超高射速反导舰炮系统作战运用优化仿真研究

邱忠升，王 蓉，蒋飘蓬

(海军航空工程学院 训练部，山东 烟台 264001)

【装备理论与装备技术】

超高射速反导舰炮系统作战运用优化仿真研究

邱忠升，王 蓉，蒋飘蓬

(海军航空工程学院 训练部，山东 烟台 264001)

针对敌方真实导弹的来袭想定，分析来袭导弹的飞行特性和毁伤效应，结合自身舰炮特性，运用层次分析法列出影响效能评估的主要因素，编制舰炮系统作战效能评估和优化仿真程序，对超高射速近程反导舰炮系统的开火距离、射击校正方式选取以及对单目标射击的火力协调等作战运用进行仿真研究，并给出了综合优化的作战运用方案。

舰炮；优化仿真；作战效能；反导

当前对于超高射速反导舰炮系统作战效能的研究，主要集中在特定的某一射击演练环节。而针对某一敌方真实导弹作为拦截目标，从整体上对反导舰炮的各个作战运用环节进行仿真优化，研究还比较少[1-3]。本研究设定一个典型的作战运用想定，假定拦截目标为台湾“雄风-3”超音速反舰导弹，运用层次分析法的优化方法，编制超高射速小口径近程反导舰炮系统作战效能评估和优化仿真程序，对超高射速近程反导舰炮系统的开火距离、射击校正方式选取以及对单目标射击的火力协调等作战运用进行了仿真研究并得出结论。通过该研究，可以为超高射速近程反导舰炮系统的作战运用优化提供指导作用，为综合评价舰上多门舰炮的整体作战效能提供参考方法。

1 基本作战想定和作战效能评估方法

1.1 基本作战想定

舰艇采用超高射速小口径近程反导舰炮系统拦截对抗末端防御区的来袭导弹。假定有效射程300～2 500 m，最佳射程300～1 500 m。这是舰艇编队拦截导弹的最后一道防线。主要用于舰艇最末段的对空自我防御，抗击直接攻击本舰的目标，这时航路捷径接近为零。只有在特殊的战术环境下，如联合协防保卫我最重要目标时，才奉命拦截攻击友舰的导弹目标；舰艇上如在不同部位装有超高射速近程反导舰炮系统，射击时也可构成一定的航路捷径。

根据超高射速近程反导舰炮系统的作战性能和目前世界各方超音速反舰导弹的列装情况，末段拦截反舰导弹目标选取台湾“雄风-3”超音速反舰导弹。敌方采用舰舰、空舰方式，多批次、饱和攻击我舰艇编队。经过我方远、中、近3层次的抗击后，假定能突入我方末段防御圈内，并攻击我舰的敌导弹数量为2～3发。

1.2 作战效能评估优化流程

超高射速小口径近程反导舰炮系统拦截反舰导弹效能评估，是一个复杂的系统工程。它既是舰艇编队防空的最末的一环，又与目标的抗毁特性、武器射击能力以及弹药威力有密切联系。

本研究采用解析法进行作战效能评估计算[4-7]。解析法的特点是，根据描述效能指标与给定条件之间的函数关系的解析表达式来计算指标量。这个解析表达式可以是直接根据实测条件建立的，也可以是用数学方法求解所建立的效能方程得到的。

超高射速小口径近程反导舰炮系统拦截反舰导弹效能评估流程如图1所示。

图1 反导舰炮系统拦截效能评估流程

1.3 拦截射击能力估算

1.3.1 拦截距离与发射弹数

系统在有效连射区间内拦截射击能力主要有不同的拦截射击距离对应不同的发射弹数。取有效连射区间上限为1 500 m，高、中、低3种不同的射速，3种不同的目标速度，按计算式

式中：Vfs为发射速度(发/s)；Nfd为相应拦截距离的发射弹数。

计算结果(条件：目标高20 m，航路捷径0 m)如表1所示。

表1 有效射击区内不同拦截距离对应发射弹数表

由计算结果可看出：有效射击区内不同拦截距离对应的发射弹数呈规律性变化：尽远拦截发射弹数增加；射速增加发射弹数增加；目标速度减小发射弹数增加。题设条件下，最佳拦截区间内(300～1 500 m)，最大发射弹数为444发，最小为173发。有效射击区内对应的最大发射弹数一般可定性归纳为：

1) 高速发射400发左右；

2) 中速发射250发左右；

3) 低速发射180发左右。

1.3.2 校正方法与发射弹数

根据武器系统性能，拦截射击过程中可采用不同的射击校正方法修正弹迹以获得好的射击效果。具体可采用下列校正方法：

1) 虚拟校射。系统对空虚拟校射是为了修正弹道气象准备误差和常量误差。GUN采用短连发射击，TR在GUN射击时，逐发进行偏差检测，WCC-II利用该偏差数据进行射击校正；一般射击1～2组(第一组11发试射测偏，第2组20～30发测偏)，将测得的偏差进行处理，求得校正量。虚拟校射一般在射击前低射速下进行，不影响发射弹数。

2) 闭环校射。当系统TR跟踪好目标后，GUN对目标在“闭环校射”工作方式下进行射击，TR边跟踪目标，边检测弹丸相对目标的偏差量，并将检测到的每发弹丸偏差量送给WCC-II，实时进行处理，变为校正量，参加火控解算，反映在WCC-II的输出诸元中，控制GUN精确指向弹道点。闭环校射通常在中/低速进行射击，所以会影响到有效拦截区间内的发射弹数。

不同校正方法，拦截上限1 500 m时，目标高20 m，航路捷径0 m，其最大射弹发数如表2所示。

表2 不同校正方法对应射弹发数表

1.3.3 舰炮反导系统对“雄风-3”毁伤效应分析

系统对“雄风-3”导弹的毁伤还必须考虑其特殊性，主要有3点：一是时间短暂性。从开始拦截射击到命中目标总时间最大只有2～3 s，要求毁伤具瞬时性，一般击穿、漏油、燃烧不起太大作用；二是弹目距离近，一般在1 500 m以内，非末端机动导弹控制系统已完成使命，毁伤控制系统不起太大作用；三是超音速导弹存速大，一般的发动机毁伤达到速度低于100 m/s可能性小，击穿发动机作用也不大。

所以，超高射速小口径舰炮反导系统对“雄风-3”导弹的毁伤只考虑导弹战斗部。按战斗部要害面积是总体0.75的结论，推算得：战斗部大小尺寸为：直径0.32 m；长1.14 m(相似估值)。其毁伤的平均必须命中弹数取1发。

2 反导舰炮系统作战的典型优化运用

2.1 开火距离优化确定

超高射速近程反导舰炮系统开火距离的远近是作战运用的首要问题。它直接关系到毁伤效能的发挥，持续作战能力的保持和作战效费比的高低。按照作战效能综合优化的思路，取综合作战效能为衡量指标[8]。在末端反导拦截作战中，综合作战效能考虑的因素通常有下列方面：

一是毁伤目标概率。这是首要的，因为只有毁伤目标才能保存自己；

二是持久战力和潜能。反导作战只是攻防作战的一方面，同时要考虑到持久战力和潜能；

三是作战效费比。为达作战的胜利有时可不计成本，但总体上还是要讲究效费比的，消耗的弹药和获得的效果要基本成比例。

综合考虑上述3方面，以层次分析法求算其优化开火距离，具体构建模型如图2所示。

图2 开火距离远近综合效能组成

上述层次模型中，毁伤效能是主要的，持久战力和潜能、作战效费比也必须作相应考虑，具体考虑的程度用权系数Ai来表示。经战术专家打分评判取：A1=0.85；A2=0.10；A3=0.05。毁伤效能直接用相应毁伤概率表示(u1=p)；

持久战力和潜能用下列隶属函数表示

式中：nd为系统弹鼓弹药储备数(1 200发)；nx为某射击距离段内消耗弹药数。

作战效费比同样用隶属函数表示

式中：p为系统相应毁伤概率；nx为某射击距离段内消耗弹药数；k为调节系数，将u3调节到0～1的范围内。

综合效能为

下面取：精度等级：中；目标类型：雄风-3；校正方式：开环；平均必须命数1；目标高度7 m ；航路捷径80 m；目标速度：2.3 Ma ；k=200。算成结果如表3所示。

表3 不同射击预定点斜距下综合效能

由表3中结果可看出：最优综合效能为0.603，其相应的射击预定点斜距为1 400 m，其他射击斜距的综合效能相对要小，但相差不大。对其他条件的计算分析也可得出类似结论。所以综合其他条件，取射击的预定点斜距为1 500 m左右是最优的，且在1 500～1 000 m区间开火均是较优的。

2.2 射击校正方式优化选取

超高射速小口径近程反导舰炮系统具有开环、闭环、虚拟校射后开环、虚拟校射后闭环4种射击校正方式。合理、优化选用校正方式，对提高毁伤效能、圆满完成反导拦截任务具有重要意义。合理、优化选取校正方式的原则有2条：

一是相对提高拦截效能明显(10%以上)；

二是对射击指挥程序和操作不造成大的变动，尤其不能过多增大复杂性。根据上述2条原则，在合理、优化选用校正方式时须做到下列3点：

1) 提前虚拟校射对超高射速小口径近程反导舰炮系统提高作战效能有限，平均毁伤概率仅增大1%～5%。之所以效果有限，原因是提前虚拟校射只能部分排除弹道气象的强相关误差，而系统拦截射击时距离近，引起的弹道气象综合强相关误差小，在系统综合误差中所占的比重不大。据仿真统计，在全航路上弹道气象的综合强相关误差(期望斜距离1 500 m)平均仅占综合总误差比重5%～8%左右。而提前虚拟校射实际实施是一个较复杂的协同过程，所以使用时应慎重。

2) 超高射速小口径近程反导舰炮系统在闭环射击条件下，拦截一枚“雄风-3”超音速反舰导弹其毁伤概率高精度在82%～91%之间；中精度在77%～88%之间；低精度在70%～82%之间。从射击效能的绝对量值看，中、低射速闭环射击其效能均达到或超过高射速开环射击，且实际耗弹大幅减少。如果以中、低速射击的效能相比较，闭环射击比开环射击其平均效能相对提高30%以上，且低精度提高幅度大于高精度。详见表4所示。所以闭环射击是应努力使用的射击修正方式，尤其是精度不高时更应如此。

表4 系统对“雄风-3”射击3种精度开闭环效能对照

3) 当突然发现来袭目标，且不只一个时，如不便行闭环射击应果断采用开环校正方式高射速全力抗击。因为只有开环射击才能采用高射速抗击来袭目标，且开环射击条件下(含虚拟校射后开环射击)高档射速较低档射速单座炮对单目标射击平均提高毁伤效能20%～28%，效果是明显的。所以开环高射速是武器系统紧急情况下增强抗击能力的有效措施。

2.3 对单目标射击的优化火力协调

超高射速小口径近程反导舰炮系统对单目标射击，这是一种最简单的战术情况，但亦是研究对多目标射击的基础。对单目标射击优化要解决的是火力分配中的多对一问题，即解决火力分配中的毁伤标准、分多少、分给谁这3个问题：

1) 毁伤标准是火力分配的首要问题。对于保护的核心目标，毁伤标准应尽量定的髙一些，可靠些，但应以可能为基础。通过仿真计算，闭环射击最高毁伤效能平均为0.96，最低为0.77，平均为0.88。一般情况下可取：0.85～0.90为毁伤标准。

2) 根据毁伤标准可较方便地解算出拦截单个目标的分配兵力。具体如表5所示。由表5中的计算结果可看出：闭环射击条件下的单座综合体拦截一枚反舰导弹的效能原则都能满足毁伤标准；开环条件下高射速高精度下单综合体能够基本满足毁伤标准；开环中精度以二座综合体联合抗击为好；开环低射速射击，只有高精度情况下全平台(三座)综合体共同抗击一枚导弹才能满足毁伤标准。

表5 拦截单个目标不同火力分配效能表

3 结论

在设定的典型作战想定环境下，通过仿真计算认为：射击的预定点斜距为1 500 m左右是最优的，且在1 500～1 000 m区间开火均是较优的；提前虚拟校射对超高射速小口径近程反导舰炮系统提高作战效能有限，而且实际实施是一个较复杂的协同过程，应慎重使用；闭环射击是应努力使用的射击修正方式，开环高射速是武器系统紧急情况下增强抗击能力的有效措施；依据我们对武器综合体要力争高精度、确保中精度、避免低精度的原则，对单枚超音速反舰导弹射击的情况，在没有后续目标情况下，闭环以单座综合体抗击，开环分配二座综合体抗击为好。

制约优化超高射速近程反导舰炮系统作战效能的因素还有很多，因此还需后续结合其他制约因素作进一步研究。

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(责任编辑 周江川)

Research on Optimized Simulation of Combat of Ultra-High Firing Rate Anti-Missile Naval Gun

QIU Zhong-sheng， WANG Rong， JIANG Piao-peng

(Department of Training, Naval Aeronautical and Astronautical University, Shandong 264001, China)

Aiming at the incoming missile attack, the flight characteristic and damage effect of the incoming missile were analyzed. According to characteristics of naval gun, using analytical hierarchy process list of main factors affecting effectiveness evaluation, we processed naval combat system effectiveness evaluation and optimization of simulation programs. Ultra-high speed firing rate anti-missile system of naval gun firing distance, firing correction method to select and use of single target shooting fire coordination were researched by simulation, and gave the integrated optimization of operational application.

naval gun;optimized simulation;operational effectiveness; anti-missile

2015-05-29

邱忠升(1979—)，男，硕士，工程师，主要从事系统仿真、信息安全研究。

10.11809/scbgxb2015.08.009

邱忠升，王蓉，蒋飘蓬.超高射速反导舰炮系统作战运用优化仿真研究[J].四川兵工学报，2015(8):32-35.

format:QIU Zhong-sheng，WANG Rong，JIANG Piao-peng.Research on Optimized Simulation of Combat of Ultra-High Firing Rate Anti-Missile Naval Gun [J].Journal of Sichuan Ordnance,2015(8):32-35.

TJ391

A

1006-0707(2015)08-0032-04