基于蒙特卡洛仿真的驅(qū)護編隊防空隊形配置研究＊

李 濤 柳 林 吳小勇

（1．海軍航空工程學(xué)院 煙臺 264001）（2．海軍裝備研究院 北京 100161）

1 引言

艦艇編隊?wèi)?zhàn)斗隊形是隨著武器裝備、艦艇戰(zhàn)斗編成及戰(zhàn)斗行動的發(fā)展而不斷變化的［8］。槳船時代和帆船時代初期，為進行接舷戰(zhàn)和撞擊戰(zhàn)，多采用單橫隊、多列橫隊的戰(zhàn)斗隊形。15世紀(jì)初，中國明代鄭和船隊還采用了楔形隊形。隨著火炮發(fā)展成為帆船艦隊的主要兵器，為發(fā)揚火力和便于指揮，產(chǎn)生了艦隊縱列戰(zhàn)斗隊形。1805年的特拉法爾加角海戰(zhàn)中，英國海軍將單縱隊?wèi)?zhàn)斗隊形，變成雙縱隊?wèi)?zhàn)斗隊形，實施穿插分割，擊敗了法國、西班牙聯(lián)合艦隊。19世紀(jì)末，火炮射程增大，炮彈穿透能力提高，艦艇編隊采用了便于機動和指揮并較為疏開的縱隊?wèi)?zhàn)斗隊形。由于新艦種和魚雷的相繼出現(xiàn)及水雷武器的不斷改進，增加了適應(yīng)魚雷攻擊、布雷和掃雷等多種戰(zhàn)斗隊形。第一次世界大戰(zhàn)時期，由于潛艇的使用，在編隊?wèi)?zhàn)斗隊形中開始包括防潛警戒幕。第二次世界大戰(zhàn)時期，航空母艦編隊采用半環(huán)形或環(huán)形戰(zhàn)斗隊形。

以往的編隊防空隊形主要考慮對飛機攜帶常規(guī)炸彈進行轟炸時的防御要求進行論證的。現(xiàn)代條件下。水面艦艇編隊面對不斷增大的反艦導(dǎo)彈的威脅，對反艦導(dǎo)彈的防御問題成為編隊防御中的重點與難點，而隨著水面艦艇裝備的不斷發(fā)展，由新型驅(qū)護艦組成的水面艦艇編隊，在對空防御武器裝備方面有了長足的發(fā)展［9～10］，這一變化，為驅(qū)護編隊防空隊形配置提出了新的要求［1，4］。本文主要針對的是驅(qū)護編隊對反艦彈的防御問題，根據(jù)新型驅(qū)護編隊和現(xiàn)代防空作戰(zhàn)的特點，利用驅(qū)護編隊各種仿真模型建立了支持大樣本蒙特卡洛隨機仿真實驗的驅(qū)護編隊防空作戰(zhàn)效能仿真評估系統(tǒng)，基于該系統(tǒng)對不同隊形和艦間間距的驅(qū)護編隊防空作戰(zhàn)進行了大樣本仿真實驗與效能評估。通過對仿真結(jié)果的分析，得出了驅(qū)護編隊防空作戰(zhàn)中比較優(yōu)化的防空隊形和艦間間距。

2 驅(qū)護編隊防空的作戰(zhàn)想定空間

2．1 驅(qū)護編隊兵力組成

驅(qū)護編隊由四艘水面艦艇組成，其中艦艇（1）是驅(qū)逐艦，有很強的防空能力，裝載遠程防空導(dǎo)彈；艦艇（2）是護衛(wèi)艦，裝載中程防空導(dǎo)彈；艦艇（3）、艦艇（4）是護衛(wèi)艦，只有點防御能力；四艘水面艦艇都有各自艦炮和密集陣系統(tǒng)。

2．2 空襲驅(qū)護編隊兵力

第1突擊群：由兩艘潛艇組成，各發(fā)射兩枚潛射反艦導(dǎo)彈；

第2突擊群：由機場起飛的兩架殲轟機機組成，到達發(fā)射陣位時各發(fā)射兩枚機載反艦導(dǎo)彈；

第3突擊群：由機場起飛的兩架殲轟機機組成，到達發(fā)射陣位時各發(fā)射兩枚機載反艦導(dǎo)彈；

預(yù)備突擊群：四架戰(zhàn)斗機作為預(yù)備兵力，聽令實施補充突擊。

2．3 作戰(zhàn)想定空間

圖1 單橫隊、單縱隊、人字形和菱形隊隊形的驅(qū)護編隊的防空過程

針對以上兵力組成，采用探索性分析方法［5，7］，通過改變驅(qū)護編隊的隊形和艦間間距共制定了15個不同的想定，它們分別是艦間間距為20鏈和10鏈時的單橫隊、單縱隊、菱形隊、人字形、方位隊隊形的驅(qū)護編隊和艦間間距是15鏈、25鏈、30鏈、35鏈和40鏈時菱形隊的驅(qū)護編隊，其中圖1所示為艦間間距為20鏈時幾種典型的驅(qū)護編隊隊形。

3 驅(qū)護編隊防空仿真系統(tǒng)模型

在仿真評估系統(tǒng)中，與驅(qū)護編隊防空作戰(zhàn)效能仿真評估相關(guān)的仿真模型主要包括以下五類：導(dǎo)彈模型、飛機模型、水面艦艇模型、潛艇模型和指揮所模型，如圖2所示。關(guān)于仿真系統(tǒng)和模型的具體介紹詳見文獻［2～3，6］。

圖2 驅(qū)護編隊防空仿真系統(tǒng)模型

4 驅(qū)護編隊防空作戰(zhàn)效能評估指標(biāo)體系

評估指標(biāo)體系的構(gòu)建是針對驅(qū)護編隊防空作戰(zhàn)效能評估這一研究目標(biāo)，采用自頂向下、逐層分解的方法將評估總目標(biāo)逐層進行分解，直到指標(biāo)體系的葉節(jié)點能夠通過仿真實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理進行描述。

本文的評估總目標(biāo)是驅(qū)護編隊防空作戰(zhàn)效能，該目標(biāo)可以通過對來襲飛機的攔截概率、對來襲導(dǎo)彈的攔截概率，以及驅(qū)護編隊內(nèi)各艘艦艇的完好程度三個方面來描述。由于想定空間內(nèi)不同的作戰(zhàn)想定所使用的突擊兵力和反艦導(dǎo)彈不盡相同，因此盡管所有作戰(zhàn)想定的指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)是統(tǒng)一的，但各個指標(biāo)之間的權(quán)重分配還是存在一定的差異。本文想定的各個指標(biāo)之間的權(quán)重分配如圖3所示。

圖3 驅(qū)護編隊防空作戰(zhàn)效能評估指標(biāo)體系

5 仿真結(jié)果與分析

對想定空間制定的15個想定分別進行500次隨機仿真實驗，產(chǎn)生的某驅(qū)護編隊防空效能評估結(jié)果如表1所示。

想定空間中不同的防空隊形和艦間間距之間對應(yīng)的驅(qū)護編隊防空作戰(zhàn)效能、導(dǎo)彈攔截概率、艦艇完好度和艦艇（1）完好度對比曲線如圖3、圖4所示。

表1 驅(qū)護編隊防空作戰(zhàn)效能評估結(jié)果表

圖4 驅(qū)護編隊防空作戰(zhàn)效能對比圖（不同隊形）

圖5 驅(qū)護編隊防空作戰(zhàn)效能對比圖（不同的艦間間距）

1）由圖4可以看出菱形隊、人字形和方位隊的驅(qū)護編隊防空效能大于單橫隊和單縱隊的防空效能。

原因分析：編隊防空隊形是驅(qū)護編隊在組織對空防御作戰(zhàn)時各艦艇按照戰(zhàn)術(shù)要求展開所形成的二維平面形狀。單橫隊和單縱隊的驅(qū)護編隊展開后形成的二維平面形狀成線性，攔截縱深小，各艦艇之間相互協(xié)防能力差，機動規(guī)避能力相對較差，因此防空效能較低。菱形隊、人字形和方位隊形的驅(qū)護編隊展開后形成的二維平面形狀成方形，攔截縱深大，平均攔截次數(shù)多，各艦艇之間相互協(xié)防能力強，機動規(guī)避能力相對較好，因此防空效能較高。

2）由圖4可以看出不同隊形的驅(qū)護編隊中的各個艦艇（以艦艇（1）為例）的完好度也有很大差別，單橫隊、單縱隊和方位隊的艦艇（1）完好度明顯低于菱形隊和人字形隊中艦艇（1）的完好度。

原因分析：單橫隊、單縱隊和方位隊中艦艇（1）的位置處于整個編隊的最外側(cè)，面向?qū)梺硪u方向，最先受到來襲導(dǎo)彈的威脅，所以艦艇（1）的完好度較低。人字形和菱形隊中艦艇（1）位置處于整個編隊的內(nèi)部，受導(dǎo)彈威脅較低，完好度較高。

3）由圖5可以看出不同的艦間間距的驅(qū)護編隊的防空效能有著明顯的差別，艦間間距在10鏈～25鏈時，驅(qū)護編隊的防空效能比較大，當(dāng)驅(qū)護編隊的艦間間距大于30鏈時，其防空效能較低，并收斂與某個固定值。

原因分析：當(dāng)來襲目標(biāo)為反艦導(dǎo)彈時，驅(qū)護編隊中“中近程”導(dǎo)彈武器系統(tǒng)對其它艦的掩護能力與艦間間距的大小有關(guān)。隨著艦間間距的增大，對各個方向的來襲目標(biāo)，平均抗擊次數(shù)逐漸減小。當(dāng)艦間間距小于20鏈時抗擊次數(shù)變化不大，之后抗擊次數(shù)下降顯著。當(dāng)艦間間距大于25鏈時平均抗擊次數(shù)下降到兩次以下，當(dāng)艦間間距大于30鏈時由于部分扇面進入的目標(biāo)的航路捷徑大于最大航路捷徑，因而對被掩護艦的保護能力急劇下降。

4）由圖5可以看出隨著艦間間距的增大，水面艦艇（以艦艇（1）為例）的完好度逐漸降低。艦間間距在10鏈～20 鏈時，艦艇（1）的完好度下降不明顯，當(dāng)艦間間距在25鏈～40鏈時，艦艇（1）的完好度隨著艦間間距的增大而急劇下降。

原因分析：隨著艦間間距的增大，“中近程”防空武器系統(tǒng)對該類目標(biāo)的平均抗擊次數(shù)逐漸減小，編隊防空效能逐步降低，各個艦艇受到反艦導(dǎo)彈的威脅度增大，其完好度隨著艦間間距的增大而逐步減少。由于來襲導(dǎo)彈主要是攻擊艦艇（1），隨著艦間間距的增大，各個艦艇之間的距離逐步增大，導(dǎo)彈導(dǎo)引雷達搜索扇面中的水面艦艇減少，艦艇（1）被導(dǎo)彈鎖定的概率逐步增大，其完好度隨著艦間間距的增大而逐步減少。

6 結(jié)語

1）防空縱深大的驅(qū)護編隊比防空縱深小的驅(qū)護編隊防空效能好

水面艦艇防空隊形要有利于發(fā)揮各艦艇防空火力，防止相互干擾、誤傷，不妨礙規(guī)避機動。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭條件下，新型驅(qū)護艦編隊防空隊形的配置應(yīng)根據(jù)戰(zhàn)場情況靈活設(shè)置。單橫隊和單縱隊由于防空縱深小，相互協(xié)防能力差，不適應(yīng)驅(qū)護編隊防空的要求，方位隊、人字形和菱形隊可以增加驅(qū)護編隊的防空縱深，提高對反艦導(dǎo)彈的攔截次數(shù)，明顯提高水面艦艇編隊的防空效能。

2）驅(qū)護編隊的艦間間距在15鏈～25鏈時防空效能較高

由圖5可知，在隊形是菱形隊的作戰(zhàn)想定中，當(dāng)艦間間距為15鏈時，驅(qū)護編隊作戰(zhàn)效能最高，當(dāng)艦間間距大于25鏈時，驅(qū)護編隊的作戰(zhàn)效能較低。攜帶中遠程防空導(dǎo)彈的艦艇編隊可以適當(dāng)增加艦間間距，有利于編隊制空和制海范圍的擴大。

3）隊形只是一種外在的形式，組成隊形是為了充分發(fā)揚編隊的火力，機動要貫穿于防御作戰(zhàn)的始終。通過正確的兵力機動形成密切的火力協(xié)同，達成有效的對空防御。

不同艦艇編隊在不同類型的戰(zhàn)斗中，采用不同的戰(zhàn)斗隊形。通常依據(jù)敵情、任務(wù)、海區(qū)情況、艦艇數(shù)量和艦艇武器裝備等確定。

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