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《計(jì)算機(jī)仿真雜志》2014年第六期

1預(yù)警機(jī)陣位確定的作圖法

通過資料檢索，對(duì)預(yù)警機(jī)巡邏空域設(shè)置的研究大多是圍繞位置的設(shè)置研究的，巡邏空域陣位優(yōu)化配置可以用作圖法和模型法兩種方法。作圖法如圖2所示。具體是如下:1)以需要監(jiān)控區(qū)域正面兩端為圓心，預(yù)警機(jī)探測(cè)距離為半徑畫圓，稱為“探測(cè)圓”，預(yù)警機(jī)在兩個(gè)“探測(cè)圓”重疊區(qū)域飛行即可完成監(jiān)控任務(wù);2)以與預(yù)警機(jī)有指揮關(guān)系的編隊(duì)指揮所為圓心、海空指揮通信距離為半徑畫圓，稱為“通信圓”，預(yù)警機(jī)在“通信圓”內(nèi)飛行即可與編隊(duì)指揮所保持通信暢通;3)標(biāo)出敵防空火力范圍，通常以敵防空火力單元陣位為圓心，中遠(yuǎn)程艦空導(dǎo)彈最大發(fā)射距離為半徑畫圓，預(yù)警機(jī)在敵防空火力范圍以外飛行可保證安全;在“探測(cè)圓”和“通信圓”的重疊區(qū)域，去掉敵艦空導(dǎo)彈火力范圍，剩余區(qū)域和我方控制區(qū)的公共部分(示意圖中陰影區(qū)域)，即為預(yù)警機(jī)巡邏空域的位置。

2預(yù)警機(jī)陣位確定的模型法

假設(shè)航母編隊(duì)作戰(zhàn)過程中，航母編隊(duì)指揮員判斷敵機(jī)來襲的區(qū)域是一個(gè)以航母為圓心的扇形，該扇形的圓心角稱為航母的威脅扇面角，用α表示，扇形的角平分線即為威脅軸，如圖3所示。預(yù)警機(jī)執(zhí)勤陣位的確定主要包括三個(gè)方面:前出方位、前出距離和執(zhí)勤高度。對(duì)于單架預(yù)警機(jī)來說，一般將其部署在敵最可能來襲的方位上，即將預(yù)警機(jī)配置在威脅扇面的中心線上，其巡邏線被中心線垂直平分。因此，本文在預(yù)警機(jī)飛行過程建模的基礎(chǔ)上，僅對(duì)預(yù)警機(jī)的前出距離、執(zhí)勤高度兩個(gè)方面進(jìn)行分析。1)截?fù)艟嚯x截?fù)艟€是指艦載機(jī)攻擊梯隊(duì)開始攻擊敵機(jī)(空襲兵器)時(shí)，敵機(jī)所在的預(yù)定位置線。截?fù)艟€是“探測(cè)與跟蹤區(qū)”和“戰(zhàn)斗機(jī)交戰(zhàn)區(qū)”的交界線，如圖1所示。該線距離航母編隊(duì)越遠(yuǎn)，艦載機(jī)的截?fù)魰r(shí)間和地段就越長，殲敵可能性也就越大。截?fù)艟€的位置，主要根據(jù)敵情、作戰(zhàn)任務(wù)、兵力部署、部隊(duì)作戰(zhàn)能力和引導(dǎo)保障條件等因素確定。截?fù)艟€到航母的水平面距離稱為截?fù)艟嚯x，用Sjj表示。假設(shè)Sdkjm表示敵方突擊機(jī)群來襲速度敵機(jī)突擊群所攜空艦導(dǎo)彈射程;Swjkm表示我方防空艦艇艦空導(dǎo)彈最大射程;Rwzw表示我方艦載機(jī)退出攻擊的轉(zhuǎn)彎半徑;Mtd表示連續(xù)攔擊時(shí)，艦載機(jī)的攻擊梯隊(duì)數(shù);ngj表示各個(gè)艦載機(jī)梯隊(duì)的攻擊次數(shù);twgj我艦載機(jī)梯隊(duì)攻擊一次所需的平均時(shí)間;敵方突擊機(jī)群來襲速度Vd;Sb表示內(nèi)層防御區(qū)內(nèi)區(qū)域防空哨艦到航母的距離。截?fù)艟嚯x可按圖4所示的具體情況，用下述公式之一計(jì)算:2)預(yù)警距離為了保障航母的安全，要求預(yù)警機(jī)警戒雷達(dá)發(fā)現(xiàn)敵機(jī)的最遠(yuǎn)界線稱為預(yù)警線。航母編隊(duì)遠(yuǎn)程防空作戰(zhàn)的預(yù)警線是“預(yù)警征候與警報(bào)區(qū)”和“探測(cè)與跟蹤區(qū)”的交界線，如圖1所示。預(yù)警線到航母的水平面距離稱為預(yù)警距離，用Sfx表示。根據(jù)我方艦載機(jī)能否實(shí)現(xiàn)“先敵發(fā)射”，預(yù)警距離的求取可劃分以下兩種情形:1)先敵發(fā)射，我艦載機(jī)打擊敵來襲平臺(tái)假設(shè)T表示敵機(jī)從預(yù)警線飛到攔截線的時(shí)間，它要求等于從預(yù)警機(jī)發(fā)現(xiàn)敵機(jī)群后上報(bào)給編隊(duì)指揮所起，到航母甲板起飛的戰(zhàn)斗機(jī)飛臨戰(zhàn)斗機(jī)交戰(zhàn)區(qū)開始攻擊敵機(jī)為止所需的總時(shí)間。tz表示我艦載機(jī)的作戰(zhàn)反應(yīng)總時(shí)間，包括:預(yù)警機(jī)發(fā)現(xiàn)、跟蹤、識(shí)別目標(biāo)所需的時(shí)間td、雷情傳遞時(shí)間tcd、指揮員定下決心時(shí)間tzhy、從規(guī)定的戰(zhàn)斗值班狀態(tài)起飛的時(shí)間tqf、爬升時(shí)間tps、接敵轉(zhuǎn)彎時(shí)間tzw;tch表示航母艦載機(jī)飛行時(shí)間，從航母艦載機(jī)編隊(duì)完畢起，到航母艦載機(jī)飛行至距攔截線為航母艦載機(jī)空空導(dǎo)彈最大射程為止;twkkm表示我空空導(dǎo)彈飛行時(shí)間，從航母艦載機(jī)飛行至距截?fù)艟€為航母艦載機(jī)空空導(dǎo)彈最大射程起，到航母艦載機(jī)發(fā)射的空空導(dǎo)彈飛行完其最大射程為止。各段時(shí)間的關(guān)系如圖4所示［3］。一般情況下，為保證一定的安全裕度，應(yīng)使Sfx≥Sjj+Vd×T，使得甲板待戰(zhàn)艦載機(jī)的可能截?fù)艟嚯x大于截?fù)艟嚯x，保證艦載機(jī)投入更多的攻擊梯隊(duì)、攻擊次數(shù)。如果出現(xiàn)Sfx＜Sjj+Vd×T的情形，即采取甲板待戰(zhàn)方式的艦載機(jī)無法在截?fù)艟€以遠(yuǎn)及時(shí)投入攻擊。通常采取以下兩種方式加以解決:其一，艦載戰(zhàn)斗機(jī)采取空中待戰(zhàn)的方式以減小tch，但該方式對(duì)艦載機(jī)數(shù)量及續(xù)航能力有較高要求;其二，仍采取甲板待戰(zhàn)的方式，通過提高艦載機(jī)訓(xùn)練水平減少甲板待戰(zhàn)飛機(jī)的作戰(zhàn)反應(yīng)總時(shí)間tz。2)敵搶先機(jī)，我艦載機(jī)攔截?cái)硜硪u空艦導(dǎo)彈如果來襲目標(biāo)在我艦載機(jī)對(duì)其的截?fù)艟€外即完成導(dǎo)彈發(fā)射，則需要轉(zhuǎn)入對(duì)反艦導(dǎo)彈的攔截。根據(jù)編隊(duì)兵力兵器的使用順序，首先考慮由艦載機(jī)進(jìn)行攔截。艦載機(jī)攔截反艦導(dǎo)彈時(shí)，要在艦載區(qū)域防空導(dǎo)彈射程外完成攔截，目標(biāo)進(jìn)入艦載對(duì)空導(dǎo)彈截?fù)艟€后則由艦載防空導(dǎo)彈進(jìn)行攔截［5］。這樣一是能夠增加攔截導(dǎo)彈的防御層次，二是可以防止防空導(dǎo)彈誤傷己方飛機(jī)。由于艦空導(dǎo)彈一般由航母編隊(duì)內(nèi)層的警戒幕艦艇發(fā)射，因此要考慮警戒幕艦艇到航母的距離，如圖5所示。認(rèn)為航母編隊(duì)前出預(yù)警機(jī)發(fā)現(xiàn)敵方突擊群載機(jī)平臺(tái)，但未能阻止敵方突擊群發(fā)射發(fā)射空艦導(dǎo)彈(空艦導(dǎo)彈最大射程發(fā)射)。此時(shí)，編隊(duì)的預(yù)警探測(cè)距離計(jì)算過程如下:3)前出距離預(yù)警機(jī)在巡邏線上巡航時(shí)，預(yù)警機(jī)到航母的最短水平距離稱為前出距離，用Sqc表示。假設(shè)Dr表示預(yù)警機(jī)的探測(cè)距離，Dr由預(yù)警機(jī)本身的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能所決定，那么前出距離可簡單表示為Sqc=Sfx－Dr?？紤]到威脅扇面角度與預(yù)警線交點(diǎn)的臨界情況，由圖3可知:由上式可知，在每次預(yù)警任務(wù)的執(zhí)行過程中，預(yù)警機(jī)前出距離的大小取決于多個(gè)不同的因素。這些因素大致可分為三類，分別是預(yù)警機(jī)本身因素、敵方因素和我方因素。預(yù)警本身因素也就是其自身的探測(cè)能力;敵方因素是指敵方目標(biāo)的來襲速度和威脅扇面角，敵方目標(biāo)來襲速度越快對(duì)我方預(yù)警性能的要求就越高;我方因素則是指我方通信時(shí)間、指揮控制時(shí)間和戰(zhàn)斗機(jī)準(zhǔn)備時(shí)間等因素。式(5)、(11)、(12)建立了確定預(yù)警機(jī)前出距離和預(yù)警距離的數(shù)學(xué)模型。由已知的α、Sfx和Dr可以確定前出距離Sqc。以下是計(jì)算預(yù)警機(jī)的前出距離Sqc的步驟:1)確定有關(guān)參數(shù)值;2)由敵目標(biāo)參數(shù)Vd、交戰(zhàn)時(shí)間tj、我編隊(duì)參數(shù)Swld、Sb和Rwjkm等確定攔截距離Sjj;3)確定艦載機(jī)從預(yù)警線飛到攔截線的時(shí)間T;4)由攔截距離Sjj、敵機(jī)速度Vd、T等確定預(yù)警距離Sfx;5)由威脅扇面角α、預(yù)警距離Sfx和探測(cè)距離Dr等參數(shù)按確定前出距離Sqc。

3實(shí)例分析

首先給出如下作戰(zhàn)想定:航母編隊(duì)前往某一海域執(zhí)行搜潛任務(wù)，在航渡過程中，突然遭到敵飛機(jī)編隊(duì)的攻擊，航母編隊(duì)立即實(shí)施對(duì)空防御。假設(shè)有關(guān)的參數(shù)值如表1所示?，F(xiàn)分析α、Dr和tz等原始參數(shù)對(duì)預(yù)警機(jī)前出距離Sqc的影響。根據(jù)表1的數(shù)據(jù)，由步驟和MATLAB7.1求得上述數(shù)對(duì)Sqc的影響曲線，如圖7所示。根據(jù)圖7，可得以下結(jié)論:1)圖7(a)分別表示先敵發(fā)射、敵搶先機(jī)時(shí)前出距離隨威脅扇面角變化的趨勢(shì)，預(yù)警距離分別按式(6)、(12)計(jì)算;可以明顯看出，在相同威脅扇面角情況下，攔截飛機(jī)較之?dāng)r截導(dǎo)彈所需的前出距離為大，但后者攔截成功率較低，在實(shí)戰(zhàn)中必須樹立“攔截飛機(jī)平臺(tái)為首要”的作戰(zhàn)原則。2)我方先敵發(fā)射時(shí)，當(dāng)威脅扇面角α＞34°時(shí)，方程(17)中根的判別式Δ＜0，Sfx、Sqc和Dr三條直線不能構(gòu)成三角形，方程無解;圖1(a)遞減曲線為負(fù)數(shù)根，無實(shí)際意義(如α=35°，負(fù)數(shù)根為1246－89i);α的取值范圍是0°≤α≤34°。敵搶先機(jī)時(shí)，當(dāng)威脅扇面角α＞45°時(shí)，方程(17)中根的判別式Δ＜0，α的取值范圍是0°≤α≤45°。3)通過圖9(a)可以看出，想定戰(zhàn)術(shù)背景下航母編隊(duì)遠(yuǎn)程防空作戰(zhàn)，威脅扇面角為0°的情形，預(yù)警機(jī)前出距離需955km，威脅扇面角為34°的情形，前出距離達(dá)到1255km。若預(yù)警機(jī)任務(wù)區(qū)域巡邏時(shí)間較長，我艦載預(yù)警機(jī)的作戰(zhàn)航程是無法適應(yīng)如此高作戰(zhàn)強(qiáng)度的?？刹扇煞N解決方式:一是增加預(yù)警機(jī)雷達(dá)的探測(cè)距離;二是減小作戰(zhàn)反應(yīng)時(shí)間。圖9(b)分別表示上述兩種解決方式條件下，前出距離隨威脅扇面角變化的情況;其中，雷達(dá)探測(cè)距離由380km增加為480km;作戰(zhàn)反應(yīng)時(shí)間減少10min，由27.75min變化為17.75min?？擅黠@看出，預(yù)警機(jī)前出距離皆有一定程度的減少。4)在Sb，Sdkjm，Vd等值皆比較大的情況，要確保敵機(jī)在內(nèi)層防御區(qū)外，即在交戰(zhàn)區(qū)、識(shí)別區(qū)解決戰(zhàn)斗，所要求的預(yù)警機(jī)前出距離是很大的;計(jì)算的前提是Mtd，ngj皆為1，盡管相關(guān)時(shí)間參數(shù)的選取較之實(shí)際有一定偏差，但也可以看出這一特點(diǎn)。因而，在未來信息化條件下的信息化海戰(zhàn)，并須依托包括衛(wèi)星在內(nèi)的一切傳感器平臺(tái)，而絕不可以依靠單一信息源。

4結(jié)束語

本文提供了一種確定航母編隊(duì)遠(yuǎn)程防空作戰(zhàn)過程中預(yù)警機(jī)陣位確定的方法。航母編隊(duì)航渡過程中預(yù)警機(jī)的配置是航母編隊(duì)防空兵力配置的重要環(huán)節(jié)，本文分析了航母編隊(duì)防空區(qū)域劃分、防空作戰(zhàn)的過程，在給出預(yù)警機(jī)陣位確定原則的基礎(chǔ)上，建立了預(yù)警機(jī)陣位的數(shù)學(xué)模型，這些模型可用于計(jì)算預(yù)警機(jī)的前出距離、執(zhí)勤高度等陣位要素。通過實(shí)例，分析了模型中有關(guān)參數(shù)對(duì)預(yù)警機(jī)陣位的影響。這些工作為航母編隊(duì)預(yù)警機(jī)陣位的確定提供了定量的理論方法。

作者：紀(jì)軍馬培蓓孫國磊單位：海軍航空工程學(xué)院