基于態(tài)勢驅(qū)動的兩棲攻擊艦對空自防御動態(tài)火力分配

王慕鴻，周智超，關(guān)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(zhàn)術(shù)價值、甚至是戰(zhàn)略價值的兩棲攻擊艦,往往是反艦導(dǎo)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(dǎo)彈和艦炮等對空自防御武器系統(tǒng),以提高其戰(zhàn)場生存能力。面臨復(fù)雜多變的防空作戰(zhàn)態(tài)勢,合理分配對空自防御武器資源,發(fā)揮最大綜合作戰(zhàn)效能,確保自身安全,是兩棲攻擊艦對空自防御作戰(zhàn)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(tài)勢,提出一種基于態(tài)勢驅(qū)動的兩棲攻擊艦對空自防御動態(tài)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(qū)域

兩棲攻擊艦通常配置前后兩個火力單元的近程艦空導(dǎo)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(fā)射架或炮座安裝位置和艦體限制,它們的實際發(fā)射扇面都存在死區(qū)。因此可將兩棲攻擊艦對空自防御抗擊區(qū)域分為4類:第1類區(qū)域可以使用近程艦空導(dǎo)彈和近程艦炮各兩個火力單元進行抗擊;第2類區(qū)域可以使用近程艦空導(dǎo)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(qū)域可以使用近程艦空導(dǎo)彈和近程艦炮各一個火力單元進行抗擊;第4類區(qū)域只能使用近程艦空導(dǎo)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(qū)域,B1、B2、B3和B4為第2類抗擊區(qū)域,C1、C2、C3和C4為第3類抗擊區(qū)域,D1、D2為第4類抗擊區(qū)域。

圖1 硬武器抗擊區(qū)域示意圖

已知近程艦空導(dǎo)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(tǒng)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(qū)域可分別用集合表示為:

(1)

1.2 硬武器火力分配區(qū)

火力分配區(qū)是指在進行火力分配時,能夠使所分配的目標在相應(yīng)的武器系統(tǒng)殺傷區(qū)內(nèi)同該武器系統(tǒng)發(fā)射的射彈(艦空導(dǎo)彈或炮彈)相遇的所有目標位置點所構(gòu)成的空間區(qū)域,通常用火力分配區(qū)遠界和近界來描述[1]?；鹆Ψ峙鋮^(qū)遠界是指在武器系統(tǒng)殺傷區(qū)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?；鹆Ψ峙鋮^(qū)近界是指在武器系統(tǒng)殺傷區(qū)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?；鹆Ψ峙鋮^(qū)遠界和近界與武器系統(tǒng)火力殺傷區(qū)遠界和近界、射彈飛至殺傷區(qū)遠界和近界的時間、目標的速度和運動軌跡有關(guān)。假設(shè)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(qū)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(qū)遠界斜距;Dsj為目標所在高度上的殺傷區(qū)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(tǒng)的反應(yīng)時間;tmz為目標指示所需時間;Vw為射彈(艦空導(dǎo)彈或炮彈)飛行速度。

2 兩棲攻擊艦對空自防御作戰(zhàn)火分態(tài)勢

兩棲攻擊艦對空自防御作戰(zhàn)火分態(tài)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(zhàn)態(tài)勢[2]。它是兩棲攻擊艦進行對空自防御作戰(zhàn)火力分配的客觀依據(jù),主要與目標數(shù)量、威脅程度、距離、舷角、高度、速度、航路捷徑及本艦武器系統(tǒng)射界等參數(shù)有關(guān)。這些參數(shù)中,目標高度、速度和航路捷徑可以是相對固定的,目標數(shù)量、威脅、距離和舷角則是動態(tài)變化的,而且武器系統(tǒng)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(tài)勢,即FireState(Num,Threati,W),其中Num為來襲目標數(shù)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(tài)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(dǎo)彈和近程艦炮系統(tǒng)的火力分配區(qū)遠界分別為Dhf1 imax和Dhf2 imax,近界分別為Dhf1 imin和Dhf2 imin,因此,根據(jù)目標的距離Di和舷角TAi,以及硬武器抗擊區(qū)域和火力分配區(qū),可以確定兩棲攻擊艦對空自防御作戰(zhàn)28種火分態(tài)勢。

1)目標第1類抗擊區(qū)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(qū)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(tǒng)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(dǎo)彈系統(tǒng)兩個火力單元和近程艦炮系統(tǒng)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(dǎo)彈系統(tǒng)兩個火力單元,即W=[2, 0]。

2)目標第2類抗擊區(qū)單方向來襲或艦艏(艉)第三抗擊區(qū)多方向來襲

目標第2類抗擊區(qū)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(qū)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(tǒng)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(dǎo)彈系統(tǒng)一個火力單元和近程艦炮系統(tǒng)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(dǎo)彈武器系統(tǒng)一個火力單元,即W=[1, 0]。

3)目標第3類抗擊區(qū)單方向來襲

目標第3類抗擊區(qū)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(tǒng)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(dǎo)彈武器系統(tǒng)一個火力單元和近程艦炮武器系統(tǒng)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(dǎo)彈武器系統(tǒng)一個火力單元,即W=[1, 0]。

4)目標第4類抗擊區(qū)單方向來襲

目標第4類抗擊區(qū)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(dǎo)彈武器系統(tǒng)一個火力單元,即W=[1, 0]。

5)目標第4類抗擊區(qū)多方向來襲

目標第4類抗擊區(qū)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(dǎo)彈系統(tǒng)兩個火力單元,即W=[2, 0];

6)目標艦艏(艉)第2類抗擊區(qū)多方向來襲

這種態(tài)勢下,目標從B1、B3區(qū)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(qū)域同時來襲,其舷角應(yīng)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(tǒng)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(dǎo)彈系統(tǒng)一個火力單元和近程艦炮系統(tǒng)一個火力單元,即W=[1, 4];

7)目標第1、3類抗擊區(qū)兩舷兩方向來襲

這種態(tài)勢下,目標從A1、C3(或C4)區(qū)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(qū)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(tǒng)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(dǎo)彈系統(tǒng)一個火力單元和近程艦炮系統(tǒng)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(dǎo)彈系統(tǒng)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(tǒng)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(dǎo)彈系統(tǒng)兩個火力單元和近程艦炮系統(tǒng)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(dǎo)彈系統(tǒng)一個火力單元,即W=[2, 0]。

3 基于態(tài)勢驅(qū)動的兩棲攻擊艦對空自防御動態(tài)火力分配流程

動態(tài)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(tài)WTA構(gòu)成[3]。兩棲攻擊艦對空自防御作戰(zhàn)中,目標數(shù)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(xiàn)兩棲攻擊艦對空自防御動態(tài)火力分配,就需要基于態(tài)勢驅(qū)動,即根據(jù)初始火分態(tài)勢完成硬武器火力分配后,持續(xù)監(jiān)控火分態(tài)勢的變化,當火分態(tài)勢發(fā)生明顯變化,就進行火力分配,以適應(yīng)新的火分態(tài)勢需要。

火分態(tài)勢可由目標數(shù)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(tài)勢,就可知t時刻和t+Δt時刻的來襲目標批數(shù)、每個來襲目標的威脅指標值、已分配的目標批數(shù)、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(shù),當出現(xiàn)以下情況之一,則可以判定火分態(tài)勢發(fā)生了明顯變化:

1) 發(fā)現(xiàn)新的來襲目標,并判定為緊急目標;

2) 發(fā)現(xiàn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jié)束語

火力分配是兩棲攻擊艦對空自防御作戰(zhàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文提出了一種基于態(tài)勢驅(qū)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(zhàn)可能的28種火分態(tài)勢。該方法克服了傳統(tǒng)的靜態(tài)防空火力分配不能及時響應(yīng)態(tài)勢變化的缺點,能夠?qū)崿F(xiàn)兩棲攻擊艦對空自防御的動態(tài)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。