水面艦艇火力兼容動態(tài)決策模型研究＊

（海軍大連艦艇學院導彈系 大連 116018）

1 引言

現(xiàn)代大型水面艦艇必須具備對空作戰(zhàn)、對海作戰(zhàn)、對潛作戰(zhàn)及電子戰(zhàn)等綜合作戰(zhàn)功能，這就要求艦上必須搭載配備多種不同用途的武器系統(tǒng)，以滿足對付不同目標的需要。在這種作戰(zhàn)需求牽引下，現(xiàn)代戰(zhàn)艦上的武器裝備密度達到了空前的程度，這在滿足現(xiàn)代海戰(zhàn)需求的同時，武器系統(tǒng)的射界受到了影響，對自身的安全構成了極大的威脅，全艦武器系統(tǒng)的綜合指揮調度變得越來越復雜、困難。在這種多目標作戰(zhàn)背景下，避免艦載武器同時射擊時存在的危險，充分發(fā)揮全艦武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能，研究火力兼容問題具有重要的意義。

2 火力沖突與火力兼容的概念

火力沖突是指武器使用過程中彈道、飛行航路存在交叉或相近，使發(fā)射到空中的導彈、炮彈及起降直升機之間的最小距離小于安全距離，從而影響到武器自身的安全［1］。水面艦艇在使用武器時，通過任務協(xié)調和射擊決策來消除各武器射擊時在空域和時域上的相互影響，避免火力沖突，提高全艦武器的綜合作戰(zhàn)能力，稱為水面艦艇的火力兼容?；鹆嫒菪枰ＷC各武器整個飛行彈道與飛行航路之間的最小距離大于安全距離，避免武器間的相互干擾或相互毀傷［2］。

3 火力兼容管理的決策規(guī)則

現(xiàn)代艦艇裝備高度密集，作戰(zhàn)功能涵蓋對空、對海、反潛、電子戰(zhàn)，為達成作戰(zhàn)效能，不可避免的存在火力沖突，火力兼容的標準就是避免火力沖突，實現(xiàn)作戰(zhàn)效能的最大化［3］。得出火力兼容決策，首先必須確定火力兼容決策規(guī)則。

3.1 目標的威脅程度與武器系統(tǒng)優(yōu)先級排序規(guī)則

對現(xiàn)代水面艦艇構成威脅的目標涵蓋了空中、水面、水下三維空間，根據(jù)保存自己、消滅敵人的作戰(zhàn)思想，水面艦艇作戰(zhàn)任務應當按防空、反潛、反艦的順序進行。因此，按照目標的威脅程度由高到低得順序排列，順序依次為：空中、水下、水面。

現(xiàn)代典型水面作戰(zhàn)艦艇主要裝備有如下武器系統(tǒng)，分布如圖1所示。

圖1 典型水面艦艇武器裝備分布圖

針對目標的威脅程度和各武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)功用，武器系統(tǒng)按照優(yōu)先級由高到低的排列，順序依次為：近程防御副炮、電子戰(zhàn)系統(tǒng)、對空導彈武器系統(tǒng)、反潛深彈發(fā)射系統(tǒng)、對海導彈武器系統(tǒng)、主炮、直升機。

3.2 火力兼容管理的決策內容

火力兼容根據(jù)武器間相互干擾的影響程度、武器優(yōu)先級和武器使用進程，可將管理決策分為：禁射、禁射避讓、禁射告警。

·禁射：存在火力沖突的兩武器系統(tǒng)，優(yōu)先級在后且處于射擊準備中的武器將收到禁射命令，禁止射擊。

·禁射避讓：存在火力沖突的兩武器系統(tǒng)，優(yōu)先級在后且處于射擊過程中的武器將被強制停止射擊給優(yōu)先級在前的武器讓路。

·禁射告警：存在火力沖突的兩武器系統(tǒng)，優(yōu)先級在后的武器系統(tǒng)處于射擊過程中，優(yōu)先級在前的武器系統(tǒng)將收到禁射告警，提醒射擊將存在危險，是否射擊可由指揮員決定。

本艦在遭到攻擊后，當對海導彈在艦艇上的裝載已經影響到載艦和人員的安全時，需緊急拋射對海導彈，為保護本艦安全，因此任何情況下對海導彈收到的火力兼容決策均是禁射告警。

4 動態(tài)火力兼容的實現(xiàn)

4.1 分析火力沖突類型

解決火力沖突，實現(xiàn)火力兼容，是通過協(xié)調武器射擊的空域和時域來實現(xiàn)［4］。火力兼容要解決武器射擊過程中空域與時域火力沖突的問題，因此，首先考慮空域的影響，兩武器系統(tǒng)之間若不存在空域上的交叉，則不會產生火力沖突，在空域的考慮上要引入武器系統(tǒng)的射界，只有射界存在交叉才會有空域上的火力沖突［5］。通常武器間的火力沖突主要有以下情況［6］：

1）主炮與對空導彈的火力沖突：

優(yōu)先保證對空導彈發(fā)射，必要時控制主炮禁射或禁射避讓。

2）主炮與對海導彈的火力沖突：

優(yōu)先保證對海導彈發(fā)射，必要時控制主炮禁射或禁射避讓。

3）主炮與反潛深彈的火力沖突：

優(yōu)先保證反潛深彈發(fā)射，必要時控制主炮禁射或禁射避讓。

4）近程防御副炮與對海導彈的火力沖突：

優(yōu)先保證近程防御副炮射擊，必要時對對海導彈禁射告警。

5）對空導彈與對海導彈的火力沖突：

優(yōu)先保證對空導彈發(fā)射，必要時對對海導彈禁射告警。

6）對空導彈與反潛深彈系統(tǒng)的火力沖突：

優(yōu)先保證對空導彈發(fā)射，必要時對反潛深彈禁射或禁射避讓。

7）電子戰(zhàn)系統(tǒng)與對海導彈的火力沖突：

電子戰(zhàn)發(fā)射時，必要時對對海導彈發(fā)出禁射告警；如果已收到艦艦導彈發(fā)射信號，必要時向電子戰(zhàn)發(fā)出禁止發(fā)射信號，待危險解除后撤銷對電子戰(zhàn)的禁止發(fā)射信號。

8）直升機起降過程中與近程防御副炮、對空導彈、電子戰(zhàn)系統(tǒng)的火力沖突：

當作直升機首先處于甲板平面或起降過程時，對危及直升機起降空域的近程防御副炮告警、對空導彈和電子戰(zhàn)系統(tǒng)禁射。

當近程防御副炮、對空導彈、電子戰(zhàn)系統(tǒng)準備射擊在先時，向直升機艦面系統(tǒng)發(fā)出禁止起降告警。

4.2 建立火力兼容動態(tài)模型

建立火力兼容模型，意義在于通過數(shù)學方法量化武器使用過程中的火力沖突程度，找出解決火力兼容問題的途徑，以具體的數(shù)值為火力兼容決策提供科學依據(jù)［7］。武器系統(tǒng)在安裝后，其射界就已經確定，也就是說空域上的沖突已經確定，因此，需要引入動態(tài)的火力兼容模型，當空域存在火力沖突時，通過時域的協(xié)調來解決火力沖突實現(xiàn)火力兼容。下面以主炮和對空導彈的射擊過程為例，建立主炮與對空導彈射擊過程中的火力兼容模型［8］：

假設對空導彈的彈道方程與主炮的彈道方程分別為（1）（2）所示：

δd和δp分別是對空導彈和主炮的彈道散布，對空導彈與主炮的彈道與彈道散布示意見圖1，彈炮交會時的最小安全距離為Ds，則火力兼容模型可由式（3）表示：

圖2 對空導彈、主炮彈道與彈道散布示意圖

滿足上述火力兼容模型，則對空導彈與主炮炮彈不存在火力沖突。假設對空導彈發(fā)射時刻為零時刻，飛行時間為T，對空導彈與主炮的發(fā)射間隔為Δt，則火力兼容模型可簡化為式（4）：

由上式可得出最小距離取決于飛行彈道、發(fā)射時間間隔和彈道散布誤差，彈道散布誤差具有統(tǒng)計平均值，最小距離由飛行彈道和發(fā)射時間間隔確定，打擊目標確定后，飛行彈道也可以同時確定，最小距離最終由發(fā)射間隔Δt確定。因此，火力兼容決策的目的就是要解算存在火力沖突的任意兩武器系統(tǒng)之間的發(fā)射間隔，通過控制武器的使用時域避免空域上的火力沖突［9］。

4.3 形成火力兼容決策

水面艦艇受到多目標威脅的可能性突出，在協(xié)調武器使用時應預先決策、提前控制，假設在兩目標威脅條件下，同時使用兩種武器抗擊，應根據(jù)探測系統(tǒng)獲取的目標信息，求解出武器隨時間變化的動態(tài)飛行彈道，在火力兼容管理決策的基礎上，借助于火力兼容動態(tài)模型解算，通過時域協(xié)調避免空域上的火力沖突，并將火力兼容信息在全艦共享［11］，如圖3所示。

圖3 火力兼容動態(tài)決策原理圖

1）為滿足動態(tài)火力兼容的實現(xiàn)，火力兼容系統(tǒng)要能夠具備以下功能：

2）實時錄取各武器系統(tǒng)的相關數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息，實時處理，自動判斷各武器間的火力沖突，形成火力兼容決策，并在武器射擊后能自動解除火力兼容控制；

3）能夠顯示各種武器系統(tǒng)有關狀態(tài)信息及火力兼容設備自身的狀態(tài)信息；

4）具有故障報警功能，設備故障時發(fā)出報警指示；

5）具有人工干預功能，在人工干預下，設備可全脫機或部分脫機工作，此時不進行火力兼容控制。

5 結語

本文考慮了多目標情況下火力沖突、火力兼容的有關問題，引入了決策規(guī)則及禁射、禁射避讓、禁射告警等概念，建立了火力兼容動態(tài)模型，對研究火力兼容和火力兼容裝備有一定的借鑒作用。但火力兼容是一個復雜的體系，在文中只考慮了兩種武備存在沖突時的火力兼容，同時對一些條件進行了簡化，主要是從方法上對火力兼容問題進行闡述，對問題的量化、細化有待進一步研究。

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