孫衛(wèi)東　王　勃,2

(1.海軍大連艦艇學(xué)院作戰(zhàn)軟件與仿真研究所　大連　116018)(2.92819部隊　大連　116018)

SUN Weidong1　WANG Bo1,2

(1. Operation Software and Simulation Institute, Dalian Naval Academy, Dalian　116018) (2. No. 92819 Troops of PLA, Dalian　116018)

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航母編隊防空作戰(zhàn)區(qū)戰(zhàn)術(shù)決策模型研究*

孫衛(wèi)東1王勃1,2

(1.海軍大連艦艇學(xué)院作戰(zhàn)軟件與仿真研究所大連116018)(2.92819部隊大連116018)

在分析航母編隊防空主要作戰(zhàn)行動方法的基礎(chǔ)上,采用迭代遞推的方法,由內(nèi)到外依次給出航母編隊近程防空區(qū)、中程防空區(qū)、交叉區(qū)、遠程防空區(qū)和遠程預(yù)警區(qū)的戰(zhàn)術(shù)決策模型,并進行模型有效性驗證。從原理上給出編隊防空區(qū)域劃分的方法,為航母編隊防空兵力部署和火力配置等指揮決策提供重要依據(jù)。

航母編隊; 防空作戰(zhàn)區(qū); 戰(zhàn)術(shù)決策模型

SUN Weidong1WANG Bo1,2

(1. Operation Software and Simulation Institute, Dalian Naval Academy, Dalian116018) (2. No. 92819 Troops of PLA, Dalian116018)

Class NumberE843

1　引言

航母編隊防空作戰(zhàn)通常采取艦空組合、遠近結(jié)合的方式,構(gòu)成以航母為核心的大縱深、多層次的對空防御火力體系。該火力體系由近及遠可以劃分近程防空區(qū)、中程防空區(qū)、交叉區(qū)、遠程防空區(qū)與遠程預(yù)警區(qū)等防空作戰(zhàn)區(qū)[1～2]。

防空作戰(zhàn)區(qū)劃分是航母編隊防空作戰(zhàn)指揮的重要內(nèi)容,防空作戰(zhàn)區(qū)戰(zhàn)術(shù)決策模型是用來劃分防空作戰(zhàn)區(qū)的數(shù)學(xué)算法和戰(zhàn)術(shù)規(guī)則的集合,模型的有效性直接決定了航母編隊防空作戰(zhàn)指揮的合理性?？紤]到指控系統(tǒng)計算機設(shè)備的運算時效性和指揮決策論斷的唯一性、確定性要求,防空作戰(zhàn)區(qū)戰(zhàn)術(shù)決策模型應(yīng)在與防空作戰(zhàn)戰(zhàn)法及武器裝備作戰(zhàn)使用方法保持高度一致的基礎(chǔ)上,采用明確的決策規(guī)則、無二義性的決策邏輯和簡練的運算方法,盡量回避計算量龐大、有一定隨機性的智能或優(yōu)化算法。

2　末端防空作戰(zhàn)與近程防空區(qū)

近程防空區(qū)是航母末端防空作戰(zhàn)的區(qū)域。航母在使用本艦防空武器攔截空中目標時,在武器射擊方向一定范圍內(nèi)有可能誤傷己方艦艇。因此,在部署區(qū)域防空群艦艇時,應(yīng)首先保證己方艦艇不在本艦?zāi)┒伺灴諏?dǎo)彈的射擊禁區(qū)危險區(qū)內(nèi)。區(qū)域防空群艦艇部署示意圖如圖1所示,某型艦空導(dǎo)彈的射擊禁區(qū)、危險區(qū)如圖2所示。

圖1　區(qū)域防空群艦艇部署示意圖

圖2　某型艦空導(dǎo)彈的射擊禁區(qū)危險區(qū)示意圖

導(dǎo)彈射擊危險區(qū)遠界距離通常大于射擊禁區(qū)的最遠界,可將導(dǎo)彈射擊危險區(qū)遠界Rwy作為航母末端防空作戰(zhàn)的最遠距離,只要目標進入這個范圍,航母本艦即可進行武器射擊。區(qū)域防空群艦艇不應(yīng)部署在這個區(qū)域范圍內(nèi),若區(qū)域防空群艦艇距離航母的距離Rqy,則可確定近程防空火力區(qū)的模型，見表1。

表1　近程防空區(qū)模型

3　區(qū)域防空作戰(zhàn)與中程防空區(qū)及交叉區(qū)

在中程防空火力區(qū),由區(qū)域防空群艦艇對突破遠程防空火力區(qū)的飛機目標以及已發(fā)射的反艦導(dǎo)彈實施攔截。通常,編隊應(yīng)能隨時得到外圍巡邏戰(zhàn)斗機的偵察保障與火力掩護,但受艦載機數(shù)量、出動強度及氣象等因素的影響限制,艦載機不能保障全時升空[3]。

因此防空哨艦的部署應(yīng)立足在沒有空中飛機的信息與火力支援情況下,能夠自行發(fā)現(xiàn)目標,并通報指揮所;艦載機起飛迎敵后,向艦載機提供目標指示信息,引導(dǎo)艦載機對空中目標進行攔截[4]。防空哨艦的部署示意圖如圖3所示。

圖3　防空哨艦部署示意圖

圖中,Rzfy為編隊中程防空區(qū)(區(qū)域防空群導(dǎo)彈攔截區(qū))遠界,Rsj為防空哨艦的前出距離,Dsjr為防空哨艦警戒雷達對目標的最遠發(fā)現(xiàn)距離,Dkk為艦載機空空導(dǎo)彈的發(fā)射區(qū)遠界,Vo為艦載機飛行速度,Vt為來襲飛機飛行速度,t1為艦載機集結(jié)完畢進入戰(zhàn)斗航向到飛離艦空導(dǎo)彈攔截區(qū)遠界的飛行時間,t2為防空哨艦發(fā)現(xiàn)目標到目標到達艦載機空空導(dǎo)彈發(fā)射遠界的時間。

中程防空區(qū)的范圍,即為區(qū)域防空群艦空導(dǎo)彈攔截區(qū)以內(nèi)的范圍。應(yīng)能保證防空哨艦及時發(fā)現(xiàn)目標,并引導(dǎo)甲板待戰(zhàn)飛機起飛攔截;保證艦載機在艦空導(dǎo)彈攔截區(qū)外至少對來襲目標完成一次超視距攔截[5]。因此,中程防空區(qū)模型如表2所示。

表2　中程防空區(qū)模型

表3　交叉區(qū)模型

交叉區(qū)是為防止誤傷追擊己方艦載機,在遠程防空區(qū)和中程防空區(qū)之間設(shè)置的目標識別區(qū)。防空哨艦的預(yù)警、引導(dǎo)與識別功能均在交叉區(qū)內(nèi)實現(xiàn),因此防空哨艦的最遠發(fā)現(xiàn)距離線即為交叉區(qū)的遠界[6]。若設(shè)定交叉區(qū)的縱深為Δj,用Δt表示哨艦發(fā)現(xiàn)目標后,報告指揮所、指揮所向航空兵下達命令、艦載機戰(zhàn)斗等級轉(zhuǎn)換、起飛、空中集結(jié)的時間總和,則可得到交叉區(qū)的模型。

若在交叉區(qū)近界Rjcj與區(qū)域防空群導(dǎo)彈攔截區(qū)Rzfy之間的距離較大,則可增加配置多層(2～3層)區(qū)域防空艦。

4　艦載機空戰(zhàn)與遠程防空區(qū)

在遠程防空區(qū),由艦載機對來襲的飛機目標實施攔截。艦載機空中巡邏的空域位置應(yīng)適當前伸,爭取盡早發(fā)現(xiàn)來襲敵機,以有利于指揮員根據(jù)巡邏兵力提供的敵情,組織后續(xù)兵力截擊敵機[7～8]。當巡邏空域難以前伸過遠時,空域與航母的距離至少應(yīng)保證空中巡邏的艦載機在敵機進入中程防空火力區(qū)(交叉區(qū))之前,有對敵機進行一次超視距攔截的縱深。艦載機巡邏空域的配置示意圖如圖4所示。

圖4　艦載機巡邏空域配置示意圖

根據(jù)艦載機巡邏空域的配置情況,可以確定遠程防空火力區(qū)的空間范圍。遠程防空區(qū)的劃分模型如表4所示。

表4　遠程防空區(qū)模型

其中,α為編隊威脅扇面角。不同巡邏空域間隔取1.5倍的雷達發(fā)現(xiàn)距離,以保證飛行安全,并使各相鄰空域的搜索區(qū)有一定重疊,不致造成警戒間隙。

5　預(yù)警機的使用與遠程預(yù)警區(qū)

在遠程防空區(qū)外圍設(shè)置遠程預(yù)警區(qū),由預(yù)警機負責在外圍探測敵方導(dǎo)彈發(fā)射平臺及遠程反艦巡航導(dǎo)彈等目標[9]。預(yù)警機巡邏陣位盡量前伸,力爭在最遠距離發(fā)現(xiàn)目標;同時還應(yīng)使預(yù)警機處于航母編隊的掩護范圍內(nèi),至少保證在敵機對預(yù)警機發(fā)起攻擊前艦載機能對其完成一次超視距攔截[10～11]。預(yù)警機的部署方法如圖5所示。

圖5　預(yù)警機部署示意圖

模型名稱模型要素模型內(nèi)容遠程預(yù)警區(qū)預(yù)警機前出陣位RyjVt×t6+Dkk=Dyjrt7=t6-ΔtRyj=Vo×t7預(yù)警區(qū)近界RyfjRxl=Ryfy-Dxlr-Dxlw/2預(yù)警區(qū)遠界RyyyRyyy=Ryj+Dyjr巡邏線長度Ryjlβ=arcsin{[Ryyy-Ryj/cos(α/2)]×sin(α/2+π/2)/Dyjr}γ=π/2-α/2-βAB=Dyjr×sinγ/sin(α/2+π/2)Ryjl=2×[Ryj×tan(α/2)-AB]

注:在ΔABC中,通過解三角函數(shù)求得角β、γ的大小和線段AB的長度。

圖中,Ryj為預(yù)警機的前出陣位,Ryjl為預(yù)警機橫向巡邏線的長度,Dyjr為預(yù)警機雷達的最遠警戒距離,t6為從預(yù)警機發(fā)現(xiàn)目標到巡邏艦載機對目標實施第一次超視距攔截的時間,t7為艦載機機從轉(zhuǎn)入戰(zhàn)斗航向開始到對敵實施第一次超視距攔截的時間,Ryyy為遠程預(yù)警區(qū)的遠界,其它變量的含義同圖3及圖4。

6　模型的有效性驗證

通過對航母編隊防空作戰(zhàn)區(qū)戰(zhàn)術(shù)決策模型的分析不難看出,航母編隊所屬武器裝備的性能,直接決定了防空區(qū)域的大小及區(qū)域內(nèi)兵力的部署?，F(xiàn)以美國海軍及其主要作戰(zhàn)對手在某歷史時期的武器裝備狀況為例,如表6,分析美航母編隊防空作戰(zhàn)區(qū)域劃分的方法,以驗證防空區(qū)戰(zhàn)術(shù)決策模型的有效性。

將上述參數(shù)代入防空作戰(zhàn)區(qū)模型,可計算得到美航母編隊各防空作戰(zhàn)區(qū)的具體參數(shù),將部分計算值與該時期美航母編隊防空作戰(zhàn)區(qū)實際使用值比對如表7所示。

表6　美航母編隊及其作戰(zhàn)對象相關(guān)作戰(zhàn)參數(shù)

表7　防空作戰(zhàn)區(qū)部分計算值與實際值比對

通過比對可見,計算值與實際值基本吻合,說明所建防空作戰(zhàn)區(qū)戰(zhàn)術(shù)決策模型有效可信。

7　結(jié)語

在分析航母編隊防空作戰(zhàn)的主要行動和戰(zhàn)法的基礎(chǔ)上,采用迭代遞推的方法,由內(nèi)到外依次給出防空哨艦、艦載戰(zhàn)斗機與預(yù)警機的部署方法以及航母編隊近程防空區(qū)、中程防空區(qū)、交叉區(qū)、遠程防空區(qū)和遠程預(yù)警區(qū)的戰(zhàn)術(shù)決策模型,并進行了模型有效性驗證。模型的決策邏輯清晰、決策規(guī)則明確、算法簡練,可為航母編隊的防空兵力部署和火力配置等提供指揮決策依據(jù)。

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Tactics-decision Model about Formation Antiaircraft of Aircraft Carrier*

In the analysis of the major combat operations method about aircraft carrier formation air defense, the tactical decision model is given about short-range air defense zone, medium range air defense zone, cross area, remote area air defense warning and remote areas for the aircraft carrier formation from the inside to the outside in turn, based on using iterative method. And the validity of the model is verified. The method about how to divide the formation air defense area is given by principle. Then an important basis is provided for command decision-making of air defense forces and firepower allocation for aircraft carrier formation.

aircraft carrier formation, air defense area, tactics-decision model

2015年2月7日,

2015年3月18日

中國博士后科學(xué)基金項目(編號:2014M562557)資助。

孫衛(wèi)東,男,博士,助理研究員,研究方向:海軍戰(zhàn)術(shù)與作戰(zhàn)仿真。王勃,男,博士后,工程師,研究方向:系統(tǒng)工程與作戰(zhàn)仿真。

E843

10.3969/j.issn.1672-9730.2016.08.013