航母編隊(duì)防空作戰(zhàn)區(qū)戰(zhàn)術(shù)決策模型研究*

孫衛(wèi)東　王　勃,2

(1.海軍大連艦艇學(xué)院作戰(zhàn)軟件與仿真研究所　大連　116018)(2.92819部隊(duì)　大連　116018)

SUN Weidong1　WANG Bo1,2

(1. Operation Software and Simulation Institute, Dalian Naval Academy, Dalian　116018) (2. No. 92819 Troops of PLA, Dalian　116018)

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航母編隊(duì)防空作戰(zhàn)區(qū)戰(zhàn)術(shù)決策模型研究*

孫衛(wèi)東1王勃1,2

(1.海軍大連艦艇學(xué)院作戰(zhàn)軟件與仿真研究所大連116018)(2.92819部隊(duì)大連116018)

在分析航母編隊(duì)防空主要作戰(zhàn)行動(dòng)方法的基礎(chǔ)上,采用迭代遞推的方法,由內(nèi)到外依次給出航母編隊(duì)近程防空區(qū)、中程防空區(qū)、交叉區(qū)、遠(yuǎn)程防空區(qū)和遠(yuǎn)程預(yù)警區(qū)的戰(zhàn)術(shù)決策模型,并進(jìn)行模型有效性驗(yàn)證。從原理上給出編隊(duì)防空區(qū)域劃分的方法,為航母編隊(duì)防空兵力部署和火力配置等指揮決策提供重要依據(jù)。

航母編隊(duì); 防空作戰(zhàn)區(qū); 戰(zhàn)術(shù)決策模型

SUN Weidong1WANG Bo1,2

(1. Operation Software and Simulation Institute, Dalian Naval Academy, Dalian116018) (2. No. 92819 Troops of PLA, Dalian116018)

Class NumberE843

1　引言

航母編隊(duì)防空作戰(zhàn)通常采取艦空組合、遠(yuǎn)近結(jié)合的方式,構(gòu)成以航母為核心的大縱深、多層次的對(duì)空防御火力體系。該火力體系由近及遠(yuǎn)可以劃分近程防空區(qū)、中程防空區(qū)、交叉區(qū)、遠(yuǎn)程防空區(qū)與遠(yuǎn)程預(yù)警區(qū)等防空作戰(zhàn)區(qū)[1～2]。

防空作戰(zhàn)區(qū)劃分是航母編隊(duì)防空作戰(zhàn)指揮的重要內(nèi)容,防空作戰(zhàn)區(qū)戰(zhàn)術(shù)決策模型是用來劃分防空作戰(zhàn)區(qū)的數(shù)學(xué)算法和戰(zhàn)術(shù)規(guī)則的集合,模型的有效性直接決定了航母編隊(duì)防空作戰(zhàn)指揮的合理性?？紤]到指控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)設(shè)備的運(yùn)算時(shí)效性和指揮決策論斷的唯一性、確定性要求,防空作戰(zhàn)區(qū)戰(zhàn)術(shù)決策模型應(yīng)在與防空作戰(zhàn)戰(zhàn)法及武器裝備作戰(zhàn)使用方法保持高度一致的基礎(chǔ)上,采用明確的決策規(guī)則、無二義性的決策邏輯和簡(jiǎn)練的運(yùn)算方法,盡量回避計(jì)算量龐大、有一定隨機(jī)性的智能或優(yōu)化算法。

2　末端防空作戰(zhàn)與近程防空區(qū)

近程防空區(qū)是航母末端防空作戰(zhàn)的區(qū)域。航母在使用本艦防空武器攔截空中目標(biāo)時(shí),在武器射擊方向一定范圍內(nèi)有可能誤傷己方艦艇。因此,在部署區(qū)域防空群艦艇時(shí),應(yīng)首先保證己方艦艇不在本艦?zāi)┒伺灴諏?dǎo)彈的射擊禁區(qū)危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)。區(qū)域防空群艦艇部署示意圖如圖1所示,某型艦空導(dǎo)彈的射擊禁區(qū)、危險(xiǎn)區(qū)如圖2所示。

圖1　區(qū)域防空群艦艇部署示意圖

圖2　某型艦空導(dǎo)彈的射擊禁區(qū)危險(xiǎn)區(qū)示意圖

導(dǎo)彈射擊危險(xiǎn)區(qū)遠(yuǎn)界距離通常大于射擊禁區(qū)的最遠(yuǎn)界,可將導(dǎo)彈射擊危險(xiǎn)區(qū)遠(yuǎn)界Rwy作為航母末端防空作戰(zhàn)的最遠(yuǎn)距離,只要目標(biāo)進(jìn)入這個(gè)范圍,航母本艦即可進(jìn)行武器射擊。區(qū)域防空群艦艇不應(yīng)部署在這個(gè)區(qū)域范圍內(nèi),若區(qū)域防空群艦艇距離航母的距離Rqy,則可確定近程防空火力區(qū)的模型，見表1。

表1　近程防空區(qū)模型

3　區(qū)域防空作戰(zhàn)與中程防空區(qū)及交叉區(qū)

在中程防空火力區(qū),由區(qū)域防空群艦艇對(duì)突破遠(yuǎn)程防空火力區(qū)的飛機(jī)目標(biāo)以及已發(fā)射的反艦導(dǎo)彈實(shí)施攔截。通常,編隊(duì)?wèi)?yīng)能隨時(shí)得到外圍巡邏戰(zhàn)斗機(jī)的偵察保障與火力掩護(hù),但受艦載機(jī)數(shù)量、出動(dòng)強(qiáng)度及氣象等因素的影響限制,艦載機(jī)不能保障全時(shí)升空[3]。

因此防空哨艦的部署應(yīng)立足在沒有空中飛機(jī)的信息與火力支援情況下,能夠自行發(fā)現(xiàn)目標(biāo),并通報(bào)指揮所;艦載機(jī)起飛迎敵后,向艦載機(jī)提供目標(biāo)指示信息,引導(dǎo)艦載機(jī)對(duì)空中目標(biāo)進(jìn)行攔截[4]。防空哨艦的部署示意圖如圖3所示。

圖3　防空哨艦部署示意圖

圖中,Rzfy為編隊(duì)中程防空區(qū)(區(qū)域防空群導(dǎo)彈攔截區(qū))遠(yuǎn)界,Rsj為防空哨艦的前出距離,Dsjr為防空哨艦警戒雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的最遠(yuǎn)發(fā)現(xiàn)距離,Dkk為艦載機(jī)空空導(dǎo)彈的發(fā)射區(qū)遠(yuǎn)界,Vo為艦載機(jī)飛行速度,Vt為來襲飛機(jī)飛行速度,t1為艦載機(jī)集結(jié)完畢進(jìn)入戰(zhàn)斗航向到飛離艦空導(dǎo)彈攔截區(qū)遠(yuǎn)界的飛行時(shí)間,t2為防空哨艦發(fā)現(xiàn)目標(biāo)到目標(biāo)到達(dá)艦載機(jī)空空導(dǎo)彈發(fā)射遠(yuǎn)界的時(shí)間。

中程防空區(qū)的范圍,即為區(qū)域防空群艦空導(dǎo)彈攔截區(qū)以內(nèi)的范圍。應(yīng)能保證防空哨艦及時(shí)發(fā)現(xiàn)目標(biāo),并引導(dǎo)甲板待戰(zhàn)飛機(jī)起飛攔截;保證艦載機(jī)在艦空導(dǎo)彈攔截區(qū)外至少對(duì)來襲目標(biāo)完成一次超視距攔截[5]。因此,中程防空區(qū)模型如表2所示。

表2　中程防空區(qū)模型

表3　交叉區(qū)模型

交叉區(qū)是為防止誤傷追擊己方艦載機(jī),在遠(yuǎn)程防空區(qū)和中程防空區(qū)之間設(shè)置的目標(biāo)識(shí)別區(qū)。防空哨艦的預(yù)警、引導(dǎo)與識(shí)別功能均在交叉區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn),因此防空哨艦的最遠(yuǎn)發(fā)現(xiàn)距離線即為交叉區(qū)的遠(yuǎn)界[6]。若設(shè)定交叉區(qū)的縱深為Δj,用Δt表示哨艦發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后,報(bào)告指揮所、指揮所向航空兵下達(dá)命令、艦載機(jī)戰(zhàn)斗等級(jí)轉(zhuǎn)換、起飛、空中集結(jié)的時(shí)間總和,則可得到交叉區(qū)的模型。

若在交叉區(qū)近界Rjcj與區(qū)域防空群導(dǎo)彈攔截區(qū)Rzfy之間的距離較大,則可增加配置多層(2～3層)區(qū)域防空艦。

4　艦載機(jī)空戰(zhàn)與遠(yuǎn)程防空區(qū)

在遠(yuǎn)程防空區(qū),由艦載機(jī)對(duì)來襲的飛機(jī)目標(biāo)實(shí)施攔截。艦載機(jī)空中巡邏的空域位置應(yīng)適當(dāng)前伸,爭(zhēng)取盡早發(fā)現(xiàn)來襲敵機(jī),以有利于指揮員根據(jù)巡邏兵力提供的敵情,組織后續(xù)兵力截?fù)魯硻C(jī)[7～8]。當(dāng)巡邏空域難以前伸過遠(yuǎn)時(shí),空域與航母的距離至少應(yīng)保證空中巡邏的艦載機(jī)在敵機(jī)進(jìn)入中程防空火力區(qū)(交叉區(qū))之前,有對(duì)敵機(jī)進(jìn)行一次超視距攔截的縱深。艦載機(jī)巡邏空域的配置示意圖如圖4所示。

圖4　艦載機(jī)巡邏空域配置示意圖

根據(jù)艦載機(jī)巡邏空域的配置情況,可以確定遠(yuǎn)程防空火力區(qū)的空間范圍。遠(yuǎn)程防空區(qū)的劃分模型如表4所示。

表4　遠(yuǎn)程防空區(qū)模型

其中,α為編隊(duì)威脅扇面角。不同巡邏空域間隔取1.5倍的雷達(dá)發(fā)現(xiàn)距離,以保證飛行安全,并使各相鄰空域的搜索區(qū)有一定重疊,不致造成警戒間隙。

5　預(yù)警機(jī)的使用與遠(yuǎn)程預(yù)警區(qū)

在遠(yuǎn)程防空區(qū)外圍設(shè)置遠(yuǎn)程預(yù)警區(qū),由預(yù)警機(jī)負(fù)責(zé)在外圍探測(cè)敵方導(dǎo)彈發(fā)射平臺(tái)及遠(yuǎn)程反艦巡航導(dǎo)彈等目標(biāo)[9]。預(yù)警機(jī)巡邏陣位盡量前伸,力爭(zhēng)在最遠(yuǎn)距離發(fā)現(xiàn)目標(biāo);同時(shí)還應(yīng)使預(yù)警機(jī)處于航母編隊(duì)的掩護(hù)范圍內(nèi),至少保證在敵機(jī)對(duì)預(yù)警機(jī)發(fā)起攻擊前艦載機(jī)能對(duì)其完成一次超視距攔截[10～11]。預(yù)警機(jī)的部署方法如圖5所示。

圖5　預(yù)警機(jī)部署示意圖

模型名稱模型要素模型內(nèi)容遠(yuǎn)程預(yù)警區(qū)預(yù)警機(jī)前出陣位RyjVt×t6+Dkk=Dyjrt7=t6-ΔtRyj=Vo×t7預(yù)警區(qū)近界RyfjRxl=Ryfy-Dxlr-Dxlw/2預(yù)警區(qū)遠(yuǎn)界RyyyRyyy=Ryj+Dyjr巡邏線長(zhǎng)度Ryjlβ=arcsin{[Ryyy-Ryj/cos(α/2)]×sin(α/2+π/2)/Dyjr}γ=π/2-α/2-βAB=Dyjr×sinγ/sin(α/2+π/2)Ryjl=2×[Ryj×tan(α/2)-AB]

注:在ΔABC中,通過解三角函數(shù)求得角β、γ的大小和線段AB的長(zhǎng)度。

圖中,Ryj為預(yù)警機(jī)的前出陣位,Ryjl為預(yù)警機(jī)橫向巡邏線的長(zhǎng)度,Dyjr為預(yù)警機(jī)雷達(dá)的最遠(yuǎn)警戒距離,t6為從預(yù)警機(jī)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)到巡邏艦載機(jī)對(duì)目標(biāo)實(shí)施第一次超視距攔截的時(shí)間,t7為艦載機(jī)機(jī)從轉(zhuǎn)入戰(zhàn)斗航向開始到對(duì)敵實(shí)施第一次超視距攔截的時(shí)間,Ryyy為遠(yuǎn)程預(yù)警區(qū)的遠(yuǎn)界,其它變量的含義同圖3及圖4。

6　模型的有效性驗(yàn)證

通過對(duì)航母編隊(duì)防空作戰(zhàn)區(qū)戰(zhàn)術(shù)決策模型的分析不難看出,航母編隊(duì)所屬武器裝備的性能,直接決定了防空區(qū)域的大小及區(qū)域內(nèi)兵力的部署?，F(xiàn)以美國(guó)海軍及其主要作戰(zhàn)對(duì)手在某歷史時(shí)期的武器裝備狀況為例,如表6,分析美航母編隊(duì)防空作戰(zhàn)區(qū)域劃分的方法,以驗(yàn)證防空區(qū)戰(zhàn)術(shù)決策模型的有效性。

將上述參數(shù)代入防空作戰(zhàn)區(qū)模型,可計(jì)算得到美航母編隊(duì)各防空作戰(zhàn)區(qū)的具體參數(shù),將部分計(jì)算值與該時(shí)期美航母編隊(duì)防空作戰(zhàn)區(qū)實(shí)際使用值比對(duì)如表7所示。

表6　美航母編隊(duì)及其作戰(zhàn)對(duì)象相關(guān)作戰(zhàn)參數(shù)

表7　防空作戰(zhàn)區(qū)部分計(jì)算值與實(shí)際值比對(duì)

通過比對(duì)可見,計(jì)算值與實(shí)際值基本吻合,說明所建防空作戰(zhàn)區(qū)戰(zhàn)術(shù)決策模型有效可信。

7　結(jié)語(yǔ)

在分析航母編隊(duì)防空作戰(zhàn)的主要行動(dòng)和戰(zhàn)法的基礎(chǔ)上,采用迭代遞推的方法,由內(nèi)到外依次給出防空哨艦、艦載戰(zhàn)斗機(jī)與預(yù)警機(jī)的部署方法以及航母編隊(duì)近程防空區(qū)、中程防空區(qū)、交叉區(qū)、遠(yuǎn)程防空區(qū)和遠(yuǎn)程預(yù)警區(qū)的戰(zhàn)術(shù)決策模型,并進(jìn)行了模型有效性驗(yàn)證。模型的決策邏輯清晰、決策規(guī)則明確、算法簡(jiǎn)練,可為航母編隊(duì)的防空兵力部署和火力配置等提供指揮決策依據(jù)。

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Tactics-decision Model about Formation Antiaircraft of Aircraft Carrier*

In the analysis of the major combat operations method about aircraft carrier formation air defense, the tactical decision model is given about short-range air defense zone, medium range air defense zone, cross area, remote area air defense warning and remote areas for the aircraft carrier formation from the inside to the outside in turn, based on using iterative method. And the validity of the model is verified. The method about how to divide the formation air defense area is given by principle. Then an important basis is provided for command decision-making of air defense forces and firepower allocation for aircraft carrier formation.

aircraft carrier formation, air defense area, tactics-decision model

2015年2月7日,

2015年3月18日

中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào):2014M562557)資助。

孫衛(wèi)東,男,博士,助理研究員,研究方向:海軍戰(zhàn)術(shù)與作戰(zhàn)仿真。王勃,男,博士后,工程師,研究方向:系統(tǒng)工程與作戰(zhàn)仿真。

E843

10.3969/j.issn.1672-9730.2016.08.013