毀傷概率計(jì)算中目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理

王力超 喬勇軍 李永勝 王 寧

（1.海軍航空大學(xué) 煙臺(tái) 264001）（2.31004部隊(duì) 北京 100089）（3.中國(guó)國(guó)際工程咨詢公司國(guó)防業(yè)務(wù)部 北京 100080）

1 引言

現(xiàn)代化作戰(zhàn)取勝的關(guān)鍵是以最小代價(jià)取得作戰(zhàn)勝利，達(dá)成作戰(zhàn)目的，而取勝的關(guān)鍵在于對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)敵對(duì)雙方精準(zhǔn)作戰(zhàn)力量的計(jì)算，其中對(duì)于打擊敵方目標(biāo)毀傷概率是作戰(zhàn)籌劃重要步驟。隨著自動(dòng)化控制技術(shù)越來越多運(yùn)用到戰(zhàn)場(chǎng)，使得作戰(zhàn)節(jié)奏越來越快，傳統(tǒng)依靠人工處理情報(bào)，計(jì)算兵力投入與其他各方面評(píng)估工作的效率已經(jīng)不能滿足現(xiàn)實(shí)需要，因此急需一種自動(dòng)化計(jì)算打擊目標(biāo)毀傷概率計(jì)算方法。

在目標(biāo)易損性研究與武器打擊目標(biāo)毀傷概率計(jì)算過程中，目標(biāo)種類和形態(tài)各異是困擾研究人員進(jìn)行研究效率的重要原因之一，特別是在作戰(zhàn)條件下，參謀人員需要根據(jù)對(duì)打擊目標(biāo)的打擊效果評(píng)估結(jié)果制定作戰(zhàn)計(jì)劃，指揮員需要確定作戰(zhàn)決心，這些對(duì)于評(píng)估工作的效率和準(zhǔn)確度要求都很高。傳統(tǒng)目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化方法是基于平均標(biāo)準(zhǔn)彈藥消耗量進(jìn)行換算的方法［1］，其基本思路是定義一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)，用特定武器打擊統(tǒng)計(jì)毀傷目標(biāo)消耗彈量，在分別統(tǒng)計(jì)不同狀態(tài)（如有防護(hù)工程保護(hù)）目標(biāo)毀傷所需彈藥量，得出實(shí)際目標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)的映射關(guān)系，以計(jì)算實(shí)際目標(biāo)對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)的數(shù)量。此方法提高了對(duì)打擊目標(biāo)毀傷評(píng)估的速度，但忽略了目標(biāo)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵部件，犧牲了評(píng)估的準(zhǔn)確度，而基于計(jì)算機(jī)仿真［2］對(duì)目標(biāo)結(jié)構(gòu)建模勢(shì)是以影響評(píng)估速度為代價(jià)。

因此，對(duì)目標(biāo)計(jì)算毀傷概率時(shí)，需要在速度與準(zhǔn)確度之間尋求平衡。本文提出了標(biāo)準(zhǔn)化處理戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)的思路，規(guī)范了毀傷計(jì)算流程，用以在作戰(zhàn)條件下的打擊目標(biāo)毀傷效果評(píng)估手段來提高作戰(zhàn)效率，并以某反艦導(dǎo)彈為典型目標(biāo)，在標(biāo)準(zhǔn)化處理后計(jì)算了毀傷概率。

2 目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理

戰(zhàn)場(chǎng)中具有軍事價(jià)值的目標(biāo)成千上萬(wàn)，然而現(xiàn)代作戰(zhàn)已經(jīng)從傳統(tǒng)的消耗戰(zhàn)轉(zhuǎn)變?yōu)橐宰钚〈鷥r(jià)，包括最小的投入以及最少的附帶影響等，打擊影響作戰(zhàn)進(jìn)程中敵方作戰(zhàn)體系的關(guān)鍵目標(biāo)，來達(dá)成作戰(zhàn)目的，達(dá)到以一破面、以線毀面、癱瘓?bào)w系的效果。因此對(duì)于作戰(zhàn)關(guān)鍵目標(biāo)的分析（包括目標(biāo)自身特性和其在作戰(zhàn)體系中的作用），已成為指揮員關(guān)心的重點(diǎn)。

雖然不同目標(biāo)易損性和毀傷方式各不相同，但是毀傷評(píng)估的原則大抵都是分析目標(biāo)受某種毀傷元打擊后，能否執(zhí)行其原定功能的過程，分析目標(biāo)的功能通常從其材料、結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵部件以及相應(yīng)易損性入手，因此有必要對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)中具有打擊價(jià)值的目標(biāo)進(jìn)行分類和進(jìn)行基于易損性分析簡(jiǎn)化戰(zhàn)時(shí)毀傷計(jì)算的過程。下面對(duì)目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化相關(guān)概念進(jìn)行介紹。

2.1 目標(biāo)分類

目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理的第一步就是首先要對(duì)目標(biāo)進(jìn)行分類，目的是為了便于計(jì)算機(jī)自動(dòng)化處理并進(jìn)行毀傷計(jì)算。常規(guī)武器主要通過破片、爆炸沖擊波、聚能射流和爆炸成型彈丸對(duì)目標(biāo)造成損傷，基本毀傷形式有沖擊碰撞、穿透、燃燒、沖擊波負(fù)載等，因此基于目標(biāo)易損性可以對(duì)作戰(zhàn)目標(biāo)分為三類，即有生力量、裝甲/設(shè)備和工程設(shè)施。

2.2 目標(biāo)尺寸、材料處理

眾所周知，不管武器配備什么樣的戰(zhàn)斗部，毀傷目標(biāo)是何種毀傷元，都存在一定的毀傷范圍，而相對(duì)于武器的毀傷范圍來說，目標(biāo)的外形尺寸從遠(yuǎn)小于武器毀傷范圍到遠(yuǎn)大于武器毀傷范圍不等，因此不能粗暴地把目標(biāo)簡(jiǎn)化成點(diǎn)目標(biāo)。而盡管對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)進(jìn)行了分類，大大方便了目標(biāo)易損性評(píng)估工作，但是即使是同一種類型的目標(biāo)在外形尺寸大小、材料上也是不盡相同的，因此需要進(jìn)行處理。目標(biāo)是包含多個(gè)部件且各自具有某種功能的實(shí)體。毀傷目標(biāo)是通過毀傷其擁有具體功能部件來造成的，目標(biāo)的尺寸與其內(nèi)部相關(guān)部件的相對(duì)位置以及武器毀傷元覆蓋范圍關(guān)系密切，因此，目標(biāo)尺寸只能為了計(jì)算方便進(jìn)行簡(jiǎn)單的近似取整，不能較大的改動(dòng)。

通常，目標(biāo)為了實(shí)現(xiàn)某一功能，保證其可靠性會(huì)使用不同的材料，且內(nèi)部結(jié)構(gòu)也非常復(fù)雜，毀傷計(jì)算與目標(biāo)易損性密切相關(guān)，而目標(biāo)易損性與目標(biāo)的蒙皮、殼體材料、密度等有關(guān)，為了方便計(jì)算和對(duì)比，需要把目標(biāo)的不同材料等效為標(biāo)準(zhǔn)材料［3］，比如等效為硬鋁LY12cz，通過厚度、體現(xiàn)它們的差別。換算公式如式（1）［4］。

式中：tAL表示其他等效成硬鋁的厚度（mm），t表示某材料厚度（mm），σtAL表示硬鋁強(qiáng)度極限（MPa），σt表示某材料強(qiáng)度極限（MPa），ρAL表示硬鋁密度，ρ表示某材料密度。

2.3 目標(biāo)易損性與目標(biāo)部件

目標(biāo)易損性是指目標(biāo)對(duì)于特定毀傷機(jī)理打擊后損傷或毀壞程度，目標(biāo)易損性越高，受到打擊后越容易被毀傷［5］。目標(biāo)易損性與自身材料、結(jié)構(gòu)和特定毀傷機(jī)理有關(guān)，適宜的戰(zhàn)斗部可以造成更大的毀傷，比如使用破片殺傷戰(zhàn)斗部對(duì)裝甲、有生力量的毀傷比對(duì)建筑物的效果好。

目標(biāo)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，可以劃分為多個(gè)部件或者艙室，比如對(duì)于飛機(jī)目標(biāo)，由駕駛艙、油箱、發(fā)動(dòng)機(jī)、彈藥艙等組成，每個(gè)部件對(duì)于不同的毀傷元都有不同易損敏感度并且對(duì)目標(biāo)整體的易損性起一定的作用，對(duì)于目標(biāo)易損性的分析可以通過分析實(shí)際部件（艙室）來實(shí)現(xiàn)更高精度。

2.4 目標(biāo)關(guān)鍵部件與非關(guān)鍵部件分析

目標(biāo)的作用是通過其內(nèi)部不同的部件功能協(xié)同來實(shí)現(xiàn)的，但是組成目標(biāo)的部件很多，對(duì)這些部件的分析會(huì)大大影響效率，因此不可能也沒有必要對(duì)每一個(gè)部件進(jìn)行分析計(jì)算，而目標(biāo)內(nèi)存在一個(gè)或多個(gè)關(guān)鍵部件，這些部件的毀傷會(huì)造成整體目標(biāo)的毀傷，比如對(duì)于飛機(jī)目標(biāo)，可以通過打擊它的油箱或發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)其造成致命損傷，而非關(guān)鍵部件沒有這個(gè)效果。分析目標(biāo)的關(guān)鍵部件作用和損傷可以大大提高毀傷概率計(jì)算速度。但是并不是說非關(guān)鍵部件沒有分析的必要，反而在實(shí)際情況中，由于彈目復(fù)雜的交會(huì)條件，非關(guān)鍵部件可能從武器毀傷目標(biāo)方向遮擋關(guān)鍵部件，典型的例子就是飛機(jī)蒙皮、殼體遮擋了飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)等關(guān)鍵部件，因此有必要分析實(shí)際彈目交會(huì)條件下目標(biāo)關(guān)鍵部件和與之相關(guān)的非關(guān)鍵部件。

2.5 冗余關(guān)鍵部件和非冗余關(guān)鍵部件

前面分析過，對(duì)目標(biāo)關(guān)鍵部件的毀傷會(huì)造成目標(biāo)的毀傷，但是有些目標(biāo)存在多個(gè)同類型的關(guān)鍵部件，比如飛機(jī)目標(biāo)擁有多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)，毀傷一個(gè)不會(huì)對(duì)目標(biāo)造成致命傷害，只有對(duì)所有發(fā)動(dòng)機(jī)或者多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)毀傷才能毀傷目標(biāo)，因此，在對(duì)目標(biāo)進(jìn)行關(guān)鍵部件分析時(shí)，要充分列出所有冗余關(guān)鍵部件，冗余關(guān)鍵部件關(guān)系可以通過毀傷樹來體現(xiàn)。

2.6 易損面積

易損面積是指在某種毀傷元對(duì)目標(biāo)毀傷作用的矢量平面上，目標(biāo)或其部件的投影面積與被擊中后的毀傷概率的乘積［6］，易損面積沒有特定形狀，它是抽象概念。易損面積的計(jì)算公式如式（2）：

式中：AV表示易損面積，AP表示呈現(xiàn)面積，PK/H表示毀傷概率。

3 目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理流程

戰(zhàn)時(shí)目標(biāo)毀傷結(jié)果評(píng)估或者預(yù)估的需要在速度和精確度二者之間衡量，根據(jù)前面的對(duì)目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化的概述和相關(guān)概念介紹，這里總結(jié)一下目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理流程。

首先，在對(duì)作戰(zhàn)目標(biāo)分類后，分析目標(biāo)的內(nèi)部部件組成、空間結(jié)構(gòu)、易損性和易損面積、相對(duì)位置以及相互之間功能上關(guān)系，找出關(guān)鍵部件和與之相關(guān)的非關(guān)鍵部件，構(gòu)建某種毀傷程度（如摧毀、殲滅/重度毀傷、功能喪失/中度毀傷、功能受限/輕度毀傷）的毀傷樹。在此基礎(chǔ)上，對(duì)特定彈目交會(huì)條件下目標(biāo)和部件材料進(jìn)行等效處理，計(jì)算相應(yīng)易損面積，形成數(shù)據(jù)庫(kù)，便于戰(zhàn)時(shí)快速反應(yīng)，然后根據(jù)特定類型戰(zhàn)斗部打擊目標(biāo)進(jìn)行毀傷概率計(jì)算。

4 反艦導(dǎo)彈目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化與毀傷概率計(jì)算

根據(jù)前面對(duì)目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化的描述，在這里以某型反艦導(dǎo)彈為例，進(jìn)行目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理和毀傷概率的計(jì)算。

4.1 反艦導(dǎo)彈目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化

反艦導(dǎo)彈屬于裝甲/設(shè)備分類，圖1是一個(gè)典型的反艦導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)圖，主要由彈體、導(dǎo)引頭、引信、戰(zhàn)斗部、控制系統(tǒng)、彈上電氣設(shè)備、燃油艙室、發(fā)動(dòng)機(jī)等組成［7］。

導(dǎo)彈能否繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)與其上述幾個(gè)部件是否損傷關(guān)系密切，不同部件不同程度的損傷對(duì)導(dǎo)彈武器整體的毀傷影響程度也不同。導(dǎo)彈目標(biāo)毀傷（功能失效）主要由三種情況造成：1）導(dǎo)彈爆炸失效；2）偏航未擊中目標(biāo)；3）擊中目標(biāo)但沒有爆炸成為啞彈［7～8］，所以分析得到反艦導(dǎo)彈目標(biāo)關(guān)鍵部件是導(dǎo)引系統(tǒng)、引信戰(zhàn)斗部、控制系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)［9］。而毀傷這些部件首先要破壞外層殼體，對(duì)于反艦導(dǎo)彈的打擊主要是通過破片來毀傷的。圖2是造成反艦導(dǎo)彈目標(biāo)毀傷情況2）、3）的毀傷樹。

圖1 導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 導(dǎo)彈毀傷樹

4.2 毀傷概率計(jì)算

根據(jù)4.1分析結(jié)果，假設(shè)某破片殺傷戰(zhàn)斗部從側(cè)面打擊某反艦導(dǎo)彈，戰(zhàn)斗部爆炸通過形成的破片對(duì)導(dǎo)彈目標(biāo)形成毀傷，破片飛散區(qū)域是呈圓錐形，如圖3所示。

圖3 彈目交會(huì)示意圖

錐體球冠面積為

導(dǎo)彈長(zhǎng)7m，彈徑0.4m，破片戰(zhàn)斗部距目標(biāo)10m處爆炸并形成半錐角（破片飛散角）為30°的椎體破片區(qū)，假設(shè)在破片飛散區(qū)共形成了2000枚破片［10］。

導(dǎo)彈各部件易損面積是通過式（2）計(jì)算的，進(jìn)一步假設(shè)，所有破片均勻分布在破片區(qū)椎體冠表面，所以擊中目標(biāo)的破片數(shù)量為

破片雖然可以擊中目標(biāo)，但并不是所有破片都能對(duì)目標(biāo)產(chǎn)生損傷，有的破片由于動(dòng)能太小或者入射角太大無法穿透目標(biāo)蒙皮或外殼，有的即使穿透外殼但無法對(duì)內(nèi)部關(guān)鍵部件造成損傷，只有具有一定質(zhì)量的破片大于目標(biāo)等效材料極限穿透速度，才能造成損傷，球形破片對(duì)等效材料極限穿透速度公式為［11～12］

式中：h為目標(biāo)材料厚度，d為球形破片直徑，η為破片入射角，ρ為破片材料密度，ρt為目標(biāo)或其部件材料密度，σt目標(biāo)或其部件材料強(qiáng)度極限，a、b取決于實(shí)際破片與目標(biāo)交會(huì)條件。

為了簡(jiǎn)化計(jì)算，這里假設(shè)擊中目標(biāo)的66枚破片中有20枚對(duì)目標(biāo)或其內(nèi)部部件產(chǎn)生損傷，目標(biāo)生存概率為

所以，目標(biāo)毀傷概率為

為了計(jì)算方便，粗略近似所有破片使用平均質(zhì)量，所造成的毀傷效果也是相同的，因此

將式的結(jié)果帶入式中，計(jì)算得到，該彈目交會(huì)條件下，目標(biāo)毀傷概率為88.26%。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)傳統(tǒng)目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算精度低，計(jì)算機(jī)仿真方法效率低的實(shí)際情況，提出了基于目標(biāo)易損性的目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理流程，通過對(duì)作戰(zhàn)目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理，在大大提升毀傷評(píng)估的速度外，不失準(zhǔn)確度和可信度，權(quán)衡了評(píng)估效率和正確性。并以典型反艦導(dǎo)彈目標(biāo)為例，分析并計(jì)算其毀傷概率，驗(yàn)證了方法的有效性和可行性。

但是該方法存在一定的局限，需要對(duì)目標(biāo)特性有很深的理解，但是在實(shí)際情況中，毀傷評(píng)估工作面臨的困境就在對(duì)我方武器彈藥性能掌握較準(zhǔn)確，而對(duì)敵方目標(biāo)信息掌握較少，甚至有誤，因此，需要在對(duì)目標(biāo)簡(jiǎn)化的流程上進(jìn)一步分析模糊處理的手段。此外，上述流程涉及到易損面積的計(jì)算，這需要平時(shí)毀傷評(píng)估工作的積累，對(duì)于一類型目標(biāo)，其內(nèi)部部件的作用和易損性、易損面積既有同一性也有差異，只有平時(shí)分析的目標(biāo)越全、特性摸得越透，才能在戰(zhàn)時(shí)起到關(guān)鍵作用。