基于效果的艦載軟硬武器近衛(wèi)火力分配研究*

解維河，吳從旭，汪德虎

(海軍大連艦艇學院，遼寧 大連 116018)

水面艦艇駐泊、錨泊時，周圍近區(qū)存在著如蛙人利用小型快艇和其它運載器等作戰(zhàn)方式的威脅，此類目標發(fā)現(xiàn)突然、破壞威力大，一般采用多編組和多方向同時攻擊，且作戰(zhàn)形式不確定，對水面艦艇防衛(wèi)造成很大困難。水面艦艇對該類近區(qū)目標防衛(wèi)(以下統(tǒng)稱為近衛(wèi))可以利用艦載的軟硬殺傷性武器共同防衛(wèi)，由于軟硬殺傷武器作戰(zhàn)性能的不同，對目標抗擊包括毀傷、使其失能或者據(jù)止目標等多種效果。水面艦艇在遭受該類目標多方向威脅時，如何快速制定正確的軟硬武器使用決策方案是能否進行有效抗擊的關(guān)鍵，本文立足軟硬武器對目標抗擊效果，提出基于效果的水面艦艇軟硬武器抗擊近區(qū)目標的火力分配模型及解算方法，為水面艦艇近衛(wèi)作戰(zhàn)方案的制定提供有效的輔助決策方法。

1 水面艦艇近衛(wèi)作戰(zhàn)火力分配基本要求

1.1 發(fā)現(xiàn)目標突然，快速有效決策

近區(qū)出現(xiàn)的目標隱蔽性強，發(fā)現(xiàn)難度大，發(fā)現(xiàn)目標就要在短時間內(nèi)進行快速決策予以抗擊，因此，對近區(qū)目標防衛(wèi)火力組織時間十分緊迫。使用什么武器、各武器對哪個目標進行抗擊，需要在最短時間內(nèi)決策出作戰(zhàn)使用方案，才能為武器的使用提供充足的時間。

1.2 目標威脅不同，合理使用武器

水面艦艇近衛(wèi)作戰(zhàn)對象復(fù)雜，有些目標能夠判斷具有明顯的攻擊性，該類目標可能攜帶破壞威力較大的武器，要迅速利用武器進行有效毀傷。而有些目標威脅較小或不能直接判明是否對我水面艦艇具有攻擊性，可以利用武器采取據(jù)止的方式使其脫離即可，因此，對近區(qū)目標防衛(wèi)要針對目標威脅不同確定出作戰(zhàn)效果，從而合理組織武器的使用方案。

2 水面艦艇近衛(wèi)作戰(zhàn)火力分配決策模型

2.1 問題說明

水面艦艇對近區(qū)出現(xiàn)的目標進行防衛(wèi)配備軟硬兩種殺傷武器，在遇到近區(qū)目標威脅時，需要充分利用軟硬武器對多個威脅目標進行抗擊以達到最大的抗擊效果。

對于同時出現(xiàn)的近區(qū)目標，進行火力分配是隨著作戰(zhàn)態(tài)勢不斷變化的，只針對一次抗擊效果及火力分配進行研究，不考慮武器轉(zhuǎn)火使用。

2.2 對目標抗擊效果描述

使用軟硬殺傷武器對目標的作戰(zhàn)效果是不同的，利用硬殺傷武器可以對目標進行毀傷，而對于軟殺傷武器，對目標不能夠造成毀傷，其作戰(zhàn)效果是對目標進行失能或者據(jù)止。

從對目標的總體作戰(zhàn)效果來分析，可以將軟硬殺傷武器對目標的抗擊效果綜合表述為毀傷失能或據(jù)止。

對于出現(xiàn)的n個近區(qū)作戰(zhàn)目標，我水面艦艇利用軟硬殺傷武器對任意第j個目標進行抗擊的效果的概率可以表示為

式中，pj為水面艦艇軟硬殺傷武器對第j個目標達到毀傷失能或者據(jù)止的概率;xij為第i種武器抗擊第j個目標的單位數(shù);ωij為第i種武器的每個戰(zhàn)斗單元(座)對第j個目標達到毀傷失能或據(jù)止概率，對短時間內(nèi)每個戰(zhàn)斗單元使用武器對目標的毀傷失能或據(jù)止可以認為是獨立的事件。

2.3 目標函數(shù)建立

近衛(wèi)作戰(zhàn)對象主要是蛙人及其承載器，發(fā)現(xiàn)目標突發(fā)性強，且目標易損性強，對其作戰(zhàn)要求在短時間內(nèi)集中使用武器進行抗擊，在一次抗擊過程中，可以認為對各目標造成毀傷失能或據(jù)止過程中各武器使用效果是獨立的事件，且分配給某個目標的武器作戰(zhàn)效果對其它目標不構(gòu)成影響，也認為是獨立的，因此水面艦艇利用軟硬結(jié)合武器對目標在一次抗擊過程中所取得的總價值可以表述為

式中，F(xiàn)為水面艦艇利用軟硬武器對近區(qū)目標作戰(zhàn)效果的總價值;cj為第j個目標的對我水面艦艇的威脅程度;pj為第j個目標被軟硬武器毀傷失能的概率或者第j個目標被軟硬武器據(jù)止的概率。

建立軟硬武器火力分配模型，實質(zhì)是分別求得在取得毀傷失能或者據(jù)止近區(qū)目標兩種作戰(zhàn)效果情況下的總價值最大的武器分配方案，水面艦艇利用軟硬武器對近區(qū)目標作戰(zhàn)取得最佳作戰(zhàn)效能的火力分配目標函數(shù)模型可以表示為

式中符號含義同上。

2.4 火力分配模型建立

依據(jù)上述分析，水面艦艇利用軟硬武器對近區(qū)作戰(zhàn)目標火力分配方案可以描述成如下形式:

式中，Ni為第i種武器的數(shù)量單位;其它符號含義同上。該火力分配模型是一個有約束的非線性規(guī)劃模型，可利用非線性規(guī)劃方法求解。

3 水面艦艇近衛(wèi)作戰(zhàn)火力分配實例分析

3.1 戰(zhàn)例想定

假設(shè)水面艦艇在近區(qū)突然發(fā)現(xiàn)3個不同方向的水面威脅目標，可用的武器有兩座硬殺傷小口徑火炮，三座軟殺傷聲光武器，由于目標威脅不同，對第二個目標達到據(jù)止的作戰(zhàn)效果即可，對第一和第三個目標要進行毀傷或使其失能，要求在短時間內(nèi)進行火力分配決策方案，并取得最大的抗擊效果，為有效使用武器，對每個目標抗擊的武器數(shù)量不超過2座，不考慮武器轉(zhuǎn)火使用。

在研究近衛(wèi)作戰(zhàn)武器火力分配方法時，已知目標的威脅程度、武器的毀傷、失能以及據(jù)止的概率，可以通過敵我相對位置關(guān)系、目標的距離、速度以及我艦軟硬武器的戰(zhàn)技性能計算出來。假定該時刻確定出目標對我水面艦艇的威脅程度及各武器的作戰(zhàn)效果概率，見表1所示。

表1 目標的威脅程度、武器的毀傷概率

3.2 模型建立

每座武器作為一個火力單位，不考慮轉(zhuǎn)火，一座武器只能針對一個目標攻擊;而為有效使用武器，要求對每個目標抗擊的武器數(shù)量不超過2座，可以將每個目標虛擬成2個，這樣就可以保證每個目標抗擊的火力單位不超過1個，可以表示成一對一的火力分配問題。

即共有軟硬武器共有5個火力單位，對6個目標攻擊，將武器依次排序，前2個為硬殺傷武器，后3個為軟殺傷武器，即將問題轉(zhuǎn)化成m=5，n=6的火力分配模型:

式中，ωij為第i座武器對目標j毀傷概率。其中，

3.3 基于匈牙利算法的模型解算

按照文獻［3］，將上述模型轉(zhuǎn)化為能夠運用匈牙利算法解算的模型。因為m＜n，虛擬一個火力單位，得到n=6的火力分配模型:

系數(shù)矩陣為

在矩陣R上運用匈牙利算法，可以得到一個最優(yōu)矩陣:

最優(yōu)矩陣中最優(yōu)值對應(yīng)項即為各武器對不同目標的抗擊方案，即火力分配的最優(yōu)方案是:對第一個目標，采用一座硬殺傷武器和一座軟殺傷武器進行抗擊;對第二個目標，采用一座硬殺傷武器進行抗擊;對第三個目標，采用兩座軟殺傷武器進行抗擊。

采用上述火力分配方案，水面艦艇軟硬結(jié)合武器該時刻對該批次目標抗擊效果的效能指標值為

3.4 結(jié)果分析

火力分配結(jié)果確定出了某時刻對基于不同效果的目標作戰(zhàn)的火力分配方法，在進行火力分配時，需要確定出對某次作戰(zhàn)需要取得的作戰(zhàn)效果，同時如果將目標的威脅程度、武器的毀傷、失能以及據(jù)止的概率等因素時時計算出來作為輸入量，可以確定出不同時刻的武器使用火力分配方案。

在作戰(zhàn)決策過程中，根據(jù)不同目標可以確定相同的抗擊效果，對于同一目標在不同威脅程度下也可以確定不同的抗擊效果。在進行火力決策方案時，可以依據(jù)取得相同的作戰(zhàn)效果來進行火力分配，也可對每個目標確定不同的作戰(zhàn)效果來進行火力分配，對于模型的解算來說只是其輸入的抗擊效果概率不同，可以將武器的威脅程度、抗擊概率等模型加入到火力分配模型中，以增強火力分配方案制定的實效性。

火力分配方案的結(jié)果可以有多個，各最優(yōu)方案抗擊效果指標結(jié)果是一樣的，對不同威脅情況下每種武器的取得抗擊效果越為準確，其方案越符合實戰(zhàn)要求，同時，抗擊效果的概率確定得越為準確，方案的結(jié)果也越精確。

4 結(jié)束語

本文根據(jù)水面艦艇對近區(qū)目標防衛(wèi)作戰(zhàn)火力分配研究需求，建立水面艦艇利用軟硬結(jié)合武器作戰(zhàn)火力分配模型，并通過實例對模型進行仿真，研究模型的解算方法，所建立的模型及算法對水面艦艇近衛(wèi)作戰(zhàn)火力輔助決策的研究具有一定的意義，在模型和方法使用的界限和工程實現(xiàn)等方面還需進一步研究。

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