張 崢 譚樂祖 李 韜

(1.海軍航空工程學院 煙臺 264001)(2.91980部隊 煙臺 264001)

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反艦導彈對“守門員”近防炮武器系統(tǒng)突防概率模型研究*

張 崢1,2譚樂祖1李 韜1

(1.海軍航空工程學院 煙臺 264001)(2.91980部隊 煙臺 264001)

論文以“守門員”近防炮系統(tǒng)攔截反艦導彈為背景，建立了反艦導彈突防概率模型，并將反艦導彈飛行速度作為重要影響因素，重新計算了“守門員”系統(tǒng)的最佳開火時機，優(yōu)化了概率計算模型。最后通過仿真計算對比了亞音速反艦導彈和超音速反艦導彈對守門員系統(tǒng)的突防概率，為反艦導彈的作戰(zhàn)使用提供了理論依據(jù)。

反艦導彈; 近防炮系統(tǒng); 最佳開火時機; 突防概率

Class Number TJ761.14

1 引言

隨著反艦導彈技術的不斷發(fā)展，導彈飛行速度的不斷提高，超音速反艦導彈現(xiàn)已成為突擊水面艦艇的“殺手锏”[1]。與此同時，世界各國的反導作戰(zhàn)能力也在日益增強，都建立了較為完善的防空反導體系。艦空導彈在防御體系中主要擔負中、遠程對空防御任務，但當反艦導彈突破遠程、中程艦空導彈的防御后，艦艇編隊的防御任務就落在近程防御武器系統(tǒng)的身上。目前，比較典型的有美國密集陣近防武器系統(tǒng)、荷蘭的守門員近防炮系統(tǒng)、瑞士的海上衛(wèi)士系統(tǒng)以及俄羅斯的卡什坦彈炮結(jié)合系統(tǒng)。本文選取守門員近防炮系統(tǒng)為背景，考慮反艦導彈的速度對突防概率的影響，通過建立模型及仿真計算，對提高反艦導彈突防能力有借鑒意義。

2 守門員近防炮系統(tǒng)簡介及其作戰(zhàn) 過程分析

2.1 守門員近防炮系統(tǒng)

“守門員”近戰(zhàn)防空艦炮系統(tǒng)[2～3]為荷蘭泰雷茲公司生產(chǎn)，采用30mm大口徑火炮。在火控雷達的指引下，可同時跟蹤18個目標并選擇攻擊最有威脅的目標。該型近防艦炮系統(tǒng)反應時間僅需4秒，射速達4200發(fā)/分，對反艦導彈的有效射程為2km。其與密集陣系統(tǒng)相比，殺傷距離更遠，彈丸威力更大，可有效擊毀來襲的反艦導彈、飛機、無人機等小型目標。

2.2 作戰(zhàn)流程分析

近防炮系統(tǒng)通常對于反艦導彈的威脅判斷采取距離指標，即默認首先對距離最近的反艦導彈進行攔截。完成一次攔截任務需要同時滿足三個條件：

1) 近防炮系統(tǒng)處于閑置狀態(tài)；

2) 近防炮系統(tǒng)的備彈量充足；

3) 反艦導彈被成功攔截。

若是上述三個條件至少一個沒有滿足，則近防炮系統(tǒng)完成一次模擬，系統(tǒng)回到初始狀態(tài)，重新進行目標識別及威脅判斷[4]。無論是完成一次模擬還是完成一次攔截，系統(tǒng)都將統(tǒng)計被成功攔截的導彈數(shù)量。“守門員”系統(tǒng)攔截反艦導彈的作戰(zhàn)流程如圖1所示。

圖1 “守門員”近防炮武器系統(tǒng)攔截反艦導彈作戰(zhàn)流程圖

3 反艦導彈突防概率模型的建立

相對于艦空導彈而言，近防炮系統(tǒng)通常選取單發(fā)導彈毀傷概率為指標來衡量其作戰(zhàn)效能。與艦空導彈武器系統(tǒng)不同，因為近防炮系統(tǒng)在其火力范圍內(nèi)的單發(fā)毀傷概率相對較低，它對反艦導彈的毀傷屬于“積累毀傷”，即在反艦導彈的突防過程中，憑借不斷地發(fā)射高射速、大密度的炮彈來對反艦導彈造成毀傷，最終達到攔截目的[5～6]。因此，“守門員”系統(tǒng)對反艦導彈的抗擊距離及抗擊時間，成為影響攔截效能的重要因素。

3.1 守門員系統(tǒng)殺傷區(qū)分析

由于艦空導彈與艦炮的有效射程一般會有部分重疊區(qū)域，所以我們通常在研究艦炮武器系統(tǒng)殺傷區(qū)時，選取艦炮最大有效射程或最大有效射程的2/3、3/4作為艦炮的殺傷區(qū)遠界[7]。但由于空中目標的航路捷徑、高度，以及系統(tǒng)自身的跟蹤角速度、射速、裝彈數(shù)等約束的存在，艦炮系統(tǒng)可能無法在其全部有效射擊距離內(nèi)對各類運動狀態(tài)下的目標進行持續(xù)射擊，因此應全面、綜合考慮各影響因素，以界定艦炮武器系統(tǒng)的殺傷區(qū)。

假設反艦導彈在其航路軌跡作勻速水平直線運動，“守門員”系統(tǒng)在其有效射程上保持一定的最大發(fā)射彈丸數(shù)，射速也保持不變。

圖2 近防炮系統(tǒng)與空中目標相對運動關系圖

3.2 守門員系統(tǒng)最佳開火時機

由最大連續(xù)射擊時間T射，可以計算近防炮武器系統(tǒng)的最佳開火距離為：D開=D近+V反艦·T射。

當目標距離D≤D開，即目標進入近防炮武器系統(tǒng)的殺傷區(qū)內(nèi)，則達到射擊條件。

由上式可知，最佳開火距離與反艦導彈的速度有關，反艦導彈的速度V反艦越大，最佳開火距離D開也越大，進而可能產(chǎn)生D開>D遠的情況。舉例來說，假如近程艦炮武器系統(tǒng)的殺傷區(qū)遠界為2000m，近界為100m，裝彈數(shù)為300發(fā)，射速按照3000發(fā)/分計算，那么艦炮的連續(xù)抗擊時間為6s。若來襲反艦導彈的速度為2.5Ma，通過計算，最佳開火距離為5200m，遠超出艦炮武器系統(tǒng)的殺傷區(qū)遠界。由于在過遠的距離上艦炮命中概率相當?shù)?，此時不宜過早開火[8]。因此最佳開火距離應為：D佳=min(D開，D遠)。

3.3 守門員系統(tǒng)單發(fā)炮彈命中概率

由于近防艦炮武器系統(tǒng)的毀傷原理是“積累毀傷”，要想求得反艦導彈突防近防艦炮系統(tǒng)的概率，首先要先求得單發(fā)炮彈的命中概率。

影響單發(fā)炮彈命中概率的因素有：目標位置誤差，火控系統(tǒng)誤差，隨動系統(tǒng)誤差和炮彈散布誤差，分別可以用如下方法進行模擬：

X1=D·tanε1·γ1

X2=D·tanε2·γ2

X3=D·tanε3·γ3

X4=D·tanε4·γ4

其中ε1為跟蹤雷達誤差，ε2火控系統(tǒng)誤差，ε3為隨動系統(tǒng)誤差，ε4為炮彈散布誤差，γ1、γ2、γ3、γ4是0、1之間均勻分布的隨機數(shù)。

當|X|≤r時，認為炮彈命中反艦導彈，反之認為未命中。由蒙特卡洛法進行仿真[9]，可得單發(fā)炮彈的命中概率P0=0.0094。

3.4 反艦導彈對守門員系統(tǒng)的突防概率

由于反艦導彈是由戰(zhàn)斗部、導引頭和自動駕駛儀等不同部件組成的，各部件的強度、作用和地位不同，因此可將反艦導彈的各部位分成致命和非致命兩種，其中致命部位包括自動駕駛儀系統(tǒng)、引信、發(fā)動機和舵機系統(tǒng)。

綜上，單枚反艦導彈對1座“守門員”武器系統(tǒng)的突防概率為[10～11]

假設某型水面艦艇裝備r座守門員近防炮系統(tǒng)，按照平均分配空中目標原則，且最多可以同時使用2座“守門員”抗擊一枚空中目標，若空中目標為N，存在以下三種情況：

綜上，當齊射N枚反艦導彈時，對“守門員”系統(tǒng)的突防概率為

4 仿真計算

假設某驅(qū)逐艦有兩座“守門員”近防炮系統(tǒng)，即r=2，D遠=2000m；D近=460m；nx=4200發(fā)/分，彈容量1190發(fā)，最大持續(xù)抗擊時間T射=17s。分別對不同齊射數(shù)量時亞音速反艦導彈(V反艦=0.9Ma)、超音速反艦導彈(V反艦=2.5Ma)突防的情況進行仿真，以10000次一組為一個單位求出突防概率，進行100組仿真，得到齊射不同數(shù)量時反艦導彈對“守門員”系統(tǒng)的突防概率如圖3、圖4所示。

圖3 不同來襲數(shù)量時亞音速反艦導彈對“守門員”系統(tǒng)的突防概率

圖4 不同來襲數(shù)量時超音速反艦導彈對“守門員”系統(tǒng)的突防概率

根據(jù)仿真結(jié)果可以看出，當齊射數(shù)量增加時，突破水面艦艇近防炮攔截反艦導彈數(shù)量的增多，突防概率顯著增大。

圖5顯示的是亞音速反艦導彈、超音速反艦導彈在不同齊射數(shù)量下的平均突防概率，顯然，超音速反艦導彈對“守門員”系統(tǒng)的突防概率明顯高于亞音速反艦導彈的突防概率。

圖5 亞音速、超音速反艦導彈對“守門員”系統(tǒng)的突防概率

5 結(jié)語

由上述仿真計算可以看出，反艦導彈的飛行速度越快，在近防炮一定射擊距離內(nèi)，作戰(zhàn)時間較短，留給“守門員”系統(tǒng)的反應時間越少，反艦導彈的突防概率就越大。因此，提高反艦導彈在末端的飛行速度可以有效提高其突防概率。

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Penetration Probability Calculating Model ofAnti-ship Missile into “Goalkeeper” CIWS

ZHANG Zheng1,2TAN Lezu1LI Tao1

(1. Naval Aeronautical and Astronautical University, Yantai 264001)(2. No. 91980 Troops of PLA, Yantai 264001)

Based on “Goalkeeper” CIWS intercepting anti-ship missile,a penetration probability calculating model of anti-ship missile was built. Considering the influence of anti-missile’s speed,the optimal fire time was calculated and the penetration probability calculating model was optimizated.Through simulation, the penetration probabilities of subsonic anti-ship missile and supersonic anti-ship missile were calculated and contrasted,which would be a good reference for operational use of anti-ship missile.

anti-ship missile, CIWS, optimal fire time, penetration probability

2016年5月3日,

2016年6月27日

張崢，男，碩士研究生，助理工程師，研究方向：作戰(zhàn)運籌分析。

TJ761.14

10.3969/j.issn.1672-9730.2016.11.007