基于態勢驅動的兩棲攻擊艦對空自防御動態火力分配

王慕鴻，周智超，關慶云

(中國人民解放軍91976部隊,廣東廣州 510430)

作為具有非常高的戰術價值、甚至是戰略價值的兩棲攻擊艦,往往是反艦導彈的重點攻擊目標,因此,兩棲攻擊艦通常裝備具有末端攔截能力的防空導彈和艦炮等對空自防御武器系統,以提高其戰場生存能力。面臨復雜多變的防空作戰態勢,合理分配對空自防御武器資源,發揮最大綜合作戰效能,確保自身安全,是兩棲攻擊艦對空自防御作戰亟須解決的問題。本文擬通過分析確定兩棲攻擊艦對空自防御火分態勢,提出一種基于態勢驅動的兩棲攻擊艦對空自防御動態火力分配方法。

1 兩棲攻擊艦對空自防御硬武器資源分析

1.1 硬武器抗擊區域

兩棲攻擊艦通常配置前后兩個火力單元的近程艦空導彈和左右舷四個火力單元近程艦炮等對空自防御硬武器。由于受到發射架或炮座安裝位置和艦體限制,它們的實際發射扇面都存在死區。因此可將兩棲攻擊艦對空自防御抗擊區域分為4類:第1類區域可以使用近程艦空導彈和近程艦炮各兩個火力單元進行抗擊;第2類區域可以使用近程艦空導彈一個火力單元和近程艦炮兩個火力單元進行抗擊;第3類區域可以使用近程艦空導彈和近程艦炮各一個火力單元進行抗擊;第4類區域只能使用近程艦空導彈的一個火力單元進行抗擊。如圖1所示,A1、A2為第1類抗擊區域,B1、B2、B3和B4為第2類抗擊區域,C1、C2、C3和C4為第3類抗擊區域,D1、D2為第4類抗擊區域。

圖1 硬武器抗擊區域示意圖

已知近程艦空導彈前座火力單元的射擊扇面為(-SASAM-f,SASAM-f),后座火力單元的射擊扇面為(-180,-SASAM-b)∪(SASAM-b,180);近程艦炮武器系統左前座和左后座火力單元的射擊扇面為(-SAGun-l1,-SAGun-l2),右前座和右后座火力單元的射擊扇面為(SAGun-r1,SAGun-r2),則各抗擊區域可分別用集合表示為:

(1)

1.2 硬武器火力分配區

火力分配區是指在進行火力分配時,能夠使所分配的目標在相應的武器系統殺傷區內同該武器系統發射的射彈(艦空導彈或炮彈)相遇的所有目標位置點所構成的空間區域,通常用火力分配區遠界和近界來描述[1]。火力分配區遠界是指在武器系統殺傷區遠界彈目相遇條件下,兩棲攻擊艦進行硬武器火力分配時目標的最遠距離。火力分配區近界是指在武器系統殺傷區近界彈目相遇條件下,兩棲攻擊艦進行硬武器火力分配時目標的最近距離。火力分配區遠界和近界與武器系統火力殺傷區遠界和近界、射彈飛至殺傷區遠界和近界的時間、目標的速度和運動軌跡有關。假設目標作等速水平直線運動,不考慮自動化決策時間,兩棲攻擊艦火力分配區的遠界Dhfmax和近界Dhfmin分別為:

(2)

(3)

式中，Dsy為目標所在高度上的殺傷區遠界斜距;Dsj為目標所在高度上的殺傷區近界斜距;Vm為目標的飛行速度;Zm為目標的飛行高度;Pm為目標的航路捷徑;tfy為武器系統的反應時間;tmz為目標指示所需時間;Vw為射彈(艦空導彈或炮彈)飛行速度。

2 兩棲攻擊艦對空自防御作戰火分態勢

兩棲攻擊艦對空自防御作戰火分態勢是指進行火力分配時兩棲攻擊艦與來襲空中目標的交戰態勢[2]。它是兩棲攻擊艦進行對空自防御作戰火力分配的客觀依據,主要與目標數量、威脅程度、距離、舷角、高度、速度、航路捷徑及本艦武器系統射界等參數有關。這些參數中,目標高度、速度和航路捷徑可以是相對固定的,目標數量、威脅、距離和舷角則是動態變化的,而且武器系統射界和目標距離、舷角共同決定了可用于抗擊的武器資源。因此,可以用一個三元組表示當前火分態勢,即FireState(Num,Threati,W),其中Num為來襲目標數量、Threati為第i個目標的威脅值、W為可用于抗擊的武器資源矩陣。

對于確定的態勢,每個目標的距離Di、舷角TAi、高度Hi、速度Vi和航路捷徑Pi都是已知的,可由式(2)和(3)可計算得到近程艦空導彈和近程艦炮系統的火力分配區遠界分別為Dhf1 imax和Dhf2 imax,近界分別為Dhf1 imin和Dhf2 imin,因此,根據目標的距離Di和舷角TAi,以及硬武器抗擊區域和火力分配區,可以確定兩棲攻擊艦對空自防御作戰28種火分態勢。

1)目標第1類抗擊區單方向或艏艉正橫多方向或一舷多方向來襲

目標第1類抗擊區單方向來襲,其舷角需滿足?TAi∈A1or?TAi∈A2;目標艏艉正橫多方向來襲,其舷角需滿足?TAi∈D1∪D2∪A1and?TAi∈D1∪D2and,?TAi∈A1或?TAi∈D1∪D2∪A2and?TAi∈D1∪D2;and?TAi∈A2目一舷多方向來襲,其舷角需滿足?TAi∈A1∪B1∪B2∪C1∪C2and?TAi∈A1and?TAi?A1,或?TAi∈A2∪B3∪B4∪C3∪C4and?TAi∈A2and?TAi?A2,或?TAi∈B1∪B2and?TAi∈B1and?TAi∈B2,或?TAi∈B3∪B4and?TAi∈B3and?TAi∈B4。

① ?Di∈(0,Dhf2 imin)or?Di∈(Dhf1 imaxn,∞)時,沒有硬武器資源可用于抗擊,即W=[0, 0];

② ?Di∈[Dhf2 imin,Dhf1 imin)時,硬武器資源為近程艦炮系統一個火力單元,即W=[0, 2];

③ ?Di∈[Dhf1 imin,Dhf2 imax]時,硬武器資源為近程艦空導彈系統兩個火力單元和近程艦炮系統兩個火力單元,即W=[2, 2];

④ ?Di∈(Dhf2 imax,Dhf1 imin)時,硬武器資源為近程艦空導彈系統兩個火力單元,即W=[2, 0]。

2)目標第2類抗擊區單方向來襲或艦艏(艉)第三抗擊區多方向來襲

目標第2類抗擊區單方向來襲,其舷角需滿足?TAi∈B1or?TAi∈B2or?TAi∈B3or?TAi∈B4;目標艦艏(艉)第4抗擊區多方向來襲,其舷角需滿足?TAi∈C1∪C3and?TAi∈C1and?TAi∈C3,或?TAi∈C2∪C4and?TAi∈C2and?TAi∈C4。

① ?Di∈(0,Dhf2 imin)or?Di∈(Dhf1 imaxn,∞)時,沒有硬武器資源可用于抗擊,即W=[0, 0];

② ?Di∈[Dhf2 imin,Dhf1 imin)時,硬武器資源為近程艦炮系統兩個火力單元,即W=[0, 2];

③ ?Di∈[Dhf1 imin,Dhf2 imax]時,硬武器資源為近程艦空導彈系統一個火力單元和近程艦炮系統兩個火力單元,即W=[1, 2];

④ ?Di∈(Dhf2 imax,Dhf1 imin)時,硬武器資源為近程艦空導彈武器系統一個火力單元,即W=[1, 0]。

3)目標第3類抗擊區單方向來襲

目標第3類抗擊區單方向來襲,其舷角需滿足?TAi∈C1or?TAi∈C2or?TAi∈C3or?TAi∈C4。

① ?Di∈(0,Dhf2 imin)or?Di∈(Dhf1 imaxn,∞)時,沒有硬武器資源可用于抗擊,即W=[0, 0];

② ?Di∈[Dhf2 imin,Dhf1 imin)時,硬武器資源為近程艦炮武器系統一個火力單元,即W=[0, 1];

③ ?Di∈[Dhf1 imin,Dhf2 imax]時,硬武器資源為近程艦空導彈武器系統一個火力單元和近程艦炮武器系統一個火力單元,即W=[1, 1];

④ ?Di∈(Dhf2 imax,Dhf1 imin)時,硬武器資源為近程艦空導彈武器系統一個火力單元,即W=[1, 0]。

4)目標第4類抗擊區單方向來襲

目標第4類抗擊區域單方向來襲時,其舷角需滿足?TAi∈D1or?TAi∈D2。

① ?Di∈(0,Dhf1 imin)orDi∈(Dhf1 imaxn,∞)時,沒有硬武器資源可用于抗擊,即W=[0, 0];

② ?Di∈[Dhf1 imin,Dhf1 imax)時,硬武器資源為近程艦空導彈武器系統一個火力單元,即W=[1, 0]。

5)目標第4類抗擊區多方向來襲

目標第4類抗擊區域多方向來襲時,其舷角需滿足?TAi∈D1∪D2and?TAi∈D1and?TAi∈D2。

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① ?Di∈(0,Dhf1 imin)orDi∈(Dhf1 imaxn,∞)時,沒有硬武器資源可用于抗擊,即W=[0, 0];

② ?Di∈[Dhf1 imin,Dhf1 imax)時,硬武器資源為近程艦空導彈系統兩個火力單元,即W=[2, 0];

6)目標艦艏(艉)第2類抗擊區多方向來襲

這種態勢下,目標從B1、B3區域同時來襲,其舷角滿足?TAi∈B1∪B3∪C1∪C3∪D1and?TAi∈B1and?TAi∈B3;或目標從B2、B4區域同時來襲,其舷角應滿足?TAi∈B2∪B4∪C2∪C4∪D2and?TAi∈B2and?TAi∈B4。

① ?Di∈(0,Dhf2 imin)or?Di∈(Dhf1 imaxn,∞)時,沒有硬武器資源可用于抗擊,即W=[0, 0, 0];

② ?Di∈[Dhf2 imin,Dhf1 imin)時,硬武器資源為近程艦炮系統一個火力單元,即W=[0, 4];

③ ?Di∈[Dhf1 imin,Dhf2 imax]時,硬武器資源為近程艦空導彈系統一個火力單元和近程艦炮系統一個火力單元,即W=[1, 4];

7)目標第1、3類抗擊區兩舷兩方向來襲

這種態勢下,目標從A1、C3(或C4)區域同時來襲,其舷角滿足?TAi∈A1∪C2∪C4and?TAi∈A1and?TAi∈C3∪C4;或目標從A2、C1(或C2)區域同時來襲,即舷角滿足?TAi∈A2∪C1∪C2and?TAi∈A2and?TAi∈C1∪C2。

① ?Di∈(0,Dhf2 imin)or?Di∈(Dhf1 imaxn,∞)時,沒有硬武器資源可用于抗擊,即W=[0, 0, 0];

② ?Di∈[Dhf2 imin,Dhf1 imin)時,硬武器資源為近程艦炮系統一個火力單元,即W=[0, 3];

③ ?Di∈[Dhf1 imin,Dhf2 imax]時,硬武器資源為近程艦空導彈系統一個火力單元和近程艦炮系統一個火力單元,即W=[2, 3];

④ ?Di∈(Dhf2 imax,Dhf1 imin)時,硬武器資源為近程艦空導彈系統一個火力單元,即W=[2, 0]。

8)目標兩舷多方向來襲或全方位來襲

目標兩舷多方向來襲時,其舷角需滿足?TAi?D1∪D2,?TAi∈A1and?TAi∈A2∪B3∪B4(或?TAi∈A1and?TAi∈C2and?TAi∈C4),或?TAi?D1∪D2,?TAi∈A2and?TAi∈A1∪B1∪B2(或?TAi∈A2and?TAi∈C1and?TAi∈C3);目標全方位來襲時,其舷角需滿足?TAi∈D1and?TAi∈D2and?TAi∈A1∪B1∪B2and?TAi∈A2∪B3∪B4或?TAi∈D1and?TAi∈D2and?TAi∈C1and?TAi∈C2and?TAi∈C3and?TAi∈C4。

① ?Di∈(0,Dhf2 imin)or?Di∈(Dhf1 imaxn,∞)時,沒有硬武器資源可用于抗擊,即W=[0, 0];

② ?Di∈[Dhf2 imin,Dhf1 imin)時,硬武器資源為近程艦炮系統四個火力單元,即W=[0, 4];

③ ?Di∈[Dhf1 imin,Dhf2 imax]時,硬武器資源為近程艦空導彈系統兩個火力單元和近程艦炮系統四個火力單元,即W=[2, 4];

④ ?Di∈(Dhf2 imax,Dhf1 imin)時,硬武器資源為近程艦空導彈系統一個火力單元,即W=[2, 0]。

3 基于態勢驅動的兩棲攻擊艦對空自防御動態火力分配流程

動態火力分配主要考慮時間因素對火力分配的影響,實際上是由一系列的靜態WTA構成[3]。兩棲攻擊艦對空自防御作戰中,目標數量及其威脅程度、本艦可攔截火力資源都隨時間而變化,因此,要實現兩棲攻擊艦對空自防御動態火力分配,就需要基于態勢驅動,即根據初始火分態勢完成硬武器火力分配后,持續監控火分態勢的變化,當火分態勢發生明顯變化,就進行火力分配,以適應新的火分態勢需要。

火分態勢可由目標數量、目標威脅程度和可攔截火力資源確定,因此,已知t時刻和t+Δt時刻的火分態勢,就可知t時刻和t+Δt時刻的來襲目標批數、每個來襲目標的威脅指標值、已分配的目標批數、已分配目標威脅指標值、未分配目標威脅指標值和可分配的火力單元數,當出現以下情況之一,則可以判定火分態勢發生了明顯變化:

1) 發現新的來襲目標,并判定為緊急目標;

2) 發現新的來襲目標,且存在空閑火力單元時;

3) 未分配目標威脅等級由二級轉變成一級,且存在空閑火力單元時;

4) 未分配目標威脅等級由三級轉變成二級,且存在空閑火力單元時;

5) 未分配目標威脅程度增大,由可攔截目標轉變成緊急目標時;

6) 已分配目標威脅等級從一級降為二級,且存在未分配目標時;

7) 已分配目標威脅等級從二級降為三級時;

8) 已分配目標威脅程度增大,由緊急目標轉變成不可攔截目標時;

9) 有火力單元完成射擊,且存在未分配的目標時。

具體的火力分配流程如圖2所示。

圖2 兩棲攻擊艦對空自防御火力分配流程

4 結束語

火力分配是兩棲攻擊艦對空自防御作戰的關鍵環節。本文提出了一種基于態勢驅動的火力分配方法,并針對兩棲攻擊艦裝備實際,研究分析了其對空自防御作戰可能的28種火分態勢。該方法克服了傳統的靜態防空火力分配不能及時響應態勢變化的缺點,能夠實現兩棲攻擊艦對空自防御的動態火力分配,有利于提高兩棲攻擊艦在高強度空中威脅下的生存能力。