中国指挥与控制学会会刊 
舰载机对海突击仿真模型,模拟舰载机对水面舰艇编队的搜索、识别、机动占位与攻击过程,并对突击效能进行评估,为构建海军作战仿真平台提供底层模型支撑。构建舰载机对海突击仿真模型框架是建立仿真模型的基础。
当前关于作战仿真模型框架的研究,一方面是从体系框架构建理论与方法层面进行,例如孙光明、王大志等在分析了海上作战仿真模型分类的基础上,提出了基于构件思想的作战仿真模型体系建设思路[1],郑世明、王洪军、孙涛等建立了基于ISM的作战仿真模型体系结构建模方法[2],张永亮、曹雷、潘明聪则提出了基于一体化建模方法的作战仿真实体建模理论[3],还有面向服务的作战仿真模型组合建模方法[4]、基于XMSF的作战仿真模型集成设计[5]等;另一方面则是从兵力实体的角度进行研究,例如反潜巡逻机作战仿真模型体系构建[6]、反舰导弹作战仿真模型体系[7]、电子对抗作战仿真实体模型体系[8]、陆军作战仿真模型体系[9]、联合作战实验模型体系[10]等,但目前舰载机或航空兵对海突击仿真模型体系研究方面比较匮乏。本文从作战仿真需求出发,构建舰载机对海突击仿真模型体系并明确其数据需求。
1 舰载机对海突击仿真模型功能需求分析
1.1 应用场景与特点分析
舰载机对海突击仿真模型能在战术仿真系统调度下运行。舰载机对海突击仿真模型在输入初始参数后,能够按时间步长自动运行,运行过程人不参与干预,实体能够自主决策,仿真结束后输出相应结果。舰载机对海突击仿真模型应用场景如图1 所示。
舰载机对海突击仿真模型应具有以下特点:1)满足蒙特卡洛闭环随机模拟;2)分辨率描述到武器装备的性能指标一级;3)可以对典型的作战样式进行演示验证;4)仿真实体能够进行自主决策;5)模型运行结果能够反映作战环境变化的影响。
1.2 功能需求分析
仿真模型应能够满足闭环舰载机对海突击仿真所需,内容全面,假设合理,所涉及的变量应具有明确的物理意义,输入输出数据类型、量纲明确,图表注释清楚,复杂模型具有流程图。仿真对象包括舰载战斗机、机载雷达、空舰导弹、反辐射导弹、制导炸弹和普通航弹等。分辨率到单武器平台级。
2 舰载机对海突击仿真模型框架
2.1 舰载机对海突击仿真模型组成
舰载机对海突击仿真模型由平台机动模型、目标探测模型、反舰武器模型、作战过程模型、作战决策模型和辅助算法模型等组成,见图2 。
1)载机运动模型
综合考虑速度和逼真度两个方面的因素,采用简化和统一的运动姿态模型描述载机在三维空间的运动。载机在空中运动轨迹复杂,但在极短时间步长内,可近似认为由一系列折线组成。根据载机技战术性能,可将其复杂运动分解为俯冲、爬升、盘旋等基本运动形式,采用折线按照插值方法逼近真实运动轨迹。输入参数为载机运动形式、运动性能参数、速度矢量、航向、载机当前位置、时间步长;输出参数为载机下一步长所处位置。
2)雷达探测距离计算模型
在已知雷达性能参数前提下计算雷达有效探测距离,为建立雷达发现目标模型提供依据。输入参数为雷达发射信号平均功率、目标雷达截面积、工作波长、雷达接收机噪声温度、雷达接收机噪声系数、雷达接收机输出信噪比、雷达接收机等效噪声带宽、增益;输出参数为雷达探测距离。
3)雷达发现目标模型
求解一定距离上的雷达发现概率,为判断雷达是否发现目标提供依据。发现目标函数应能够计算复杂电磁环境条件下发现目标概率,主要解决计算电子干扰条件下发现目标概率问题。输入参数为雷达探测距离、目标与雷达距离、雷达虚警概率;输出参数为雷达发现目标的概率。
4)兵力需求计算模型
计算用于反舰的飞机数量、携带弹药量。输入参数为目标位置及数量、机场位置、导弹突防概率;输出参数为执行反舰任务的飞机数量、携带弹药量。
5)载机突防模型
计算载机突防概率并确定飞机飞行航线、航向、高度等要素。输入参数为飞机性能参数、水面舰艇搜索雷达性能、舰空导弹系统性能参数、机场位置、目标通报位置、目标运动参数;输出参数为飞机航线、突防高度、突防速度、突防概率。
6)空舰导弹突防模型
计算空舰导弹突防概率。输入参数为空舰导弹飞行弹道、空舰导弹的基本性能参数、舰空导弹性能参数、末端反导舰炮性能参数;输出参数为单枚反舰导弹突防概率。
7)反辐射导弹突防模型
计算反辐射导弹突防概率。输入参数为反辐射导弹飞行弹道、反辐射导弹的基本性能参数、舰空导弹性能参数、末端反导舰炮性能参数;输出参数为单枚反辐射导弹突防概率。
8)目标与火力分配模型
确定飞机编队与水面舰艇编队的攻击关系。输入参数为编队担任攻击任务的飞机数量、飞机携带的弹药数量、水面舰艇数量、反舰导弹突防概率;输出参数为各飞机所攻击的目标及投放弹药量。
9)空舰导弹投放参数计算模型
计算空舰导弹投放参数,用于飞机机动占位。输入参数为空舰导弹性能参数、目标方位、目标距离、目标速度、飞机性能参数;输出参数为投放点、飞行高度、飞行速度、飞行航向。
10)反辐射导弹投放参数计算模型
计算反辐射导弹投放参数,用于飞机机动占位。输入参数为反辐射导弹性能参数、目标方位、目标距离、目标速度、飞机性能参数;输出参数为投放点、飞行高度、飞行速度、飞行航向。
11)制导炸弹投放参数计算模型
计算制导炸弹投放参数,用于飞机机动占位。输入参数为制导炸弹类型(电视制导、激光制导)、制导炸弹性能参数、目标方位、目标距离、目标速度、飞机性能参数;输出参数为投放点、飞行高度、飞行速度、飞行航向。
12)普通航弹投放参数计算模型
计算普通航弹投放参数,用于飞机机动占位。输入参数为普通航弹性能参数、目标方位、目标距离、目标速度、飞机性能参数;输出参数为投放点、飞行高度、飞行速度、飞行航向。
13)空舰导弹毁伤水面舰船模型
计算空舰导弹命中概率与毁伤等级。输入参数为空舰导弹末弹道模型、目标几何参数、目标运动参数、毁伤判据参数;输出参数为命中概率、毁伤等级。
14)反辐射导弹毁伤水面舰船模型
计算反辐射导弹命中概率与毁伤等级。输入参数为反辐射导弹末弹道模型、目标几何参数、目标运动参数、毁伤判据参数;输出参数为命中概率、毁伤等级。
15)制导炸弹毁伤水面舰船模型
计算制导炸弹命中概率与毁伤等级。输入参数为制导炸弹投放数量、制导炸弹末弹道模型、目标几何参数、目标运动参数、毁伤判据参数;输出参数为命中概率、毁伤等级。
16)普通航弹毁伤水面舰船模型
计算普通航弹命中概率与毁伤等级。输入参数为普通航弹投放数量、普通航弹末弹道模型、目标几何参数、目标运动参数、毁伤判据参数;输出参数为命中概率、毁伤等级。
17)辅助算法
为其他模型提供基本的计算功能。主要包括随机数(均匀分布、正态分布、高斯分布等)产生算法、地理坐标与直角坐标变换算法、计算方位算法、计算舷角算法、计算距离算法等。
2.2 舰载机对海突击仿真模型调用关系
3 舰载机对海突击仿真模型数据需求
3.1 初始输入数据需求
初始输入数据需求包括想定参数和仿真运行参数。
想定参数主要包括:蓝方水面舰船信息,包括编队队形、型号、数量、舰空武器型号、数量和配弹数量等;红方飞机编队信息包括初始位置(机场位置),飞机型号、数量、编队队形,攻舰武器型号和数量等;战场环境参数包括海情、平均风速、风向、能见度和云层高度等。
仿真运行参数包括时间步长、运行速度、模拟次数和仿真结束条件等参数。
3.2 运行数据需求
运行数据指各软件模型运行过程中输出的数据,即模型运行输出的中间数据,主要包括:仿真参数,包括时间步长、仿真步数、运行速度和作战时间等;实体信息,包括位置、姿态、高(深)度、速度、航向、传感器配置、武器配备、事件(投放武器、命中等)和实体交互(通信、碰撞等)数据等;决策信息,包括决策前状态、决策后状态等。
3.3 最终输出数据需求
根据每次运行状况,输出一组数据,作为作战结果统计源数据。最终输出数据包括:运行信息,包括运行项目名、运行起始时间、运行总时间、仿真步长、运行速度、作战起始时间和作战结束时间等信息等;目标信息,包括舰艇型号、数量和武器配备等信息;任务执行实体信息,包括型号、数据、搜索器材配置和攻击武器配置等信息;作战结果,包括任务执行实体损伤状态、搜索结果、目标毁伤和弹药消耗量等信息。
4 结束语
舰载机对海突击仿真模型是建立舰载机战术仿真系统,进行基于仿真实验的舰载机对海突击效能评估所必需的。本文在深入分析舰载机对海突击仿真模型应用场景与特点的基础上,针对舰载机对海突击仿真的功能需求,构建了舰载机对海突击模型体系框架。
需要指出的是,舰载机对海突击效能评估是基于仿真实验环境中红蓝方计算机生成兵力对抗仿真进行的。论文仅就计算机生成兵力中的一方舰载机进行了平台级的建模框架研究。下一步需要研究构建水面舰艇防空反导模型体系框架,并依据构建的红蓝方模型体系框架开展仿真模型的详细设计,建立每一子模型的输入输出、数学模型、流程逻辑等。