邱忠升，王 蓉，蔣飄蓬

(海軍航空工程學(xué)院 訓(xùn)練部，山東 煙臺(tái) 264001)

【裝備理論與裝備技術(shù)】

超高射速反導(dǎo)艦炮系統(tǒng)作戰(zhàn)運(yùn)用優(yōu)化仿真研究

邱忠升，王 蓉，蔣飄蓬

(海軍航空工程學(xué)院 訓(xùn)練部，山東 煙臺(tái) 264001)

針對(duì)敵方真實(shí)導(dǎo)彈的來(lái)襲想定，分析來(lái)襲導(dǎo)彈的飛行特性和毀傷效應(yīng)，結(jié)合自身艦炮特性，運(yùn)用層次分析法列出影響效能評(píng)估的主要因素，編制艦炮系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估和優(yōu)化仿真程序，對(duì)超高射速近程反導(dǎo)艦炮系統(tǒng)的開(kāi)火距離、射擊校正方式選取以及對(duì)單目標(biāo)射擊的火力協(xié)調(diào)等作戰(zhàn)運(yùn)用進(jìn)行仿真研究，并給出了綜合優(yōu)化的作戰(zhàn)運(yùn)用方案。

艦炮；優(yōu)化仿真；作戰(zhàn)效能；反導(dǎo)

當(dāng)前對(duì)于超高射速反導(dǎo)艦炮系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的研究，主要集中在特定的某一射擊演練環(huán)節(jié)。而針對(duì)某一敵方真實(shí)導(dǎo)彈作為攔截目標(biāo)，從整體上對(duì)反導(dǎo)艦炮的各個(gè)作戰(zhàn)運(yùn)用環(huán)節(jié)進(jìn)行仿真優(yōu)化，研究還比較少[1-3]。本研究設(shè)定一個(gè)典型的作戰(zhàn)運(yùn)用想定，假定攔截目標(biāo)為臺(tái)灣“雄風(fēng)-3”超音速反艦導(dǎo)彈，運(yùn)用層次分析法的優(yōu)化方法，編制超高射速小口徑近程反導(dǎo)艦炮系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評(píng)估和優(yōu)化仿真程序，對(duì)超高射速近程反導(dǎo)艦炮系統(tǒng)的開(kāi)火距離、射擊校正方式選取以及對(duì)單目標(biāo)射擊的火力協(xié)調(diào)等作戰(zhàn)運(yùn)用進(jìn)行了仿真研究并得出結(jié)論。通過(guò)該研究，可以為超高射速近程反導(dǎo)艦炮系統(tǒng)的作戰(zhàn)運(yùn)用優(yōu)化提供指導(dǎo)作用，為綜合評(píng)價(jià)艦上多門艦炮的整體作戰(zhàn)效能提供參考方法。

1 基本作戰(zhàn)想定和作戰(zhàn)效能評(píng)估方法

1.1 基本作戰(zhàn)想定

艦艇采用超高射速小口徑近程反導(dǎo)艦炮系統(tǒng)攔截對(duì)抗末端防御區(qū)的來(lái)襲導(dǎo)彈。假定有效射程300～2 500 m，最佳射程300～1 500 m。這是艦艇編隊(duì)攔截導(dǎo)彈的最后一道防線。主要用于艦艇最末段的對(duì)空自我防御，抗擊直接攻擊本艦的目標(biāo)，這時(shí)航路捷徑接近為零。只有在特殊的戰(zhàn)術(shù)環(huán)境下，如聯(lián)合協(xié)防保衛(wèi)我最重要目標(biāo)時(shí)，才奉命攔截攻擊友艦的導(dǎo)彈目標(biāo)；艦艇上如在不同部位裝有超高射速近程反導(dǎo)艦炮系統(tǒng)，射擊時(shí)也可構(gòu)成一定的航路捷徑。

根據(jù)超高射速近程反導(dǎo)艦炮系統(tǒng)的作戰(zhàn)性能和目前世界各方超音速反艦導(dǎo)彈的列裝情況，末段攔截反艦導(dǎo)彈目標(biāo)選取臺(tái)灣“雄風(fēng)-3”超音速反艦導(dǎo)彈。敵方采用艦艦、空艦方式，多批次、飽和攻擊我艦艇編隊(duì)。經(jīng)過(guò)我方遠(yuǎn)、中、近3層次的抗擊后，假定能突入我方末段防御圈內(nèi)，并攻擊我艦的敵導(dǎo)彈數(shù)量為2～3發(fā)。

1.2 作戰(zhàn)效能評(píng)估優(yōu)化流程

超高射速小口徑近程反導(dǎo)艦炮系統(tǒng)攔截反艦導(dǎo)彈效能評(píng)估，是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。它既是艦艇編隊(duì)防空的最末的一環(huán)，又與目標(biāo)的抗毀特性、武器射擊能力以及彈藥威力有密切聯(lián)系。

本研究采用解析法進(jìn)行作戰(zhàn)效能評(píng)估計(jì)算[4-7]。解析法的特點(diǎn)是，根據(jù)描述效能指標(biāo)與給定條件之間的函數(shù)關(guān)系的解析表達(dá)式來(lái)計(jì)算指標(biāo)量。這個(gè)解析表達(dá)式可以是直接根據(jù)實(shí)測(cè)條件建立的，也可以是用數(shù)學(xué)方法求解所建立的效能方程得到的。

超高射速小口徑近程反導(dǎo)艦炮系統(tǒng)攔截反艦導(dǎo)彈效能評(píng)估流程如圖1所示。

圖1 反導(dǎo)艦炮系統(tǒng)攔截效能評(píng)估流程

1.3 攔截射擊能力估算

1.3.1 攔截距離與發(fā)射彈數(shù)

系統(tǒng)在有效連射區(qū)間內(nèi)攔截射擊能力主要有不同的攔截射擊距離對(duì)應(yīng)不同的發(fā)射彈數(shù)。取有效連射區(qū)間上限為1 500 m，高、中、低3種不同的射速，3種不同的目標(biāo)速度，按計(jì)算式

式中：Vfs為發(fā)射速度(發(fā)/s)；Nfd為相應(yīng)攔截距離的發(fā)射彈數(shù)。

計(jì)算結(jié)果(條件：目標(biāo)高20 m，航路捷徑0 m)如表1所示。

表1 有效射擊區(qū)內(nèi)不同攔截距離對(duì)應(yīng)發(fā)射彈數(shù)表

由計(jì)算結(jié)果可看出：有效射擊區(qū)內(nèi)不同攔截距離對(duì)應(yīng)的發(fā)射彈數(shù)呈規(guī)律性變化：盡遠(yuǎn)攔截發(fā)射彈數(shù)增加；射速增加發(fā)射彈數(shù)增加；目標(biāo)速度減小發(fā)射彈數(shù)增加。題設(shè)條件下，最佳攔截區(qū)間內(nèi)(300～1 500 m)，最大發(fā)射彈數(shù)為444發(fā)，最小為173發(fā)。有效射擊區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的最大發(fā)射彈數(shù)一般可定性歸納為：

1) 高速發(fā)射400發(fā)左右；

2) 中速發(fā)射250發(fā)左右；

3) 低速發(fā)射180發(fā)左右。

1.3.2 校正方法與發(fā)射彈數(shù)

根據(jù)武器系統(tǒng)性能，攔截射擊過(guò)程中可采用不同的射擊校正方法修正彈跡以獲得好的射擊效果。具體可采用下列校正方法：

1) 虛擬校射。系統(tǒng)對(duì)空虛擬校射是為了修正彈道氣象準(zhǔn)備誤差和常量誤差。GUN采用短連發(fā)射擊，TR在GUN射擊時(shí)，逐發(fā)進(jìn)行偏差檢測(cè)，WCC-II利用該偏差數(shù)據(jù)進(jìn)行射擊校正；一般射擊1～2組(第一組11發(fā)試射測(cè)偏，第2組20～30發(fā)測(cè)偏)，將測(cè)得的偏差進(jìn)行處理，求得校正量。虛擬校射一般在射擊前低射速下進(jìn)行，不影響發(fā)射彈數(shù)。

2) 閉環(huán)校射。當(dāng)系統(tǒng)TR跟蹤好目標(biāo)后，GUN對(duì)目標(biāo)在“閉環(huán)校射”工作方式下進(jìn)行射擊，TR邊跟蹤目標(biāo)，邊檢測(cè)彈丸相對(duì)目標(biāo)的偏差量，并將檢測(cè)到的每發(fā)彈丸偏差量送給WCC-II，實(shí)時(shí)進(jìn)行處理，變?yōu)樾Ｕ?，參加火控解算，反映在WCC-II的輸出諸元中，控制GUN精確指向彈道點(diǎn)。閉環(huán)校射通常在中/低速進(jìn)行射擊，所以會(huì)影響到有效攔截區(qū)間內(nèi)的發(fā)射彈數(shù)。

不同校正方法，攔截上限1 500 m時(shí)，目標(biāo)高20 m，航路捷徑0 m，其最大射彈發(fā)數(shù)如表2所示。

表2 不同校正方法對(duì)應(yīng)射彈發(fā)數(shù)表

1.3.3 艦炮反導(dǎo)系統(tǒng)對(duì)“雄風(fēng)-3”毀傷效應(yīng)分析

系統(tǒng)對(duì)“雄風(fēng)-3”導(dǎo)彈的毀傷還必須考慮其特殊性，主要有3點(diǎn)：一是時(shí)間短暫性。從開(kāi)始攔截射擊到命中目標(biāo)總時(shí)間最大只有2～3 s，要求毀傷具瞬時(shí)性，一般擊穿、漏油、燃燒不起太大作用；二是彈目距離近，一般在1 500 m以內(nèi)，非末端機(jī)動(dòng)導(dǎo)彈控制系統(tǒng)已完成使命，毀傷控制系統(tǒng)不起太大作用；三是超音速導(dǎo)彈存速大，一般的發(fā)動(dòng)機(jī)毀傷達(dá)到速度低于100 m/s可能性小，擊穿發(fā)動(dòng)機(jī)作用也不大。

所以，超高射速小口徑艦炮反導(dǎo)系統(tǒng)對(duì)“雄風(fēng)-3”導(dǎo)彈的毀傷只考慮導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部。按戰(zhàn)斗部要害面積是總體0.75的結(jié)論，推算得：戰(zhàn)斗部大小尺寸為：直徑0.32 m；長(zhǎng)1.14 m(相似估值)。其毀傷的平均必須命中彈數(shù)取1發(fā)。

2 反導(dǎo)艦炮系統(tǒng)作戰(zhàn)的典型優(yōu)化運(yùn)用

2.1 開(kāi)火距離優(yōu)化確定

超高射速近程反導(dǎo)艦炮系統(tǒng)開(kāi)火距離的遠(yuǎn)近是作戰(zhàn)運(yùn)用的首要問(wèn)題。它直接關(guān)系到毀傷效能的發(fā)揮，持續(xù)作戰(zhàn)能力的保持和作戰(zhàn)效費(fèi)比的高低。按照作戰(zhàn)效能綜合優(yōu)化的思路，取綜合作戰(zhàn)效能為衡量指標(biāo)[8]。在末端反導(dǎo)攔截作戰(zhàn)中，綜合作戰(zhàn)效能考慮的因素通常有下列方面：

一是毀傷目標(biāo)概率。這是首要的，因?yàn)橹挥袣繕?biāo)才能保存自己；

二是持久戰(zhàn)力和潛能。反導(dǎo)作戰(zhàn)只是攻防作戰(zhàn)的一方面，同時(shí)要考慮到持久戰(zhàn)力和潛能；

三是作戰(zhàn)效費(fèi)比。為達(dá)作戰(zhàn)的勝利有時(shí)可不計(jì)成本，但總體上還是要講究效費(fèi)比的，消耗的彈藥和獲得的效果要基本成比例。

綜合考慮上述3方面，以層次分析法求算其優(yōu)化開(kāi)火距離，具體構(gòu)建模型如圖2所示。

圖2 開(kāi)火距離遠(yuǎn)近綜合效能組成

上述層次模型中，毀傷效能是主要的，持久戰(zhàn)力和潛能、作戰(zhàn)效費(fèi)比也必須作相應(yīng)考慮，具體考慮的程度用權(quán)系數(shù)Ai來(lái)表示。經(jīng)戰(zhàn)術(shù)專家打分評(píng)判?。篈1=0.85；A2=0.10；A3=0.05。毀傷效能直接用相應(yīng)毀傷概率表示(u1=p)；

持久戰(zhàn)力和潛能用下列隸屬函數(shù)表示

式中：nd為系統(tǒng)彈鼓彈藥儲(chǔ)備數(shù)(1 200發(fā))；nx為某射擊距離段內(nèi)消耗彈藥數(shù)。

作戰(zhàn)效費(fèi)比同樣用隸屬函數(shù)表示

式中：p為系統(tǒng)相應(yīng)毀傷概率；nx為某射擊距離段內(nèi)消耗彈藥數(shù)；k為調(diào)節(jié)系數(shù)，將u3調(diào)節(jié)到0～1的范圍內(nèi)。

綜合效能為

下面?。壕鹊燃?jí)：中；目標(biāo)類型：雄風(fēng)-3；校正方式：開(kāi)環(huán)；平均必須命數(shù)1；目標(biāo)高度7 m ；航路捷徑80 m；目標(biāo)速度：2.3 Ma ；k=200。算成結(jié)果如表3所示。

表3 不同射擊預(yù)定點(diǎn)斜距下綜合效能

由表3中結(jié)果可看出：最優(yōu)綜合效能為0.603，其相應(yīng)的射擊預(yù)定點(diǎn)斜距為1 400 m，其他射擊斜距的綜合效能相對(duì)要小，但相差不大。對(duì)其他條件的計(jì)算分析也可得出類似結(jié)論。所以綜合其他條件，取射擊的預(yù)定點(diǎn)斜距為1 500 m左右是最優(yōu)的，且在1 500～1 000 m區(qū)間開(kāi)火均是較優(yōu)的。

2.2 射擊校正方式優(yōu)化選取

超高射速小口徑近程反導(dǎo)艦炮系統(tǒng)具有開(kāi)環(huán)、閉環(huán)、虛擬校射后開(kāi)環(huán)、虛擬校射后閉環(huán)4種射擊校正方式。合理、優(yōu)化選用校正方式，對(duì)提高毀傷效能、圓滿完成反導(dǎo)攔截任務(wù)具有重要意義。合理、優(yōu)化選取校正方式的原則有2條：

一是相對(duì)提高攔截效能明顯(10%以上)；

二是對(duì)射擊指揮程序和操作不造成大的變動(dòng)，尤其不能過(guò)多增大復(fù)雜性。根據(jù)上述2條原則，在合理、優(yōu)化選用校正方式時(shí)須做到下列3點(diǎn)：

1) 提前虛擬校射對(duì)超高射速小口徑近程反導(dǎo)艦炮系統(tǒng)提高作戰(zhàn)效能有限，平均毀傷概率僅增大1%～5%。之所以效果有限，原因是提前虛擬校射只能部分排除彈道氣象的強(qiáng)相關(guān)誤差，而系統(tǒng)攔截射擊時(shí)距離近，引起的彈道氣象綜合強(qiáng)相關(guān)誤差小，在系統(tǒng)綜合誤差中所占的比重不大。據(jù)仿真統(tǒng)計(jì)，在全航路上彈道氣象的綜合強(qiáng)相關(guān)誤差(期望斜距離1 500 m)平均僅占綜合總誤差比重5%～8%左右。而提前虛擬校射實(shí)際實(shí)施是一個(gè)較復(fù)雜的協(xié)同過(guò)程，所以使用時(shí)應(yīng)慎重。

2) 超高射速小口徑近程反導(dǎo)艦炮系統(tǒng)在閉環(huán)射擊條件下，攔截一枚“雄風(fēng)-3”超音速反艦導(dǎo)彈其毀傷概率高精度在82%～91%之間；中精度在77%～88%之間；低精度在70%～82%之間。從射擊效能的絕對(duì)量值看，中、低射速閉環(huán)射擊其效能均達(dá)到或超過(guò)高射速開(kāi)環(huán)射擊，且實(shí)際耗彈大幅減少。如果以中、低速射擊的效能相比較，閉環(huán)射擊比開(kāi)環(huán)射擊其平均效能相對(duì)提高30%以上，且低精度提高幅度大于高精度。詳見(jiàn)表4所示。所以閉環(huán)射擊是應(yīng)努力使用的射擊修正方式，尤其是精度不高時(shí)更應(yīng)如此。

表4 系統(tǒng)對(duì)“雄風(fēng)-3”射擊3種精度開(kāi)閉環(huán)效能對(duì)照

3) 當(dāng)突然發(fā)現(xiàn)來(lái)襲目標(biāo)，且不只一個(gè)時(shí)，如不便行閉環(huán)射擊應(yīng)果斷采用開(kāi)環(huán)校正方式高射速全力抗擊。因?yàn)橹挥虚_(kāi)環(huán)射擊才能采用高射速抗擊來(lái)襲目標(biāo)，且開(kāi)環(huán)射擊條件下(含虛擬校射后開(kāi)環(huán)射擊)高檔射速較低檔射速單座炮對(duì)單目標(biāo)射擊平均提高毀傷效能20%～28%，效果是明顯的。所以開(kāi)環(huán)高射速是武器系統(tǒng)緊急情況下增強(qiáng)抗擊能力的有效措施。

2.3 對(duì)單目標(biāo)射擊的優(yōu)化火力協(xié)調(diào)

超高射速小口徑近程反導(dǎo)艦炮系統(tǒng)對(duì)單目標(biāo)射擊，這是一種最簡(jiǎn)單的戰(zhàn)術(shù)情況，但亦是研究對(duì)多目標(biāo)射擊的基礎(chǔ)。對(duì)單目標(biāo)射擊優(yōu)化要解決的是火力分配中的多對(duì)一問(wèn)題，即解決火力分配中的毀傷標(biāo)準(zhǔn)、分多少、分給誰(shuí)這3個(gè)問(wèn)題：

1) 毀傷標(biāo)準(zhǔn)是火力分配的首要問(wèn)題。對(duì)于保護(hù)的核心目標(biāo)，毀傷標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)盡量定的髙一些，可靠些，但應(yīng)以可能為基礎(chǔ)。通過(guò)仿真計(jì)算，閉環(huán)射擊最高毀傷效能平均為0.96，最低為0.77，平均為0.88。一般情況下可?。?.85～0.90為毀傷標(biāo)準(zhǔn)。

2) 根據(jù)毀傷標(biāo)準(zhǔn)可較方便地解算出攔截單個(gè)目標(biāo)的分配兵力。具體如表5所示。由表5中的計(jì)算結(jié)果可看出：閉環(huán)射擊條件下的單座綜合體攔截一枚反艦導(dǎo)彈的效能原則都能滿足毀傷標(biāo)準(zhǔn)；開(kāi)環(huán)條件下高射速高精度下單綜合體能夠基本滿足毀傷標(biāo)準(zhǔn)；開(kāi)環(huán)中精度以二座綜合體聯(lián)合抗擊為好；開(kāi)環(huán)低射速射擊，只有高精度情況下全平臺(tái)(三座)綜合體共同抗擊一枚導(dǎo)彈才能滿足毀傷標(biāo)準(zhǔn)。

表5 攔截單個(gè)目標(biāo)不同火力分配效能表

3 結(jié)論

在設(shè)定的典型作戰(zhàn)想定環(huán)境下，通過(guò)仿真計(jì)算認(rèn)為：射擊的預(yù)定點(diǎn)斜距為1 500 m左右是最優(yōu)的，且在1 500～1 000 m區(qū)間開(kāi)火均是較優(yōu)的；提前虛擬校射對(duì)超高射速小口徑近程反導(dǎo)艦炮系統(tǒng)提高作戰(zhàn)效能有限，而且實(shí)際實(shí)施是一個(gè)較復(fù)雜的協(xié)同過(guò)程，應(yīng)慎重使用；閉環(huán)射擊是應(yīng)努力使用的射擊修正方式，開(kāi)環(huán)高射速是武器系統(tǒng)緊急情況下增強(qiáng)抗擊能力的有效措施；依據(jù)我們對(duì)武器綜合體要力爭(zhēng)高精度、確保中精度、避免低精度的原則，對(duì)單枚超音速反艦導(dǎo)彈射擊的情況，在沒(méi)有后續(xù)目標(biāo)情況下，閉環(huán)以單座綜合體抗擊，開(kāi)環(huán)分配二座綜合體抗擊為好。

制約優(yōu)化超高射速近程反導(dǎo)艦炮系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的因素還有很多，因此還需后續(xù)結(jié)合其他制約因素作進(jìn)一步研究。

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(責(zé)任編輯 周江川)

Research on Optimized Simulation of Combat of Ultra-High Firing Rate Anti-Missile Naval Gun

QIU Zhong-sheng， WANG Rong， JIANG Piao-peng

(Department of Training, Naval Aeronautical and Astronautical University, Shandong 264001, China)

Aiming at the incoming missile attack, the flight characteristic and damage effect of the incoming missile were analyzed. According to characteristics of naval gun, using analytical hierarchy process list of main factors affecting effectiveness evaluation, we processed naval combat system effectiveness evaluation and optimization of simulation programs. Ultra-high speed firing rate anti-missile system of naval gun firing distance, firing correction method to select and use of single target shooting fire coordination were researched by simulation, and gave the integrated optimization of operational application.

naval gun;optimized simulation;operational effectiveness; anti-missile

2015-05-29

邱忠升(1979—)，男，碩士，工程師，主要從事系統(tǒng)仿真、信息安全研究。

10.11809/scbgxb2015.08.009

邱忠升，王蓉，蔣飄蓬.超高射速反導(dǎo)艦炮系統(tǒng)作戰(zhàn)運(yùn)用優(yōu)化仿真研究[J].四川兵工學(xué)報(bào)，2015(8):32-35.

format:QIU Zhong-sheng，WANG Rong，JIANG Piao-peng.Research on Optimized Simulation of Combat of Ultra-High Firing Rate Anti-Missile Naval Gun [J].Journal of Sichuan Ordnance,2015(8):32-35.

TJ391

A

1006-0707(2015)08-0032-04