王 彬, 黃少羅, 王廣彥

(1.軍械工程學(xué)院 軍事教研室;2.軍械工程學(xué)院 裝備指揮與管理系,河北 石家莊 050003)

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遠(yuǎn)火分隊機動過程中動態(tài)模型研究

王 彬1, 黃少羅1, 王廣彥2

(1.軍械工程學(xué)院 軍事教研室;2.軍械工程學(xué)院 裝備指揮與管理系,河北 石家莊 050003)

遠(yuǎn)火武器系統(tǒng)依托其發(fā)射速度快、射程遠(yuǎn)、火力猛、威懾力大、機動性好、操作方便等特點,越來越受到戰(zhàn)場重視。文章分析了國內(nèi)目前對裝備機動過程研究現(xiàn)狀,結(jié)合遠(yuǎn)火分隊自身機動特點,從六個方面分析了影響遠(yuǎn)火分隊在機動過程中的影響因素,通過模型描述并分析了遠(yuǎn)火分隊在機動過程中的機動速度,到達(dá)指定機動位置的坐標(biāo)以及到達(dá)位置的時間,利用數(shù)學(xué)公式描述其動態(tài)機動過程,建立了遠(yuǎn)火分隊機動過程計算流程圖,并依據(jù)數(shù)學(xué)模型進行實例分析,通過MATLAB軟件仿真得出速度、時間、路程的關(guān)系圖,并加以分析,研究遠(yuǎn)火分隊的機動過程動態(tài)模型對今后研究遠(yuǎn)火武器系統(tǒng)的戰(zhàn)損仿真具有重要借鑒意義。

遠(yuǎn)火分隊; 機動; 動態(tài)模型

1 引 言

隨著信息化水平的不斷提高,傳統(tǒng)的陣地作戰(zhàn)已逐步向靈活多樣的聯(lián)合機動作戰(zhàn)轉(zhuǎn)變。遠(yuǎn)程火箭炮武器系統(tǒng)作為陸軍裝備的“殺手锏”武器,依靠發(fā)射速度快、射程遠(yuǎn)、火力猛、威懾力大、機動性好、操作方便等優(yōu)勢,在聯(lián)合機動作戰(zhàn)中扮演著重要角色[1]。目前我國遠(yuǎn)火分隊通常以營或連為基本作戰(zhàn)單元,遠(yuǎn)火武器系統(tǒng)按用途主要分為戰(zhàn)斗裝備和保障裝備兩大部分[2]。遠(yuǎn)火分隊在執(zhí)行任務(wù)過程中,無論在作戰(zhàn)還是機動過程中,通常都是以“集群”的方式出現(xiàn)。遠(yuǎn)火武器系統(tǒng)在戰(zhàn)場上停留時間較短,更多的時間都在機動過程中,所以研究遠(yuǎn)火武器系統(tǒng)在機動中的動態(tài)過程,對今后研究遠(yuǎn)火武器系統(tǒng)的戰(zhàn)斗損傷有著重要借鑒意義。

當(dāng)前我國對戰(zhàn)斗損傷的研究對象多以靜態(tài)的、相對位置較為固定的裝備為主,忽略了被毀傷裝備的機動行為,這與戰(zhàn)場實際不相符合。在作戰(zhàn)過程中,無論是作為進攻方或防守方,其機動行為是時時存在的。以往研究動態(tài)模型的方法有貝葉斯方法[3]、蘭徹斯特方程線性規(guī)律[4]等研究方法,但并不能直觀反映出機動對象的實時狀態(tài),特別對于描述類似于遠(yuǎn)火武器系統(tǒng)等集群裝備時,作戰(zhàn)指揮員要想實時掌握機動對象的各項動態(tài)指標(biāo),最直觀的方法就是通過圖形、圖表來給出機動對象的狀態(tài)過程。本文就以遠(yuǎn)火分隊在機動過程中的影響因素、機動過程的動態(tài)模型描述以及計算過程進行闡述。

2 遠(yuǎn)火分隊機動過程的影響因素分析

影響遠(yuǎn)火分隊機動的因素主要有路況地形、天氣氣候、敵火力干擾等客觀因素,也有機動方式、機動能力、機動隊形及組織指揮等主觀因素。在實際作戰(zhàn)環(huán)境下,指揮員要具體考慮以下因素:

(1) 地形與路況:如山路、丘陵、等級公路級別,路面損壞程度,道路是否結(jié)冰濕滑、是否穿過鬧市等人群密集地區(qū)等,其修正系數(shù)D如表1所示。

表1 地形條件對遠(yuǎn)火分隊機動過程的修正系數(shù)值Tab.1The correction coefficient value of terrain conditions on the long-range rocket uint

(2) 天氣氣候:如降水、降雪、雷、風(fēng)、霧霾等,其修正系數(shù)U如表2所示。

表2 氣候條件對遠(yuǎn)火分隊機動過程的修正系數(shù)值Tab.2The correction coefficient value of climatic conditions on the long-range rocket uint

(3) 敵火力干擾:如火力壓制、煙幕、臨時設(shè)障等,其修正系數(shù)W如表3所示。

表3 敵火力干擾對遠(yuǎn)火分隊機動過程的修正系數(shù)值Tab.3The correction coefficient value of the enemy fire disturbance on the long-range rocket uint

(4) 機動方式:如自行機動、乘交通工具機動;

(5) 機動能力:如修路能力、架橋能力、渡河能力、破障能力等;

(6) 機動隊形:如同步機動、分批次機動、連續(xù)機動、分散機動以及各裝備車輛間距等。

以上因素一部分可以用數(shù)學(xué)表達(dá)式進行定量描述,另一部分可以歸結(jié)為影響系數(shù)。作戰(zhàn)指揮員要綜合考慮機動因素影響,把握機動過程中的首要選取原則,例如從出發(fā)地域向作戰(zhàn)地域集結(jié)時要首要選取時間最短原則,避免貽誤戰(zhàn)機;而從作戰(zhàn)地域撤退時且沒有其他作戰(zhàn)任務(wù)時,就應(yīng)優(yōu)先選擇道理隱蔽原則,充分利用地形地貌,盡可能在機動撤退的過程中偽裝自身。

3 遠(yuǎn)火分隊機動過程動態(tài)模型描述

在遠(yuǎn)火分隊機動過程中,認(rèn)為其運動路線是固定的。如果要考慮運動路線的不確定因素,則應(yīng)當(dāng)給出對應(yīng)的分布函數(shù),并利用其他綜合評判方法選出既定路線,本文不予闡述。在遠(yuǎn)火武器系統(tǒng)機動的動態(tài)模型中,主要研究機動速度和空間位移兩個重要參數(shù)。利用數(shù)學(xué)公式對其進行分析可以直接給出速度、時間和位移三者之間的關(guān)系。

3.1 遠(yuǎn)火分隊的機動速度

機動速度的計算是依靠特定環(huán)境條件對標(biāo)準(zhǔn)速度(平均速度)進行修正的結(jié)果。假設(shè)在某種特定的作戰(zhàn)環(huán)境和作戰(zhàn)任務(wù)下,遠(yuǎn)火分隊的標(biāo)準(zhǔn)機動速度為v0,設(shè)有n類環(huán)境因素,第i類環(huán)境有mi個,第i類環(huán)境因素對遠(yuǎn)火分隊機動速度的影響系數(shù)為α,則:

(1) 第i類單個因素對遠(yuǎn)火分隊機動速度的影響結(jié)果為

v=αiv0,0≤αi<1,i=1,2,…,n

(1)

(2) 第i類有j(i)(1

(2)

(3) 有s類環(huán)境因素,每類都有因素影響遠(yuǎn)火分隊的機動速度,設(shè)第i類有j(i)(1

(3)

3.2 遠(yuǎn)火分隊的機動位置坐標(biāo)和機動到達(dá)時刻

(1) 基本計算條件

設(shè)遠(yuǎn)火分隊的機動路線是一條折線,有L個節(jié)點,坐標(biāo)為(xk,yk),k=1,2,…,L。其中(x1,y1)為遠(yuǎn)火分隊的起始點坐標(biāo),遠(yuǎn)火分隊的機動路線由L-1條線段構(gòu)成。以下計算公式以第k段機動路線為例,有s(1

① 如果xk+1=xk且yk+1>yk,則θ=π/2;如果xk+1=xk且yk+1

設(shè)機動路線的第k段所對應(yīng)的環(huán)境因素對機動距離的修正系數(shù)為βk(0<βk≤1),則遠(yuǎn)火分隊機動路線上第k個節(jié)點到第k+1個節(jié)點間的距離,可由其平面距離Rk(水平面上投影距離)可表示為

(4)

其中,

(2) 到達(dá)節(jié)點的時間和指定時刻機動位置的坐標(biāo)

遠(yuǎn)火分隊到達(dá)第k+1個節(jié)點的時間為

(5)

Tk表示遠(yuǎn)火分隊到達(dá)第k個節(jié)點的時間。

遠(yuǎn)火分隊在T(Tk≤T≤Tk+1)時刻的位置坐標(biāo)為

(6)

(3) 到達(dá)指定位置的的時間

由給定條件,也可計算出遠(yuǎn)火分隊到達(dá)指定位置(x,y)(xk≤x≤xk+1,yk≤y≤yk+1)的時刻

(7)

3.3 遠(yuǎn)火機動模型的計算流程

根據(jù)節(jié)3.1和節(jié)3.2的各個計算公式,對遠(yuǎn)火機動過程進行仿真時,計算流程如圖1所示,其中各系數(shù)參數(shù)由相關(guān)參考資料[5]中選取。

假設(shè)某遠(yuǎn)火分隊需要從A點機動到G點,機動路線如圖2所示,共有L個節(jié)點,分為L-1條路線,出發(fā)點A起始坐標(biāo)為(x1,y1),到達(dá)第二個節(jié)點B的坐標(biāo)為(x2,y2),依次類推,到達(dá)最后節(jié)點G的坐標(biāo)為(xn,yn);在A點的出發(fā)時刻為T1,到達(dá)第二個節(jié)點B的時刻為T2,行駛速度為V1,依次類推,到達(dá)最后節(jié)點G的時刻為Tn,最后一段行駛速度為Vn-1,D、W分別代表各路段地形干擾系數(shù)和敵火力干擾系數(shù),U代表氣象干擾系數(shù)。各路段地形影響因素和敵火力干擾因素不盡相同。

圖1 遠(yuǎn)火機動模型計算流程圖Fig.1The calculation flow chart of the long-range rocket maneuvering model

給定初始速度為45km/h,出發(fā)時刻開始計時,對每一路段的地形系數(shù)和(實際數(shù)值的計算應(yīng)根據(jù)實際地形和作戰(zhàn)情況而定),根據(jù)上述公式,可求出相應(yīng)節(jié)點的時刻和坐標(biāo),進而求得行駛路程。將所計算得出的結(jié)果利用仿真軟件可得出對應(yīng)速度和時間關(guān)系圖,時間與路程的關(guān)系圖,如圖3、圖4所示。

從上述兩圖可以發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)火分隊機動速度的變化整體成平穩(wěn)狀態(tài),在局部受其他因素影響速度發(fā)生變化,但變化幅度不大,而機動路程整體隨時間變化基本可看做成線性變化。若將遠(yuǎn)火分隊分為若干子單元,則同一圖中進行疊加即可實現(xiàn)。

4 結(jié)束語

利用上述機動模型仿真得出的結(jié)果可以作為作戰(zhàn)指揮員在戰(zhàn)場了解遠(yuǎn)火分隊機動的位置和時間的參考依據(jù),對了解遠(yuǎn)火分隊的機動過程有一個直觀的認(rèn)識。以上計算結(jié)果所得的圖形是相對較為簡單的數(shù)據(jù)生成,其各影響系數(shù)值的設(shè)定也較為理想化,在實際作戰(zhàn)運用中,坐標(biāo)的建立還需依靠實際作戰(zhàn)地圖,而各影響系數(shù)的計算是多種影響因素共同作用的結(jié)果,所得的圖形也更為復(fù)雜。

圖2 某遠(yuǎn)火分隊機動路線圖Fig.2 The maneuvering roadmap of certain long-range rocket unit

圖3 某遠(yuǎn)火分隊在機動過程中的時間與速度關(guān)系圖Fig.3The relationship of the time and speed of certain long-range rocket unit in the maneuvering process

圖4 某遠(yuǎn)火分隊在機動過程中的時間與路程關(guān)系圖Fig.4The relationship of the time and route of certain long-range rocket unit in the maneuvering process

遠(yuǎn)火分隊的動態(tài)機動模型研究是今后研究遠(yuǎn)火武器系統(tǒng)戰(zhàn)斗損傷的重要組成部分。筆者對機動過程中存在的影響因素進行分析,對機動過程中的速度和位移進行了計算,并給出了研究遠(yuǎn)火分隊機動模型的計算流程圖。文章存在的不足之處在于文章默認(rèn)遠(yuǎn)火分隊各裝備之間的速度關(guān)系和位置關(guān)系是恒定的,忽略了遠(yuǎn)火分隊內(nèi)部因素對其速度和位移的影響。在以后的研究中將對其內(nèi)部之間的相互位置關(guān)系進行分析。

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The Research on the Dynamic Model in the Maneuvering Process of Long-range Rocket Unit

WANG Bin1,HUANG Shaoluo1,WANG Guangyan2

(1.Staff Room of Military,Ordnance Engineering College; 2.Department of Equipment Command and Management,Ordnance Engineering College,Shijiazhuang 050003,China)

Nowadays,The battlefield pays more and more attention on the long-range rocket weapon system because of its characteristics of fast launch speed,long range,fierce fire,strong power,good maneuverability and easy to operate.In this paper,the current domestic research status of the maneuvering process of the weaponry was analyzed and the influence factors of the long-range rocket unit in the maneuvering process was analyzed from six aspects combined with the characteristics of the long-range rocket unit.The motor speed,the coordinates and time of reaching the specified location of the long-range rocket unit in the maneuvering process was described and analyzed by the model,and the dynamic maneuvering process was described by mathematical formula.The flow chart of the long-range rocket unit in the maneuvering process was also established.The certain examples was analyzed according to the mathematical model and the relationship chart between certain speed,time and distance was obtained by MATLAB software simulation.The research on the dynamic model in the maneuvering process of long-range unit is a very importance step,which has important significance to the research on the battlefield damage simulation of long-range rocket weapon system.

long-range rocket unit; maneuver; dynamic model

王 彬 男(1986-),山西盂縣人,碩士研究生,主要研究方向為裝備保障理論與應(yīng)用。

黃少羅 男(1965-),湖南雙峰人,教授,主要研究方向為裝備保障理論與應(yīng)用。

E 917

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