海洋大氣波導(dǎo)環(huán)境下反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能評估

(中國人民解放軍91550部隊，遼寧 大連 116023)

0 引言

反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能評估是促進(jìn)反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)性能和戰(zhàn)術(shù)改進(jìn)，有效發(fā)揮反艦作戰(zhàn)能力，提升作戰(zhàn)效能不可缺少的重要環(huán)節(jié)[1-2]。在反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能評估過程中，除了要結(jié)合敵我雙方武器系統(tǒng)性能和戰(zhàn)術(shù)使用等情況外，還應(yīng)當(dāng)考慮自然環(huán)境影響。海洋大氣波導(dǎo)作為一種常見自然現(xiàn)象，由于其對雷達(dá)電磁波傳播途徑的影響，會使反艦導(dǎo)彈及目標(biāo)艦艇防空系統(tǒng)設(shè)備某些技術(shù)性能和戰(zhàn)術(shù)使用效果發(fā)生改變。因此，在評估反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能時，海洋大氣波導(dǎo)影響不容忽視。

1 作戰(zhàn)效能評估基本模型建立

反艦導(dǎo)彈攻擊水面艦艇的一般作戰(zhàn)流程主要包括技術(shù)準(zhǔn)備、裝載出航待機(jī)、導(dǎo)彈發(fā)射準(zhǔn)備、導(dǎo)彈發(fā)射、導(dǎo)彈飛行和制導(dǎo)命中幾個階段。目標(biāo)艦雷達(dá)發(fā)現(xiàn)來襲導(dǎo)彈后，會立即進(jìn)行目標(biāo)識別跟蹤和威脅判斷，在來襲反艦導(dǎo)彈距離較遠(yuǎn)時，通常會發(fā)射防空導(dǎo)彈進(jìn)行攔截；當(dāng)防空導(dǎo)彈攔截失效，反艦導(dǎo)彈已突破防空導(dǎo)彈攔截范圍時，目標(biāo)艦通常使用防空火炮進(jìn)行近距離射擊。在整個攔截過程中還可以使用電子干擾設(shè)備對來襲導(dǎo)彈實(shí)施電子干擾或布放誘餌反射體欺騙來襲導(dǎo)彈導(dǎo)引頭，使其偏向或飛向假目標(biāo)。反艦導(dǎo)彈在突防過程中，一般會進(jìn)行大機(jī)動變軌飛行，躲避攔截彈，例如水平蛇形機(jī)動、垂直躍升俯沖機(jī)動或螺旋機(jī)動等[3]；對于電子干擾，現(xiàn)代反艦導(dǎo)彈一般都采用了主、被動雷達(dá)、紅外和電視復(fù)合制導(dǎo)等先進(jìn)技術(shù)，具備一定的抗干擾能力。

根據(jù)作戰(zhàn)過程分析，在不考慮作戰(zhàn)平臺生存能力的前提下，反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能發(fā)揮主要體現(xiàn)在導(dǎo)彈準(zhǔn)備狀態(tài)好、導(dǎo)彈成功發(fā)射、可靠飛行、成功突防、成功制導(dǎo)、成功命中和成功毀傷目標(biāo)等環(huán)節(jié)。根據(jù)導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能概率分析法，分別對反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能發(fā)揮的每個環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，計算每個環(huán)節(jié)的成功概率。由于任何一個環(huán)節(jié)失敗都會導(dǎo)致作戰(zhàn)效能E=0，因此，反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能應(yīng)該為所有環(huán)節(jié)成功概率的乘積。在不考慮大氣波導(dǎo)影響情況下，基于概率分析法的反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能評估模型可以抽象表示為：

E=PY·PS·PF·PT·PZ·PM·PH

(1)

式中，PY為導(dǎo)彈武器系統(tǒng)在執(zhí)行發(fā)射時處于正?？捎脿顟B(tài)的概率，PS為導(dǎo)彈武器系統(tǒng)成功可靠發(fā)射反艦導(dǎo)彈的概率，PF為導(dǎo)彈發(fā)射后可靠飛行的概率，PT為導(dǎo)彈成功突破敵艦防空火力網(wǎng)的概率，PZ為導(dǎo)彈成功制導(dǎo)的概率，PM為反艦導(dǎo)彈命中目標(biāo)的概率，PH為導(dǎo)彈命中目標(biāo)后成功毀傷目標(biāo)的概率。

反艦導(dǎo)彈突破目標(biāo)艦防空導(dǎo)彈攔截的成功概率用PD表示，突破目標(biāo)艦防空火炮攔截的成功概率用PP表示。用Pd和Pp分別表示目標(biāo)艦單枚防空導(dǎo)彈和單門防空火炮成功攔截反艦導(dǎo)彈的概率，用n和m分別表示防空導(dǎo)彈和防空火炮的攔截使用數(shù)量，則反艦導(dǎo)彈突破防空火力攔截的概率PT可以表示為：

PT=PD·PP=(1-Pd)n·(1-Pp)m

(2)

電子干擾主要影響反艦導(dǎo)彈制導(dǎo)環(huán)節(jié)，使反艦導(dǎo)彈偏離目標(biāo)或者飛向假目標(biāo)，反艦導(dǎo)彈要實(shí)現(xiàn)成功制導(dǎo)，除了具備捕選跟蹤目標(biāo)的能力外，還需要成功抗干擾。因此，反艦導(dǎo)彈成功制導(dǎo)的概率為成功捕選目標(biāo)概率PB和成功抗干擾概率PK的乘積。假設(shè)目標(biāo)艦對反艦導(dǎo)彈干擾成功概率為Pg，則反艦導(dǎo)彈成功制導(dǎo)概率可以表示為：

PZ=PB·PK=PB·(1-Pg)

(3)

那么，反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能評估基本模型可以表示為：

E=PY·PS·PF·(1-Pd)n·(1-Pp)m·

PB·(1-Pg)·PM·PH

(4)

該模型可以很好的描述反艦導(dǎo)彈在整個作戰(zhàn)過程中作戰(zhàn)效能的發(fā)揮，但不能直接用來評估大氣波導(dǎo)環(huán)境下反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能。因此，下文將分析海洋大氣波導(dǎo)給反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)能力帶來的影響，并基于具體影響，對以上模型進(jìn)行改進(jìn)，給出大氣波導(dǎo)環(huán)境下反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能評估模型。

2 海洋大氣波導(dǎo)影響分析

電磁波在大氣中傳播時，受大氣折射和地球曲率影響，傳播路徑往往會彎向地球一側(cè)，當(dāng)電磁波彎向地球傳播路徑的曲率大于地球曲率時，電磁波向前傳播過程中，將碰到地面并經(jīng)地面反射向前傳播，在后續(xù)彎向地球傳播過程中，會反復(fù)碰到地面并經(jīng)地面反射，使電磁波在地面和某層大氣之間，依靠地面不斷反射向前傳播，形成大氣波導(dǎo)傳輸。大氣波導(dǎo)分為蒸發(fā)波導(dǎo)、表面波導(dǎo)和懸空波導(dǎo)[4]。其中，蒸發(fā)波導(dǎo)由水蒸氣蒸發(fā)形成，在海上幾乎隨時隨地都有可能出現(xiàn)，而且在某些海域出現(xiàn)概率高達(dá)85%以上[5]。由于大氣波導(dǎo)主要影響雷達(dá)電磁波，因此，下面將從導(dǎo)彈突防和制導(dǎo)兩方面進(jìn)行具體分析。

2.1 對導(dǎo)彈突防的影響

從前人的相關(guān)研究[6-8]來看，在大氣波導(dǎo)條件下，目標(biāo)艦艇防空能力會在一定程度上受到抑制，主要表現(xiàn)在以下幾方面：

1)電子干擾能力減弱。大氣波導(dǎo)條件下，使反艦導(dǎo)彈雷達(dá)接收目標(biāo)回波功率提前高于干擾信號功率，雷達(dá)燒穿距離增大，從而降低了目標(biāo)艦電子干擾效果；

2)防空雷達(dá)測量誤差增大。敵艦防空雷達(dá)電磁波在大氣波導(dǎo)環(huán)境下，傳播路徑會發(fā)生彎曲，使得艦載雷達(dá)對來襲導(dǎo)彈的位置，特別是高度測量產(chǎn)生較大偏差，影響有效攔截；

3)攔截反應(yīng)時間縮短。大氣波導(dǎo)環(huán)境下，目標(biāo)艦雷達(dá)探測到的海雜波信號會大大增強(qiáng)，使雷達(dá)散射面積本來就很小的反艦導(dǎo)彈回波信號，很容易被淹沒，使艦載雷達(dá)對反艦導(dǎo)彈有效作用距離減小，防空攔截反應(yīng)時間縮短。然而對于反艦導(dǎo)彈來說，敵艦雷達(dá)散射面積較大，因此海雜波影響較?。?/p>

4)防空雷達(dá)探測盲區(qū)改變。雷達(dá)本身就存在著可以確定的探測盲區(qū)，但在大氣波導(dǎo)環(huán)境下，雷達(dá)電磁波被陷獲在波導(dǎo)層傳播，會形成波導(dǎo)頂盲區(qū)，同時由于受電磁波波束寬度限制，在波導(dǎo)層內(nèi)還會形成跳躍盲區(qū)，增加了艦載雷達(dá)對反艦導(dǎo)彈的搜索困難。

由于上述負(fù)面影響的存在，海洋大氣波導(dǎo)環(huán)境下，目標(biāo)艦艇防空攔截成功率勢必會降低，從而提升了反艦導(dǎo)彈的突防成功率。由于在目標(biāo)艦使用防空導(dǎo)彈和防空火炮進(jìn)行攔截的過程中，都會受到大氣波導(dǎo)對雷達(dá)造成的不良影響。在此，引入大氣波導(dǎo)影響因子φ，反艦導(dǎo)彈成功突破目標(biāo)艦防空火力攔截的概率表示可以改進(jìn)為：

PT＇= (1-φdPd)n· (1-φpPp)m

(5)

式中，φd≤1、φp≤1，分別為大氣波導(dǎo)對防空導(dǎo)彈和防空火炮攔截成功概率的影響因子。

2.2 對導(dǎo)彈制導(dǎo)的影響

地球曲率的存在，將雷達(dá)的目標(biāo)探測能力限制在直視范圍內(nèi)。要想擴(kuò)大探測距離，需要提升導(dǎo)彈飛行高度和彈載雷達(dá)功率，但這同時也使得反艦導(dǎo)彈容易暴露，不利于導(dǎo)彈突防。然而，由于海洋大氣波導(dǎo)現(xiàn)象的存在，使電磁波傳輸發(fā)生了改變，特別是反艦導(dǎo)彈雷達(dá)發(fā)現(xiàn)距離和接收目標(biāo)雷達(dá)回波功率都得到了提升。

在沒有大氣折射情況下，反艦導(dǎo)彈雷達(dá)電磁波在水平和垂直方向上均勻輻射，反艦導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)探測距離D(km)可以表示為：

(6)

式中，R=6 370 km，為地球曲率半徑；h1為反艦導(dǎo)彈彈載雷達(dá)的高度(導(dǎo)彈的飛行高度)；h2為目標(biāo)艦的高度。若不計電磁波傳輸損耗，反艦導(dǎo)彈雷達(dá)接收目標(biāo)艦回波功率為：

(7)

式中,Pt、G、λ、σ、d分別是雷達(dá)發(fā)射功率、增益、工作波長、目標(biāo)有效散射面積、目標(biāo)與雷達(dá)間的距離。由于雷達(dá)電磁波在大氣中實(shí)際傳播時，會發(fā)生大氣折射現(xiàn)象，使雷達(dá)電磁波實(shí)際傳波路徑向下彎曲，而非直線傳波。大氣折射情況下，計算雷達(dá)直視距離，通常使用等效地球曲率半徑R0=KR來代替地球曲率半徑R。

(8)

因此，大氣折射下，雷達(dá)探測距離D0(km)為：

(9)

考慮設(shè)備性能和人員實(shí)際操作水平等因素，需乘以系數(shù)φD，通常取φD≈0.6[9]。在標(biāo)準(zhǔn)大氣情況下，K=4/3，經(jīng)計算可得：

(10)

(11)

式中，hb為波導(dǎo)層高度。通過比較式(7)和式(11)，很明顯,Pr＇>Pr,這說明在大氣波導(dǎo)環(huán)境下，反艦導(dǎo)彈收到目標(biāo)敵艦的回波將大大增強(qiáng)。

由此可見，在海洋大氣波導(dǎo)環(huán)境下，反艦導(dǎo)彈在飛行高度和制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)功率不變時，彈載雷達(dá)目標(biāo)探測距離和目標(biāo)回波功率都會增大，反艦導(dǎo)彈成功捕選目標(biāo)概率也將會隨之增加。因此，大氣波導(dǎo)條件下，反艦導(dǎo)彈捕獲目標(biāo)概率可以表示為：

PB＇=φBPB，φB>1

(12)

φB為大氣波導(dǎo)環(huán)境對捕獲概率的影響因子。另外，考慮到大氣波導(dǎo)環(huán)境對目標(biāo)艦電子干擾效果有一定抑制作用，大氣波導(dǎo)環(huán)境下，反艦導(dǎo)彈抗電子干擾成功概率應(yīng)表示為：

PK＇= (1-φgPg)

(13)

φg為大氣波導(dǎo)對電子干擾成功概率的影響因子。那么，大氣波導(dǎo)環(huán)境下，反艦導(dǎo)彈成功制導(dǎo)概率應(yīng)表示為：

PZ＇=PB＇·PK＇=φBPB· (1-φgPg)

(14)

3 海洋大氣波導(dǎo)環(huán)境下作戰(zhàn)效能評估模型

綜合以上分析，考慮大氣波導(dǎo)對反艦導(dǎo)彈突防概率和制導(dǎo)概率的影響，根據(jù)式(1)(5)(14)，反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能評估模型應(yīng)該表示為：

E=PY·PS·PF·PT＇·PZ＇·PM·PH=

PY·PS·PF·(1-φdPd)n·(1-φpPp)m·

φBPB·(1-φgPg)·PM·PH

(15)

該模型充分考慮了反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)過程中，海洋大氣波導(dǎo)環(huán)境對作戰(zhàn)雙方的影響，更加符合反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)使用實(shí)際情況。

4 應(yīng)用實(shí)例

現(xiàn)在的新型反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的可用性和可靠性一般都比較高?？杉僭O(shè)PY=0.99，PS=0.99，PF=0.99；目標(biāo)艦發(fā)射2枚防空導(dǎo)彈攔截，每枚防空導(dǎo)彈擊毀來襲反艦導(dǎo)彈的概率Pd=0.06；使用2門近程防空火炮進(jìn)行攔截，每門火炮成功擊毀反艦導(dǎo)彈的概率為Pp=0.06；目標(biāo)艦干擾系統(tǒng)成功實(shí)施干擾的概率Pg=0.06；無對抗、無大氣波導(dǎo)條件下的捕獲概率PB=0.9，PM=0.95，PH=0.95；取φd=0.7，φB=1.05，φp=0.75，φg=0.8。

在不考慮大氣波導(dǎo)影響情況下，可根據(jù)公式(4)計算得出反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能為：

E=PY·PS·PF·(1-Pd)n·(1-Pp)m·PB·(1-Pg)·PM·PH=0.99×0.99×0.99×(1-0.06)2×(1-0.06)2×0.9×(1-0.06)×0.95×0.95≈0.578 4

考慮大氣波導(dǎo)環(huán)境影響時，可根據(jù)公式(15)計算出反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能為：E=PY·PS·PF·(1-φdPd)n·(1-φpPp)m·φBPB·(1-φgPg)·PM·PH=0.99×0.99×0.99×(1-0.7×0.06)2×(1-0.75×0.06)2×1.05×0.9×(1-0.8×0.06)×0.95×0.95≈0.6636

從計算結(jié)果來看，大氣波導(dǎo)環(huán)境下的反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能評估數(shù)值，要高于無大氣波導(dǎo)影響的計算結(jié)果，這與海洋大氣波導(dǎo)對反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)能力有一定提升作用的實(shí)際情況相符，驗(yàn)證了該模型能夠較好的描述反艦導(dǎo)彈在大氣波導(dǎo)環(huán)境下的作戰(zhàn)效能，具有一定的合理性。另外，根據(jù)本文分析可見，如果能充分把握和利用大氣波導(dǎo)對敵我雙方的影響，合理優(yōu)化航路設(shè)計和攻擊程序，就能夠更好的提升反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)能力，成功擊毀目標(biāo)艦。

5 結(jié)論

通過上文分析可知，海洋大氣波導(dǎo)對反艦導(dǎo)彈突防和制導(dǎo)能力發(fā)揮具有一定的積極作用，而對目標(biāo)艦防空反導(dǎo)能力具有一些不良影響，從而提升反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能。本文采用概率分析法，結(jié)合大氣波導(dǎo)對作戰(zhàn)雙方具體影響環(huán)節(jié)，引入大氣波導(dǎo)影響因子，建立了大氣波導(dǎo)環(huán)境下的評估模型，并用實(shí)例證明了合理性和實(shí)用性，為反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能評估提供了新途徑。但更為復(fù)雜的敵我作戰(zhàn)態(tài)勢，還需要進(jìn)一步分析。大氣波導(dǎo)影響因子的確定也需要進(jìn)一步研究，以便更好的應(yīng)用。