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指挥控制与仿真

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2022 , Vol. 44 >Issue 2: 24 - 28

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1673-3819.2022.02.005

理论研究

水面舰艇支援岛礁防空部署分析*

  • 贾治杰 ,
  • 董受全
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  • 海军大连舰艇学院, 辽宁 大连 116018

作者简介: 贾治杰(1995—),男,硕士,助理工程师,研究方向为水面舰艇攻防战术。

董受全(1968—),男,博士,教授。

Copy editor: 许韦韦

收稿日期: 2021-11-29

  要求修回日期: 2021-12-15

  网络出版日期: 2022-04-28

基金资助

* 海军大连舰艇学院科研发展基金资助项目(DJYKJJ2021-09)

版权

版权所有,未经授权,不得转载、摘编本刊文章,不得使用本刊的版式设计。
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Analysis on Deployment of Warship in Supporting Reef Air Defense

  • JIA Zhi-jie ,
  • DONG Shou-quan
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  • Dalian Naval Academy, Dalian 116018, China

Received date: 2021-11-29

  Request revised date: 2021-12-15

  Online published: 2022-04-28

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Copyright reserved © 2022
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摘要

合理部署水面舰艇支援岛礁防空对保护岛礁安全尤为重要,首先提出舰艇前出部署原则,然后建立单舰前出部署模型,计算了掩护角、掩护宽度和最小拦截纵深等因素;建立双舰前出部署模型,通过对双舰配置距离和防御纵深进行分析,确定了舰艇前出部署位置,并通过算例分别验证了单舰前出部署和双舰前出部署的可行性,计算结果为指挥员进行防空部署提供参考和依据。

关键词： 岛礁防空; 舰艇配置; 防空

本文引用格式

贾治杰 , 董受全 . 水面舰艇支援岛礁防空部署分析*[J]. 指挥控制与仿真, 2022 , 44(2) : 24 -28 . DOI: 10.3969/j.issn.1673-3819.2022.02.005

Abstract

Reasonable deployment of warship to support reef air defense is important to protect the safety of reef. Firstly, The paper proposes the principle of ship forward deployment, and then establishes the model of single warship forward deployment, and calculates the factors such as cover angle, cover width and minimum intercept depth. The paper establishes the model of two warships forward deployment,by analyzing the distance and defense depth of two warships, the forward deployment position of two warships is determined, and verifies the feasibility of single warship forward deployment and two warships forward deployment by calculation examples. The calculation results provide reference and basis for commander to deploy air defense.

Key words： reef air defense; deployment of warship; air defense

岛礁具有重要的战略价值,对维护国家主权和领土完整,维护海洋权益具有重要作用,岛礁大多远离大陆,孤立分散,面积狭小,目标暴露,极易遭到敌巡航导弹的定点攻击,各种作战飞机、巡航导弹、空地导弹成为岛礁防空的主要抗击对象[1],受战场环境和作战资源限制,岛礁独立承担防空反导任务的能力已明显不足,当前最可行的做法是通过舰艇前出部署,增加预警距离,扩展防御纵深,建立多层防线对来袭武器进行抗击。
当前针对舰艇支援岛礁防空较少,多数以舰艇编队防空或航母编队防空为主,文献[2]、[3]对舰艇编队内近程、中程防空舰艇的对空防御阵位的配置课题进行了研究,给出了编队内各舰艇的配置原则和使用方法;文献[4]介绍了敌完成任务线的确定方法以及防空武器对防卫目标掩护角的计算方法,并提出导弹营离防卫目标配置距离的确定方法。本文首先介绍了防空舰艇前出部署原则,然后建立了单舰和双舰配置模型,最后通过算例分析了两种模型的实际应用,为指挥员防空部署提供参考。

1 舰艇前出部署原则

舰艇前出部署应充分考虑舰空导弹和地空导弹装备性能,最大程度发挥各型防空武器系统的作战效能,实现各自性能上的互补,整体构成远、中、近程,高、中、低空衔接的防空配系,舰艇前出部署的原则主要包括[5]:早期预警、接力抗击;远近结合、高低搭配;协同一体、软扰硬抗。
1)早期预警、接力抗击
舰艇前出部署应考虑各型雷达预警探测能力,利用各种侦察手段构建起严密、稳定的战场预警探测体系,尽早、尽远发现来袭敌机和导弹,及时掌握敌方空中态势,岛礁雷达受海平面等因素干扰,对来袭低空目标侦察预警距离有限,通过舰艇前出部署可扩展预警距离。
2)远近结合、高低搭配
远近结合、高低搭配,发挥各型防空导弹射程和杀伤区优势,实现距离和高度上衔接,通过中远程舰空导弹把来袭敌载机尽远拦截在投弹线以外,通过近程导弹增加对低空目标打击纵深。采用高低搭配、远近结合、逐层削弱的战术,实现接力抗击,提高体系抗击的总体效率。
3)协同一体、软扰硬抗
舰艇协同岛礁防空要形成统一指挥,统一态势,做好火力分配,避免出现漏抗、重复抗等情况,综合使用对空导弹、火炮硬抗击和主被动干扰软抗击手段,提高总体抗击效能。

2 单舰前出部署模型

单舰前出部署用于预知敌来袭方向的情况,在保证自身安全的前提下进行前出抗击,单舰前出部署主要考虑以下几个因素[6]:
1)投弹线
投弹线是载机对岛礁发射武器的边界。前出舰艇的作战任务是把来袭载机消灭在投弹线以外,尽可能在载机平台发射导弹之前将其毁伤,有效降低空中目标种类和数量。
2)拦截纵深
拦截纵深是防空武器对来袭目标可抗击的纵深距离,舰艇前出距离决定了对目标的拦截纵深,拦截纵深要根据作战指标在敌形成足够威胁前进行多次抗击,充分考虑武器系统的反应时间等因素,确保对敌载机实现有效杀伤。
3)掩护能力
舰艇前出要根据作战范围确定掩护角和掩护宽度,掩护角和掩护宽度不仅要确保对岛礁形成有效掩护范围,同时要考虑舰艇自身安全等因素。
水面舰艇部署对被保护的岛礁的掩护角、掩护宽度是衡量掩护能力的重要指标,当敌空袭武器飞临时,防空武器可对掩护角和掩护宽度以内的目标实施射击。

2.1 掩护角和掩护宽度

图1为单舰前出支援岛礁防空示意图,其中2φyh为前出舰艇对岛礁的掩护角,Rtd为敌机投弹线距岛礁距离,Dyj为前出舰艇防空导弹杀伤远界,Lzs为前出舰艇对来袭目标的杀伤纵深,Dbh为前出舰艇与被保护岛礁之间的距离,设φmax为舰空导弹最大航路角,Dyh为掩护宽度,计算掩护角φyh时首先应判断Rtdcosφmax+Lzs,Dyj,Rtd+Lzs大小关系。
图1 单舰前出支援岛礁防空示意图
1)当Dyj≤Rtdcosφmax+Lzs时,掩护角和掩护宽度分别为:
2φyh=2arctan D bh sin φ yh D td + L zs - D yj 2 - ( D bh sin φ yh ) 2
Dyh=Dbh
2)当Rtdcosφmax+Lzs≤Dyj≤Rtd+Lzs时,掩护角和掩护宽度分别为:
2φyh=2arcsin D yj R td + L zs
Dyh= ( R td + L zs ) 2 - D yj 2
3)当Dyj≥Rtd+Lzs时,部署示意图如图2所示,此时杀伤距离足够大,因此舰艇具有360°范围掩护能力,此时掩护角和掩护宽度分别为:
2φyhmax=360°
Dyh=Dyj-Rtd-Lzs
图2 单舰前出支援岛礁防空示意图

2.2 最小拦截纵深

假设要求前出舰艇对来袭目标一次发射n发导弹进行拦截,导弹的发射时间间隔为tjg,来袭目标速度为vm,可得此时的最小拦截纵深Lzsmin为
Lzsmin=(n-1)tjgvm
如果需要对目标进行m次拦截,此时最小拦截纵深为
Lzsmin=m(n-1)tjgvm+(m-1)tzyvm
其中,tzy为火力转移时间。

2.3 火力密度

防空导弹从射击准备到射击目标的总时间称为一个射击周期,用tzq表示,影响射击周期的因素较多,通常以对上一批目标抗击完成至对当前目标做好射击准备的时间来计算,即
tzq=tsj1+tzb2
其中,tsj1为对上一批目标射击时间,tzb2为对当前批目标射击的准备时间,上一批目标射击时间:
tsj1=tzh+tfx
其中,tzh为发射前指挥员抉择时间以及系统反应时间总和,tfx为导弹发射后至遭遇目标所需时间,平均飞行时间为
tfx= ∑ i = 1 n t fxn n
其中,n为射击次数,可得火力密度:
μhl= t fx t zq

2.4 突防率

设来袭导弹数量为N1,目标流强度为λ,防空武器系统的火力密度为μhl,根据流的平衡定律和正规方程[7]可知,拦截效率可用损失制排队模型来求解,巡航导弹通过防线时的突防率为
p= a n n ! ∑ k = 0 n a 1 k k !
其中a=λ/μhl。

3 双舰前出防空队形配置

3.1 双舰配置距离计算

前出舰艇与岛礁之间的距离影响对来袭目标的预警探测范围和对目标的拦截纵深,前出舰艇的位置可以确定对岛礁的掩护角,掩护角决定区域防空的范围和掩护宽度。当无法预知敌来袭方向时,通过双舰前出部署可以增大防御范围,双舰前出位置应以岛礁为原点进行部署,受舰艇机动能力和火力区、通信能力等因素的影响,两艘舰艇的位置应合理进行配置。
实际部署中,受我方海岸线和其他岛礁部署兵力影响,敌方通常不可能360°对岛礁进行空袭,本节主要对180°的掩护范围进行研究计算两艘舰艇部署距离以及防御纵深。
图3为双舰前出部署示意图,双舰以中轴对称配置部署,最大限度覆盖防御区域,根据协同防空配置要求,双舰之间应该保留一定的重叠区,双舰之间的间距越小,重叠区越大,但间距过小会影响防御范围,过大则会导致对中轴来袭目标抗击能力减弱,部署中需要充分考虑耦合杀伤区,一次耦合杀伤区[8]是指两艘相邻舰艇对重叠区中轴线来袭目标进行抗击的射击次数不小于每艘舰艇对零航路捷径目标射击次数的数学期望值;因此重叠区的纵深应不小于单舰零航路捷径的火力纵深。
图3 双舰前出部署示意图
其中R为舰艇前出距离,φ为方位角,D为舰艇最大杀伤范围,两舰间距为L,由图3几何关系可得,当重叠区杀伤纵深等于单舰杀伤纵深时,
ab=a'd= D 2= cd 2=a'c
aa'= 3 2ad= 3 2D
可得此时两舰间距:
L=2bd=2aa'= 3 D
当两舰间距增大时,火力重叠区纵深减小,当两舰间距减小时,火力重叠区纵深将增大,因此满足重叠区火力纵深要求的间距为两舰间距等于单舰杀伤纵深时,即Lmax= 3 D。

3.2 防御纵深计算

根据上文分析,双舰以中轴对称部署,假设来袭目标以方位角θ进入防空范围时,设ad为舰艇火力区扇面边界,来袭目标航路捷径为P,航路角为q,航路捷径为P=dp=Rsin(φ-θ),在Δmpd中,mp= m d 2 - d p 2 = D 2 - P 2 ,在Δndp中,np=dp·tan(90°-qmax)=Pcotqmax。
因此防御纵深为
Lφ,R(θ)=mn=mp-np= D 2 - P 2 -Pcotqmax
防御纵深由φ、θ和R的值决定。

3.3 双舰部署模型

当来袭目标以方位角θ进行防空抗击区域内时,其防御纵深由式(17)计算,设来袭目标的方位角服从某一分布[9],分布函数为fθ(θ),则在防御抗击区域内防御纵深的期望为
Lφ,R(θ)= ∫ 0 π 2 Lφ,R(θ)fθ(θ)dθ
根据计算,防御纵深Lφ,R(θ)的值由φ、θ和R的值决定,同时也受D、q和P等参数影响,因此以防御纵深期望为模型目标,建立双舰部署模型为
Lφ,R(θ)=maxgl(α,R,D,Rmin,Rmax,qmax,Pmax,Lmin,Lmax)
s.t. 0 ≤ α ≤ π 2 , R min ≤ R ≤ R max , L min ≤ L ≤ L max , P ≤ P max

4 算例分析

假设敌机投弹线为200 km,来袭目标速度为300 m/s,我防空导弹发射间隔为3 s,最大航路角为90°。
1)采用单舰前出部署
若我方拦截一次至少发射两枚防空导弹,由式(7)可计算得最小拦截纵深为0.9 km,上述所给参数满足Rtdcosφmax+Lzs≤Dyj≤Rtd+Lzs,因此掩护角随着防空舰射程的变化如图4所示。
图4 防空舰射程随掩护角变化曲线
由图4可以看出防空舰的射程对掩护角的变化呈非线性变化,当射程160 km时掩护角达到最大114.5°,此时根据式(4)可得掩护宽度即最佳配置距离为121.5 km。
若导弹平均飞行时间为120 s,射击周期为2 min,则火力密度μhl=1,此时以4个火力通道抗击8枚/min的导弹流,由式(13)可得突防率为0.58。
2)采用双舰前出部署
双舰前出部署进行防空作战时,敌主要威胁方向为180°的范围,岛礁需在舰艇火力范围之内,则R≤D,设舰艇的作战半径D为160 km,则根据计算Lmax= 3 D=277 km,因电磁干扰及岛礁自身防空火力等原因,设两舰最小间距Lmin=50 km,前出最小距离Rmin=40 km,根据计算可得两舰重叠区的纵深随间距变化如图5所示。
图5 两舰重叠区的纵深随间距变化曲线
当航路角最大为90°时,此时np=0且dp=dn,通过计算可得,航路捷径为
P=Rsin(φ-θ)
防御纵深为
Lφ,R(θ)= D 2 - P 2 = D 2 - ( R sin ( φ - θ ) ) 2
受决策向量φ和R的影响,当φ和R取得最优值时防御纵深的期望值最大,假设敌来袭方向在[0,90°]上服从均匀分布时,根据双舰部署模型可得
L φ , R 2(θ)= ∫ 0 π 2 L φ , R 2(θ)fθ(θ)dθ= ∫ 0 π 2 2 πD2-(Rsin(φ-θ))2dθ=D2- R 2 2+ R 2 πsin2φ
图6给出了防御纵深期望随方位角φ和前出距离R变化曲线图,图7和图8给出当φ和R的值分别固定时,通过上式计算可分别得出防御纵深期望随φ和R的变化曲线。
图6 防御纵深期望随方位角和前出距离变化图
当φ分别为45°、60°和30°时,防御纵深的期望随前出距离的变化如图7所示。
图7 防御纵深的期望随前出距离的变化曲线
当给定前出距离R为100 km时,防御纵深的期望随方位角的变化如图8所示。
图8 防御纵深的期望随方位角的变化曲线
从上述图可以看出,随着前出距离R增大,防御纵深的期望值减小,当方位角φ为45°时,防御纵深的期望值最大,根据双舰部署模型,可求得当方位角φ=45°,前出距离R=40 km时,防御纵深期望最大。

5 结束语

舰艇前出部署支援岛礁防空是一个复杂的过程,本文主要对舰艇前出部署进行定量分析,建立了单舰和双舰前出模型,分析了掩护角、掩护宽度和前出部署距离等要素,根据战场态势判断敌方来袭方向,对防空火力进行合理部署,同时还应考虑装备间电磁兼容、通信距离、杀伤区耦合等多要素,如果敌方来袭武器数量多可考虑部署多层防线,如何部署多层兵力,增加防御纵深,实现各平台协同防空值得进一步研究。

参考文献

原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序
[1]
韩峰, 陈岗. 岛礁防空的特点和对策[C]. 第四届中国指挥控制大会论文集. 北京: 国防工业出版社, 2016:332-336.

[2]
粘松雷, 陈榕, 林云. 编队区域防空舰配置距离模型仿真[J]. 兵工自动化, 2011, 30(11): 39-42.

[3]
朴成日, 沈治河. 航母编队防空哨戒舰阵位配置方法[J]. 舰船科学技术, 2013, 35(5): 128-133.

[4]
刘健. 地空导弹营离保卫目标配置距离确定方法[J]. 弹箭与制导学报, 2006, 26(2): 196-197.

[5]
吴家明. 地面防空武器系统混合部署方法研究[D]. 长沙:国防科学技术大学, 2009.

[6]
马新星, 腾克难, 代进进. 水面舰艇支援岛礁防空作战合理配置仿真研究[J]. 计算机仿真, 2019, 36(5): 21-25.

[7]
魏伟, 邢芳, 郭强. 电子防空协同下多层火力拦截巡航导弹能力研究[J]. 火力与指挥控制, 2020, 45(2): 81-85.

[8]
谭安胜. 水面舰艇编队作战运筹分析[M]. 大连: 海军大连舰艇学院出版社, 2021: 87.

[9]
王志成, 覃亮, 张何, 等. 舰艇编队防御能力优化仿真研究[J]. 计算机与数字工程, 2017, 34(1): 20-24.

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