水面艦艇火力兼容動態(tài)決策模型研究＊

（海軍大連艦艇學(xué)院導(dǎo)彈系 大連 116018）

1 引言

現(xiàn)代大型水面艦艇必須具備對空作戰(zhàn)、對海作戰(zhàn)、對潛作戰(zhàn)及電子戰(zhàn)等綜合作戰(zhàn)功能，這就要求艦上必須搭載配備多種不同用途的武器系統(tǒng)，以滿足對付不同目標(biāo)的需要。在這種作戰(zhàn)需求牽引下，現(xiàn)代戰(zhàn)艦上的武器裝備密度達(dá)到了空前的程度，這在滿足現(xiàn)代海戰(zhàn)需求的同時，武器系統(tǒng)的射界受到了影響，對自身的安全構(gòu)成了極大的威脅，全艦武器系統(tǒng)的綜合指揮調(diào)度變得越來越復(fù)雜、困難。在這種多目標(biāo)作戰(zhàn)背景下，避免艦載武器同時射擊時存在的危險，充分發(fā)揮全艦武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能，研究火力兼容問題具有重要的意義。

2 火力沖突與火力兼容的概念

火力沖突是指武器使用過程中彈道、飛行航路存在交叉或相近，使發(fā)射到空中的導(dǎo)彈、炮彈及起降直升機(jī)之間的最小距離小于安全距離，從而影響到武器自身的安全［1］。水面艦艇在使用武器時，通過任務(wù)協(xié)調(diào)和射擊決策來消除各武器射擊時在空域和時域上的相互影響，避免火力沖突，提高全艦武器的綜合作戰(zhàn)能力，稱為水面艦艇的火力兼容?；鹆嫒菪枰ＷC各武器整個飛行彈道與飛行航路之間的最小距離大于安全距離，避免武器間的相互干擾或相互毀傷［2］。

3 火力兼容管理的決策規(guī)則

現(xiàn)代艦艇裝備高度密集，作戰(zhàn)功能涵蓋對空、對海、反潛、電子戰(zhàn)，為達(dá)成作戰(zhàn)效能，不可避免的存在火力沖突，火力兼容的標(biāo)準(zhǔn)就是避免火力沖突，實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)效能的最大化［3］。得出火力兼容決策，首先必須確定火力兼容決策規(guī)則。

3.1 目標(biāo)的威脅程度與武器系統(tǒng)優(yōu)先級排序規(guī)則

對現(xiàn)代水面艦艇構(gòu)成威脅的目標(biāo)涵蓋了空中、水面、水下三維空間，根據(jù)保存自己、消滅敵人的作戰(zhàn)思想，水面艦艇作戰(zhàn)任務(wù)應(yīng)當(dāng)按防空、反潛、反艦的順序進(jìn)行。因此，按照目標(biāo)的威脅程度由高到低得順序排列，順序依次為：空中、水下、水面。

現(xiàn)代典型水面作戰(zhàn)艦艇主要裝備有如下武器系統(tǒng)，分布如圖1所示。

圖1 典型水面艦艇武器裝備分布圖

針對目標(biāo)的威脅程度和各武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)功用，武器系統(tǒng)按照優(yōu)先級由高到低的排列，順序依次為：近程防御副炮、電子戰(zhàn)系統(tǒng)、對空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)、反潛深彈發(fā)射系統(tǒng)、對海導(dǎo)彈武器系統(tǒng)、主炮、直升機(jī)。

3.2 火力兼容管理的決策內(nèi)容

火力兼容根據(jù)武器間相互干擾的影響程度、武器優(yōu)先級和武器使用進(jìn)程，可將管理決策分為：禁射、禁射避讓、禁射告警。

·禁射：存在火力沖突的兩武器系統(tǒng)，優(yōu)先級在后且處于射擊準(zhǔn)備中的武器將收到禁射命令，禁止射擊。

·禁射避讓：存在火力沖突的兩武器系統(tǒng)，優(yōu)先級在后且處于射擊過程中的武器將被強(qiáng)制停止射擊給優(yōu)先級在前的武器讓路。

·禁射告警：存在火力沖突的兩武器系統(tǒng)，優(yōu)先級在后的武器系統(tǒng)處于射擊過程中，優(yōu)先級在前的武器系統(tǒng)將收到禁射告警，提醒射擊將存在危險，是否射擊可由指揮員決定。

本艦在遭到攻擊后，當(dāng)對海導(dǎo)彈在艦艇上的裝載已經(jīng)影響到載艦和人員的安全時，需緊急拋射對海導(dǎo)彈，為保護(hù)本艦安全，因此任何情況下對海導(dǎo)彈收到的火力兼容決策均是禁射告警。

4 動態(tài)火力兼容的實(shí)現(xiàn)

4.1 分析火力沖突類型

解決火力沖突，實(shí)現(xiàn)火力兼容，是通過協(xié)調(diào)武器射擊的空域和時域來實(shí)現(xiàn)［4］?；鹆嫒菀鉀Q武器射擊過程中空域與時域火力沖突的問題，因此，首先考慮空域的影響，兩武器系統(tǒng)之間若不存在空域上的交叉，則不會產(chǎn)生火力沖突，在空域的考慮上要引入武器系統(tǒng)的射界，只有射界存在交叉才會有空域上的火力沖突［5］。通常武器間的火力沖突主要有以下情況［6］：

1）主炮與對空導(dǎo)彈的火力沖突：

優(yōu)先保證對空導(dǎo)彈發(fā)射，必要時控制主炮禁射或禁射避讓。

2）主炮與對海導(dǎo)彈的火力沖突：

優(yōu)先保證對海導(dǎo)彈發(fā)射，必要時控制主炮禁射或禁射避讓。

3）主炮與反潛深彈的火力沖突：

優(yōu)先保證反潛深彈發(fā)射，必要時控制主炮禁射或禁射避讓。

4）近程防御副炮與對海導(dǎo)彈的火力沖突：

優(yōu)先保證近程防御副炮射擊，必要時對對海導(dǎo)彈禁射告警。

5）對空導(dǎo)彈與對海導(dǎo)彈的火力沖突：

優(yōu)先保證對空導(dǎo)彈發(fā)射，必要時對對海導(dǎo)彈禁射告警。

6）對空導(dǎo)彈與反潛深彈系統(tǒng)的火力沖突：

優(yōu)先保證對空導(dǎo)彈發(fā)射，必要時對反潛深彈禁射或禁射避讓。

7）電子戰(zhàn)系統(tǒng)與對海導(dǎo)彈的火力沖突：

電子戰(zhàn)發(fā)射時，必要時對對海導(dǎo)彈發(fā)出禁射告警；如果已收到艦艦導(dǎo)彈發(fā)射信號，必要時向電子戰(zhàn)發(fā)出禁止發(fā)射信號，待危險解除后撤銷對電子戰(zhàn)的禁止發(fā)射信號。

8）直升機(jī)起降過程中與近程防御副炮、對空導(dǎo)彈、電子戰(zhàn)系統(tǒng)的火力沖突：

當(dāng)作直升機(jī)首先處于甲板平面或起降過程時，對危及直升機(jī)起降空域的近程防御副炮告警、對空導(dǎo)彈和電子戰(zhàn)系統(tǒng)禁射。

當(dāng)近程防御副炮、對空導(dǎo)彈、電子戰(zhàn)系統(tǒng)準(zhǔn)備射擊在先時，向直升機(jī)艦面系統(tǒng)發(fā)出禁止起降告警。

4.2 建立火力兼容動態(tài)模型

建立火力兼容模型，意義在于通過數(shù)學(xué)方法量化武器使用過程中的火力沖突程度，找出解決火力兼容問題的途徑，以具體的數(shù)值為火力兼容決策提供科學(xué)依據(jù)［7］。武器系統(tǒng)在安裝后，其射界就已經(jīng)確定，也就是說空域上的沖突已經(jīng)確定，因此，需要引入動態(tài)的火力兼容模型，當(dāng)空域存在火力沖突時，通過時域的協(xié)調(diào)來解決火力沖突實(shí)現(xiàn)火力兼容。下面以主炮和對空導(dǎo)彈的射擊過程為例，建立主炮與對空導(dǎo)彈射擊過程中的火力兼容模型［8］：

假設(shè)對空導(dǎo)彈的彈道方程與主炮的彈道方程分別為（1）（2）所示：

δd和δp分別是對空導(dǎo)彈和主炮的彈道散布，對空導(dǎo)彈與主炮的彈道與彈道散布示意見圖1，彈炮交會時的最小安全距離為Ds，則火力兼容模型可由式（3）表示：

圖2 對空導(dǎo)彈、主炮彈道與彈道散布示意圖

滿足上述火力兼容模型，則對空導(dǎo)彈與主炮炮彈不存在火力沖突。假設(shè)對空導(dǎo)彈發(fā)射時刻為零時刻，飛行時間為T，對空導(dǎo)彈與主炮的發(fā)射間隔為Δt，則火力兼容模型可簡化為式（4）：

由上式可得出最小距離取決于飛行彈道、發(fā)射時間間隔和彈道散布誤差，彈道散布誤差具有統(tǒng)計(jì)平均值，最小距離由飛行彈道和發(fā)射時間間隔確定，打擊目標(biāo)確定后，飛行彈道也可以同時確定，最小距離最終由發(fā)射間隔Δt確定。因此，火力兼容決策的目的就是要解算存在火力沖突的任意兩武器系統(tǒng)之間的發(fā)射間隔，通過控制武器的使用時域避免空域上的火力沖突［9］。

4.3 形成火力兼容決策

水面艦艇受到多目標(biāo)威脅的可能性突出，在協(xié)調(diào)武器使用時應(yīng)預(yù)先決策、提前控制，假設(shè)在兩目標(biāo)威脅條件下，同時使用兩種武器抗擊，應(yīng)根據(jù)探測系統(tǒng)獲取的目標(biāo)信息，求解出武器隨時間變化的動態(tài)飛行彈道，在火力兼容管理決策的基礎(chǔ)上，借助于火力兼容動態(tài)模型解算，通過時域協(xié)調(diào)避免空域上的火力沖突，并將火力兼容信息在全艦共享［11］，如圖3所示。

圖3 火力兼容動態(tài)決策原理圖

1）為滿足動態(tài)火力兼容的實(shí)現(xiàn)，火力兼容系統(tǒng)要能夠具備以下功能：

2）實(shí)時錄取各武器系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息，實(shí)時處理，自動判斷各武器間的火力沖突，形成火力兼容決策，并在武器射擊后能自動解除火力兼容控制；

3）能夠顯示各種武器系統(tǒng)有關(guān)狀態(tài)信息及火力兼容設(shè)備自身的狀態(tài)信息；

4）具有故障報警功能，設(shè)備故障時發(fā)出報警指示；

5）具有人工干預(yù)功能，在人工干預(yù)下，設(shè)備可全脫機(jī)或部分脫機(jī)工作，此時不進(jìn)行火力兼容控制。

5 結(jié)語

本文考慮了多目標(biāo)情況下火力沖突、火力兼容的有關(guān)問題，引入了決策規(guī)則及禁射、禁射避讓、禁射告警等概念，建立了火力兼容動態(tài)模型，對研究火力兼容和火力兼容裝備有一定的借鑒作用。但火力兼容是一個復(fù)雜的體系，在文中只考慮了兩種武備存在沖突時的火力兼容，同時對一些條件進(jìn)行了簡化，主要是從方法上對火力兼容問題進(jìn)行闡述，對問題的量化、細(xì)化有待進(jìn)一步研究。

［1］張曉鋒，王瑞瑜，邢昌風(fēng).艦艇編隊(duì)防空火力射擊沖突問題研究［J］.指揮控制與仿真，2008，30（2）：52-54.

［2］由大德，王峰，楊虹，等.水面艦艇防空火力兼容問題［J］.火力與指揮控制，2004，29（4）：49-50.

［3］桂秋陽，邱志明.垂直發(fā)射武器與艦炮武器火力交叉的判斷［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報，2008，20（1）：34-35.

［4］李新國，方群.有翼導(dǎo)彈飛行動力學(xué)［M］.西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2005：30-68.

［5］戴耀，李波.水面艦艇防空反導(dǎo)火力兼容分析［J］.艦船科學(xué)技術(shù)，2010，32（6）：57-58.

［6］李亦偉，邢昌風(fēng).射面交叉分析及武器控制方法研究［J］.海軍工程大學(xué)學(xué)報，2007，19（3）：94-97.

［7］戴自立，謝榮銘，虞漢民.現(xiàn)代艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1999：17-23.

［8］李亦偉，楊文亮.水面艦艇火力兼容技術(shù)研究［J］.艦船電子工程，2009，29（1）：21-22.

［9］李廷杰.導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的效能及其分析［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2000：4-60.

［10］欒孝豐，溫瑞.基于UML 和ADC 法的艦載反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)效能評估［J］.計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2010，38（8）.

［11］李紀(jì)華，吳永杰.淺談艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)工程［J］.艦船指揮控制系統(tǒng)，1996（1）：1-5.