海洋大氣波導環境下反艦導彈作戰效能評估

(中國人民解放軍91550部隊，遼寧 大連 116023)

0 引言

反艦導彈作戰效能評估是促進反艦導彈武器系統性能和戰術改進，有效發揮反艦作戰能力，提升作戰效能不可缺少的重要環節[1-2]。在反艦導彈作戰效能評估過程中，除了要結合敵我雙方武器系統性能和戰術使用等情況外，還應當考慮自然環境影響。海洋大氣波導作為一種常見自然現象，由于其對雷達電磁波傳播途徑的影響，會使反艦導彈及目標艦艇防空系統設備某些技術性能和戰術使用效果發生改變。因此，在評估反艦導彈作戰效能時，海洋大氣波導影響不容忽視。

1 作戰效能評估基本模型建立

反艦導彈攻擊水面艦艇的一般作戰流程主要包括技術準備、裝載出航待機、導彈發射準備、導彈發射、導彈飛行和制導命中幾個階段。目標艦雷達發現來襲導彈后，會立即進行目標識別跟蹤和威脅判斷，在來襲反艦導彈距離較遠時，通常會發射防空導彈進行攔截；當防空導彈攔截失效，反艦導彈已突破防空導彈攔截范圍時，目標艦通常使用防空火炮進行近距離射擊。在整個攔截過程中還可以使用電子干擾設備對來襲導彈實施電子干擾或布放誘餌反射體欺騙來襲導彈導引頭，使其偏向或飛向假目標。反艦導彈在突防過程中，一般會進行大機動變軌飛行，躲避攔截彈，例如水平蛇形機動、垂直躍升俯沖機動或螺旋機動等[3]；對于電子干擾，現代反艦導彈一般都采用了主、被動雷達、紅外和電視復合制導等先進技術，具備一定的抗干擾能力。

根據作戰過程分析，在不考慮作戰平臺生存能力的前提下，反艦導彈作戰效能發揮主要體現在導彈準備狀態好、導彈成功發射、可靠飛行、成功突防、成功制導、成功命中和成功毀傷目標等環節。根據導彈作戰效能概率分析法，分別對反艦導彈作戰效能發揮的每個環節進行分析，計算每個環節的成功概率。由于任何一個環節失敗都會導致作戰效能E=0，因此，反艦導彈作戰效能應該為所有環節成功概率的乘積。在不考慮大氣波導影響情況下，基于概率分析法的反艦導彈作戰效能評估模型可以抽象表示為：

E=PY·PS·PF·PT·PZ·PM·PH

(1)

式中，PY為導彈武器系統在執行發射時處于正常可用狀態的概率，PS為導彈武器系統成功可靠發射反艦導彈的概率，PF為導彈發射后可靠飛行的概率，PT為導彈成功突破敵艦防空火力網的概率，PZ為導彈成功制導的概率，PM為反艦導彈命中目標的概率，PH為導彈命中目標后成功毀傷目標的概率。

反艦導彈突破目標艦防空導彈攔截的成功概率用PD表示，突破目標艦防空火炮攔截的成功概率用PP表示。用Pd和Pp分別表示目標艦單枚防空導彈和單門防空火炮成功攔截反艦導彈的概率，用n和m分別表示防空導彈和防空火炮的攔截使用數量，則反艦導彈突破防空火力攔截的概率PT可以表示為：

PT=PD·PP=(1-Pd)n·(1-Pp)m

(2)

電子干擾主要影響反艦導彈制導環節，使反艦導彈偏離目標或者飛向假目標，反艦導彈要實現成功制導，除了具備捕選跟蹤目標的能力外，還需要成功抗干擾。因此，反艦導彈成功制導的概率為成功捕選目標概率PB和成功抗干擾概率PK的乘積。假設目標艦對反艦導彈干擾成功概率為Pg，則反艦導彈成功制導概率可以表示為：

PZ=PB·PK=PB·(1-Pg)

(3)

那么，反艦導彈作戰效能評估基本模型可以表示為：

E=PY·PS·PF·(1-Pd)n·(1-Pp)m·

PB·(1-Pg)·PM·PH

(4)

該模型可以很好的描述反艦導彈在整個作戰過程中作戰效能的發揮，但不能直接用來評估大氣波導環境下反艦導彈作戰效能。因此，下文將分析海洋大氣波導給反艦導彈作戰能力帶來的影響，并基于具體影響，對以上模型進行改進，給出大氣波導環境下反艦導彈作戰效能評估模型。

2 海洋大氣波導影響分析

電磁波在大氣中傳播時，受大氣折射和地球曲率影響，傳播路徑往往會彎向地球一側，當電磁波彎向地球傳播路徑的曲率大于地球曲率時，電磁波向前傳播過程中，將碰到地面并經地面反射向前傳播，在后續彎向地球傳播過程中，會反復碰到地面并經地面反射，使電磁波在地面和某層大氣之間，依靠地面不斷反射向前傳播，形成大氣波導傳輸。大氣波導分為蒸發波導、表面波導和懸空波導[4]。其中，蒸發波導由水蒸氣蒸發形成，在海上幾乎隨時隨地都有可能出現，而且在某些海域出現概率高達85%以上[5]。由于大氣波導主要影響雷達電磁波，因此，下面將從導彈突防和制導兩方面進行具體分析。

2.1 對導彈突防的影響

從前人的相關研究[6-8]來看，在大氣波導條件下，目標艦艇防空能力會在一定程度上受到抑制，主要表現在以下幾方面：

1)電子干擾能力減弱。大氣波導條件下，使反艦導彈雷達接收目標回波功率提前高于干擾信號功率，雷達燒穿距離增大，從而降低了目標艦電子干擾效果；

2)防空雷達測量誤差增大。敵艦防空雷達電磁波在大氣波導環境下，傳播路徑會發生彎曲，使得艦載雷達對來襲導彈的位置，特別是高度測量產生較大偏差，影響有效攔截；

3)攔截反應時間縮短。大氣波導環境下，目標艦雷達探測到的海雜波信號會大大增強，使雷達散射面積本來就很小的反艦導彈回波信號，很容易被淹沒，使艦載雷達對反艦導彈有效作用距離減小，防空攔截反應時間縮短。然而對于反艦導彈來說，敵艦雷達散射面積較大，因此海雜波影響較小；

4)防空雷達探測盲區改變。雷達本身就存在著可以確定的探測盲區，但在大氣波導環境下，雷達電磁波被陷獲在波導層傳播，會形成波導頂盲區，同時由于受電磁波波束寬度限制，在波導層內還會形成跳躍盲區，增加了艦載雷達對反艦導彈的搜索困難。

由于上述負面影響的存在，海洋大氣波導環境下，目標艦艇防空攔截成功率勢必會降低，從而提升了反艦導彈的突防成功率。由于在目標艦使用防空導彈和防空火炮進行攔截的過程中，都會受到大氣波導對雷達造成的不良影響。在此，引入大氣波導影響因子φ，反艦導彈成功突破目標艦防空火力攔截的概率表示可以改進為：

PT＇= (1-φdPd)n· (1-φpPp)m

(5)

式中，φd≤1、φp≤1，分別為大氣波導對防空導彈和防空火炮攔截成功概率的影響因子。

2.2 對導彈制導的影響

地球曲率的存在，將雷達的目標探測能力限制在直視范圍內。要想擴大探測距離，需要提升導彈飛行高度和彈載雷達功率，但這同時也使得反艦導彈容易暴露，不利于導彈突防。然而，由于海洋大氣波導現象的存在，使電磁波傳輸發生了改變，特別是反艦導彈雷達發現距離和接收目標雷達回波功率都得到了提升。

在沒有大氣折射情況下，反艦導彈雷達電磁波在水平和垂直方向上均勻輻射，反艦導彈制導雷達探測距離D(km)可以表示為：

(6)

式中，R=6 370 km，為地球曲率半徑；h1為反艦導彈彈載雷達的高度(導彈的飛行高度)；h2為目標艦的高度。若不計電磁波傳輸損耗，反艦導彈雷達接收目標艦回波功率為：

(7)

式中,Pt、G、λ、σ、d分別是雷達發射功率、增益、工作波長、目標有效散射面積、目標與雷達間的距離。由于雷達電磁波在大氣中實際傳播時，會發生大氣折射現象，使雷達電磁波實際傳波路徑向下彎曲，而非直線傳波。大氣折射情況下，計算雷達直視距離，通常使用等效地球曲率半徑R0=KR來代替地球曲率半徑R。

(8)

因此，大氣折射下，雷達探測距離D0(km)為：

(9)

考慮設備性能和人員實際操作水平等因素，需乘以系數φD，通常取φD≈0.6[9]。在標準大氣情況下，K=4/3，經計算可得：

(10)

(11)

式中，hb為波導層高度。通過比較式(7)和式(11)，很明顯,Pr＇>Pr,這說明在大氣波導環境下，反艦導彈收到目標敵艦的回波將大大增強。

由此可見，在海洋大氣波導環境下，反艦導彈在飛行高度和制導雷達開機功率不變時，彈載雷達目標探測距離和目標回波功率都會增大，反艦導彈成功捕選目標概率也將會隨之增加。因此，大氣波導條件下，反艦導彈捕獲目標概率可以表示為：

PB＇=φBPB，φB>1

(12)

φB為大氣波導環境對捕獲概率的影響因子。另外，考慮到大氣波導環境對目標艦電子干擾效果有一定抑制作用，大氣波導環境下，反艦導彈抗電子干擾成功概率應表示為：

PK＇= (1-φgPg)

(13)

φg為大氣波導對電子干擾成功概率的影響因子。那么，大氣波導環境下，反艦導彈成功制導概率應表示為：

PZ＇=PB＇·PK＇=φBPB· (1-φgPg)

(14)

3 海洋大氣波導環境下作戰效能評估模型

綜合以上分析，考慮大氣波導對反艦導彈突防概率和制導概率的影響，根據式(1)(5)(14)，反艦導彈作戰效能評估模型應該表示為：

E=PY·PS·PF·PT＇·PZ＇·PM·PH=

PY·PS·PF·(1-φdPd)n·(1-φpPp)m·

φBPB·(1-φgPg)·PM·PH

(15)

該模型充分考慮了反艦導彈作戰過程中，海洋大氣波導環境對作戰雙方的影響，更加符合反艦導彈作戰使用實際情況。

4 應用實例

現在的新型反艦導彈武器系統的可用性和可靠性一般都比較高。可假設PY=0.99，PS=0.99，PF=0.99；目標艦發射2枚防空導彈攔截，每枚防空導彈擊毀來襲反艦導彈的概率Pd=0.06；使用2門近程防空火炮進行攔截，每門火炮成功擊毀反艦導彈的概率為Pp=0.06；目標艦干擾系統成功實施干擾的概率Pg=0.06；無對抗、無大氣波導條件下的捕獲概率PB=0.9，PM=0.95，PH=0.95；取φd=0.7，φB=1.05，φp=0.75，φg=0.8。

在不考慮大氣波導影響情況下，可根據公式(4)計算得出反艦導彈作戰效能為：

E=PY·PS·PF·(1-Pd)n·(1-Pp)m·PB·(1-Pg)·PM·PH=0.99×0.99×0.99×(1-0.06)2×(1-0.06)2×0.9×(1-0.06)×0.95×0.95≈0.578 4

考慮大氣波導環境影響時，可根據公式(15)計算出反艦導彈作戰效能為：E=PY·PS·PF·(1-φdPd)n·(1-φpPp)m·φBPB·(1-φgPg)·PM·PH=0.99×0.99×0.99×(1-0.7×0.06)2×(1-0.75×0.06)2×1.05×0.9×(1-0.8×0.06)×0.95×0.95≈0.6636

從計算結果來看，大氣波導環境下的反艦導彈作戰效能評估數值，要高于無大氣波導影響的計算結果，這與海洋大氣波導對反艦導彈作戰能力有一定提升作用的實際情況相符，驗證了該模型能夠較好的描述反艦導彈在大氣波導環境下的作戰效能，具有一定的合理性。另外，根據本文分析可見，如果能充分把握和利用大氣波導對敵我雙方的影響，合理優化航路設計和攻擊程序，就能夠更好的提升反艦導彈作戰能力，成功擊毀目標艦。

5 結論

通過上文分析可知，海洋大氣波導對反艦導彈突防和制導能力發揮具有一定的積極作用，而對目標艦防空反導能力具有一些不良影響，從而提升反艦導彈作戰效能。本文采用概率分析法，結合大氣波導對作戰雙方具體影響環節，引入大氣波導影響因子，建立了大氣波導環境下的評估模型，并用實例證明了合理性和實用性，為反艦導彈作戰效能評估提供了新途徑。但更為復雜的敵我作戰態勢，還需要進一步分析。大氣波導影響因子的確定也需要進一步研究，以便更好的應用。