王力超 喬勇軍 李永勝 王 寧

（1.海軍航空大學 煙臺 264001）（2.31004部隊 北京 100089）（3.中國國際工程咨詢公司國防業(yè)務部 北京 100080）

1 引言

現(xiàn)代化作戰(zhàn)取勝的關(guān)鍵是以最小代價取得作戰(zhàn)勝利，達成作戰(zhàn)目的，而取勝的關(guān)鍵在于對戰(zhàn)場敵對雙方精準作戰(zhàn)力量的計算，其中對于打擊敵方目標毀傷概率是作戰(zhàn)籌劃重要步驟。隨著自動化控制技術(shù)越來越多運用到戰(zhàn)場，使得作戰(zhàn)節(jié)奏越來越快，傳統(tǒng)依靠人工處理情報，計算兵力投入與其他各方面評估工作的效率已經(jīng)不能滿足現(xiàn)實需要，因此急需一種自動化計算打擊目標毀傷概率計算方法。

在目標易損性研究與武器打擊目標毀傷概率計算過程中，目標種類和形態(tài)各異是困擾研究人員進行研究效率的重要原因之一，特別是在作戰(zhàn)條件下，參謀人員需要根據(jù)對打擊目標的打擊效果評估結(jié)果制定作戰(zhàn)計劃，指揮員需要確定作戰(zhàn)決心，這些對于評估工作的效率和準確度要求都很高。傳統(tǒng)目標標準化方法是基于平均標準彈藥消耗量進行換算的方法［1］，其基本思路是定義一個標準目標，用特定武器打擊統(tǒng)計毀傷目標消耗彈量，在分別統(tǒng)計不同狀態(tài)（如有防護工程保護）目標毀傷所需彈藥量，得出實際目標與標準目標的映射關(guān)系，以計算實際目標對應標準目標的數(shù)量。此方法提高了對打擊目標毀傷評估的速度，但忽略了目標內(nèi)部結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵部件，犧牲了評估的準確度，而基于計算機仿真［2］對目標結(jié)構(gòu)建模勢是以影響評估速度為代價。

因此，對目標計算毀傷概率時，需要在速度與準確度之間尋求平衡。本文提出了標準化處理戰(zhàn)場目標的思路，規(guī)范了毀傷計算流程，用以在作戰(zhàn)條件下的打擊目標毀傷效果評估手段來提高作戰(zhàn)效率，并以某反艦導彈為典型目標，在標準化處理后計算了毀傷概率。

2 目標標準化處理

戰(zhàn)場中具有軍事價值的目標成千上萬，然而現(xiàn)代作戰(zhàn)已經(jīng)從傳統(tǒng)的消耗戰(zhàn)轉(zhuǎn)變?yōu)橐宰钚〈鷥r，包括最小的投入以及最少的附帶影響等，打擊影響作戰(zhàn)進程中敵方作戰(zhàn)體系的關(guān)鍵目標，來達成作戰(zhàn)目的，達到以一破面、以線毀面、癱瘓體系的效果。因此對于作戰(zhàn)關(guān)鍵目標的分析（包括目標自身特性和其在作戰(zhàn)體系中的作用），已成為指揮員關(guān)心的重點。

雖然不同目標易損性和毀傷方式各不相同，但是毀傷評估的原則大抵都是分析目標受某種毀傷元打擊后，能否執(zhí)行其原定功能的過程，分析目標的功能通常從其材料、結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵部件以及相應易損性入手，因此有必要對戰(zhàn)場中具有打擊價值的目標進行分類和進行基于易損性分析簡化戰(zhàn)時毀傷計算的過程。下面對目標標準化相關(guān)概念進行介紹。

2.1 目標分類

目標標準化處理的第一步就是首先要對目標進行分類，目的是為了便于計算機自動化處理并進行毀傷計算。常規(guī)武器主要通過破片、爆炸沖擊波、聚能射流和爆炸成型彈丸對目標造成損傷，基本毀傷形式有沖擊碰撞、穿透、燃燒、沖擊波負載等，因此基于目標易損性可以對作戰(zhàn)目標分為三類，即有生力量、裝甲/設(shè)備和工程設(shè)施。

2.2 目標尺寸、材料處理

眾所周知，不管武器配備什么樣的戰(zhàn)斗部，毀傷目標是何種毀傷元，都存在一定的毀傷范圍，而相對于武器的毀傷范圍來說，目標的外形尺寸從遠小于武器毀傷范圍到遠大于武器毀傷范圍不等，因此不能粗暴地把目標簡化成點目標。而盡管對戰(zhàn)場目標進行了分類，大大方便了目標易損性評估工作，但是即使是同一種類型的目標在外形尺寸大小、材料上也是不盡相同的，因此需要進行處理。目標是包含多個部件且各自具有某種功能的實體。毀傷目標是通過毀傷其擁有具體功能部件來造成的，目標的尺寸與其內(nèi)部相關(guān)部件的相對位置以及武器毀傷元覆蓋范圍關(guān)系密切，因此，目標尺寸只能為了計算方便進行簡單的近似取整，不能較大的改動。

通常，目標為了實現(xiàn)某一功能，保證其可靠性會使用不同的材料，且內(nèi)部結(jié)構(gòu)也非常復雜，毀傷計算與目標易損性密切相關(guān)，而目標易損性與目標的蒙皮、殼體材料、密度等有關(guān)，為了方便計算和對比，需要把目標的不同材料等效為標準材料［3］，比如等效為硬鋁LY12cz，通過厚度、體現(xiàn)它們的差別。換算公式如式（1）［4］。

式中：tAL表示其他等效成硬鋁的厚度（mm），t表示某材料厚度（mm），σtAL表示硬鋁強度極限（MPa），σt表示某材料強度極限（MPa），ρAL表示硬鋁密度，ρ表示某材料密度。

2.3 目標易損性與目標部件

目標易損性是指目標對于特定毀傷機理打擊后損傷或毀壞程度，目標易損性越高，受到打擊后越容易被毀傷［5］。目標易損性與自身材料、結(jié)構(gòu)和特定毀傷機理有關(guān)，適宜的戰(zhàn)斗部可以造成更大的毀傷，比如使用破片殺傷戰(zhàn)斗部對裝甲、有生力量的毀傷比對建筑物的效果好。

目標是一個復雜的系統(tǒng)，可以劃分為多個部件或者艙室，比如對于飛機目標，由駕駛艙、油箱、發(fā)動機、彈藥艙等組成，每個部件對于不同的毀傷元都有不同易損敏感度并且對目標整體的易損性起一定的作用，對于目標易損性的分析可以通過分析實際部件（艙室）來實現(xiàn)更高精度。

2.4 目標關(guān)鍵部件與非關(guān)鍵部件分析

目標的作用是通過其內(nèi)部不同的部件功能協(xié)同來實現(xiàn)的，但是組成目標的部件很多，對這些部件的分析會大大影響效率，因此不可能也沒有必要對每一個部件進行分析計算，而目標內(nèi)存在一個或多個關(guān)鍵部件，這些部件的毀傷會造成整體目標的毀傷，比如對于飛機目標，可以通過打擊它的油箱或發(fā)動機對其造成致命損傷，而非關(guān)鍵部件沒有這個效果。分析目標的關(guān)鍵部件作用和損傷可以大大提高毀傷概率計算速度。但是并不是說非關(guān)鍵部件沒有分析的必要，反而在實際情況中，由于彈目復雜的交會條件，非關(guān)鍵部件可能從武器毀傷目標方向遮擋關(guān)鍵部件，典型的例子就是飛機蒙皮、殼體遮擋了飛機發(fā)動機等關(guān)鍵部件，因此有必要分析實際彈目交會條件下目標關(guān)鍵部件和與之相關(guān)的非關(guān)鍵部件。

2.5 冗余關(guān)鍵部件和非冗余關(guān)鍵部件

前面分析過，對目標關(guān)鍵部件的毀傷會造成目標的毀傷，但是有些目標存在多個同類型的關(guān)鍵部件，比如飛機目標擁有多個發(fā)動機，毀傷一個不會對目標造成致命傷害，只有對所有發(fā)動機或者多個發(fā)動機毀傷才能毀傷目標，因此，在對目標進行關(guān)鍵部件分析時，要充分列出所有冗余關(guān)鍵部件，冗余關(guān)鍵部件關(guān)系可以通過毀傷樹來體現(xiàn)。

2.6 易損面積

易損面積是指在某種毀傷元對目標毀傷作用的矢量平面上，目標或其部件的投影面積與被擊中后的毀傷概率的乘積［6］，易損面積沒有特定形狀，它是抽象概念。易損面積的計算公式如式（2）：

式中：AV表示易損面積，AP表示呈現(xiàn)面積，PK/H表示毀傷概率。

3 目標標準化處理流程

戰(zhàn)時目標毀傷結(jié)果評估或者預估的需要在速度和精確度二者之間衡量，根據(jù)前面的對目標標準化的概述和相關(guān)概念介紹，這里總結(jié)一下目標標準化處理流程。

首先，在對作戰(zhàn)目標分類后，分析目標的內(nèi)部部件組成、空間結(jié)構(gòu)、易損性和易損面積、相對位置以及相互之間功能上關(guān)系，找出關(guān)鍵部件和與之相關(guān)的非關(guān)鍵部件，構(gòu)建某種毀傷程度（如摧毀、殲滅/重度毀傷、功能喪失/中度毀傷、功能受限/輕度毀傷）的毀傷樹。在此基礎(chǔ)上，對特定彈目交會條件下目標和部件材料進行等效處理，計算相應易損面積，形成數(shù)據(jù)庫，便于戰(zhàn)時快速反應，然后根據(jù)特定類型戰(zhàn)斗部打擊目標進行毀傷概率計算。

4 反艦導彈目標標準化與毀傷概率計算

根據(jù)前面對目標標準化的描述，在這里以某型反艦導彈為例，進行目標標準化處理和毀傷概率的計算。

4.1 反艦導彈目標標準化

反艦導彈屬于裝甲/設(shè)備分類，圖1是一個典型的反艦導彈結(jié)構(gòu)圖，主要由彈體、導引頭、引信、戰(zhàn)斗部、控制系統(tǒng)、彈上電氣設(shè)備、燃油艙室、發(fā)動機等組成［7］。

導彈能否繼續(xù)執(zhí)行任務與其上述幾個部件是否損傷關(guān)系密切，不同部件不同程度的損傷對導彈武器整體的毀傷影響程度也不同。導彈目標毀傷（功能失效）主要由三種情況造成：1）導彈爆炸失效；2）偏航未擊中目標；3）擊中目標但沒有爆炸成為啞彈［7～8］，所以分析得到反艦導彈目標關(guān)鍵部件是導引系統(tǒng)、引信戰(zhàn)斗部、控制系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)和動力系統(tǒng)［9］。而毀傷這些部件首先要破壞外層殼體，對于反艦導彈的打擊主要是通過破片來毀傷的。圖2是造成反艦導彈目標毀傷情況2）、3）的毀傷樹。

圖1 導彈結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 導彈毀傷樹

4.2 毀傷概率計算

根據(jù)4.1分析結(jié)果，假設(shè)某破片殺傷戰(zhàn)斗部從側(cè)面打擊某反艦導彈，戰(zhàn)斗部爆炸通過形成的破片對導彈目標形成毀傷，破片飛散區(qū)域是呈圓錐形，如圖3所示。

圖3 彈目交會示意圖

錐體球冠面積為

導彈長7m，彈徑0.4m，破片戰(zhàn)斗部距目標10m處爆炸并形成半錐角（破片飛散角）為30°的椎體破片區(qū)，假設(shè)在破片飛散區(qū)共形成了2000枚破片［10］。

導彈各部件易損面積是通過式（2）計算的，進一步假設(shè)，所有破片均勻分布在破片區(qū)椎體冠表面，所以擊中目標的破片數(shù)量為

破片雖然可以擊中目標，但并不是所有破片都能對目標產(chǎn)生損傷，有的破片由于動能太小或者入射角太大無法穿透目標蒙皮或外殼，有的即使穿透外殼但無法對內(nèi)部關(guān)鍵部件造成損傷，只有具有一定質(zhì)量的破片大于目標等效材料極限穿透速度，才能造成損傷，球形破片對等效材料極限穿透速度公式為［11～12］

式中：h為目標材料厚度，d為球形破片直徑，η為破片入射角，ρ為破片材料密度，ρt為目標或其部件材料密度，σt目標或其部件材料強度極限，a、b取決于實際破片與目標交會條件。

為了簡化計算，這里假設(shè)擊中目標的66枚破片中有20枚對目標或其內(nèi)部部件產(chǎn)生損傷，目標生存概率為

所以，目標毀傷概率為

為了計算方便，粗略近似所有破片使用平均質(zhì)量，所造成的毀傷效果也是相同的，因此

將式的結(jié)果帶入式中，計算得到，該彈目交會條件下，目標毀傷概率為88.26%。

5 結(jié)語

針對傳統(tǒng)目標標準化計算精度低，計算機仿真方法效率低的實際情況，提出了基于目標易損性的目標標準化處理流程，通過對作戰(zhàn)目標標準化處理，在大大提升毀傷評估的速度外，不失準確度和可信度，權(quán)衡了評估效率和正確性。并以典型反艦導彈目標為例，分析并計算其毀傷概率，驗證了方法的有效性和可行性。

但是該方法存在一定的局限，需要對目標特性有很深的理解，但是在實際情況中，毀傷評估工作面臨的困境就在對我方武器彈藥性能掌握較準確，而對敵方目標信息掌握較少，甚至有誤，因此，需要在對目標簡化的流程上進一步分析模糊處理的手段。此外，上述流程涉及到易損面積的計算，這需要平時毀傷評估工作的積累，對于一類型目標，其內(nèi)部部件的作用和易損性、易損面積既有同一性也有差異，只有平時分析的目標越全、特性摸得越透，才能在戰(zhàn)時起到關(guān)鍵作用。