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        水面艦艇編隊(duì)對(duì)空防御火力區(qū)分配研究與分析*

        2019-11-28 03:09:32韓衛(wèi)國郭興旺
        艦船電子工程 2019年11期
        關(guān)鍵詞:扇面火力艦艇

        韓衛(wèi)國 王 宇 郭興旺

        (91404部隊(duì) 秦皇島 066000)

        1 引言

        水面艦艇編隊(duì)對(duì)空防御火力區(qū)對(duì)編隊(duì)對(duì)空防御作戰(zhàn)具有重要的意義,影響編隊(duì)對(duì)空防御的作戰(zhàn)效能發(fā)揮。

        目前對(duì)其分配原則及方法的研究已成為發(fā)揮編隊(duì)作戰(zhàn)效能的一個(gè)重要問題,本文通過對(duì)單獨(dú)水面艦艇防空作戰(zhàn)時(shí)的火力區(qū)分配方法進(jìn)行分析,研究并提出了水面艦艇編隊(duì)對(duì)空防御火力區(qū)分配方法,以典型編隊(duì)隊(duì)形為例構(gòu)建了數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行了火力區(qū)分配分析,研究了不同編隊(duì)隊(duì)形下的火力區(qū)分配參數(shù)。對(duì)編隊(duì)對(duì)空防御作戰(zhàn)中火力區(qū)劃分提供了理論依據(jù),對(duì)編隊(duì)對(duì)空防御作戰(zhàn)具有一定的借鑒意義。

        2 本艦防空作戰(zhàn)火力區(qū)分析

        2.1 火力區(qū)主要參數(shù)分析

        本艦防空作戰(zhàn)火力區(qū)呈扇面分布,具體參數(shù)包括火力區(qū)個(gè)數(shù)、火力區(qū)開始角度、火力區(qū)結(jié)束角度、火力區(qū)最遠(yuǎn)半徑(r)。由于防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的毀傷區(qū)域的范圍斜距受導(dǎo)彈飛行高度的影響,本文采用防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)毀傷區(qū)域范圍斜距在水平方向上最大的投影距離(Lys)。同時(shí)設(shè)防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)從收到目標(biāo)指示到導(dǎo)彈發(fā)射的時(shí)間為Tf,敵方導(dǎo)彈目標(biāo)的最大速度為vm,則火力區(qū)最遠(yuǎn)半徑 r為[1]

        2.2 毀傷區(qū)主要參數(shù)分析

        設(shè)武器系統(tǒng)毀傷區(qū)近界斜距的平均值為Ds、毀傷區(qū)近變界最大仰角為β、毀傷區(qū)低邊界為hd、毀傷區(qū)高邊界為hg[2]。本艦防空作戰(zhàn)火力區(qū)在垂直方向上的投影如圖1所示,本艦防空作戰(zhàn)火力區(qū)可認(rèn)為是將圖1的本艦防空作戰(zhàn)火力區(qū)在水平方向的扇面旋轉(zhuǎn)后的立體區(qū)域[3]。

        圖1 本艦防空作戰(zhàn)火力區(qū)在垂直方向上的投影

        3 編隊(duì)對(duì)空防御火力區(qū)分配方法分析

        對(duì)同型艦艇組成的編隊(duì),認(rèn)為裝載的防空武器系統(tǒng)平臺(tái)是相同的,具有相同的武器性能,下面以3艦編隊(duì)攔截右舷來襲導(dǎo)彈為例(艦艇O1、O2、O3),對(duì)不同隊(duì)形下的火力區(qū)分配進(jìn)行建模分析。

        3.1 單縱隊(duì)

        此態(tài)勢(shì)中,在相鄰的兩艘艦艇間存在火力區(qū)的交叉覆蓋。由于覆蓋區(qū)域在同側(cè)且攔截的防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)參數(shù)性能一致,故設(shè)定相鄰艦艇間的火力交叉區(qū)由各自艦艇分別負(fù)責(zé)1/2的方法進(jìn)行分配[3]。按照此分配方法,單獨(dú)艦艇對(duì)空防御火力區(qū)為本艦單獨(dú)防御區(qū)域加上與相鄰艦艇重合部分角度的一半。以右舷為例,編隊(duì)防空武器系統(tǒng)火力區(qū)扇面分配如圖2的實(shí)線所示。

        設(shè)艦艇O1防空武器系統(tǒng)攻擊扇面的右舷最小角為α1,右舷最大角為α2,艦艇O1、O2之間距離為l,弧 A1B1,A2B2分別為艦艇O1、O2的火力區(qū)最遠(yuǎn)邊界,點(diǎn) p為弧 A1B1與弧A2B2的交點(diǎn)。取∠PO1B1、∠PO2A2的角平分線 O1M1、O2M2。設(shè)∠M1O1B1=β,∠M2O2A2=γ,∠PO1O2=θ,在。因此,

        圖2 單縱隊(duì)情況下編隊(duì)防空武器系統(tǒng)火力區(qū)扇面分配

        1)A1O1M1圍成的扇面為艦艇O1的防空武器系統(tǒng)火力區(qū),區(qū)間范圍為[α1,α2-β];

        2)M2O2M3圍成的扇面為艦艇O2的防空武器系統(tǒng)火力區(qū),區(qū)間范圍為[α1+γ,α2-β];

        3)M4O3M5圍成的扇面為艦艇O3的防空武器系統(tǒng)火力區(qū),區(qū)間范圍為[α1+γ,α2]。

        3.2 單橫隊(duì)

        此態(tài)勢(shì)中,由于編隊(duì)兵力中防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)參數(shù)性能一致[4],對(duì)火力區(qū)分配應(yīng)優(yōu)先考慮編隊(duì)兩側(cè)來襲導(dǎo)彈目標(biāo)的威脅方向,以此為原則劃分防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)火力區(qū)的水平扇面,以單側(cè)右舷來襲導(dǎo)彈為例,編隊(duì)防空武器系統(tǒng)火力區(qū)分配如圖3的所示。

        圖3 單橫隊(duì)情況下編隊(duì)防空武器系統(tǒng)火力區(qū)扇面分配

        圖中首先確保了艦艇O1的右舷火力區(qū),使其保持原火力區(qū)范圍不變。設(shè)艦艇O1防空武器系統(tǒng)毀傷區(qū)的右舷最小角為α1,右舷最大角為α2,故艦艇O1的火力區(qū)為A1O1B1圍成的扇形,其角度區(qū)間為[α1,α2][5]。由于艦艇 O1與艦艇 O2的防空武器系統(tǒng)火力區(qū)之間的覆蓋區(qū)在共同出現(xiàn)在兩舷,由于武器性能一致,可對(duì)兩舷存在的覆蓋區(qū),分別由艦艇O1、O2負(fù)責(zé)一半的原則進(jìn)行分配,按此原則,艦艇O2的對(duì)空防御火力區(qū)為與艦O1交叉部分角度的1/4加上本艦獨(dú)立火力區(qū),設(shè)艦艇O1、O1之間距離為l,弧 A1B1,A2B2分別為艦艇O1、O2的火力區(qū)最遠(yuǎn)邊界,點(diǎn)M、N為弧A2B2與扇面A1O1B1的

        設(shè)P1為O2P與O1M 的交點(diǎn),Q1為O2Q與O1N的交點(diǎn),艦艇O1與艦艇O2間防空武器系統(tǒng)火力區(qū)進(jìn)行覆蓋區(qū)分配后,存在一個(gè)未分配區(qū)域P1O1Q1O2。在實(shí)際情況中,一般r的取值要遠(yuǎn)大于l的取值,因此P1O1Q1O2的面積在實(shí)際情況中在整個(gè)火力區(qū)中占的比例是很小的,可以不考慮通過防空導(dǎo)彈進(jìn)行攔截,而是通過艦艇O2自身其他武器系統(tǒng)進(jìn)行自防御。綜合分析艦艇O2在編隊(duì)中的防空火力區(qū)分配為扇形A2O2P加扇形QO2B。

        以艦艇O2為極點(diǎn),右側(cè)為正方向[6],建立極坐標(biāo) 系 。 設(shè) ∠MO2O1=θ1,∠NO2O1=θ2,則 有∠MO2N=θ1+θ2;ρ為任意一個(gè)點(diǎn)的極徑[7],則可寫出O1A1在此坐標(biāo)系下的直線方程:

        O1B1在此坐標(biāo)系下的直線方程:

        對(duì)于艦艇O2,其中 ρ=r,由式(2)、(3)可計(jì)算出:

        因此,A2O2P圍成的扇面的區(qū)間范圍為[α1,圍成的扇面的區(qū)間范圍

        艦艇O3的防空武器系統(tǒng)火力區(qū)范圍與艦艇O2的火力區(qū)范圍劃分方法一致,為與艦O2交叉部分角度的1/4加上本艦獨(dú)立火力區(qū)[8],其計(jì)算方法與艦艇O2火力區(qū)的計(jì)算方法相同,不再贅述。

        3.3 方位隊(duì)

        此態(tài)勢(shì)中,對(duì)火力區(qū)的分配優(yōu)先確保了編隊(duì)左右兩側(cè)兵力的防御范圍[9],以右舷來襲導(dǎo)彈為例,編隊(duì)防空武器系統(tǒng)火力區(qū)分配如圖4的所示。

        圖4 方位隊(duì)情況下編隊(duì)防空武器系統(tǒng)火力區(qū)扇面分配

        圖中首先確保了艦艇O1的右舷火力區(qū),使其保持原火力區(qū)范圍不變[10]。設(shè)艦艇O1防空武器系統(tǒng)毀傷區(qū)的右舷最小角為α1,右舷最大角為α2,故艦艇O1的火力區(qū)為A1O1B1圍成的扇形,其角度區(qū)間為[α1,α2]。

        設(shè)艦艇O1、O2之間距離為l,弧 A1B1,A2B2分別為艦艇O1、O2的火力區(qū)最遠(yuǎn)邊界,點(diǎn)M、N為弧A2B2與扇面 A1O1B1的交點(diǎn),艦艇O1與艦艇O2間防空武器系統(tǒng)火力區(qū)進(jìn)行覆蓋區(qū)分配后,存在一個(gè)未分配區(qū)域MO2NO1。在實(shí)際情況中,一般r的取值要遠(yuǎn)大于l的取值,因此MO2NO1的面積在實(shí)際情況中在整個(gè)火力區(qū)中占的比例是很小的,可以不考慮通過防空導(dǎo)彈進(jìn)行攔截,而是通過艦艇O2自身其他武器系統(tǒng)進(jìn)行自防御。綜合分析艦艇O2在編隊(duì)中的防空火力區(qū)分配為扇形A2O2M加扇形NO2B2。

        以艦艇O2為極點(diǎn),O2O1方向?yàn)檎较颍O坐標(biāo)系[11]。設(shè)艦艇O1相對(duì)艦艇O2的角度為Q,∠MO2O1=θ1,∠NO2O1=θ2,ρ為任意一個(gè)點(diǎn)的極徑(ρ=r),則可寫出O2M 在此坐標(biāo)系下的直線方程:

        O2N在此坐標(biāo)系下的直線方程:

        由式(4)、(5)可計(jì)算出:

        扇形 A2O2M 的角度區(qū)間為[α1,Q-θ1]扇形NO2B2的角度區(qū)間為[Q-θ2,α2],艦艇O3的防空武器系統(tǒng)火力區(qū)范圍與艦艇O2的火力區(qū)范圍劃分方法一致,不再贅述。

        4 仿真應(yīng)用

        圖5 編隊(duì)防空武器系統(tǒng)火力區(qū)分配仿真示意圖

        設(shè)由編隊(duì)兵力構(gòu)成為艦艇1、艦艇2、艦艇3,外出執(zhí)行防空反導(dǎo)作戰(zhàn)任務(wù),3艘艦艇型號(hào)、武器性能一致,編隊(duì)航向?yàn)?°,艦間距l(xiāng)=6km,r=30km,α1=15°,α2=150°,方位隊(duì)看齊角為60°。根據(jù)設(shè)置的參數(shù)及火力區(qū)分配方法,分別對(duì)單縱隊(duì)、單橫隊(duì)、方位隊(duì)?wèi)B(tài)勢(shì)下編隊(duì)防空武器系統(tǒng)火力區(qū)進(jìn)行分配,仿真結(jié)果分別如圖5(a)~(c)所示[12],實(shí)線表示艦艇1火力區(qū),虛線表示艦艇2火力區(qū),點(diǎn)線表示艦艇3火力區(qū)。

        5 結(jié)語

        本文提出的水面艦艇編隊(duì)對(duì)空防御火力區(qū)分配的原則及方法,對(duì)由同型艦艇構(gòu)成的編隊(duì),具一定的適用性,按其方法劃分的編隊(duì)對(duì)空防御火力區(qū)可有效分配編隊(duì)中的防空武器系統(tǒng)的毀傷區(qū)域的覆蓋范圍,能夠有效進(jìn)行防空作戰(zhàn),發(fā)揮了編隊(duì)防空作戰(zhàn)效能,提供了一種水面艦艇編隊(duì)對(duì)空防御火力區(qū)的分配方法,具有一定的借鑒意義。

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