兩棲攻擊艦對空自防御作戰(zhàn)軟硬武器火力沖突檢測及消解

王慕鴻,張 浩,徐圣良

(1.中國人民解放軍91976部隊,廣東 廣州 510430;2.海軍大連艦艇學(xué)院,遼寧 大連 116018)

軟硬武器協(xié)同抗擊已成為艦艇反導(dǎo)作戰(zhàn)的主要手段[1]。為應(yīng)對空中威脅,特別是反艦導(dǎo)彈的威脅,兩棲攻擊艦通常裝備有近程艦空導(dǎo)彈、近程艦炮等對空自防御硬武器。這些武器都需要艦載雷達的支持,可能與實施電子干擾時發(fā)射的箔條彈之間存在電磁兼容問題,從而導(dǎo)致無法及時攔截來襲目標(biāo)。因此,必須準確檢測自防御軟硬武器之間是否存在火力沖突,并采取有效措施消除沖突,以免影響兩棲攻擊艦對空自防御軟硬武器協(xié)同抗擊效果。

目前,對艦艇軟硬武器協(xié)同反導(dǎo)兼容性問題以定性分析較多[2-5],定量分析主要是針對特定兩種軟硬武器使用的兼容性[6-8],對軟硬武器的火力沖突只是根據(jù)一般的武器性能和戰(zhàn)術(shù)原則消除。本文建立了兩棲攻擊艦對空自防御軟硬武器火力沖突判定模型,通過基于仿真的方法檢測軟硬武器之間是否存在火力沖突并給出更具操作性的沖突消解策略。

1 兩棲攻擊艦對空自防御作戰(zhàn)軟硬武器協(xié)同抗擊態(tài)勢分析

1.1 軟硬武器協(xié)同抗擊過程分析

兩棲攻擊艦對空自防御作戰(zhàn)中,通常使用艦空導(dǎo)彈、近程艦炮和箔條彈等軟硬武器對來襲反艦導(dǎo)彈進行協(xié)同抗擊。在發(fā)現(xiàn)反艦導(dǎo)彈后，立刻或根據(jù)敵空襲征候適時提前發(fā)射箔條彈實施沖淡干擾,當(dāng)雷達偵察告警系統(tǒng)發(fā)出導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達告警時立即實施箔條質(zhì)心干擾,并在艦載雷達跟蹤目標(biāo)后組織硬武器進行攔截。

箔條彈爆炸后形成的箔條云,能對反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達的捕選和跟蹤實施干擾,但是，當(dāng)反艦導(dǎo)彈從兩個以上方向來襲時,也可能影響艦載雷達對某個方向來襲目標(biāo)的探測跟蹤,從而導(dǎo)致硬武器對該方向目標(biāo)無法實施有效攔截。如圖1所示,反艦導(dǎo)彈從兩個方向來襲時,兩棲攻擊艦向周圍發(fā)射箔條彈實施沖淡干擾,由于箔條云J2的“遮擋”,艦載雷達將不能對目標(biāo)T2進行有效探測,也就無法組織硬武器對其實施攔截。類似情況也可能發(fā)生在實施箔條質(zhì)心干擾時,如圖2所示。

圖1 箔條沖淡干擾態(tài)勢圖

圖2 箔條質(zhì)心干擾態(tài)勢圖

因此,兩棲攻擊艦抗擊多方向來襲反艦導(dǎo)彈時,必須對軟硬武器進行火力沖突檢測及合適消解,以避免目標(biāo)被箔條云遮擋而導(dǎo)致軟硬武器火力沖突,影響軟硬武器協(xié)同抗擊整體效能的發(fā)揮。

1.2 來襲反艦導(dǎo)彈位置模型

建立以兩棲攻擊艦幾何位置中心為原點、正北方向為Y軸、正東方向為X軸、垂直方向為Z軸的艦艇坐標(biāo)系,假設(shè)來襲反艦導(dǎo)彈作等速直線運動,運用遞推法可得到任意時刻反艦導(dǎo)彈的位置為[6]

(1)

式中,VT、HT、ψT分別為目標(biāo)航速、航向角和俯仰角。

1.3 艦載雷達位置模型

為保證艦載武器系統(tǒng)穩(wěn)定跟蹤目標(biāo),艦艇在硬武器射擊時一般不作轉(zhuǎn)向機動[9],所以，可認為兩棲攻擊艦射擊時在水平面作勻速運動。自防御硬武器指示目標(biāo)的警戒雷達和近程艦炮武器系統(tǒng)火控雷達的天線基座通常安裝在兩棲攻擊艦艏艉中線上方,故此,其艦載雷達在艦艇坐標(biāo)系中位置可表示為

(2)

式中,dR為雷達距兩棲攻擊艦中心的安裝距離;HR為雷達距兩棲攻擊艦中心的安裝高度;HS為兩棲攻擊艦航向;(xS(t),yS(t),zS(t))為兩棲攻擊艦中心位置t時刻的坐標(biāo),且有

(3)

式中,VS為兩棲攻擊艦航速。

1.4 箔條云運動軌跡模型

兩棲攻擊艦發(fā)射的箔條彈在空中飛行一段時間,到達預(yù)定位置起爆形成近似于球體的箔條云,并隨時間推移不斷擴散。箔條云在風(fēng)的作用下以風(fēng)速作水平漂移,在空氣阻力和重力作用下近似勻速下降,其中心在艦艇坐標(biāo)系中的位置可表示為

(4)

式中,Hw為風(fēng)向;Vw為真風(fēng)速;TJS為箔條云留空時間;(xJ(0),yJ(0),yJ(0))為箔條云中心點起始位置。

假設(shè)箔條彈以方位BJ、仰角EJ從兩棲攻擊艦發(fā)射,以速度VJ飛行了距離DJ后起爆,起爆點即為箔條云的起始位置,則箔條彈空中飛行時間和箔條云起始位置分別為:

TJ=DJ/VJ

(5)

(6)

式中,(xS,yS,zS)為箔條彈發(fā)射時刻兩棲攻擊艦的位置;df為箔條彈發(fā)射架距兩棲攻擊艦中心的安裝距離;Hf為箔條彈發(fā)射架距兩棲攻擊艦中心的安裝高度。

2 兩棲攻擊艦對空自防御作戰(zhàn)軟硬武器火力沖突檢測

2.1 軟硬武器火力沖突判定模型

1)反艦導(dǎo)彈方位上被箔條云遮擋的判定

如圖3所示,將箔條云、反艦導(dǎo)彈和艦載雷達投影到水平面上,RO是雷達天線基座位置,CHO和TH分別是箔條云中心點和反艦導(dǎo)彈在水平面的投影,∠AROB為雷達照射到箔條云的角度范圍,RC為箔條云半徑。

圖3 反艦導(dǎo)彈方位被箔條云遮擋示意圖

由圖3所示位置關(guān)系,可求得箔條云中心點投影CHO相對雷達基座RO的水平面距離和方位為:

(7)

(8)

反艦導(dǎo)彈水平面投影THO相對雷達基座RO的距離和方位為:

(9)

(10)

雷達在水平面照射到箔條云的半角為

(11)

因此,滿足以下條件時,反艦導(dǎo)彈在方位上被箔條云遮擋,艦載雷達將無法對其探測:

BCR(t)-α

(12)

2)反艦導(dǎo)彈俯仰上被箔條云遮擋的判定

將箔條云、反艦導(dǎo)彈和雷達投影到鉛垂面上,如圖4所示,CVO和TV是箔條云中心點和反艦導(dǎo)彈在鉛垂面的投影,∠EROF為雷達在鉛垂面照射到箔條云的角度范圍。

圖4 反艦導(dǎo)彈俯仰上被箔條云遮擋示意圖

由圖4所示位置關(guān)系,可求得箔條云中心點投影CVO相對雷達基座RO在鉛垂面的距離和仰角為:

(13)

(14)

反艦導(dǎo)彈鉛垂面投影TVO相對雷達基座RO的距離和仰角為:

(15)

(16)

雷達照射在鉛垂面到箔條云的半角為

(17)

因此,滿足以下條件,反艦導(dǎo)彈在俯仰上被箔條云遮擋,艦載雷達將無法對其探測:

ECR(t)-β

(18)

2.2 基于仿真的兩棲攻擊艦對空自防御作戰(zhàn)軟硬武器火力沖突檢測流程

由于箔條彈的干擾頻率覆蓋了兩棲攻擊艦艦載警戒雷達和近程艦炮武器系統(tǒng)火控雷達的工作頻段,因此,反艦導(dǎo)彈在方位上或俯仰上進入雷達對箔條云照射區(qū)即可判定軟硬武器之間將存在火力沖突。兩棲攻擊艦對空自防御作戰(zhàn)中,可采用仿真的方法進行火力沖突檢測,在完成火力分配后,以箔條彈發(fā)射時刻為仿真開設(shè)時刻,對軟硬武器協(xié)同抗擊過程進行仿真,通過沖突判定模型檢測軟硬武器在整個協(xié)同抗擊過程中是否存在火力沖突?；诜抡娴膬蓷襞瀸兆苑烙@種軟硬武器火力沖突檢測流程如圖5所示。

圖5 軟硬武器火力沖突檢測流程

3 兩棲攻擊艦對空自防御作戰(zhàn)軟硬武器火力沖突消解

3.1 箔條彈沖淡干擾與硬武器火力沖突消解

兩棲攻擊艦對空自防御作戰(zhàn)中,當(dāng)箔條彈沖淡干擾與硬武器之間存在火力沖突時,可以通過調(diào)整沖淡干擾模式或箔條彈布陣位置消解沖突,步驟如下。

1) 將圖1所示的前后兩處箔條云相對兩棲攻擊艦的夾角θCcd減小ΔθCcd;

2) 判斷新的箔條云布陣下,是否存在發(fā)射死區(qū),若存在發(fā)射死區(qū),則轉(zhuǎn)到第1)步;若不存在發(fā)射死區(qū),繼續(xù)進行下一步;

3) 進行軟硬武器火力沖突檢測仿真,判斷新的布陣下,箔條彈與各種自防御硬武器之間是否繼續(xù)存在沖突,若不再存在沖突,說明沖突已被消除;若還存在沖突,重復(fù)步驟1)2)3),直到θCcd小于θCcd-min(θCcd-min為箔條沖淡干擾中前后兩處箔條云相對艦艇的最小允許夾角);

4) 當(dāng)θCcd小于θCcd-min時,箔條沖淡干擾與硬武器之間沖突還沒有消除,則采用“沖2”模式布放箔條彈;

5) 當(dāng)采用“沖2”模式布放箔條彈也不能消除軟硬武器火力沖突時,若箔條彈與艦空導(dǎo)彈沖突,則禁止實施箔條沖淡干擾;若箔條彈與近程艦炮武器系統(tǒng)沖突,且該方向只有一批來襲目標(biāo),則禁止實施箔條沖淡干擾;若箔條彈與近程艦炮武器系統(tǒng)沖突,但該方向有多批來襲目標(biāo),則禁止近程艦炮武器系統(tǒng)射擊。

3.2 箔條彈質(zhì)心干擾與硬武器火力沖突消解

兩棲攻擊艦對空自防御作戰(zhàn)中,當(dāng)箔條彈質(zhì)心干擾與硬武器之間存在火力沖突時,可通過改變箔條彈的發(fā)射舷角或調(diào)整箔條彈布陣位置消解沖突,步驟如下:

1) 將圖2所示箔條云與反艦導(dǎo)彈來襲方向的夾角θCzx減小或增加ΔθCzx;

2) 判斷新的箔條彈布陣下,是否存在發(fā)射死區(qū),若存在發(fā)射死區(qū),則轉(zhuǎn)到第1)步;若不存在發(fā)射死區(qū),繼續(xù)進行下一步;

3) 進行軟硬武器火力沖突檢測仿真,判斷新的布陣下,箔條彈與各種對空自防御硬武器之間是否繼續(xù)存在沖突,若不再存在沖突,說明沖突已被消除;若還存在沖突,重復(fù)步驟1)2)3),直到θCzx小于θCzx-min(θCzx-min為箔條質(zhì)心干擾中箔條云與反艦導(dǎo)彈來襲方向的最小允許夾角)或發(fā)射舷向改變;

4) 當(dāng)θCzx減小到小于θCzx-min或增大到改變了發(fā)射舷向時,沖突依然沒有消除,若箔條彈與艦空導(dǎo)彈沖突,則禁止實施箔條質(zhì)心干擾;若箔條彈與近程艦炮武器系統(tǒng)沖突,且該方向只有一批來襲目標(biāo),則禁止實施箔條質(zhì)心干擾;若箔條彈與近程艦炮武器系統(tǒng)沖突,但該方向有多批來襲目標(biāo),則禁止近程艦炮武器系統(tǒng)射擊。

4 仿真計算及結(jié)果分析

假設(shè)兩棲攻擊艦參數(shù)為航向90°、航速15 kn,艦載警戒雷達位置(10 m,0,30 m),近程艦炮武器系統(tǒng)跟蹤雷達位置(0,0,20 m),箔條彈右舷發(fā)射裝置位置(0,15 m,10 m)、發(fā)射扇面+10°～+170°,左舷發(fā)射裝置位置(0,-15 m,10 m)、發(fā)射扇面-170°～-10°,沖淡干擾發(fā)射距離1 000 m、留空時間300 s,質(zhì)心干擾發(fā)射距離100 m、留空時間50 s。交戰(zhàn)海區(qū)風(fēng)向120°;風(fēng)速3 m/s。來襲目標(biāo)為三批亞聲速掠海飛行反艦導(dǎo)彈,目標(biāo)狀態(tài)及火力分配如表1所示。

仿真計算的結(jié)果顯示,兩棲攻擊艦實施沖淡干擾時,箔條彈與艦空導(dǎo)彈、近程艦炮武器系統(tǒng)之間存在火力沖突,將箔條彈發(fā)射角度增加6°,可消除沖突;質(zhì)心干擾時箔條彈與艦空導(dǎo)彈、近程艦炮武器系統(tǒng)之間也存在火力沖突,且調(diào)整箔條彈的發(fā)射角度無法消除沖突,根據(jù)戰(zhàn)術(shù)原則此時需禁止實施質(zhì)心干擾。

表1 來襲目標(biāo)參數(shù)及火力分配方案

5 結(jié)束語

本文研究了兩棲攻擊艦對空防御中的軟硬武器火力兼容問題,提出了箔條彈沖淡干擾和質(zhì)心干擾與艦載雷達探測之間的沖突判定和沖突消除的模型和流程,給出了更具可操作性的沖突消除方法,有利于提高兩棲攻擊艦對空自防御作戰(zhàn)軟硬武器協(xié)同抗擊效能。