航母編隊航渡階段中程防空哨艦前出距離模型

于 括，譚樂祖

（1.解放軍92941部隊45分隊，遼寧 葫蘆島 125000；2.海軍航空大學，山東 煙臺 264001）

0 引言

對空防御是航母編隊航渡階段主要防御作戰任務之一。中程防空哨艦是裝備有中遠程防空導彈武器系統，為航母編隊提供中程對空警戒與防空反導防御作戰的水面艦艇，具有對空探測距離遠、防空作戰能力強的特點[1]。根據航母編隊中對空防御作戰平臺的數量、性質和特點，當航母編隊在中低度威脅海域航渡時，通常在威脅方向上配置一定數量的中程防空哨艦，為航母編隊提供空情預警，預警探測與監視、攔截來襲目標，保證編隊威脅方向的對空安全。

防空哨艦擔任航渡階段威脅方向上[2]的預警探測與攔截任務時，遂行任務時間長，連續性好，作戰資源效費比高，且便于長時間保持編隊隊形，與空中警戒平臺相比，具有某些效能指標上的明顯優勢，因而是長時間航渡階段對空警戒的重要兵力。

中程哨艦在航渡階段的預警探測與攔截作戰效能受諸多因素影響。綜合考慮各種影響因素，確定中程哨艦的最優配置陣位，是保證哨艦發揮最大作戰效能的重要環節。

1 中程防空哨艦配置陣位影響因素

1）我艦載設備戰技性能。艦載設備與武器系統的戰技性能是影響防空哨艦配置陣位的重要因素。相同客觀條件下，對各種飛行高度、各種屬性目標的發現、識別與跟蹤距離，主要取決于艦載預警探測設備的戰技性能，其中尤以飛行高度與RCS對發現、識別與跟蹤距離的影響最大。

2）起飛平臺或反艦導彈發射平臺初始距離。起飛平臺指敵陸基機場或艦載機起飛平臺。反艦導彈發射平臺初始距離則指敵反艦導彈發射平臺的初始位置與我航母編隊的直線距離。在飛機作戰半徑或反艦導彈航程（進行航路規劃或彈道機動）、射程（不進行航路規劃或彈道機動）一定的條件下，起飛平臺或發射平臺的初始距離越近，則橫向上（垂直于敵我連線的方向）敵對我可攻范圍越大，中程哨艦的橫向警戒范圍越大，在保證警戒扇面覆蓋程度的條件下，其前出距離越小。在敵機作戰半徑或反艦導彈航程、射程一定的條件下，敵起飛平臺或反艦導彈發射平臺的初始距離越遠，則敵橫向上可攻擊范圍越小，相應地，中程防空哨艦的前出距離可相應增大。

3）機載反艦導彈射程。反艦導彈或其他中遠程精確制導武器是攻擊水面艦艇的主要手段。對掛載反艦導彈的敵飛機類目標，通常應在其發射反艦導彈之前進行攔截。顯然，殺傷區[4]的遠近與其掛載的反艦導彈的射程有關。隨著機載反艦導彈射程的增加，對飛機的攔截距離越來越遠，因而，迫使中程防空哨艦的配置陣位越來越前置。

4）艦載機狀態與戰備等[5]。艦載機狀態是指我艦載機處于空中待戰還是甲板待戰的狀態。中程哨艦發現敵機或載有反艦導彈的水面艦只時，通常應召喚艦載機進行攔截或攻擊。通常情況下，空中待戰的艦載機反應時間短，距離威脅目標較近，可很快飛赴任務空域遂行攔截或攻擊任務。處于不同戰備等級的甲板待戰艦載機，其飛赴任務空域的時間不同。所以，艦載機狀態與戰備等級決定了中程防空哨艦發現目標的最近距離。

5）目標飛行高度。無論是水面警戒艦艇還是空中預警平臺，對目標的發現距離都將隨著目標飛行高度的減小而降低。相同探測設備條件下，水面警戒艦艇對低空超低空或掠海飛機目標的探測距離，主要受視距影響。如艦載對空雷達對飛行高度分別為10 m、100 m、1 000 m和3 000 m目標的視距分別為 18 km、43 km、130 km、226 km 左右。

2 中程防空哨艦最小前出距離模型

航母航渡階段，中程防空哨艦通常配置于空中威脅主軸上[6-7]，通過對影響陣位配置因素的優化計算，確定前出距離。如圖1所示，O為航母編隊基準點，以O為圓心、以敵空艦導彈射程為半徑的虛線圓為保證艦載機起飛攔截而確定的最小攔截距離OA，用Djj表示。Os為防空哨艦配置陣位，以Os為圓心、以r=OsC為半徑的圓為防空哨艦對空預警探測范圍，用Dst表示。Od為敵空中突擊兵力起飛平臺，R為敵機最大作戰半徑，敵空艦導彈的射程Dkj=OA，以Dkj為半徑的圓對我航母編隊稱之為艦載機最近攔截線，用Djj表示。防空哨艦前出距離Dsq=OOs，探測距離Dst=OC，為保證防空哨艦引導艦載機在敵機發射空艦導彈之前至少完成一次攻擊，預警距離Dyj=Dsq+Dst存在最小值，則最小值為航母編隊的最小預警距離，記為Dyj。

圖1 中程防空哨艦協同防空作戰示意圖

2.1 最小預警距離模型

設敵航空兵沿威脅主軸突擊，據圖1，上述幾何關系可以表示為：

其中，Dwh為我艦載航空兵前出距離；Dkk為我空空彈飛行距離；t0為航母編隊防空系統從跟蹤識別目標、將目標傳送航母編隊指揮部，到指揮部下定決心，我航空兵起飛的總時間；t1為我航空兵接敵時間；t2為空空導彈飛行時間；Dd1、Dd2、Dd3分別為敵機在 t0、t1和t2時間內的飛行距離；Vwh、Vdh和Vkk分別表示我、敵航空兵和我空空導彈飛行速度。

此時中程防空哨艦必須滿足的最小預警距離為：

2.2 敵按預定航向來襲時最小前出距離模型

出航方位角是指敵方航空兵出航航向與威脅主軸的夾角即α角，如圖2。設敵航空兵在最大出航角范圍內按任意預定航向角來襲，中途不改變預定航向。

圖2 抗擊不同決策的航空兵力示意圖

由定義，當OdC=R時，出航方位角取得最大值：

ΔOdCO中由余弦定理，得防空哨艦最小前出距離：

同理：

最小前出距離目標函數：

約束條件：

2.3 敵按預定航向出航且根據告警信息改變航線時最小前出距離模型

設敵機載告警設備感應到我艦載雷達探測信號且發出告警信息時，當敵進入我中程防空哨艦探測區偵測到雷達探測信號，采取沿最短路徑突擊策略時，易證AB為敵航空兵到發射陣位最短飛行距離，點B為OB的連線與截擊線的交點且滿足如下關系式：

最小前出距離目標函數：

約束條件：

3 仿真分析

設仿真參數如表1所示。

表1 仿真基本參數參考值

仿真結果：

結論1當敵航空兵沿威脅主軸發動突襲的情況下，航母編隊的最小預警距離必須滿足：

此時防空哨艦沿威脅主軸最小前出距離：

結論2敵按預定航向來襲時，我防空哨艦最小前出距離與敵出航角關系如下頁圖3中虛線所示。隨著敵出航角增大，敵航空兵從被我防空哨艦探測到發射導彈的航程逐漸增大，我防空哨艦隨之減小前出距離，仍能保證引導我航空兵在敵發射空艦導彈前對其進行至少攔截一次。

圖3 防空哨艦前出距離仿真結果

結論3敵按預定航向出航且根據告警信息改變航線時，我防空哨艦最小前出距離隨敵出航角變化如圖3中實線曲線所示。敵出航角增大，我防空哨艦有效的預警距離減小，為保證有效預警距離，我防空哨艦前出距離增大。

綜上所述，在不確定敵方航向角和預定航線的前提下，為保證我航空兵總能在敵進入發射陣位前進行至少一次攔截，防空哨艦的最小前出距離要取仿真結果的最大值。

4 結論

通過建模和仿真結果，為保證艦載航空兵在規定范圍內至少對來襲航空兵進行一次攔截，中程防空哨艦必須在最小預警距離外發現敵方航空兵，繼而推算防空哨艦的最小前出距離。航母編隊最小前出距離的計算直接關系到航母編隊的防空安全，所以在仿真計算中對敵我兵力仿真參數的設定要極為嚴苛。本文的研究也為進一步分析航母編隊航渡階段防空作戰的陣位配置問題打下了理論基礎。