崔東華,魏軍輝,李俊杰,夏銘禹

(海軍裝備研究院,北京 100161)

隨著火力協(xié)同技術(shù)的進步,特別是空海一體戰(zhàn)[1]作戰(zhàn)樣式的提出,空、海、潛基異型反艦導彈齊射戰(zhàn)術(shù)進入了實戰(zhàn)化的階段,并取得了很大進步。大型水面艦艇在未來海戰(zhàn)中必須具備同時抗擊多威脅目標的能力,在面對飽和攻擊時,才能使整體損失最小。在火力通道資源有限的前提下,如何在最佳時段抗擊威脅最大的目標,在有限反應時間段內(nèi)抗擊最大數(shù)量的威脅目標,是作戰(zhàn)決策必須解決的問題。

本文提出了基于云模型[2-3]的火力通道調(diào)度策略,為作戰(zhàn)輔助決策提供支持,可同時兼顧目標威力、最佳抗擊時間和最大抗擊數(shù)量的優(yōu)化問題,即兼顧抗擊目標威脅和抗擊時間、抗擊成功率三方面因素,提高艦艇對空自防御武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能。

本文所稱目標是指進入反導武器系統(tǒng)有效抗擊區(qū)間內(nèi)的所有空基、艦基、潛基反艦導彈,火力通道包括艦艇可用于對空自防御的反導艦炮武器和防空反導導彈武器系統(tǒng)等。該研究引入了火力通道狀態(tài)、火力通道、目標實時相對態(tài)勢和目標類型等參數(shù)。假定各火力通道均具備發(fā)射后不管能力,發(fā)射一組抗擊基數(shù)彈藥后即轉(zhuǎn)火,未被擊毀目標自動進入下一抗擊周期。為簡化問題,不考慮火力通道之間的相關(guān)性、射界區(qū)分和目標機動特征等因素,僅以火力通道狀態(tài)、導彈目標類型及其在空間位置作為火力分配判斷依據(jù)。

為克服火力分配方案可能會引起的火力通道任務分配不均、短程任務滯后和高威脅目標錯失最佳抗擊時刻等問題,本研究提出以下基本調(diào)度規(guī)則:

1)高威脅目標優(yōu)先；

2)處于最佳抗擊區(qū)間的目標優(yōu)先；

3)抗擊目標所需時間短的目標優(yōu)先。

三條規(guī)則不分主次,由單位時間內(nèi)成功擊毀目標總數(shù)與目標威力度量的積判定調(diào)度策略的優(yōu)劣。為將“威脅大”、“威脅小”、“最佳抗擊區(qū)間”等定性語言描述,轉(zhuǎn)化出定量的可相互比較的火力通道分配優(yōu)先級,本文引入了用語言值表示的某個定性概念與其定量表示之間不確定轉(zhuǎn)換的云模型方法[2,3]。

1 多目標多火力通道云模型

多目標多通道火力分配考慮火力通道狀態(tài)、目標導彈類型、抗擊目標所需時間、最佳抗擊區(qū)間等幾方面因素。

1.1 多火力通道模型

火力通道狀態(tài)包括反導艦炮炮口或近程反導導彈發(fā)射架初始指向角、有效抗擊區(qū)間和抗擊準備時間等要素。

1)火力通道指向角：包括炮口或彈架指向方向角、高低角等2個參數(shù),簡記為：

各火力通道初始方向角由火力通道安裝位置確定,初始高低角均為0。一次抗擊后,以所抗擊導彈目標預期抗擊點方位角、高低角作為下次抗擊的初始參數(shù)。

2)有效抗擊區(qū)間:包括通道抗擊遠界、抗擊近界等2個參數(shù),簡記為：

本研究主要設計考慮兩類火力通道：導彈反導火力通道和艦炮反導火力通道,其有效抗擊區(qū)間部分相互重疊。抗擊成功率和目標抗擊區(qū)間差相關(guān),即目標恰好處于火力通道最佳抗擊區(qū)間時,成功率最高,而接近火力通道有效抗擊邊界近界和遠界時,成功率最低?；鹆νǖ纈抗擊成功率云如圖1所示。

圖1 火力通道i抗擊成功率云

3)抗擊準備時間：火力通道一次抗擊時間包括火控解算時間、轉(zhuǎn)火時間、發(fā)射時間、再次發(fā)射準備時間等 4部分,對調(diào)度策略的研究中,可以假設火控解算時間、發(fā)射時間和再次發(fā)射準備時間為常數(shù)BaseDelay,因此,抗擊時間與轉(zhuǎn)火時間成正比,而轉(zhuǎn)火時間取決于目標與火力通道基點連線與該火力通道初始指向之間的夾角A：

1.2 多目標模型

反艦導彈目標模型主要考慮導彈目標的空間位置和導彈類型因素。

1)目標位置：

目標位置參數(shù)包括以火力通道基點為基準的目標方位角Ax,高低角Ay和目標與火力通道基點間的距離D。本文研究假定全向飽和攻擊情況,考慮到敵方突擊力量群分布,目標方位角呈現(xiàn)多極非均勻分布。采用多正態(tài)云模擬目標方位角分別情況。

其中,[Exk, Eyk]為第 k突擊力量群中心方位期望值,[EnxkEnyk]為第k突擊力量群在空間的散布量度參數(shù),[HexkHeyk]為導彈目標散布量度參數(shù)。突擊力量群中心參數(shù)在全方向隨機分布,其他散布量度參數(shù)通過云分布規(guī)律試算得出。Farlimiti為第i火力通道抗擊遠界,Dpri為目標出現(xiàn)在D距離的概率。

圖2為多目標空間位置水平面投影采樣圖,該圖顯示了左舷空中突擊群、右舷潛艇突擊群、后部水面突擊群等3個突擊力量群導彈齊射攻擊時,導彈空間分布特征。

圖2 多目標空間位置水平面投影采樣

2)目標類型：

導彈類型是判定目標威脅等級的重要依據(jù),通常大型艦基、岸基導彈威力較大,小型潛基、空基導彈威力較小,將擊沉大型艦艇所需導彈平均數(shù)量的倒數(shù)稱為導彈威力系數(shù)。導彈威脅等級取決于導彈類型和制導精度、和目標瞄準部位等因素。本文采用正態(tài)半邊云：

構(gòu)建多火力突擊群多型導彈威脅等級模型。

圖3為多目標感脅等級分布采樣圖。從圖中可以發(fā)現(xiàn),半邊云產(chǎn)生的目標威脅等級分布,反映了自然語言描述“大型導彈威脅大數(shù)量較少,小型導彈威脅小數(shù)量較多”的飽和攻擊目標分布特點[5]。

圖3 多目標威脅等級分布采樣

1.3 調(diào)度策略模型

本研究采用三維正態(tài)云模型,描述自然語言表達的定性調(diào)度規(guī)則“高威脅目標優(yōu)先”、“處于最佳抗擊區(qū)間的目標優(yōu)先”和“抗擊目標所需時間短的目標優(yōu)先”等調(diào)度規(guī)則。

其中,

分別表示目標j對火力通道i的威脅等級、最佳抗擊距離和抗擊時間的期望值、散布量度參數(shù)和非確定性量度參數(shù)。其期望值由火力通道和目標導彈型號的戰(zhàn)技指標確定[4],而散布度量參數(shù)和擾動度量參數(shù)則通過仿真和實驗數(shù)據(jù)調(diào)試得出[5]。圖 4為忽略目標威脅等級因素,只考慮抗擊時間和抗擊距離的優(yōu)先級云圖。

圖4 只考慮抗擊時間和抗擊距離因素的優(yōu)先級云

這是一個非確定性空心半馬鞍形,體現(xiàn)了抗擊時間短優(yōu)先和處于最佳抗擊區(qū)間目標優(yōu)先的火力調(diào)度原則?？紤]目標威脅、抗擊時間和抗擊距離因素的優(yōu)先級云將為4維圖形。

優(yōu)先級云RuleCloud確定后,可以根據(jù)火力通道的實時位置和目標空間位置、威脅等級,通過條件云運算得出目標j在火力通道i的優(yōu)先級。

與云調(diào)度策略相對應,將最大威脅優(yōu)先調(diào)度策略表示為

最近目標優(yōu)先調(diào)度策略表示為

2 基于云模型的多目標多火力通道調(diào)度策略形式描述

對于確定的火力通道集

和目標集

基于云模型的多機多任務調(diào)度策略描述如下：

1)判定t時刻火力通道i可抗擊目標集；

2)計算可抗擊目標集在火力通道 i上的抗擊時間FireTime(i,j)、預測抗擊距離DF(i,j);

3)以可抗擊目標集的威脅等級、抗擊時間、預測抗擊距離作為初始參數(shù),進行規(guī)則條件云計算,得出可抗擊目標優(yōu)先級集；

4)選擇優(yōu)先級最高目標實施抗擊。

云調(diào)度策略固件表示如圖5所示。

圖5 云調(diào)度策略固件表示

3 仿真分析及結(jié)論

為驗證云調(diào)度策略的可行性,分析其抗擊效率,下面用多目標多火力通道仿真模型對云調(diào)度策略、威力大目標優(yōu)先策略和最近目標優(yōu)先策略進行仿真。為驗證不同調(diào)度策略的作戰(zhàn)效能,引入抗擊目標價值的概念：

抗擊目標價值=抗擊成功率/擊毀大型水面艦艇所需該型導彈數(shù)量

該指標將準確反映調(diào)度策略對高威脅目標選擇的準確性,是艦艇損傷程度的直接度量。

對隨機選取2條導彈反導火力通道和1條高速艦炮反導火力通道情況進行時間驅(qū)動仿真[6-7]。其抗擊目標價值和抗擊目標數(shù)如圖6-7所示。

圖6 抗擊目標價值

圖7 抗擊目標數(shù)量

仿真表明：

1)從抗擊目標數(shù)量上看,最近目標優(yōu)先策略可抗擊最多數(shù)量的目標,威力大目標優(yōu)先策略抗擊數(shù)量最少,云調(diào)度策略抗擊目標數(shù)量介于兩者之間,但總體差別不大,它反映了火力通道的最大抗擊能力極限。

2)從抗擊目標價值上看,云調(diào)度策略抗擊目標價值明顯高于其它兩種策略。它反映了最近目標優(yōu)先策略可能錯失高威脅目標,同時也反映了不考慮時間和最佳抗擊區(qū)間因素的威力大目標優(yōu)先抗擊策略對火力通道資源的浪費。

分析證明,與最近目標優(yōu)先、威脅大目標優(yōu)先調(diào)度策略相比,采用云調(diào)度策略可以明顯提高單位時間內(nèi)近程反導武器系統(tǒng)抗擊目標的總價值,充分發(fā)揮資源利用效率和作戰(zhàn)效能,提高艦艇在飽和攻擊條件下的戰(zhàn)場生存概率。

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