中国指挥与控制学会会刊 
海上作战中,对手水面舰艇搭载的舰舰导弹可对我航母编队构成较大威胁,因此,航母编队兵力需要在安全距离上及时发现对手水面舰艇。而舰载预警机作为航母编队中重要的侦察预警兵力,可以充分发挥其“登高望远”和快速机动的优势,通过前出配置,扩大编队的预警纵深距离,及时获取对手水面舰艇的位置及运动要素等关键信息,为作战决策提供信息支撑。舰载预警机要达成作战目的,关键是合理配置预警阵位。舰载预警机的预警阵位是舰载预警机与航母、对手水面舰艇在空间上的位置关系,可以用相对前出距离、巡逻边长等参数来描述。
预警机阵位配置和巡逻探测模型已成为学术界研究的热点之一,也是部队作战训练的重难点问题之一,该研究取得了较多成果。例如,文献[1⇓-3]基于航母编队防空作战效能问题,研究了预警机的阵位配置;刘浩[4]提出了岸舰导弹突击敌海上目标时预警机的阵位配置方法;徐功康[5-6]对影响预警机探测性能的典型巡逻航线参数进行了仿真分析,给出了预警机巡逻航线选择的建议;李相如等[7]给出了预警机常用巡逻空域与巡逻航线规划流程与方法。预警机对海面目标预警探测研究也有了一定的进展,如:时圣革等[8]从技术层面上给出了提升现有预警机雷达对海面大型舰船目标航迹的连续性、稳定性及准确性的对策措施;裴云[9]重点分析了预警机执行海面搜索预警、对海面目标攻击引导任务的系统能力。但以上研究均未涉及预警机对海面目标侦察预警阵位配置的作战问题。
本文以舰载预警机侦察敌水面舰艇为背景,为保护航母编队安全,对舰载预警机的阵位配置进行定量研究。
1 对海侦察阵位配置基本要求
平时,舰载预警机在执行海面侦察预警任务时,可使用机载有源和无源侦测设备在较远距离上查明对手海上舰船目标的类型、编成、位置、运动和电磁信号特征等要素,监控敌情变化,并及时向航母编队指挥所报告。战时,舰载预警机则可利用侦测到的目标信息为其他兵力攻击敌水面舰艇提供目标指引。
综合考虑侦察过程中对敌水面舰艇的作战需求,舰载预警机的阵位配置应满足下述基本要求:
1)能够满足对敌水面舰艇预警距离的需要,掌握重点监控区域内的目标;
2)前出侦察过程中能够保证足够的巡逻时间;
3)保证舰载预警机与航母编队间的通信距离在有效通信距离以内;
4)为确保舰载预警机安全,巡逻空域的设置应尽量考虑设置在我方航母编队防空火力掩护范围内。
由2)、3)、4)可得舰载预警机相对航母的最大前出距离约束[10],即
Lmax=min{L预警机,D通信,D掩护}
其中,Lmax为舰载预警机相对航母的最大前出距离;L预警机为舰载预警机在保证自身安全的前提下,为最大化对海搜索预警时间,阵位中心相对航母的最大前出距离;D通信为舰载预警机与航母编队指挥所的最大有效通信距离;D掩护为舰载战斗机对预警机的掩护范围值(假定被掩护目标为航母)。
2 阵位配置模型构建
以应对敌单艘水面舰艇为背景,舰载预警机按计划执行巡逻警戒任务,并且对手水面舰艇可能来袭航向在我航母编队的威胁扇面角之内。为构建舰载预警机对海侦察阵位配置模型,作如下假设:
1)航母编队航渡过程中,上级指挥所通报如下信息:目标概略的初始位置、主要威胁方向、目标最大概率航向(一旦确定目标航向,则认为对手舰艇航向保持不变);
2)不考虑海况和海杂波对预警机机载雷达探测性能的影响,仅考虑舰船目标的后向散射,并假设舰载预警机在巡逻过程中的探测距离保持不变;
3)由一架舰载预警机从航母起飞前出指定空域,由于航母的航行速度相对于舰载预警机的巡逻速度较慢,可认为舰载预警机在巡逻过程中,其相对前出距离保持不变,任务期间视作直线往返飞行。
2.1 对海侦察预警距离
舰载预警机的对海侦察预警距离是指为确保我航母安全,以航母为基准点,舰载预警机必须提供对威胁扇面海区内的对手水面舰艇持续搜索的距离。航母与水面舰艇的相对位置如图1 所示。
v相=v我cos α+v目
R1≥S+v目t总
其中,v目为对手水面舰艇的航行速度;v我为我航母的航行速度;v相为对手水面舰艇和我航母的相对速度;S为对手水面舰艇的反舰导弹最大打击距离(反舰导弹射程);t总为航母编队作战反应时间(包括舰载预警机搜索发现、识别目标运动和位置参数所需的时间,舰载预警机跟踪指定目标后信息传递到上级指挥所的时间,编队指挥所作出决策的时间,指挥机构之间传递命令的时间和对手反舰导弹做好战斗准备前所需的时间等)。
2.2 舰载预警机巡逻线配置模型
舰载预警机在侦察对手水面目标任务时,通常使用双“180”巡逻航线。为了研究问题方便,以矩形巡逻空域的长边来讨论,本模型设定为巡逻线。如图2 所示,线段MN为巡逻线,舰载预警机到巡逻线的中点为O,M点和N点分别是巡逻线两端点到舰载预警机探测圆的圆心,R2是探测(对典型舰船类目标)距离(不考虑探测盲区),L为相对前出距离。航母编队的威胁轴与巡逻线垂直,舰载预警机在MN往返巡逻。
对手向我航母编队可航行的区域相对固定。设P点为对手舰艇的进入位置点,航线PQ上各点到航母Z点的距离即为我舰载预警机在巡逻线MN上各点所需的最小对海侦察预警距离。舰载预警机从巡逻线点N飞到点M的过程中,要求舰载预警机最迟在点Q能够侦察到对手水面舰艇。此时,舰载预警机的相对前出距离、巡逻线长度与编队实际预警距离存在以下关系:
DZQ≥R1
θ=arctan
= -L2- +2DZQ cos(α+θ)
其中,DZQ为点Z到点Q的距离;DMN为两圆心点M和点N的距离。
舰载预警机无源探测距离较远,期间预警雷达保持无线电静默,粗测目标方位和速度,识别目标类型,减少了舰载预警机的暴露时机,大大提高了舰载预警机的安全。如图3 所示,设点J为对手水面舰艇可能活动区域的位置点,在特殊情况下,当对手水面舰艇在点J向我航母编队靠近时,舰载预警机刚好从点N飞到点M,当对手水面舰艇从点P进入时,舰载预警机返回到点N。为保证舰载预警机能够发现并搜索到对手水面舰艇,应满足:
DJP≥v相t巡
其中,DJP为J点到P的距离;t巡为舰载预警机在巡逻线从点N飞到点M,再返回点N的时间。
随着α在[0°,90°]的变化,∠NJZ的角度比较小,可以视作DJT和DJP相等,则舰载预警机所需的最小无源探测距离DJN应满足:
DJN≈R2+v相t巡
其中,DJT为J点到T的距离;DJN为J点到N的距离。
3 仿真分析
根据假设,设定有关参数值如表1 所示。
表1 舰载预警机对海侦察作战的相关参数设置Tab.1 Related parameter settings of carrier-based early warning aircraft for sea reconnaissance operations |
| 基本参数 | 设定值 |
|---|---|
| 舰载预警机对典型舰船类目标探测距离R2 | 360 km |
| 舰载预警机巡逻线长度DMN | 100 km |
| 舰载预警机巡航速度V预 | 480 km/h |
| 舰载预警机巡逻高度h | 8 000 m |
| 舰载预警机转弯半径r | 20 km |
| 舰载预警机转弯坡度γ | 20° |
| 对手舰艇导弹射程S | 370 km |
| 航母编队作战反应时间t总 | 40 min |
由式(1)的经验数据计算和相关参数设置,可以得出舰载预警机可前出的相对距离为L∈[400 km]。根据式(5)和式(6),当对手水面舰艇在我航母方位角分别为30°、45°和60°时,进行仿真,可得出相对前出距离和编队实际预警距离的关系如图4 所示。
根据式(2)~(6),满足编队所需最小预警距离R1的情况下,取方位角α为45°,当我航母的航行速度分别为0 kn、5 kn,…,25 kn、30 kn时,进行仿真,可得出对手水面舰艇的航速和相对前出距离的关系如图5 所示。
同理,航母和对手水面舰艇在作战中保持的最高航速均为30 kn,当对手反舰导弹打击距离s≤S时,进行仿真,可得出对手反舰导弹打击距离和相对前出距离的关系如图6 所示。
从图4 可以看出,随着对手水面舰艇相对航母编队方位角的增大,编队实际所需预警距离就会减少,说明对手水面舰艇对我航母的威胁程度在降低。当方位角一定时,威胁随着相对前出距离的增大而先增大后减小,超过一定界限后成为“探测无效”距离;从图5 可以看出,对手、我方水面舰艇相对航速越大,相对前出距离也越大;从图6 可以看出,相对前出距离随着对手反舰导弹打击距离的增大而增大。
综上所得,指挥员可以根据双方态势及其作战能力来调节舰载预警机的相对前出距离,在提高航母编队生存能力的同时,加强对海面目标持续侦察预警,保证任务的顺利完成。
4 结束语
本文基于舰载预警机对海侦察阵位配置的基本要求和作战背景的符合条件,分析了影响舰载预警机提供航母编队的预警距离的因素,建立了舰载预警机巡逻线配置模型,充分考虑舰载预警机在巡逻线端点的情况,计算了所需的最小无源探测距离。通过作战想定的仿真分析,得出了相对前出距离和不同方位角的航母编队实际预警距离,以及双方水面舰艇的航速和对手反舰导弹打击距离的关系,对舰载预警机对海作战具有参考价值。