水面艦艇編隊(duì)對(duì)海導(dǎo)彈攻擊航路規(guī)劃模型研究

徐海剛，徐清華，林平

（海軍兵種指揮學(xué)院，廣東 廣州510430）

1 水面艦艇編隊(duì)對(duì)海導(dǎo)彈攻擊航路規(guī)劃決策流程

水面艦艇編隊(duì)對(duì)海導(dǎo)彈攻擊航路規(guī)劃決策，是組織水面艦艇編隊(duì)中各艦艇導(dǎo)彈航路規(guī)劃協(xié)同攻擊的過(guò)程。包括編隊(duì)導(dǎo)彈攻擊戰(zhàn)術(shù)級(jí)航路規(guī)劃決策和導(dǎo)彈技術(shù)級(jí)航路規(guī)劃決策兩個(gè)層次[1]：

1.1 編隊(duì)導(dǎo)彈攻擊戰(zhàn)術(shù)級(jí)航路規(guī)劃決策

編隊(duì)導(dǎo)彈攻擊戰(zhàn)術(shù)級(jí)航路規(guī)劃決策屬于編隊(duì)級(jí)的導(dǎo)彈航路規(guī)劃，包括確定作戰(zhàn)決心和制定導(dǎo)彈攻擊航路規(guī)劃方案兩部分內(nèi)容。編隊(duì)作戰(zhàn)指揮人員根據(jù)實(shí)際的作戰(zhàn)目的，對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境（敵情、我情、地情）進(jìn)行綜合分析，從而擬訂作戰(zhàn)意圖和確定作戰(zhàn)決心，確定編隊(duì)導(dǎo)彈攻擊的目標(biāo)、攻擊時(shí)間和作戰(zhàn)海域等。而后，根據(jù)作戰(zhàn)決心制定火力分配方案，確定航路規(guī)劃區(qū)域劃分參考線以劃定各艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃區(qū)域，確定發(fā)射導(dǎo)彈數(shù)量以及各枚導(dǎo)彈的攻擊方向等。

1.2 導(dǎo)彈技術(shù)級(jí)航路規(guī)劃決策

導(dǎo)彈技術(shù)級(jí)航路規(guī)劃決策屬于武器級(jí)的導(dǎo)彈航路規(guī)劃，包括具體根據(jù)導(dǎo)彈航路規(guī)劃的基本約束條件，確定各枚導(dǎo)彈的制導(dǎo)距離、末制導(dǎo)雷達(dá)開(kāi)機(jī)點(diǎn)，并計(jì)算出每一枚導(dǎo)彈各航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)位置、轉(zhuǎn)向角大小等航路參數(shù)，并對(duì)符合約束條件的多條航路進(jìn)行優(yōu)化處理與選擇。

2 水面艦艇編隊(duì)對(duì)海導(dǎo)彈攻擊航路規(guī)劃前的已知條件和限制因素

實(shí)施編隊(duì)導(dǎo)彈攻擊航路規(guī)劃的基礎(chǔ)是各種已知條件和限制因素，主要包括：目標(biāo)編隊(duì)（艦艇）位置、我編隊(duì)各艦導(dǎo)彈發(fā)射點(diǎn)位置、導(dǎo)彈在中段航路需要規(guī)避的障礙物位置和繞過(guò)的區(qū)域的位置及其安全半徑、編隊(duì)目標(biāo)分配結(jié)果、導(dǎo)彈有效航程和飛行速度、導(dǎo)彈可用過(guò)載或最小轉(zhuǎn)向半徑、導(dǎo)彈最大可用轉(zhuǎn)向角等。

2.1 明確編隊(duì)導(dǎo)彈攻擊航路規(guī)劃前的已知條件

（1）導(dǎo)彈發(fā)射時(shí)的目標(biāo)散布位置：根據(jù)獲取的情報(bào)信息在海圖上確定目標(biāo)的地理位置。

（2）我編隊(duì)內(nèi)各艦導(dǎo)彈發(fā)射點(diǎn)的位置。

（3）障礙物個(gè)數(shù)及每個(gè)障礙物的安全半徑。

2.2 明確編隊(duì)導(dǎo)彈攻擊航路規(guī)劃前的限制因素

2.2.1 第一個(gè)航路點(diǎn)的約束條件

為了確保導(dǎo)彈能夠由發(fā)射點(diǎn)準(zhǔn)確轉(zhuǎn)入下一個(gè)航路飛行，導(dǎo)彈的第一個(gè)航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)至發(fā)射點(diǎn)的距離應(yīng)確保導(dǎo)彈能夠轉(zhuǎn)入巡航高度上平飛。若在此時(shí)導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)開(kāi)機(jī)搜索目標(biāo)，則還應(yīng)確保導(dǎo)彈距目標(biāo)的距離應(yīng)為導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)捕獲目標(biāo)的最小作用距離。

2.2.2 最后一個(gè)航路點(diǎn)的約束條件

導(dǎo)彈到達(dá)預(yù)定的末制導(dǎo)雷達(dá)開(kāi)鎖點(diǎn)后即進(jìn)入搜索階段，為了確保導(dǎo)彈能夠準(zhǔn)確進(jìn)入確定的搜索航向，可靠捕捉和選擇預(yù)定目標(biāo)，導(dǎo)彈到達(dá)開(kāi)鎖點(diǎn)前，必須保持一定的航向。也就是說(shuō)，最后一個(gè)導(dǎo)彈航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)的設(shè)定，必須同時(shí)滿足以下2個(gè)約束條件：①最后一個(gè)導(dǎo)彈航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)至導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)開(kāi)鎖點(diǎn)的航向，應(yīng)與預(yù)定的導(dǎo)彈搜索方向一致。對(duì)于具有火分目標(biāo)選擇能力的反艦導(dǎo)彈，該航向即為確定的導(dǎo)彈火分基準(zhǔn)方向。②最后一個(gè)導(dǎo)彈航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)至導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)開(kāi)鎖點(diǎn)的距離，應(yīng)根據(jù)導(dǎo)彈的轉(zhuǎn)向性能、導(dǎo)彈轉(zhuǎn)向結(jié)束后穩(wěn)定航向所需的時(shí)間、導(dǎo)彈飛行速度以及導(dǎo)彈自控飛行的縱向誤差等因素具體確定。

2.2.3 航路轉(zhuǎn)向角的約束條件

由于受到反艦導(dǎo)彈的轉(zhuǎn)向性能（包括導(dǎo)彈控制系統(tǒng)性能、導(dǎo)彈可用過(guò)載、轉(zhuǎn)向半徑、轉(zhuǎn)向速度等）的限制，在進(jìn)行導(dǎo)彈航路規(guī)劃時(shí)，相鄰航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)向角必須滿足導(dǎo)彈最大可用轉(zhuǎn)向角的要求，否則設(shè)置的航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)無(wú)效。

2.2.4 相鄰航路點(diǎn)之間航路距離的約束條件

同樣由于受到反艦導(dǎo)彈的轉(zhuǎn)向性能的限制，在進(jìn)行導(dǎo)彈航路規(guī)劃時(shí)，相鄰航路點(diǎn)之間的航路距離不能太近。此外，導(dǎo)彈轉(zhuǎn)向結(jié)束后并不能立刻穩(wěn)定在下一個(gè)航向上飛行，需要一定的時(shí)間來(lái)穩(wěn)定航向。

2.2.5 導(dǎo)彈自控段總航程的約束條件

所謂導(dǎo)彈自控段總航程是指導(dǎo)彈由發(fā)射點(diǎn)經(jīng)各航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)至導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)開(kāi)鎖點(diǎn)之間的飛行距離。導(dǎo)彈自控段總航程應(yīng)滿足以下2個(gè)方面的約束條件：①由于導(dǎo)彈自控飛行距離受導(dǎo)彈動(dòng)力航程的限制，很顯然，導(dǎo)彈自控段總航程應(yīng)不大于導(dǎo)彈最大自控飛行距離。②由于受導(dǎo)彈自控終點(diǎn)散布、目標(biāo)機(jī)動(dòng)及其散布、射擊方式、射擊通道誤差、風(fēng)以及導(dǎo)彈搜捕扇面大小等因素的影響，導(dǎo)彈捕捉目標(biāo)的概率與導(dǎo)彈自控飛行距離有著密切的關(guān)系。理論上，導(dǎo)彈自控飛行距離越大，導(dǎo)彈對(duì)目標(biāo)的捕捉概率則越低。因此，導(dǎo)彈自控段總航程應(yīng)能確保導(dǎo)彈有效捕捉目標(biāo)時(shí)對(duì)自控飛行距離的要求，即使在能夠滿足有效捕捉目標(biāo)的前提下，也應(yīng)力爭(zhēng)使導(dǎo)彈自控段總航程達(dá)到最小，以減小導(dǎo)彈的自控飛行時(shí)間。

2.2.6 避免出現(xiàn)導(dǎo)彈航路交叉現(xiàn)象的決策約束條件

水面艦艇編隊(duì)中裝備航路規(guī)劃導(dǎo)彈后，各艦艇的導(dǎo)彈火力作用及控制范圍變大，并且各艦的導(dǎo)彈火力作用及控制范圍很可能出現(xiàn)重疊，如果不為各艦指定有效的約束條件，在重疊區(qū)域里就可能出現(xiàn)多枚導(dǎo)彈航路交叉的現(xiàn)象。

3 確定水面艦艇編隊(duì)導(dǎo)彈攻擊航路規(guī)劃區(qū)域劃分參考線[3]

航路出現(xiàn)交叉會(huì)帶來(lái)以下問(wèn)題：導(dǎo)彈的末制導(dǎo)雷達(dá)可能捕捉與之航路交叉的導(dǎo)彈；航路交叉的導(dǎo)彈之間可能相互撞擊；浪費(fèi)導(dǎo)彈航程并增加攻擊時(shí)間。為避免航路交叉，需要確定導(dǎo)彈攻擊航路規(guī)劃區(qū)域劃分參考線，規(guī)劃航路不能與參考線相交。

3.1 水面艦艇編隊(duì)對(duì)密集編隊(duì)攻擊區(qū)域劃分參考線確定

若目標(biāo)編隊(duì)隊(duì)形為密集配置，為簡(jiǎn)化問(wèn)題，可取其散布區(qū)域中心為目標(biāo)參考點(diǎn)，將導(dǎo)彈航路規(guī)劃區(qū)域劃分參考點(diǎn)與目標(biāo)參考點(diǎn)的連線作為導(dǎo)彈航路規(guī)劃區(qū)域劃分參考線。如圖1所示，W1艦和W2艦組成編隊(duì)打擊敵d1艦和d2艦組成的密集編隊(duì)，敵編隊(duì)散布區(qū)域中心為M點(diǎn)。以M點(diǎn)為目標(biāo)參考點(diǎn)，則W1艦的單艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃功能區(qū)域?yàn)橐訟點(diǎn)和M點(diǎn)為兩個(gè)焦點(diǎn)的橢圓O1區(qū)域，W2艦的單艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃功能區(qū)域?yàn)橐訠點(diǎn)和M點(diǎn)為兩個(gè)焦點(diǎn)的橢圓O2區(qū)域，兩個(gè)橢圓的交點(diǎn)之一P1為其導(dǎo)彈航路規(guī)劃區(qū)域劃分參考點(diǎn)。劃定參考點(diǎn)P1和目標(biāo)參考點(diǎn)M的連線P1M為導(dǎo)彈航路規(guī)劃區(qū)域劃分參考線。

3.2 水面艦艇編隊(duì)對(duì)疏散編隊(duì)攻擊區(qū)域劃分參考線確定

若目標(biāo)編隊(duì)隊(duì)形為疏散配置，其導(dǎo)彈航路規(guī)劃區(qū)域劃分還與編隊(duì)隊(duì)形、火力分配情況等多種因素有關(guān)。在進(jìn)行導(dǎo)彈航路規(guī)劃的過(guò)程中要明確各種因素在航路規(guī)劃中的作用及影響，并設(shè)法協(xié)調(diào)好這些約束因素，做到統(tǒng)籌兼顧。如圖2所示，W1艦和W2艦組成編隊(duì)打擊敵d1艦和d2艦組成的疏散編隊(duì)，兩艘敵艦戰(zhàn)術(shù)價(jià)值相當(dāng)，上級(jí)作戰(zhàn)意圖為同時(shí)毀傷兩艘敵艦，結(jié)合敵我態(tài)勢(shì)，確定目標(biāo)分配方案為：W1艦打擊d1艦，W2艦打擊d2艦，則W1艦的單艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃功能區(qū)域?yàn)橐訟點(diǎn)和Q點(diǎn)為兩個(gè)焦點(diǎn)的橢圓O1區(qū)域，W2艦的單艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃功能區(qū)域?yàn)橐訠點(diǎn)和H點(diǎn)為兩個(gè)焦點(diǎn)的橢圓O2區(qū)域，兩個(gè)橢圓的交點(diǎn)P1和P2為其導(dǎo)彈航路規(guī)劃區(qū)域劃分參考點(diǎn)。劃定兩個(gè)參考點(diǎn)P1和P2的連線P1P2為導(dǎo)彈航路規(guī)劃區(qū)域劃分參考線。

編隊(duì)導(dǎo)彈攻擊航路規(guī)劃區(qū)域劃分參考線是避免編隊(duì)內(nèi)各艦發(fā)射的導(dǎo)彈發(fā)生航路交叉的重要約束條件。編隊(duì)指揮員在確定導(dǎo)彈攻擊火力分配方案后，在海圖上劃定編隊(duì)內(nèi)單艦航路規(guī)劃?rùn)E圓功能區(qū)域，然后根據(jù)各單艦航路規(guī)劃?rùn)E圓功能區(qū)域的重疊情況使用計(jì)算機(jī)生成（劃定）編隊(duì)導(dǎo)彈攻擊航路規(guī)劃區(qū)域劃分參考線（在戰(zhàn)場(chǎng)情況緊急或者某些特殊情況下也可人工劃定），確定實(shí)際可用的各艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃區(qū)域。

4 確定水面艦艇編隊(duì)內(nèi)各艦所發(fā)射導(dǎo)彈的攻擊方向

合理地選擇和分配導(dǎo)彈的攻擊方向是決定導(dǎo)彈實(shí)現(xiàn)多方向攻擊效果的主要因素。航路規(guī)劃區(qū)域劃分參考線只是選擇分配導(dǎo)彈攻擊方向的眾多約束條件中的一個(gè)，還應(yīng)綜合考慮敵我作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)、作戰(zhàn)海域自然環(huán)境以及導(dǎo)彈的捕捉概率等因素。攻擊方向的分配可由編指統(tǒng)一組織實(shí)施，也可在編指確定航路規(guī)劃區(qū)域劃分參考線以后由各艦在本艦攻擊方向的限制范圍內(nèi)選定，應(yīng)根據(jù)具體的作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)而定。在確定導(dǎo)彈的攻擊方向b以后，各艦應(yīng)將其轉(zhuǎn)換為本艦導(dǎo)彈攻擊方向角λ。

5 確定各枚導(dǎo)彈航路點(diǎn)位置

5.1 確定各枚導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)開(kāi)機(jī)點(diǎn)位置

根據(jù)導(dǎo)彈航路規(guī)劃的基本約束條件，假設(shè)某導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)的自導(dǎo)作用距離為dzk∈（Dzdmin，Dzdmax）（Dzdmin為該導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)可以捕獲目標(biāo)的最小距離，Dzdmax為導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)最大自導(dǎo)作用距離），目標(biāo)相對(duì)于導(dǎo)彈自控終點(diǎn)的方位為bzk，則導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)開(kāi)機(jī)點(diǎn)坐標(biāo)At（xzk，yzk）為[1]：

5.2 確定各枚導(dǎo)彈最后一個(gè)航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)的位置

根據(jù)目標(biāo)的位置、導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)開(kāi)鎖點(diǎn)的位置、導(dǎo)彈最后一個(gè)航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)的約束條件，沿目標(biāo)位置點(diǎn)到導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)開(kāi)機(jī)點(diǎn)的方向，反推出導(dǎo)彈最后一個(gè)航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)的位置。導(dǎo)彈經(jīng)過(guò)最后一個(gè)航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)后的穩(wěn)定航向必須與導(dǎo)彈的攻擊方向相同，因此，導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)自控終點(diǎn)相對(duì)于最后一個(gè)航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)的方位也為bm=bzk，令最后一個(gè)航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)到目標(biāo)的距離為dm，其坐標(biāo)為（xm，ym），則有[2]：

5.3 確定各枚導(dǎo)彈其它航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)的位置

根據(jù)導(dǎo)彈最后一個(gè)航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)的位置、導(dǎo)彈在中段航路需要規(guī)避的障礙物位置和繞過(guò)的區(qū)域的位置及其安全半徑以及導(dǎo)彈航路轉(zhuǎn)向角、相鄰航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)間的航路距離、第一個(gè)航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)、導(dǎo)彈航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)數(shù)量等已確定的約束條件，由后向前，依次反推出導(dǎo)彈各航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)位置[1]：

式（4）中，導(dǎo)彈向左轉(zhuǎn)航路轉(zhuǎn)向角βi取負(fù)，向右轉(zhuǎn)取正，bi是后一個(gè)航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)相對(duì)于前一個(gè)航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)的方位，di為航段長(zhǎng)度。

6 各枚導(dǎo)彈航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)數(shù)量及位置的優(yōu)化

確定導(dǎo)彈由發(fā)射點(diǎn)到導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)開(kāi)鎖點(diǎn)前的最后一個(gè)航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)之間的導(dǎo)彈飛行航路，是導(dǎo)彈航路規(guī)劃決策所要解決的主要問(wèn)題，其核心是確定該段飛行航路中的導(dǎo)彈航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)數(shù)量以及各航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)位置。對(duì)各枚導(dǎo)彈而言，在初步確定的導(dǎo)彈各航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)位置基礎(chǔ)上，還需要進(jìn)一步對(duì)其航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)個(gè)數(shù)及位置進(jìn)行優(yōu)化。主要包括：根據(jù)海區(qū)自然環(huán)境和作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)敵我態(tài)勢(shì)，確定需要避開(kāi)的島嶼、障礙和敵情危險(xiǎn)區(qū)；根據(jù)需要避開(kāi)區(qū)域的位置、大小及導(dǎo)彈航路安全原則，設(shè)計(jì)導(dǎo)彈飛行路徑中的各個(gè)航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)。各航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)在滿足上述各項(xiàng)約束條件的同時(shí)，應(yīng)盡可能使各航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)位置與避開(kāi)區(qū)域的各定位點(diǎn)相近，避免隨機(jī)選擇航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)而形成過(guò)多的選擇方案；逐個(gè)對(duì)各航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)試行取消，若取消某航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)后的導(dǎo)彈航路能夠滿足航路安全原則和上述各項(xiàng)約束條件，則該航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)可取消，否則，該航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)必須保留，力爭(zhēng)使航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)數(shù)達(dá)到最少、總航路距離達(dá)到最小。

1 朱凌靜.艦載遠(yuǎn)程反艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃指揮決策研究[D].廣州：海軍兵種指揮學(xué)院，2007.

2 徐清華.××艦艇編隊(duì)作戰(zhàn)問(wèn)題研究[D].廣州：海軍兵種指揮學(xué)院，2007.

3 劉鋼，周智超，徐清華，等.基于艦艇編隊(duì)反艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃[J].電光與控制，2009（2）：17—21.