾難題，在假定攻擊方和防御方對抗的典型案例和防御指標的基礎上，構建區域防御體系和點防御體系，根據不同的作戰想定，對這2種防御體系配系進行了計算和分析，得出2種防御體系在不同作戰想定下的防御體系配系，通過比較得出2種防御體系配系的優缺點。本文為構建區域防御體系配系和部署提供了一種計算方法。對適應海軍戰略轉型，滿足遠海防衛作戰需要，加快海軍區域防御作戰力量建設，完善區域防御理論都具有重要意義。

[1]畢開波，楊興寶，陸永紅，等.導彈武器及其制導技術[M].北京：國防工業出版社,2013.

BI Kai-bo,YANG Xing-bao,LU Yong-hong,et al.Missile Weapon and Guidance Technology[M].Beijing:National Defense Industry Press,2013.

[2]宋海凌， 吳新宏. 國外艦載防空體系與武器發展趨勢[J]. 現代防御技術, 2011, 39(1):33-37.

SONG Hai-ling，WU Xin-hong. Development Trend of Shipborne Defense Weapon and Architecture in Abroad [J]. Modern Defence Technology, 2011, 39(1):33-37.

[3]胡寶潔， 徐忠富， 范江濤，等. 美軍末段高空區域防御系統現狀和發展趨勢[J]. 現代防御技術, 2015, 43(2):6-10.

HU Bao-jie， XU Zhong-fu， FAN Jiang-tao，et al. Progress and Prospect of the U． S． Terminal High-Altitude Area Defense System [J]. Modern Defence Technology, 2015, 43(2):6-10.

[4]陳士濤，楊建軍，馬麗. 末端高空區域防御系統及其作戰部署[J]. 飛航導彈, 2011(5):61-65.

CHEN Shi-tao，YANG Jian-jun，MA Li. Terminal High Altitude Defence System and the Operational Disposition[J].Aerodynamic Missile Journal, 2011(5):61-65.

[5]王克強.防空概論[M].北京：國防工業出版社，2012.

WANG Ke-qiang.Introduction of Missile[M].Beijing:National Defense Industry Press,2012.

[6]保羅·K·戴維斯，拉塞爾·D·謝弗，賈斯廷·貝克. 武器裝備體系能力的組合分析方法與工具[M].卜廣志，毛昭軍,譯. 北京：國防工業出版社，2012.

Paul K Davis,Russell D Shaver,Justin Beck.Portfolio-Analysis Methods and Tools for Assessing System of Armament Systems Capability[M].BU Guang-zhi,MAO Zhao-jun,Translated.Beijing:National Defense Industry Press,2012.

[7]周曉光，林亞軍，谷樹山，等. 多層彈道導彈防御體系火力分配優化研究[J]. 現代防御技術, 2012, 40(3):109-114.

ZHOU Xiao-guang， LIN Ya-jun，GU Shu-shan，et al. Firepower Allocation of Multiple- Layered BMD System [J]. Modern Defence Technology, 2012, 40(3): 109-114.

[8]周曉光，李為民，李松維，等. 多層彈道導彈防御體系射擊策略研究[J]. 現代防御技術, 2011, 39(3):20-25.

ZHOU Xiao-guang，LI Wei-min，LI Song-wei，et al. Fire Doctrines of Multi-Layered BMD System [J]. Modern Defence Technology, 2011, 39(3):20-25.

[9]沈治河，樸成日. 航渡中航母編隊基于區域防御警戒艦陣位配置[J]. 計算機仿真, 2013, 30(2):9-12.

SHEN Zhi-he，PIAO Cheng-ri. Disposition Method of Guard Ship in Zone Defense for Carrier Formation in Navigation [J]. Modern Defence Technology, 2013, 30(2):9-12.

[10]郭躍，楊育超，米文鵬. 基于末段高空區域防御系統的跳躍彈道突防能力分析[J]. 彈箭與制導學報, 2010, 30(6):174-176.

GUO Yue,YANG Yu-chao, MI Wen-peng. The Analysis of Penetration Ability of Wavy Trajectory Missile Based on Terminal High Altitude Area Defense System [J]. Journal of Projectiles Rockets Missiles and Guidance, 2010, 30(6):174-176.

[11]王曉鈞，喬永杰，張俊安，等. 巡航導彈的威脅分析及防御體系結構的建模[J]. 現代防御技術, 2012, 40(1):65-71.

WANG Xiao-jun， QIAO Yong-jie，ZHANG Jun-an，et al. Analysis on the Threat of Cruise Missile and Modeling of Defense System Architecture [J]. Modern Defence Technology, 2012, 40(1):65-71.

[12]周國祥，許玲. 一種艦艇編隊區域防空效能評估方法[J]. 艦船電子工程, 2012, 32(4):30-32.

ZHOU Guo-xiang, XU Ling. An Evalauation Method for the Aerial Defense of Warship Fleet[J]. Ship Electronic Engineering, 2012, 32(4):30-32.

[13]王曉鈞，喬永杰，張俊安，等. 巡航導彈的威脅分析及防御體系結構的建模[J]. 現代防御技術, 2012, 40(1):65-71.

WANG Xiao-jun，QIAO Yong-jie，ZHANG Jun-an，et al. Analysis on the Threat of Cruise Missile and Modeling of Defense System Architecture [J]. Modern Defense Technology, 2012, 40(1):65-71.

[14]侯煜博，沈曉峰，李思思. 末段高空區域防御系統跟蹤算法研究[J].雷達科學與技術,2013,11(6):594-598.

HOU Yu-bo，SHEN Xiao-feng，LI Si-si. Research on Target Tracking Based on Terminal High-Altitude Area Defense System [J].Radar Science and Technology, 2013,11(6):594-598.

[15]金圣彪. 美國彈道導彈防御系統的發展現狀及趨勢[J].導彈與航天運載技術,2009(5):57-61.

JIN Sheng-biao. Current Status and Trend of USA Ballistic Missile Defense System Development[J]. Missile and Space Vehcile, 2009(5):57-61.

Allocation and Deployment of Area Defense System

BI Kai-bo，DONG Shou-quan,YANG Xing-bao

(Dalian Naval Academy，Missile Department,Liaoning Dalian 116018，China)

To solve the problem of the theory of area defense, two area defense systems are constructed on the basis of the typical cases of defensive targets of the attack and defense sides. By setting the key performance indicators of area defense requirements, the two defense systems are calculated and analyzed depending on the battle to decide to obtain the defense system allocation of the two defense systems in different battle scenarios. A quantitative method is provided for the allocation and deployment of area defense system, which is of practical guidance significance for the use of area defense operations.

area defense; system allocation; threat analysis; war thought; defense system; rules of engagement

2015-09-29；

2016-02-02

畢開波(1965-)，男，河北豐南人。副教授，博士,研究方向為主要從事導彈控制、制導與作戰使用研究。

通信地址：116018海軍大連艦艇學院導彈系艦艦導彈教研室E-mail：bkp2004@sina.com

10.3969/j.issn.1009-086x.2016.04.002

E917;N945.1

A

1009-086X(2016)-04-0006-07