解維河，吳從旭，汪德虎

(海軍大連艦艇學(xué)院，遼寧 大連 116018)

水面艦艇駐泊、錨泊時(shí)，周圍近區(qū)存在著如蛙人利用小型快艇和其它運(yùn)載器等作戰(zhàn)方式的威脅，此類目標(biāo)發(fā)現(xiàn)突然、破壞威力大，一般采用多編組和多方向同時(shí)攻擊，且作戰(zhàn)形式不確定，對(duì)水面艦艇防衛(wèi)造成很大困難。水面艦艇對(duì)該類近區(qū)目標(biāo)防衛(wèi)(以下統(tǒng)稱為近衛(wèi))可以利用艦載的軟硬殺傷性武器共同防衛(wèi)，由于軟硬殺傷武器作戰(zhàn)性能的不同，對(duì)目標(biāo)抗擊包括毀傷、使其失能或者據(jù)止目標(biāo)等多種效果。水面艦艇在遭受該類目標(biāo)多方向威脅時(shí)，如何快速制定正確的軟硬武器使用決策方案是能否進(jìn)行有效抗擊的關(guān)鍵，本文立足軟硬武器對(duì)目標(biāo)抗擊效果，提出基于效果的水面艦艇軟硬武器抗擊近區(qū)目標(biāo)的火力分配模型及解算方法，為水面艦艇近衛(wèi)作戰(zhàn)方案的制定提供有效的輔助決策方法。

1 水面艦艇近衛(wèi)作戰(zhàn)火力分配基本要求

1.1 發(fā)現(xiàn)目標(biāo)突然，快速有效決策

近區(qū)出現(xiàn)的目標(biāo)隱蔽性強(qiáng)，發(fā)現(xiàn)難度大，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)就要在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行快速?zèng)Q策予以抗擊，因此，對(duì)近區(qū)目標(biāo)防衛(wèi)火力組織時(shí)間十分緊迫。使用什么武器、各武器對(duì)哪個(gè)目標(biāo)進(jìn)行抗擊，需要在最短時(shí)間內(nèi)決策出作戰(zhàn)使用方案，才能為武器的使用提供充足的時(shí)間。

1.2 目標(biāo)威脅不同，合理使用武器

水面艦艇近衛(wèi)作戰(zhàn)對(duì)象復(fù)雜，有些目標(biāo)能夠判斷具有明顯的攻擊性，該類目標(biāo)可能攜帶破壞威力較大的武器，要迅速利用武器進(jìn)行有效毀傷。而有些目標(biāo)威脅較小或不能直接判明是否對(duì)我水面艦艇具有攻擊性，可以利用武器采取據(jù)止的方式使其脫離即可，因此，對(duì)近區(qū)目標(biāo)防衛(wèi)要針對(duì)目標(biāo)威脅不同確定出作戰(zhàn)效果，從而合理組織武器的使用方案。

2 水面艦艇近衛(wèi)作戰(zhàn)火力分配決策模型

2.1 問題說明

水面艦艇對(duì)近區(qū)出現(xiàn)的目標(biāo)進(jìn)行防衛(wèi)配備軟硬兩種殺傷武器，在遇到近區(qū)目標(biāo)威脅時(shí)，需要充分利用軟硬武器對(duì)多個(gè)威脅目標(biāo)進(jìn)行抗擊以達(dá)到最大的抗擊效果。

對(duì)于同時(shí)出現(xiàn)的近區(qū)目標(biāo)，進(jìn)行火力分配是隨著作戰(zhàn)態(tài)勢不斷變化的，只針對(duì)一次抗擊效果及火力分配進(jìn)行研究，不考慮武器轉(zhuǎn)火使用。

2.2 對(duì)目標(biāo)抗擊效果描述

使用軟硬殺傷武器對(duì)目標(biāo)的作戰(zhàn)效果是不同的，利用硬殺傷武器可以對(duì)目標(biāo)進(jìn)行毀傷，而對(duì)于軟殺傷武器，對(duì)目標(biāo)不能夠造成毀傷，其作戰(zhàn)效果是對(duì)目標(biāo)進(jìn)行失能或者據(jù)止。

從對(duì)目標(biāo)的總體作戰(zhàn)效果來分析，可以將軟硬殺傷武器對(duì)目標(biāo)的抗擊效果綜合表述為毀傷失能或據(jù)止。

對(duì)于出現(xiàn)的n個(gè)近區(qū)作戰(zhàn)目標(biāo)，我水面艦艇利用軟硬殺傷武器對(duì)任意第j個(gè)目標(biāo)進(jìn)行抗擊的效果的概率可以表示為

式中，pj為水面艦艇軟硬殺傷武器對(duì)第j個(gè)目標(biāo)達(dá)到毀傷失能或者據(jù)止的概率;xij為第i種武器抗擊第j個(gè)目標(biāo)的單位數(shù);ωij為第i種武器的每個(gè)戰(zhàn)斗單元(座)對(duì)第j個(gè)目標(biāo)達(dá)到毀傷失能或據(jù)止概率，對(duì)短時(shí)間內(nèi)每個(gè)戰(zhàn)斗單元使用武器對(duì)目標(biāo)的毀傷失能或據(jù)止可以認(rèn)為是獨(dú)立的事件。

2.3 目標(biāo)函數(shù)建立

近衛(wèi)作戰(zhàn)對(duì)象主要是蛙人及其承載器，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)突發(fā)性強(qiáng)，且目標(biāo)易損性強(qiáng)，對(duì)其作戰(zhàn)要求在短時(shí)間內(nèi)集中使用武器進(jìn)行抗擊，在一次抗擊過程中，可以認(rèn)為對(duì)各目標(biāo)造成毀傷失能或據(jù)止過程中各武器使用效果是獨(dú)立的事件，且分配給某個(gè)目標(biāo)的武器作戰(zhàn)效果對(duì)其它目標(biāo)不構(gòu)成影響，也認(rèn)為是獨(dú)立的，因此水面艦艇利用軟硬結(jié)合武器對(duì)目標(biāo)在一次抗擊過程中所取得的總價(jià)值可以表述為

式中，F(xiàn)為水面艦艇利用軟硬武器對(duì)近區(qū)目標(biāo)作戰(zhàn)效果的總價(jià)值;cj為第j個(gè)目標(biāo)的對(duì)我水面艦艇的威脅程度;pj為第j個(gè)目標(biāo)被軟硬武器毀傷失能的概率或者第j個(gè)目標(biāo)被軟硬武器據(jù)止的概率。

建立軟硬武器火力分配模型，實(shí)質(zhì)是分別求得在取得毀傷失能或者據(jù)止近區(qū)目標(biāo)兩種作戰(zhàn)效果情況下的總價(jià)值最大的武器分配方案，水面艦艇利用軟硬武器對(duì)近區(qū)目標(biāo)作戰(zhàn)取得最佳作戰(zhàn)效能的火力分配目標(biāo)函數(shù)模型可以表示為

式中符號(hào)含義同上。

2.4 火力分配模型建立

依據(jù)上述分析，水面艦艇利用軟硬武器對(duì)近區(qū)作戰(zhàn)目標(biāo)火力分配方案可以描述成如下形式:

式中，Ni為第i種武器的數(shù)量單位;其它符號(hào)含義同上。該火力分配模型是一個(gè)有約束的非線性規(guī)劃模型，可利用非線性規(guī)劃方法求解。

3 水面艦艇近衛(wèi)作戰(zhàn)火力分配實(shí)例分析

3.1 戰(zhàn)例想定

假設(shè)水面艦艇在近區(qū)突然發(fā)現(xiàn)3個(gè)不同方向的水面威脅目標(biāo)，可用的武器有兩座硬殺傷小口徑火炮，三座軟殺傷聲光武器，由于目標(biāo)威脅不同，對(duì)第二個(gè)目標(biāo)達(dá)到據(jù)止的作戰(zhàn)效果即可，對(duì)第一和第三個(gè)目標(biāo)要進(jìn)行毀傷或使其失能，要求在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行火力分配決策方案，并取得最大的抗擊效果，為有效使用武器，對(duì)每個(gè)目標(biāo)抗擊的武器數(shù)量不超過2座，不考慮武器轉(zhuǎn)火使用。

在研究近衛(wèi)作戰(zhàn)武器火力分配方法時(shí)，已知目標(biāo)的威脅程度、武器的毀傷、失能以及據(jù)止的概率，可以通過敵我相對(duì)位置關(guān)系、目標(biāo)的距離、速度以及我艦軟硬武器的戰(zhàn)技性能計(jì)算出來。假定該時(shí)刻確定出目標(biāo)對(duì)我水面艦艇的威脅程度及各武器的作戰(zhàn)效果概率，見表1所示。

表1 目標(biāo)的威脅程度、武器的毀傷概率

3.2 模型建立

每座武器作為一個(gè)火力單位，不考慮轉(zhuǎn)火，一座武器只能針對(duì)一個(gè)目標(biāo)攻擊;而為有效使用武器，要求對(duì)每個(gè)目標(biāo)抗擊的武器數(shù)量不超過2座，可以將每個(gè)目標(biāo)虛擬成2個(gè)，這樣就可以保證每個(gè)目標(biāo)抗擊的火力單位不超過1個(gè)，可以表示成一對(duì)一的火力分配問題。

即共有軟硬武器共有5個(gè)火力單位，對(duì)6個(gè)目標(biāo)攻擊，將武器依次排序，前2個(gè)為硬殺傷武器，后3個(gè)為軟殺傷武器，即將問題轉(zhuǎn)化成m=5，n=6的火力分配模型:

式中，ωij為第i座武器對(duì)目標(biāo)j毀傷概率。其中，

3.3 基于匈牙利算法的模型解算

按照文獻(xiàn)［3］，將上述模型轉(zhuǎn)化為能夠運(yùn)用匈牙利算法解算的模型。因?yàn)閙＜n，虛擬一個(gè)火力單位，得到n=6的火力分配模型:

系數(shù)矩陣為

在矩陣R上運(yùn)用匈牙利算法，可以得到一個(gè)最優(yōu)矩陣:

最優(yōu)矩陣中最優(yōu)值對(duì)應(yīng)項(xiàng)即為各武器對(duì)不同目標(biāo)的抗擊方案，即火力分配的最優(yōu)方案是:對(duì)第一個(gè)目標(biāo)，采用一座硬殺傷武器和一座軟殺傷武器進(jìn)行抗擊;對(duì)第二個(gè)目標(biāo)，采用一座硬殺傷武器進(jìn)行抗擊;對(duì)第三個(gè)目標(biāo)，采用兩座軟殺傷武器進(jìn)行抗擊。

采用上述火力分配方案，水面艦艇軟硬結(jié)合武器該時(shí)刻對(duì)該批次目標(biāo)抗擊效果的效能指標(biāo)值為

3.4 結(jié)果分析

火力分配結(jié)果確定出了某時(shí)刻對(duì)基于不同效果的目標(biāo)作戰(zhàn)的火力分配方法，在進(jìn)行火力分配時(shí)，需要確定出對(duì)某次作戰(zhàn)需要取得的作戰(zhàn)效果，同時(shí)如果將目標(biāo)的威脅程度、武器的毀傷、失能以及據(jù)止的概率等因素時(shí)時(shí)計(jì)算出來作為輸入量，可以確定出不同時(shí)刻的武器使用火力分配方案。

在作戰(zhàn)決策過程中，根據(jù)不同目標(biāo)可以確定相同的抗擊效果，對(duì)于同一目標(biāo)在不同威脅程度下也可以確定不同的抗擊效果。在進(jìn)行火力決策方案時(shí)，可以依據(jù)取得相同的作戰(zhàn)效果來進(jìn)行火力分配，也可對(duì)每個(gè)目標(biāo)確定不同的作戰(zhàn)效果來進(jìn)行火力分配，對(duì)于模型的解算來說只是其輸入的抗擊效果概率不同，可以將武器的威脅程度、抗擊概率等模型加入到火力分配模型中，以增強(qiáng)火力分配方案制定的實(shí)效性。

火力分配方案的結(jié)果可以有多個(gè)，各最優(yōu)方案抗擊效果指標(biāo)結(jié)果是一樣的，對(duì)不同威脅情況下每種武器的取得抗擊效果越為準(zhǔn)確，其方案越符合實(shí)戰(zhàn)要求，同時(shí)，抗擊效果的概率確定得越為準(zhǔn)確，方案的結(jié)果也越精確。

4 結(jié)束語

本文根據(jù)水面艦艇對(duì)近區(qū)目標(biāo)防衛(wèi)作戰(zhàn)火力分配研究需求，建立水面艦艇利用軟硬結(jié)合武器作戰(zhàn)火力分配模型，并通過實(shí)例對(duì)模型進(jìn)行仿真，研究模型的解算方法，所建立的模型及算法對(duì)水面艦艇近衛(wèi)作戰(zhàn)火力輔助決策的研究具有一定的意義，在模型和方法使用的界限和工程實(shí)現(xiàn)等方面還需進(jìn)一步研究。

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