中国指挥与控制学会会刊 
作为具有非常高的战术价值、甚至是战略价值的两栖攻击舰,往往是反舰导弹的重点攻击目标,因此,两栖攻击舰通常装备具有末端拦截能力的防空导弹和舰炮等对空自防御武器系统,以提高其战场生存能力。面临复杂多变的防空作战态势,合理分配对空自防御武器资源,发挥最大综合作战效能,确保自身安全,是两栖攻击舰对空自防御作战亟须解决的问题。本文拟通过分析确定两栖攻击舰对空自防御火分态势,提出一种基于态势驱动的两栖攻击舰对空自防御动态火力分配方法。
1 两栖攻击舰对空自防御硬武器资源分析
1.1 硬武器抗击区域
两栖攻击舰通常配置前后两个火力单元的近程舰空导弹和左右舷四个火力单元近程舰炮等对空自防御硬武器。由于受到发射架或炮座安装位置和舰体限制,它们的实际发射扇面都存在死区。因此可将两栖攻击舰对空自防御抗击区域分为4类:第1类区域可以使用近程舰空导弹和近程舰炮各两个火力单元进行抗击;第2类区域可以使用近程舰空导弹一个火力单元和近程舰炮两个火力单元进行抗击;第3类区域可以使用近程舰空导弹和近程舰炮各一个火力单元进行抗击;第4类区域只能使用近程舰空导弹的一个火力单元进行抗击。如图1 所示,A1、A2为第1类抗击区域,B1、B2、B3和B4为第2类抗击区域,C1、C2、C3和C4为第3类抗击区域,D1、D2为第4类抗击区域。
已知近程舰空导弹前座火力单元的射击扇面为(-S ,S ),后座火力单元的射击扇面为(-180,-S )∪(S ,180);近程舰炮武器系统左前座和左后座火力单元的射击扇面为(-S ,-S ),右前座和右后座火力单元的射击扇面为(S ,S ),则各抗击区域可分别用集合表示为:
1.2 硬武器火力分配区
火力分配区是指在进行火力分配时,能够使所分配的目标在相应的武器系统杀伤区内同该武器系统发射的射弹(舰空导弹或炮弹)相遇的所有目标位置点所构成的空间区域,通常用火力分配区远界和近界来描述[1]。火力分配区远界是指在武器系统杀伤区远界弹目相遇条件下,两栖攻击舰进行硬武器火力分配时目标的最远距离。火力分配区近界是指在武器系统杀伤区近界弹目相遇条件下,两栖攻击舰进行硬武器火力分配时目标的最近距离。火力分配区远界和近界与武器系统火力杀伤区远界和近界、射弹飞至杀伤区远界和近界的时间、目标的速度和运动轨迹有关。假设目标作等速水平直线运动,不考虑自动化决策时间,两栖攻击舰火力分配区的远界Dhfmax和近界Dhfmin分别为:
$D_{h f \max }=\left[D_{s y}^{2}+Z_{m}^{2}+V_{m}^{2}\left(\frac{D_{s y}}{V_{w}}+t_{f y}+t_{m z}\right)^{2}\right. \\ \left.\quad+2 V_{m}\left(\frac{D_{s y}}{V_{w}}+t_{f y}+t_{m z}\right)\left(D_{s y}^{2}-P_{m}^{2}\right)^{\frac{1}{2}}\right]^{\frac{1}{2}}$
$\begin{aligned} D_{h f \min }=& {\left[D_{s j}^{2}+Z_{m}^{2}+V_{m}^{2}\left(\frac{D_{s j}}{V_{w}}+t_{f y}+t_{m z}\right)^{2}\right.} \\ &\left.+2 V_{m}\left(\frac{D_{s j}}{V_{w}}+t_{f y}+t_{m z}\right)\left(D_{s j}{ }^{2}-P_{m}^{2}\right)^{\frac{1}{2}}\right]^{\frac{1}{2}} \end{aligned}$
式中,Dsy为目标所在高度上的杀伤区远界斜距;Dsj为目标所在高度上的杀伤区近界斜距;Vm为目标的飞行速度;Zm为目标的飞行高度;Pm为目标的航路捷径;tfy为武器系统的反应时间;tmz为目标指示所需时间;Vw为射弹(舰空导弹或炮弹)飞行速度。
2 两栖攻击舰对空自防御作战火分态势
两栖攻击舰对空自防御作战火分态势是指进行火力分配时两栖攻击舰与来袭空中目标的交战态势[2]。它是两栖攻击舰进行对空自防御作战火力分配的客观依据,主要与目标数量、威胁程度、距离、舷角、高度、速度、航路捷径及本舰武器系统射界等参数有关。这些参数中,目标高度、速度和航路捷径可以是相对固定的,目标数量、威胁、距离和舷角则是动态变化的,而且武器系统射界和目标距离、舷角共同决定了可用于抗击的武器资源。因此,可以用一个三元组表示当前火分态势,即FireState(Num,Threati,W),其中Num为来袭目标数量、Threati为第i个目标的威胁值、W为可用于抗击的武器资源矩阵。
对于确定的态势,每个目标的距离Di、舷角TAi、高度Hi、速度Vi和航路捷径Pi都是已知的,可由式(2)和(3)可计算得到近程舰空导弹和近程舰炮系统的火力分配区远界分别为Dhf1 imax和Dhf2 imax,近界分别为Dhf1 imin和Dhf2 imin,因此,根据目标的距离Di和舷角TAi,以及硬武器抗击区域和火力分配区,可以确定两栖攻击舰对空自防御作战28种火分态势。
1)目标第1类抗击区单方向或艏艉正横多方向或一舷多方向来袭
目标第1类抗击区单方向来袭,其舷角需满足∀TAi∈A1 or ∀TAi∈A2;目标艏艉正横多方向来袭,其舷角需满足∀TAi∈D1 ∪D2 ∪A1 and ∃TAi∈D1 ∪D2 and,∃TAi∈A1或∀TAi∈D1 ∪D2 ∪A2 and ∃TAi∈D1 ∪D2;and ∃TAi∈A2目一舷多方向来袭,其舷角需满足∀TAi∈A1 ∪B1 ∪B2 ∪C1∪C2 and ∃TAi∈A1 and∃TAi∉A1,或∀TAi∈A2 ∪B3 ∪B4 ∪C3∪C4 and ∃TAi∈A2and ∃TAi∉A2,或∀TAi∈B1 ∪B2 and ∃TAi∈B1and ∃TAi∈B2,或∀TAi∈B3 ∪B4 and ∃TAi∈B3and ∃TAi∈B4。
① ∀Di∈(0,Dhf2 imin) or ∀Di∈(Dhf1 imaxn,∞)时,没有硬武器资源可用于抗击,即W=[0, 0];
② ∀Di∈[Dhf2 imin,Dhf1 imin)时,硬武器资源为近程舰炮系统一个火力单元,即W=[0, 2];
③ ∀Di∈[Dhf1 imin,Dhf2 imax]时,硬武器资源为近程舰空导弹系统两个火力单元和近程舰炮系统两个火力单元,即W=[2, 2];
④ ∀Di∈(Dhf2 imax,Dhf1 imin)时,硬武器资源为近程舰空导弹系统两个火力单元,即W=[2, 0]。
2)目标第2类抗击区单方向来袭或舰艏(艉)第三抗击区多方向来袭
目标第2类抗击区单方向来袭,其舷角需满足∀TAi∈B1 or ∀TAi∈B2 or ∀TAi∈B3 or ∀TAi∈B4;目标舰艏(艉)第4抗击区多方向来袭,其舷角需满足∀TAi∈C1∪C3 and∃TAi∈C1 and ∃TAi∈C3,或∀TAi∈C2∪C4 and∃TAi∈C2 and ∃TAi∈C4。
① ∀Di∈(0,Dhf2 imin) or ∀Di∈(Dhf1 imaxn,∞)时,没有硬武器资源可用于抗击,即W=[0, 0];
② ∀Di∈[Dhf2 imin,Dhf1 imin)时,硬武器资源为近程舰炮系统两个火力单元,即W=[0, 2];
③ ∀Di∈[Dhf1 imin,Dhf2 imax]时,硬武器资源为近程舰空导弹系统一个火力单元和近程舰炮系统两个火力单元,即W=[1, 2];
④ ∀Di∈(Dhf2 imax,Dhf1 imin)时,硬武器资源为近程舰空导弹武器系统一个火力单元,即W=[1, 0]。
3)目标第3类抗击区单方向来袭
目标第3类抗击区单方向来袭,其舷角需满足∀TAi∈C1 or ∀TAi∈C2 or ∀TAi∈C3 or ∀TAi∈C4。
① ∀Di∈(0,Dhf2 imin) or ∀Di∈(Dhf1 imaxn,∞)时,没有硬武器资源可用于抗击,即W=[0, 0];
② ∀Di∈[Dhf2 imin,Dhf1 imin)时,硬武器资源为近程舰炮武器系统一个火力单元,即W=[0, 1];
③ ∀Di∈[Dhf1 imin,Dhf2 imax]时,硬武器资源为近程舰空导弹武器系统一个火力单元和近程舰炮武器系统一个火力单元,即W=[1, 1];
④ ∀Di∈(Dhf2 imax,Dhf1 imin)时,硬武器资源为近程舰空导弹武器系统一个火力单元,即W=[1, 0]。
4)目标第4类抗击区单方向来袭
目标第4类抗击区域单方向来袭时,其舷角需满足∀TAi∈D1 or ∀TAi∈D2。
① ∀Di∈(0,Dhf1 imin) or Di∈(Dhf1 imaxn,∞)时,没有硬武器资源可用于抗击,即W=[0, 0];
② ∀Di∈[Dhf1 imin,Dhf1 imax)时,硬武器资源为近程舰空导弹武器系统一个火力单元,即W=[1, 0]。
5)目标第4类抗击区多方向来袭
目标第4类抗击区域多方向来袭时,其舷角需满足∀TAi∈D1∪D2 and∃TAi∈D1and ∃TAi∈D2。
① ∀Di∈(0,Dhf1 imin) or Di∈(Dhf1 imaxn,∞)时,没有硬武器资源可用于抗击,即W=[0, 0];
② ∀Di∈[Dhf1 imin,Dhf1 imax)时,硬武器资源为近程舰空导弹系统两个火力单元,即W=[2, 0];
6)目标舰艏(艉)第2类抗击区多方向来袭
这种态势下,目标从B1、B3区域同时来袭,其舷角满足∀TAi∈B1∪B3∪C1∪C3∪D1and ∃TAi∈B1and ∃TAi∈B3;或目标从B2、B4区域同时来袭,其舷角应满足∀TAi∈B2∪B4∪C2∪C4∪D2 and∃TAi∈B2 and∃TAi∈B4。
① ∀Di∈(0,Dhf2 imin) or ∀Di∈(Dhf1 imaxn,∞)时,没有硬武器资源可用于抗击,即W=[0, 0, 0];
② ∀Di∈[Dhf2 imin,Dhf1 imin)时,硬武器资源为近程舰炮系统一个火力单元,即W=[0, 4];
③ ∀Di∈[Dhf1 imin,Dhf2 imax]时,硬武器资源为近程舰空导弹系统一个火力单元和近程舰炮系统一个火力单元,即W=[1, 4];
④ ∀Di∈(Dhf2 imax,Dhf1 imin)时,硬武器资源为近程舰空导弹系统一个火力单元,即W=[1, 0]。
7)目标第1、3类抗击区两舷两方向来袭
这种态势下,目标从A1、C3(或C4)区域同时来袭,其舷角满足∀TAi∈A1∪C2∪C4 and∃TAi∈A1 and ∃TAi∈C3∪C4;或目标从A2、C1(或C2)区域同时来袭,即舷角满足∀TAi∈A2∪C1∪C2 and∃TAi∈A2and ∃TAi∈C1∪C2。
① ∀Di∈(0,Dhf2 imin) or ∀Di∈(Dhf1 imaxn,∞)时,没有硬武器资源可用于抗击,即W=[0, 0, 0];
② ∀Di∈[Dhf2 imin,Dhf1 imin)时,硬武器资源为近程舰炮系统一个火力单元,即W=[0, 3];
③ ∀Di∈[Dhf1 imin,Dhf2 imax]时,硬武器资源为近程舰空导弹系统一个火力单元和近程舰炮系统一个火力单元,即W=[2, 3];
④ ∀Di∈(Dhf2 imax,Dhf1 imin)时,硬武器资源为近程舰空导弹系统一个火力单元,即W=[2, 0]。
8)目标两舷多方向来袭或全方位来袭
目标两舷多方向来袭时,其舷角需满足∀TAi∉D1∪D2,∃TAi∈A1 and∃TAi∈A2∪B3∪B4(或∃TAi∈A1 and ∃TAi∈C2 and ∃TAi∈C4),或∀TAi∉D1∪D2,∃TAi∈A2 and ∃TAi∈A1∪B1∪B2 (或∃TAi∈A2 and ∃TAi∈C1 and ∃TAi∈C3);目标全方位来袭时,其舷角需满足∃TAi∈D1 and ∃TAi∈D2 and ∃TAi∈A1∪B1∪B2and ∃TAi∈A2∪B3∪B4或∃TAi∈D1 and∃TAi∈D2 and ∃TAi∈C1and ∃TAi∈C2 and ∃TAi∈C3 and ∃TAi∈C4。
① ∀Di∈(0,Dhf2 imin) or ∀Di∈(Dhf1 imaxn,∞)时,没有硬武器资源可用于抗击,即W=[0, 0];
② ∀Di∈[Dhf2 imin,Dhf1 imin)时,硬武器资源为近程舰炮系统四个火力单元,即W=[0, 4];
③ ∀Di∈[Dhf1 imin,Dhf2 imax]时,硬武器资源为近程舰空导弹系统两个火力单元和近程舰炮系统四个火力单元,即W=[2, 4];
④ ∀Di∈(Dhf2 imax,Dhf1 imin)时,硬武器资源为近程舰空导弹系统一个火力单元,即W=[2, 0]。
3 基于态势驱动的两栖攻击舰对空自防御动态火力分配流程
动态火力分配主要考虑时间因素对火力分配的影响,实际上是由一系列的静态WTA构成[3]。两栖攻击舰对空自防御作战中,目标数量及其威胁程度、本舰可拦截火力资源都随时间而变化,因此,要实现两栖攻击舰对空自防御动态火力分配,就需要基于态势驱动,即根据初始火分态势完成硬武器火力分配后,持续监控火分态势的变化,当火分态势发生明显变化,就进行火力分配,以适应新的火分态势需要。
火分态势可由目标数量、目标威胁程度和可拦截火力资源确定,因此,已知t时刻和t+Δt时刻的火分态势,就可知t时刻和t+Δt时刻的来袭目标批数、每个来袭目标的威胁指标值、已分配的目标批数、已分配目标威胁指标值、未分配目标威胁指标值和可分配的火力单元数,当出现以下情况之一,则可以判定火分态势发生了明显变化:
1) 发现新的来袭目标,并判定为紧急目标;
2) 发现新的来袭目标,且存在空闲火力单元时;
3) 未分配目标威胁等级由二级转变成一级,且存在空闲火力单元时;
4) 未分配目标威胁等级由三级转变成二级,且存在空闲火力单元时;
5) 未分配目标威胁程度增大,由可拦截目标转变成紧急目标时;
6) 已分配目标威胁等级从一级降为二级,且存在未分配目标时;
7) 已分配目标威胁等级从二级降为三级时;
8) 已分配目标威胁程度增大,由紧急目标转变成不可拦截目标时;
9) 有火力单元完成射击,且存在未分配的目标时。
具体的火力分配流程如图2 所示。
4 结束语
火力分配是两栖攻击舰对空自防御作战的关键环节。本文提出了一种基于态势驱动的火力分配方法,并针对两栖攻击舰装备实际,研究分析了其对空自防御作战可能的28种火分态势。该方法克服了传统的静态防空火力分配不能及时响应态势变化的缺点,能够实现两栖攻击舰对空自防御的动态火力分配,有利于提高两栖攻击舰在高强度空中威胁下的生存能力。