超高射速反導艦炮系統作戰運用優化仿真研究

邱忠升，王 蓉，蔣飄蓬

(海軍航空工程學院 訓練部，山東 煙臺 264001)

【裝備理論與裝備技術】

超高射速反導艦炮系統作戰運用優化仿真研究

邱忠升，王 蓉，蔣飄蓬

(海軍航空工程學院 訓練部，山東 煙臺 264001)

針對敵方真實導彈的來襲想定，分析來襲導彈的飛行特性和毀傷效應，結合自身艦炮特性，運用層次分析法列出影響效能評估的主要因素，編制艦炮系統作戰效能評估和優化仿真程序，對超高射速近程反導艦炮系統的開火距離、射擊校正方式選取以及對單目標射擊的火力協調等作戰運用進行仿真研究，并給出了綜合優化的作戰運用方案。

艦炮；優化仿真；作戰效能；反導

當前對于超高射速反導艦炮系統作戰效能的研究，主要集中在特定的某一射擊演練環節。而針對某一敵方真實導彈作為攔截目標，從整體上對反導艦炮的各個作戰運用環節進行仿真優化，研究還比較少[1-3]。本研究設定一個典型的作戰運用想定，假定攔截目標為臺灣“雄風-3”超音速反艦導彈，運用層次分析法的優化方法，編制超高射速小口徑近程反導艦炮系統作戰效能評估和優化仿真程序，對超高射速近程反導艦炮系統的開火距離、射擊校正方式選取以及對單目標射擊的火力協調等作戰運用進行了仿真研究并得出結論。通過該研究，可以為超高射速近程反導艦炮系統的作戰運用優化提供指導作用，為綜合評價艦上多門艦炮的整體作戰效能提供參考方法。

1 基本作戰想定和作戰效能評估方法

1.1 基本作戰想定

艦艇采用超高射速小口徑近程反導艦炮系統攔截對抗末端防御區的來襲導彈。假定有效射程300～2 500 m，最佳射程300～1 500 m。這是艦艇編隊攔截導彈的最后一道防線。主要用于艦艇最末段的對空自我防御，抗擊直接攻擊本艦的目標，這時航路捷徑接近為零。只有在特殊的戰術環境下，如聯合協防保衛我最重要目標時，才奉命攔截攻擊友艦的導彈目標；艦艇上如在不同部位裝有超高射速近程反導艦炮系統，射擊時也可構成一定的航路捷徑。

根據超高射速近程反導艦炮系統的作戰性能和目前世界各方超音速反艦導彈的列裝情況，末段攔截反艦導彈目標選取臺灣“雄風-3”超音速反艦導彈。敵方采用艦艦、空艦方式，多批次、飽和攻擊我艦艇編隊。經過我方遠、中、近3層次的抗擊后，假定能突入我方末段防御圈內，并攻擊我艦的敵導彈數量為2～3發。

1.2 作戰效能評估優化流程

超高射速小口徑近程反導艦炮系統攔截反艦導彈效能評估，是一個復雜的系統工程。它既是艦艇編隊防空的最末的一環，又與目標的抗毀特性、武器射擊能力以及彈藥威力有密切聯系。

本研究采用解析法進行作戰效能評估計算[4-7]。解析法的特點是，根據描述效能指標與給定條件之間的函數關系的解析表達式來計算指標量。這個解析表達式可以是直接根據實測條件建立的，也可以是用數學方法求解所建立的效能方程得到的。

超高射速小口徑近程反導艦炮系統攔截反艦導彈效能評估流程如圖1所示。

圖1 反導艦炮系統攔截效能評估流程

1.3 攔截射擊能力估算

1.3.1 攔截距離與發射彈數

系統在有效連射區間內攔截射擊能力主要有不同的攔截射擊距離對應不同的發射彈數。取有效連射區間上限為1 500 m，高、中、低3種不同的射速，3種不同的目標速度，按計算式

式中：Vfs為發射速度(發/s)；Nfd為相應攔截距離的發射彈數。

計算結果(條件：目標高20 m，航路捷徑0 m)如表1所示。

表1 有效射擊區內不同攔截距離對應發射彈數表

由計算結果可看出：有效射擊區內不同攔截距離對應的發射彈數呈規律性變化：盡遠攔截發射彈數增加；射速增加發射彈數增加；目標速度減小發射彈數增加。題設條件下，最佳攔截區間內(300～1 500 m)，最大發射彈數為444發，最小為173發。有效射擊區內對應的最大發射彈數一般可定性歸納為：

1) 高速發射400發左右；

2) 中速發射250發左右；

3) 低速發射180發左右。

1.3.2 校正方法與發射彈數

根據武器系統性能，攔截射擊過程中可采用不同的射擊校正方法修正彈跡以獲得好的射擊效果。具體可采用下列校正方法：

1) 虛擬校射。系統對空虛擬校射是為了修正彈道氣象準備誤差和常量誤差。GUN采用短連發射擊，TR在GUN射擊時，逐發進行偏差檢測，WCC-II利用該偏差數據進行射擊校正；一般射擊1～2組(第一組11發試射測偏，第2組20～30發測偏)，將測得的偏差進行處理，求得校正量。虛擬校射一般在射擊前低射速下進行，不影響發射彈數。

2) 閉環校射。當系統TR跟蹤好目標后，GUN對目標在“閉環校射”工作方式下進行射擊，TR邊跟蹤目標，邊檢測彈丸相對目標的偏差量，并將檢測到的每發彈丸偏差量送給WCC-II，實時進行處理，變為校正量，參加火控解算，反映在WCC-II的輸出諸元中，控制GUN精確指向彈道點。閉環校射通常在中/低速進行射擊，所以會影響到有效攔截區間內的發射彈數。

不同校正方法，攔截上限1 500 m時，目標高20 m，航路捷徑0 m，其最大射彈發數如表2所示。

表2 不同校正方法對應射彈發數表

1.3.3 艦炮反導系統對“雄風-3”毀傷效應分析

系統對“雄風-3”導彈的毀傷還必須考慮其特殊性，主要有3點：一是時間短暫性。從開始攔截射擊到命中目標總時間最大只有2～3 s，要求毀傷具瞬時性，一般擊穿、漏油、燃燒不起太大作用；二是彈目距離近，一般在1 500 m以內，非末端機動導彈控制系統已完成使命，毀傷控制系統不起太大作用；三是超音速導彈存速大，一般的發動機毀傷達到速度低于100 m/s可能性小，擊穿發動機作用也不大。

所以，超高射速小口徑艦炮反導系統對“雄風-3”導彈的毀傷只考慮導彈戰斗部。按戰斗部要害面積是總體0.75的結論，推算得：戰斗部大小尺寸為：直徑0.32 m；長1.14 m(相似估值)。其毀傷的平均必須命中彈數取1發。

2 反導艦炮系統作戰的典型優化運用

2.1 開火距離優化確定

超高射速近程反導艦炮系統開火距離的遠近是作戰運用的首要問題。它直接關系到毀傷效能的發揮，持續作戰能力的保持和作戰效費比的高低。按照作戰效能綜合優化的思路，取綜合作戰效能為衡量指標[8]。在末端反導攔截作戰中，綜合作戰效能考慮的因素通常有下列方面：

一是毀傷目標概率。這是首要的，因為只有毀傷目標才能保存自己；

二是持久戰力和潛能。反導作戰只是攻防作戰的一方面，同時要考慮到持久戰力和潛能；

三是作戰效費比。為達作戰的勝利有時可不計成本，但總體上還是要講究效費比的，消耗的彈藥和獲得的效果要基本成比例。

綜合考慮上述3方面，以層次分析法求算其優化開火距離，具體構建模型如圖2所示。

圖2 開火距離遠近綜合效能組成

上述層次模型中，毀傷效能是主要的，持久戰力和潛能、作戰效費比也必須作相應考慮，具體考慮的程度用權系數Ai來表示。經戰術專家打分評判取：A1=0.85；A2=0.10；A3=0.05。毀傷效能直接用相應毀傷概率表示(u1=p)；

持久戰力和潛能用下列隸屬函數表示

式中：nd為系統彈鼓彈藥儲備數(1 200發)；nx為某射擊距離段內消耗彈藥數。

作戰效費比同樣用隸屬函數表示

式中：p為系統相應毀傷概率；nx為某射擊距離段內消耗彈藥數；k為調節系數，將u3調節到0～1的范圍內。

綜合效能為

下面取：精度等級：中；目標類型：雄風-3；校正方式：開環；平均必須命數1；目標高度7 m ；航路捷徑80 m；目標速度：2.3 Ma ；k=200。算成結果如表3所示。

表3 不同射擊預定點斜距下綜合效能

由表3中結果可看出：最優綜合效能為0.603，其相應的射擊預定點斜距為1 400 m，其他射擊斜距的綜合效能相對要小，但相差不大。對其他條件的計算分析也可得出類似結論。所以綜合其他條件，取射擊的預定點斜距為1 500 m左右是最優的，且在1 500～1 000 m區間開火均是較優的。

2.2 射擊校正方式優化選取

超高射速小口徑近程反導艦炮系統具有開環、閉環、虛擬校射后開環、虛擬校射后閉環4種射擊校正方式。合理、優化選用校正方式，對提高毀傷效能、圓滿完成反導攔截任務具有重要意義。合理、優化選取校正方式的原則有2條：

一是相對提高攔截效能明顯(10%以上)；

二是對射擊指揮程序和操作不造成大的變動，尤其不能過多增大復雜性。根據上述2條原則，在合理、優化選用校正方式時須做到下列3點：

1) 提前虛擬校射對超高射速小口徑近程反導艦炮系統提高作戰效能有限，平均毀傷概率僅增大1%～5%。之所以效果有限，原因是提前虛擬校射只能部分排除彈道氣象的強相關誤差，而系統攔截射擊時距離近，引起的彈道氣象綜合強相關誤差小，在系統綜合誤差中所占的比重不大。據仿真統計，在全航路上彈道氣象的綜合強相關誤差(期望斜距離1 500 m)平均僅占綜合總誤差比重5%～8%左右。而提前虛擬校射實際實施是一個較復雜的協同過程，所以使用時應慎重。

2) 超高射速小口徑近程反導艦炮系統在閉環射擊條件下，攔截一枚“雄風-3”超音速反艦導彈其毀傷概率高精度在82%～91%之間；中精度在77%～88%之間；低精度在70%～82%之間。從射擊效能的絕對量值看，中、低射速閉環射擊其效能均達到或超過高射速開環射擊，且實際耗彈大幅減少。如果以中、低速射擊的效能相比較，閉環射擊比開環射擊其平均效能相對提高30%以上，且低精度提高幅度大于高精度。詳見表4所示。所以閉環射擊是應努力使用的射擊修正方式，尤其是精度不高時更應如此。

表4 系統對“雄風-3”射擊3種精度開閉環效能對照

3) 當突然發現來襲目標，且不只一個時，如不便行閉環射擊應果斷采用開環校正方式高射速全力抗擊。因為只有開環射擊才能采用高射速抗擊來襲目標，且開環射擊條件下(含虛擬校射后開環射擊)高檔射速較低檔射速單座炮對單目標射擊平均提高毀傷效能20%～28%，效果是明顯的。所以開環高射速是武器系統緊急情況下增強抗擊能力的有效措施。

2.3 對單目標射擊的優化火力協調

超高射速小口徑近程反導艦炮系統對單目標射擊，這是一種最簡單的戰術情況，但亦是研究對多目標射擊的基礎。對單目標射擊優化要解決的是火力分配中的多對一問題，即解決火力分配中的毀傷標準、分多少、分給誰這3個問題：

1) 毀傷標準是火力分配的首要問題。對于保護的核心目標，毀傷標準應盡量定的髙一些，可靠些，但應以可能為基礎。通過仿真計算，閉環射擊最高毀傷效能平均為0.96，最低為0.77，平均為0.88。一般情況下可取：0.85～0.90為毀傷標準。

2) 根據毀傷標準可較方便地解算出攔截單個目標的分配兵力。具體如表5所示。由表5中的計算結果可看出：閉環射擊條件下的單座綜合體攔截一枚反艦導彈的效能原則都能滿足毀傷標準；開環條件下高射速高精度下單綜合體能夠基本滿足毀傷標準；開環中精度以二座綜合體聯合抗擊為好；開環低射速射擊，只有高精度情況下全平臺(三座)綜合體共同抗擊一枚導彈才能滿足毀傷標準。

表5 攔截單個目標不同火力分配效能表

3 結論

在設定的典型作戰想定環境下，通過仿真計算認為：射擊的預定點斜距為1 500 m左右是最優的，且在1 500～1 000 m區間開火均是較優的；提前虛擬校射對超高射速小口徑近程反導艦炮系統提高作戰效能有限，而且實際實施是一個較復雜的協同過程，應慎重使用；閉環射擊是應努力使用的射擊修正方式，開環高射速是武器系統緊急情況下增強抗擊能力的有效措施；依據我們對武器綜合體要力爭高精度、確保中精度、避免低精度的原則，對單枚超音速反艦導彈射擊的情況，在沒有后續目標情況下，閉環以單座綜合體抗擊，開環分配二座綜合體抗擊為好。

制約優化超高射速近程反導艦炮系統作戰效能的因素還有很多，因此還需后續結合其他制約因素作進一步研究。

[1] 彭峰生，廖振強.彈炮結合防空武器系統毀傷概率分析與仿真[J].火力與指揮控制,2007,32(3):62-64.

[2] 肖林，張可佳.艦炮制導彈藥保障性及其參數分析[J].四川兵工學報,2013,34(1):76-79.

[3] 錢貴鑫，由大德，李進軍，等.艦炮作戰訓練數據錄入與分析系統總體框架設計[J].兵工自動化,2014(12):32-34.

[4] 冷畫屏，劉平，吳曉鋒.基于仿真的閉環反導艦炮效能評定[J].系統仿真學報,2010(3):809-811.

[5] 邢昌風.艦載武器系統效能分析[M].北京：國防工業出版社，2007.

[6] 邱志明，孫世巖.艦炮武器系統優化[M].北京：兵器工業出版社，2009.

[7] 汪匯川.艦炮武器系統人機界面發展綜述[J].指揮控制與仿真,2012,34(2):1-4.

[8] 解維河，汪德虎.基于熵理論的艦炮作戰指揮方式[J].四川兵工學報,2014(12):28-30.

(責任編輯 周江川)

Research on Optimized Simulation of Combat of Ultra-High Firing Rate Anti-Missile Naval Gun

QIU Zhong-sheng， WANG Rong， JIANG Piao-peng

(Department of Training, Naval Aeronautical and Astronautical University, Shandong 264001, China)

Aiming at the incoming missile attack, the flight characteristic and damage effect of the incoming missile were analyzed. According to characteristics of naval gun, using analytical hierarchy process list of main factors affecting effectiveness evaluation, we processed naval combat system effectiveness evaluation and optimization of simulation programs. Ultra-high speed firing rate anti-missile system of naval gun firing distance, firing correction method to select and use of single target shooting fire coordination were researched by simulation, and gave the integrated optimization of operational application.

naval gun;optimized simulation;operational effectiveness; anti-missile

2015-05-29

邱忠升(1979—)，男，碩士，工程師，主要從事系統仿真、信息安全研究。

10.11809/scbgxb2015.08.009

邱忠升，王蓉，蔣飄蓬.超高射速反導艦炮系統作戰運用優化仿真研究[J].四川兵工學報，2015(8):32-35.

format:QIU Zhong-sheng，WANG Rong，JIANG Piao-peng.Research on Optimized Simulation of Combat of Ultra-High Firing Rate Anti-Missile Naval Gun [J].Journal of Sichuan Ordnance,2015(8):32-35.

TJ391

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1006-0707(2015)08-0032-04