跨平臺火力兼容評估指標(biāo)體系研究

傅 冰，肖玉杰

(1:海軍工程大學(xué) 兵器工程學(xué)院， 武漢 430033; 2.海軍研究院， 北京 100161)

艦載武器系統(tǒng)運用的火力兼容性直接影響全艦武器使用安全、實際有效射擊區(qū)的大小、武器實際火力密度的大小和全艦的作戰(zhàn)能力。艦艇火力兼容技術(shù)是保證在復(fù)雜的海上裝載、作戰(zhàn)環(huán)境中安全、有效地發(fā)揮艦載武器效能的重要手段[1]。基于各艦載武器系統(tǒng)狀態(tài)信息的實時采集，確定艦載武器系統(tǒng)之間的火力兼容性，是艦艇火力兼容研究的重要內(nèi)容之一。

我國自20世紀(jì)80年代末開始，對艦載武器火力兼容進(jìn)行了獨立自主的理論研究與工程實踐，并在單艦平臺多武器火力兼容方面得到應(yīng)用。其中火力兼容性的研究和實踐主要體現(xiàn)出以下特點：第一，火力兼容研究多以單艦作戰(zhàn)為研究背景，研究對象范疇僅限于同平臺武器發(fā)射的射彈之間，以及射彈與發(fā)射平臺之間[1-3]；第二，火力兼容性判斷的空域范圍限定在艦艇安全距離范圍內(nèi)，僅涉及艦載武器發(fā)射后射彈飛行的初始段，判斷結(jié)論多為排他的定性判斷[4-6]。隨著海軍建設(shè)從以平臺對抗為主向以體系對抗為主的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變，艦艇編隊將成為未來主要的海上作戰(zhàn)單元。在協(xié)同交戰(zhàn)模式下，分布在編隊內(nèi)不同艦艇上的武器系統(tǒng)將成為一個全方位、大范圍、多層次、多功能的有機(jī)的海上攻防整體。艦艇編隊火力兼容在編隊作戰(zhàn)系統(tǒng)框架下，管控的范疇拓展到跨平臺多武器系統(tǒng)，除傳統(tǒng)的單艦平臺火力兼容外，還應(yīng)包含跨平臺火力兼容。

指標(biāo)體系的構(gòu)建是進(jìn)行評估的基礎(chǔ)，指標(biāo)體系構(gòu)建的科學(xué)合理與評估的真實有效直接相關(guān)[7]。面對跨平臺協(xié)同交戰(zhàn)中兵力編成多元、交戰(zhàn)模式改變以及信息化支援約束帶來的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)針對彈道初段火力交叉的定性火力兼容性判斷已難以滿足跨平臺火力兼容性研究的要求，必須進(jìn)行面向武器射彈交戰(zhàn)全過程多機(jī)理的層次化定量評估。本文從艦艇編隊跨平臺協(xié)同交戰(zhàn)火力兼容評估需求出發(fā)，系統(tǒng)構(gòu)建了跨平臺火力兼容評估指標(biāo)體系，并給出了各層次指標(biāo)的計算模型。

1 跨平臺火力兼容評估分析

作為海軍未來主要的海上作戰(zhàn)單元，艦艇編隊可以使具有不同使命任務(wù)的艦艇及其搭載的各類武器系統(tǒng)結(jié)合成一個全方位、大范圍、多層次、多功能的有機(jī)的海上攻防整體。編隊兵力編成的多元、交戰(zhàn)模式的改變以及武器系統(tǒng)信息化水平的提高，使得跨平臺火力兼容性面具有有別于單艦平臺火力兼容性的特點。

首先，艦艇編隊兵力組成多元，且基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同交戰(zhàn)成為主要交戰(zhàn)模式[8]，可行的火力通道組織方案數(shù)量大幅增長，多武器協(xié)同運用的安全性問題更加突出，傳統(tǒng)的定性火力沖突判斷將導(dǎo)致排他性的武器射擊干預(yù)控制，使大量武器射彈遭到禁射，嚴(yán)重影響艦艇編隊的整體作戰(zhàn)效能。因此針對火力干擾沖突，跨平臺火力兼容性評估必須是一個量化評估過程，以積極促成跨平臺武器火力的兼容運用。

其次，跨平臺武器射彈的交戰(zhàn)過程是置于一個包含“任務(wù)-交戰(zhàn)-動作”多個層次緊密耦合的框架中進(jìn)行研究的，如圖1所示。任務(wù)層反映了艦艇編隊作戰(zhàn)針對多目標(biāo)達(dá)成各自戰(zhàn)術(shù)目的所對應(yīng)的戰(zhàn)術(shù)任務(wù)；行動層反映了為完成各戰(zhàn)術(shù)任務(wù)可能規(guī)劃的武器射彈的交戰(zhàn)行動方案，聚焦武器射彈開展；動作層反映了各武器射彈執(zhí)行各自交戰(zhàn)行動方案可能涉及的交戰(zhàn)戰(zhàn)斗動作，交戰(zhàn)戰(zhàn)斗動作是對武器射彈在交戰(zhàn)使用中不同過程環(huán)節(jié)的模型描述；資源層反映了武器射彈在不同交戰(zhàn)戰(zhàn)斗動作階段涉及的相關(guān)資源。因此，在層次上跨平臺火力兼容評估指標(biāo)是一個面向多層次的指標(biāo)體系。

再者，由于武器發(fā)射基點的跨平臺分布特征，火力沖突將涉及射彈彈道全航路的各個階段，且由于干擾、沖突雙方所處各自彈道、航路階段的不同，造成沖突的機(jī)理將多樣化，包括二者之間的實體碰撞、命中點附近對友方目標(biāo)的附帶殺傷、穿越命中點后的對友方目標(biāo)誤傷、信息化彈藥末制導(dǎo)段的目標(biāo)特性干擾等多種情形。可見作戰(zhàn)區(qū)域擴(kuò)大，交戰(zhàn)周期延長，跨平臺火力兼容性評估在范圍上必須面向武器射彈全交戰(zhàn)彈道。

圖1 編隊跨平臺火力兼容研究框架

2 跨平臺火力兼容指標(biāo)體系

2.1 跨平臺火力兼容性量化指標(biāo)

在艦艇編隊協(xié)同作戰(zhàn)中，武器射彈交戰(zhàn)執(zhí)行中與其他跨平臺武器射彈、作戰(zhàn)平臺、功能區(qū)域等對象發(fā)生的火力沖突普遍存在，且主要源自武器射彈自身或者終點殺傷范圍對空間的占用沖突。由于各種誤差的存在，武器射彈交戰(zhàn)執(zhí)行過程中發(fā)生火力沖突是一個隨機(jī)事件，即武器射彈交戰(zhàn)執(zhí)行過程中“不存在沖突可以安全運用火力”、“運用火力存在風(fēng)險”兩種情況也都是隨機(jī)事件，其概率性描述可以作為武器射彈交戰(zhàn)執(zhí)行的火力兼容性量化表征。

交戰(zhàn)執(zhí)行火力沖突概率，記為PCflct，用于表征武器射彈交戰(zhàn)執(zhí)行中與其他跨平臺武器射彈、作戰(zhàn)平臺、功能區(qū)域等對象占用同一時空域資源時發(fā)生火力干擾沖突的可能性，表明武器射彈交戰(zhàn)執(zhí)行中發(fā)生火力沖突的概率，也就是運用該武器射彈火力是必須承擔(dān)的安全風(fēng)險。

交戰(zhàn)執(zhí)行安全概率，記為PSecu，用于表征武器射彈交戰(zhàn)執(zhí)行中與其他跨平臺武器射彈、作戰(zhàn)平臺、功能區(qū)域等對象雖占用同一空域資源但相互之間互不干擾沖突的可能性，表明當(dāng)武器射彈交戰(zhàn)執(zhí)行可以安全運用的概率。

艦艇編隊協(xié)同作戰(zhàn)中交戰(zhàn)頻次高，且武器火力運用中彈道/航路交叉、射彈作用區(qū)域重疊、射彈作用效果互擾等安全性問題突出，采取保守的火力兼容策略將使得大量武器遭到禁用，因此本文選擇概率PCflct作為火力兼容性量化指標(biāo)。

2.2 跨平臺火力兼容指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)

跨平臺武器射彈交戰(zhàn)火力兼容性評估關(guān)注的是交戰(zhàn)Ei的執(zhí)行過程中，所運用的武器射彈ProidPro與跨平臺交戰(zhàn)Ej運用的武器射彈、艦艇編隊內(nèi)作戰(zhàn)平臺Platfmk、功能區(qū)域Zonel之間的干擾沖突，采取交戰(zhàn)執(zhí)行火力沖突概率pij、pik、pil量化描述跨平臺交戰(zhàn)Ei與Ej、Platfmk、Zonel之間的火力兼容性。在艦艇編隊協(xié)同作戰(zhàn)中，交戰(zhàn)Ei和交戰(zhàn)Ej處在一個“任務(wù)-交戰(zhàn)-動作”的多層關(guān)系體系中，因此跨平臺交戰(zhàn)的火力兼容性對應(yīng)艦艇編隊作戰(zhàn)相關(guān)概念層次也包含“任務(wù)-交戰(zhàn)-動作”3個層次，其關(guān)系如圖2所示。pij、pik、pil為交戰(zhàn)層指標(biāo)。

圖2 跨平臺火力兼容性的3層指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)

3 跨平臺火力兼容指標(biāo)計算模型

3.1 動作層火力兼容指標(biāo)計算模型

圖3 交戰(zhàn)動作層的火力兼容性評估

按照交戰(zhàn)動作之間不同的火力沖突機(jī)理，交戰(zhàn)動作層的火力沖突可以分為4種情況。

圖4 基于碰撞機(jī)理的火力沖突情況

圖5 基于武器射彈終點作用機(jī)理的火力沖突情況

圖6 基于末制導(dǎo)捕獲的火力沖突情況

3.2 交戰(zhàn)層火力兼容指標(biāo)計算模型

圖7 其他情況的火力沖突

(1)

(2)

(3)

3.3 任務(wù)層火力兼容指標(biāo)計算模型

構(gòu)建火力兼容性表征矩陣PCflct，其行數(shù)與集合Eplamp0(t)中交戰(zhàn)數(shù)量相同，其列數(shù)與Eplamp0(t)∪Plfmplamp0(t)∪Zoneplamp0(t)的元素數(shù)量相同，并一一對應(yīng)，如圖8所示。將交戰(zhàn)層火力兼容指標(biāo)pij、pik、pil分別放置于矩陣PCflct對應(yīng)位置，火力兼容性表征矩陣PCflct作為任務(wù)層火力兼容指標(biāo)。

圖8 火力兼容性表征矩陣構(gòu)建示意圖

4 結(jié)論

本文針對艦艇編隊協(xié)同作戰(zhàn)對跨平臺火力兼容性多層次、全過程、定量化的評估需求，從積極促成跨平臺兼容交戰(zhàn)的角度選取交戰(zhàn)執(zhí)行火力沖突概率PCflct作為跨平臺火力兼容性量化指標(biāo)，并按照“任務(wù)-交戰(zhàn)-動作”層次結(jié)構(gòu)構(gòu)建了跨平臺火力兼容指標(biāo)體系，并給出了3個層次火力兼容量化指標(biāo)的計算模型，能夠?qū)缙脚_火力兼容性的多層次、全過程、定量化評估與火力兼容決策提供支撐。在實際跨平臺火力兼容控制中，火力兼容性評估需要與作戰(zhàn)目標(biāo)選擇、武器-目標(biāo)動態(tài)分配、火力兼容決策等問題聯(lián)合求解，如何在耦合性、復(fù)雜性、時效性、準(zhǔn)確性之間取得平衡是聯(lián)合求解的難點，這還需要進(jìn)一步的分析研究。