多預警機強效區覆蓋與仿真計算?

郭徽東

（92403部隊51分隊 福州 350007）

1 引言

機載預警雷達作為預警探測的重要手段，可實現目標探測、空中警戒、目標識別和指揮引導等諸多功能，已成為各國發展的重點。國內外預警機常用的對海空偵察預警巡邏航線主要采用跑道形、8字形和圓形等航線。

2 預警機探測強效區

由于預警機是運動的平臺，不能固定位于某一點上空；其偵察預警的區域根據時間和平臺位置動態變化，不能對兩側的部分區域保持長時監視，對海對空目標偵察預警存在短時“真空”。因此，需要分析和討論預警機偵察預警的總覆蓋區、強效區和弱效區概念和定義，有利于針對性戰術計算分析［1］。引入和定義，總覆蓋區：預警機陣位巡邏時，可探測覆蓋區域總和。強效區：預警機陣位巡邏時，在巡邏陣位任意點均可探測覆蓋的區域；對于單架預警機而言，強效區可以規定的發現概率和虛警概率，對任務海區目標有效探測；弱效區：總覆蓋區內，除強效區外的其他探測區域。

如圖1所示，常用跑道形巡邏線雙平行線航線的中心O為坐標原點，機載雷達最大探測距離為Rm，預警機總覆蓋區和強效區為實線外圈和虛線內圈，其中，強效區由四段圓弧圍成，A1、B1、C1、D1是強效區四個頂點，強效區可以近似看成多個圓的交集；總覆蓋區可以近似看成所有短時探測圓的并集［2］。

圖1 跑道形航線覆蓋及強效區

3 多機重疊覆蓋

當兩架預警機采用并立航線方式在帶狀責任區內遂行協同預警任務，兩預警機航線中心點的連線為一條與責任區探測區邊界平行的直線O1O2，為確保一定的探測縱深和對責任區內目標的連續探測，兩架預警機強效區兩兩相交。O1和O2分別為預警機1和預警機2的航線中心點，O1O2距離為d，預警機1和預警機2的最大探測距離為R1和R2；國內有學者對雙機重疊覆蓋區進行坐標轉換和面積計算［2～3］，推理過程繁瑣、公式復雜。下面利用跑道形陣位與探測強效區域的對稱性，利用兩架預警機巡邏線陣位中心|O1O2|大小及探測距離R1和R2，跑道長度L1和L2、轉彎半徑r1和r2，對雙預警機的重疊區進行簡便計算，具體推導如下：

將上述四個子區域相加，可得兩架預警機共同覆蓋的強效區面積

雙預警機的實時強效區覆蓋區面積的大小主要| |

O1O2和預警機最大探測距離決定。

圖2 雙預警機重疊覆蓋區域

圖3為單預警機總覆蓋區、強效區圖，圖4為雙預警機的強效區重疊交叉包絡線圖。圖5為跑道形陣位雷達探測距離400km、跑道長度L=100km，轉彎半徑20km時，預警機陣位中心間距變化與強效區重疊區面積之間的關系，中心間距增大、重疊區面積減小，成線性遞減關系；圖6為陣位間距與重疊覆蓋比例關系，預警機陣位中心間距由100km增大至400km時，重疊區占比（雙預警機強效區重疊面積/雙預警機強效區總面積）由38%降至22%。表1為雷達探測距離500km、跑道長度L=100km，轉彎半徑20km時，預警機陣位中心間距變化與強效區重疊區面積之間對應關系。

圖3 單預警機覆蓋、強效區與盲區

圖4 雙預警機重疊交叉包絡

圖5 雙預警機覆蓋重疊面積變化（L=100km，r=20km）

圖6 陣位間距與重疊區覆蓋比例

表1 雙預警機重疊與面積覆蓋比例關系

由表1、圖7和圖8得，兩架或多架預警機可以一定比例的重疊區覆蓋來形成強效區聯合覆蓋，以擴大監視范圍內持續偵察預警；預警機中心陣位之間距離是預警機重疊區面積占比的主要因素，在目標探測距離R=500km時，中心陣位間距100km～400km增長時，重疊區面積由52，3842km2減至26，6506km2，占比36.74%減至22.64%，雙預警機總強效區面積擴大至970159km2（97萬km2），模擬仿真實驗結果表明，雙預警機R=500km，L=100km，r=20km，O1O2=400km時，總強效區面積較大，強效區面積之間弱效區面積較小，為比較理想的陣位戰術參數選擇。

圖7 雙預警機中心間距200km重疊區仿真

圖8 雙預警機中心間距450km重疊區仿真

4 不同陣位強效區與覆蓋率比較

預警機通常要在有限的活動空域中完成預警探測與指揮控制任務［4］，在上節計算分析基礎上，詳細計算活動空域受限即活動空域面積一定的情況下跑道形、8字形和圓形等三種陣位航線預警探測的覆蓋區面積和覆蓋率。

表2為不同探測距離的覆蓋面積及覆蓋率，表3為不同跑道長度的覆蓋面積及覆蓋率；圖9為跑道長度與覆蓋率關系，圖10為轉彎半徑與覆蓋率關系，圖11為跑道長度與強效區面積關系仿真（強效區面積單位105km2）；仿真結果可知，當跑道長度（轉彎半徑）一定時，隨著探測作用距離的增加，三種陣位航線預警總覆蓋面積、強效區面積和穩定覆蓋率均有上升；探測距離一定時，跑道長度增加，總覆蓋面積增加，但強效區面積下降；由于圓形巡邏航線與跑道形、8字形在航線上有明顯不同，兩類陣位航線之間不能做同類比較；跑道長度與轉彎半徑長度完全一致時，跑道形陣位航線強效區面積低于8字形陣位航線3%～3.9%，這由于8字形陣位航線的跑道成斜線交叉，同間距轉彎道之間飛行較長距離而已，實際覆蓋面積并未有增加。

表2 不同探測距離的覆蓋面積及覆蓋率

表3 不同跑道長度的覆蓋面積及覆蓋率

圖9 跑道長度與覆蓋率關系仿真

圖10 轉彎半徑與覆蓋率關系仿真

圖11 跑道長度與強效區面積關系仿真

5 結語

預警機強效區及重疊覆蓋計算是多預警機協同配置應當考慮的重要內容，可為活動區域限制、重要區域防衛等預警機戰術配置提供參考；此外，預警機間空中陣位角度、前出距離和面積覆蓋等要素計算是多預警機協同探測與陣位規劃的重要研究內容之一。