区域防御体系的配系和部署研究

毕开波，董受全，杨兴宝

(海军大连舰艇学院 导弹系，辽宁 大连　116018)



区域防御体系的配系和部署研究

毕开波，董受全，杨兴宝

(海军大连舰艇学院 导弹系，辽宁 大连116018)

针对区域防御中体系配系和部署构建的困扰难题，在设定的攻击方和防御方对抗案例的基础上，构建了2种区域防御体系。按设定的区域防御关键性能指标要求，根据不同的作战想定对这2种防御体系配系进行了计算和分析对比，得出2种防御体系在不同作战想定下的防御体系的配系和部署。为构建区域防御体系配系和部署提供了一种量化方法，对区域防御作战使用具有实际指导意义。

区域防御；体系配系；威胁分析；作战想定；防御体系；交战规则

0　引　言

区域防御是指防卫和保护的一个特定的地理区域，如某个国家或地区，一个或多个战区，或海上某特定作战方向或作战区域。区域防御是目前防御作战发展的重要方向[1-5]，而重点是构建区域防御体系。针对防御体系和评估，很多文献进行了深入分析研究[6-15]，由于这些研究相对理论性比较强，对部队作战使用指导作用不够强。本文构建2种区域防御体系，并根据不同的作战想定对防御体系配系分别进行计算和分析对比，从而提供给部队防御体系在不同作战想定下的防御体系配系和部署方法。

1　威胁分析和作战想定

在选定的防御区域中，防御方需要考虑来自攻击方的各种威胁，并对威胁想定进行研究。

1.1作战想定

在构建防御体系时，必须考虑下列信息：进攻方的范围；进攻方的意图；战争可能持续的时间和进攻方导弹发射时间的分布；进攻方的作战原则；威胁大小和弹头类型；进攻方对拦截威胁的实时适应能力和潜力；在反导拦截的情况下，进攻方武器系统的可使用性和战斗力消耗情况；已知或估计的进攻方导弹存量等技术参数。对决策者来说，真实的情况往往是知之不多的，因此作战指挥官应研究和分析各种战场情报，尽早地对战争研究不同想定。

最坏情况的想定(想定1)：假定只有关于进攻方作战指令的最差情报评估，进攻方作战指令既包括其导弹数量，也包括进攻方可用发射器数量。因为不知道任何关于进攻方意图信息，所以认为每一个来袭导弹对于每一个在其攻击范围内的目标都能构成威胁。

最可能的想定(想定2)：假设知道有关进攻方意图的一些信息，这就产生了若干相对于最坏想定的一些衰减因素。例如：①假定进攻方对于不同的目标(DA)赋予特定的权重，就排除了所有能够到达某特定目标的攻击武器都会向其开火的假设；②进攻方在整个战争期间会通盘考虑武器及导弹的使用，将会限制在齐射时使用攻击导弹的数量。③如果防御方可能使用反制武器来回应进攻方导弹的攻击，则可能减弱和抑制进攻方导弹发射者的攻击能力。

产生一个想定集合(想定3)：使用若干假设，并从最坏的假设开始，作出若干程度逐渐减弱的假设；或从最可能的想定开始，作出若干逐步减弱的、或者逐步严重的关于想定假设的集合。

1.2举例分析

假设攻击方为A；防御方为D。攻击方A具有两者类型的攻击系统，分别为短程攻击武器和中程攻击武器，这里分别表示为SR和MR，分别部署在4个发射区域，如图1所示。该区域内有6处目标(用DA表示)需要防御。需保护的这些目标分布在整个防御区域的不同位置。有些是大的区域(如DA1，DA2,DA4)，而有些是小的军事目标(如DA3,DA5,DA6)。设防御方要保卫目标的指标如表1所示。

图1　攻击方及防御方的态势图Fig.1　Situation map of attack and defense sides

表1　区域防御指标

Table 1　Area defense index

要防护的目标(DA)有效拦截能力(DL)(%)允许的泄漏率(LR)(%)DA197.52.5DA2,DA4991DA3,DA5,DA68515

为了达到所要求的防御要求的各种指标，防御方必须经过科学规划、统筹设计，才能建立科学合理的防御体系。现举例子如下：设防御方使用武器系统针对某一种导弹威胁进行防御，要保护的目标是单一的。漏截率(LR)与发射拦截器的数量n由下式给出：LR=(1-Pk)n。其中，Pk是拦截器的单发杀伤概率。因此，如果知道了武器系统的单发杀伤概率Pk，并给出了漏截率LR，则由此式可以确定发射的拦截器数量。如果进攻方有m个导弹攻击，就可以计算出需要nm个拦截器投入战斗。

假设每个发射区域有5个发射器，每个发射区域每天的发射次数不超过2次。考虑一个2天的战斗情况，首先估计在这2天的战斗中，对准防御方D的导弹数量。假定攻击方有4个各带有5个发射器的发射场。

最坏的饱和想定：与想定1相对应，即在最坏的饱和想定(也就是所有的发射点同时发射)下，攻方一次可发射20枚导弹。考虑到每个发射点每天能发射2次，最坏的情况是一天发射40枚导弹，这样在2天中攻方总共能发射80枚导弹。

最可能的想定：与想定2相对应，作出减弱的假设，即防御方的防御力量能够及时对攻击方的发射地点作出反应，并在第2天之前，使攻方的发射能力减弱20%。这种想定下，第2天只有32枚导弹攻击能力，因此2天总共能发射72枚导弹。

想定集合：与想定3相对应，在“最可能”和“最坏”想定之间建立另外2种攻击逐渐减弱的想定，其减弱的速率分别为10%和5%(当然，“最坏”情况下对方的攻击能力不减弱)。

2　区域防御的体系构建

通过选择合适的防空导弹武器系统来建立区域防御。假设有2种防空导弹武器系统可供选择：

第1种武器系统记为“系统1”，是一个区域防御(较高层和较大覆盖区的)系统。假设系统1每个发射器带有4枚导弹。图2描述了系统1具有代表性的部署情况。在图2中实线表示第1层的防御覆盖区，而虚线表示第2层防御覆盖区。这种部署要求所有需要保护的目标DA都处于第1层防御区内，并且除了DA5和DA6以外，其余的DA都位于两层防御区内部；整个防御系统由3个部署点构成，这3个部署点分别对应系统1的3个火力单元。

图2　系统1部署Fig.2　Deployment of System 1

第2种武器系统记为“系统2”，为点防御系统，只有单层防御能力，如图3所示。

如果使用第2种武器系统保护所有的DA，则需要部署4个发射器。假设系统2的发射器带有6枚导弹。上述2种防御系统对不同目标的单发杀伤概率由表2给出。为简化起见，假设在整个拦截过程中，每个系统的单发杀伤概率Pk为常数，并且在第1层和第2层中Pk也保持相同。要强调的是，点防御系统(系统2)对拦截速度较高的、距离较远的来袭导弹(即中程：MR)效果较差，因此对应的单发杀伤概率Pk较低。

图3　系统2部署Fig.3　Deployment of System 2

表2　区域防御系统的单发杀伤概率Pk

Table 2　Single kill probability of area defense system Pk

区域防御系统的单发杀伤概率来袭目标短程来袭导弹(SR)中程来袭导弹(MR)系统10.850.85系统20.850.80

3　防御体系配系分析

确定区域防御体系配系的总原则是：确定在某一给定时间、针对某一特定威胁、满足特定性能要求的装备集合。

3.1基于系统1的单系统防御体系配系

构建体系配系的第1步是针对每一种威胁，给每个被保护目标DA确定其交战规则(rules of engagement,ROE)。

(1) 确定交战规则的基本方法

从表1中查出要求的拦截能力DL，将其与表2中系统1对目标DA的单发杀伤概率相比较，若Pk≥DL，则单层拦截可以满足拦截要求，否则需要两层拦截(注意，这里所说的两层拦截只是区域防御系统1对目标的两层拦截，不是指系统1和系统2混合后实现的两层拦截)。

从表1和表2可知，在单层防御中，使用一个拦截器足以保护DA3,DA4,DA5(因为表2中系统1的单发杀伤概率0.85大于等于DA3，DA4,DA5要求的拦截能力85%)。

对于目标DA1，DA2,DA4，由于要求的拦截能力(97.5%和99%)大于系统1的单发杀伤概率(0.85)，因此需要两层防御才能满足要求的拦截水平。每层拦截需要的拦截器数量用下式进行计算。LR=(1-Pk1)n1(1-Pk2)n2，式中，各参数的含义与前面的含义一样 。使用此式进行计算，能很容易地确定：在第1层发射一个拦截器和在第2层发射一个拦截器的交战规则(ROE)，就足够满足保护DA1的要求，而要保护DA2和DA4，则需要在第2层中有2个拦截器。

上述结果汇总后如表3。显然该结果满足了表1制定的防御要求。

表3　系统1的交战规则(ROE)

(2) 针对最坏想定下系统1的防御体系配系

首先确定饱和攻击想定中所需要拦截器数量。假定，在一次饱和攻击中，多枚来袭导弹或多或少地会同时到达它们的目的地时，对拦截方来讲，它没有重复装填能力，因此不考虑重新装填时间。对图2进行修改后绘成图4所示，进行如下3次计算。

图4　系统1对发射器和拦截器需要量的计算Fig.4　Calculation of transmitter and interceptor 　　　needed by System 1

计算1：火-Ⅰ单元防御DA1。

参见图4，火力单元Ⅰ(下面简称火-Ⅰ，以此类推)在2个防御层中对于DA1提供了防御，并且也可能在第1层中对DA2提供防御。为做到这一点，需要20个拦截器(在最坏情况下饱和密集攻击是20个来袭导弹，由火-Ⅰ所防御的2个目标中的每一个都可能遭遇全部来袭导弹的攻击)。火-Ⅰ也需要对DA1提供第2层的防御(这里不考虑对DA2的第2层防御，而是将其放到火-Ⅱ的计算3中去考虑)。如果有20个来袭导弹对准DA1，因为平均的单发杀伤概率为0.85，其中有3个将透过第1层防御。针对DA1防御的交战规则(ROE)要求：在第2层防御中，每个来袭导弹须有一个拦截器，因此需要额外增加3个拦截器，这样总的就需要23个拦截器。系统1的每个发射器携带有4个拦截器，因此在火-Ⅰ上就需要配备6个发射器。

计算2：火-Ⅲ对DA3，DA4,DA5，DA6提供单层防御，同时对DA4提供第2层防御。

该火力单元可能对DA3，DA4，DA5和DA6提供第1层防御，并对DA3和DA4提供第2层防御。同样每目标DA都可能遭遇到全部20个来袭导弹的饱和攻击。针对第1层防御，该火力单元需要20个拦截器。在火-Ⅲ的覆盖区中，唯一需要第2层防御的目标是DA4(这是由表3得出的结果)。如果全部来袭导弹都攻击DA4，则穿透火-Ⅲ第1层防御的数量还是3个。对DA4而言，在第2层防御中，表3规定防御DA4时针对每个来袭导弹需要2个拦截器，这就需要增加6个额外的拦截器，从而(针对DA3，DA4，DA5，DA6的单层防御，及DA4的第2层防御)共需要26个拦截器和7个发射器。

计算3：火-Ⅱ仅对DA2提供第2层防御。

该火力单元对于DA2和DA4提供第1层防御。但是，这2个目标分别已经被火-Ⅰ，火-Ⅲ所覆盖，因此不需要再重新计算。现在将DA2的第2层防御放到火-Ⅱ中去考虑，因此，火-Ⅱ唯一要求的额外拦截器是DA2第2层防御所需要的拦截器。因为表3中DA2和DA4要求的所有参数相同，这就意味着：(仅对DA2的第2层防御而言)，需要6个拦截器和Int(6/4)=2发射器。

综上所述，对系统1构成的单系统防御体系配系共需要6+7+2=15个发射器，计算结果见表4。为了对抗饱和攻击，需要23+26+6=55个拦截器。针对最坏想定，2天中每天有2次保护攻击，因此就需要拦截器的总数为：55×4=220个拦截器。

表4　系统1对于最坏想定防御体系配系

在海上区域防御时，必须考虑最坏的可能，同时必须考虑可能遭受攻击的次数、强度、防御的总时间，从总体上对区域防御所需的兵力兵器进行优化计算。不能仅以一个编队、一个对抗回合来计算区域防御所需要的防空舰艇和防空武器的总量。

(3) 针对最可能想定下系统1防御体系配系

以相同的方法来讨论最可能想定的防御体系配系。计算结果汇总如表5左半部分所示。

表5　系统1对于最可能想定防御体系配系

根据汇总表，对于饱和攻击总体上需要15个发射器，54个拦截器。显然，这些数据与最坏想定下的结果几乎是相同的，这是因为饱和攻击的总量没有发生变化。

在计算所需要的总拦截器的数量中，应该考虑在这种想定前提下，第2天进攻方的攻击能力下降20%。于是，对于第1天(对付2次攻击)需要108个拦截器，然而对于第2天仅需要87个拦截器，这样就求得总的需要195个拦截器。注意， 尽管理论

计算需要195个拦截器，而实际上需要在2个火力单元间分配，故实际选择196个拦截器。

3.2基于系统2的单系统体系配系

(1) 确定交战规则的基本方法

现在可以推导由系统2针对每个目标DA所执行防御的交战规则(ROE)。在推导过程中，需要注意如下2点：首先明确一个前提，即系统2是点防御系统，仅在单层上进行防御，每个拦截所需要的拦截器的个数可以直接用LR=(1-Pk)n求出。 其次，系统2对于短程和中程来袭目标的单发杀伤概率不相同，这一事实意味着对于这2种不同情况，需要有不同的交战规则。考虑所有这些因素，能够获得如表6描述的交战规则。

表6　系统2的交战规则

表6中的每个单元包含了在某一特定条件下所要求的拦截器的数量。注意：因为在各火力单元之间没有重叠区，基于系统2的防御体系配系将比系统1的简单。

(2) 针对最坏想定下系统2的防御体系配系

为了计算系统2的防御体系配系，按系统1中用的方法进行求解。计算如图5所示。汇总上述计算结果，由此获得总共37个发射器和220个拦截器来对抗饱和攻击的情况，如表7的左半部分所示。

图5　系统2对发射器和拦截器需要量的计算Fig.5　Calculation of transmitter and the interceptor needed by System 2

表7　系统2对于最坏想定防御体系配系

Table 7　Defense system allocation for the worst case scenario by System 2

火力单元保护目标1次饱和攻击2天(中程、短程)导弹混合攻击拦截器数目发射器数目拦截器数目发射器数目火-ⅠDA16010火-ⅡDA26010火-ⅢDA3DA46010火-ⅣDA5DA6407混合考虑混合考虑合计2203780037

在2天的全部攻击中，假设进攻方共发射了80枚来袭导弹，其中40个为MR(中程)来袭导弹。由于另外40个SR(短程)来袭导弹对DA的攻击所需的拦截器较少，所以，如果每个DA必须在混合威胁情况下得到防御保护，2天就需要总数为800个拦截器。

(3) 针对最可能想定下系统2防御体系配系

利用上述相同的方法分析最可能想定时，防御体系配系可能会有一些明显的变化。考虑到第2天进攻方来袭导弹的攻击力量有20%的下降，从而可以得到如表8所给出的关于2天作战的防御体系配系。

表8　系统2对于最可能想定防御体系配系

方便比较将上述4个表合起来，形成表9所示。

由表9可看出，区域防御所要求的体系配系的大小(220个拦截器， 15个发射器)与点防御所要求的配系大小是显著不同的。这主要是因为对于区域防御系统中，各火力单元防御范围有重叠的情况发生，这种重叠允许将目标分组并因此对于每个来袭导弹的防御需要更少的时间。形成这一差别的因素还包括系统1具有“射击-观效-再射击”作战模式。对点防御系统来说，因没有火力单元间的重叠，从而导致进攻方齐射攻击时，防御系统内部分配变化对其防御性能影响很敏感。因此，在海上防御时编队指挥要格外重视对近程和末端防空武器分配。

表9　计算结果总比较表

4　结束语

针对区域防御中的理论困扰难题，在假定攻击方和防御方对抗的典型案例和防御指标的基础上，构建区域防御体系和点防御体系，根据不同的作战想定，对这2种防御体系配系进行了计算和分析，得出2种防御体系在不同作战想定下的防御体系配系，通过比较得出2种防御体系配系的优缺点。本文为构建区域防御体系配系和部署提供了一种计算方法。对适应海军战略转型，满足远海防卫作战需要，加快海军区域防御作战力量建设，完善区域防御理论都具有重要意义。

[1]毕开波，杨兴宝，陆永红，等.导弹武器及其制导技术[M].北京：国防工业出版社,2013.

BI Kai-bo,YANG Xing-bao,LU Yong-hong,et al.Missile Weapon and Guidance Technology[M].Beijing:National Defense Industry Press,2013.

[2]宋海凌， 吴新宏. 国外舰载防空体系与武器发展趋势[J]. 现代防御技术, 2011, 39(1):33-37.

SONG Hai-ling，WU Xin-hong. Development Trend of Shipborne Defense Weapon and Architecture in Abroad [J]. Modern Defence Technology, 2011, 39(1):33-37.

[3]胡宝洁， 徐忠富， 范江涛，等. 美军末段高空区域防御系统现状和发展趋势[J]. 现代防御技术, 2015, 43(2):6-10.

HU Bao-jie， XU Zhong-fu， FAN Jiang-tao，et al. Progress and Prospect of the U． S． Terminal High-Altitude Area Defense System [J]. Modern Defence Technology, 2015, 43(2):6-10.

[4]陈士涛，杨建军，马丽. 末端高空区域防御系统及其作战部署[J]. 飞航导弹, 2011(5):61-65.

CHEN Shi-tao，YANG Jian-jun，MA Li. Terminal High Altitude Defence System and the Operational Disposition[J].Aerodynamic Missile Journal, 2011(5):61-65.

[5]王克强.防空概论[M].北京：国防工业出版社，2012.

WANG Ke-qiang.Introduction of Missile[M].Beijing:National Defense Industry Press,2012.

[6]保罗·K·戴维斯，拉塞尔·D·谢弗，贾斯廷·贝克. 武器装备体系能力的组合分析方法与工具[M].卜广志，毛昭军,译. 北京：国防工业出版社，2012.

Paul K Davis,Russell D Shaver,Justin Beck.Portfolio-Analysis Methods and Tools for Assessing System of Armament Systems Capability[M].BU Guang-zhi,MAO Zhao-jun,Translated.Beijing:National Defense Industry Press,2012.

[7]周晓光，林亚军，谷树山，等. 多层弹道导弹防御体系火力分配优化研究[J]. 现代防御技术, 2012, 40(3):109-114.

ZHOU Xiao-guang， LIN Ya-jun，GU Shu-shan，et al. Firepower Allocation of Multiple- Layered BMD System [J]. Modern Defence Technology, 2012, 40(3): 109-114.

[8]周晓光，李为民，李松维，等. 多层弹道导弹防御体系射击策略研究[J]. 现代防御技术, 2011, 39(3):20-25.

ZHOU Xiao-guang，LI Wei-min，LI Song-wei，et al. Fire Doctrines of Multi-Layered BMD System [J]. Modern Defence Technology, 2011, 39(3):20-25.

[9]沈治河，朴成日. 航渡中航母编队基于区域防御警戒舰阵位配置[J]. 计算机仿真, 2013, 30(2):9-12.

SHEN Zhi-he，PIAO Cheng-ri. Disposition Method of Guard Ship in Zone Defense for Carrier Formation in Navigation [J]. Modern Defence Technology, 2013, 30(2):9-12.

[10]郭跃，杨育超，米文鹏. 基于末段高空区域防御系统的跳跃弹道突防能力分析[J]. 弹箭与制导学报, 2010, 30(6):174-176.

GUO Yue,YANG Yu-chao, MI Wen-peng. The Analysis of Penetration Ability of Wavy Trajectory Missile Based on Terminal High Altitude Area Defense System [J]. Journal of Projectiles Rockets Missiles and Guidance, 2010, 30(6):174-176.

[11]王晓钧，乔永杰，张俊安，等. 巡航导弹的威胁分析及防御体系结构的建模[J]. 现代防御技术, 2012, 40(1):65-71.

WANG Xiao-jun， QIAO Yong-jie，ZHANG Jun-an，et al. Analysis on the Threat of Cruise Missile and Modeling of Defense System Architecture [J]. Modern Defence Technology, 2012, 40(1):65-71.

[12]周国祥，许玲. 一种舰艇编队区域防空效能评估方法[J]. 舰船电子工程, 2012, 32(4):30-32.

ZHOU Guo-xiang, XU Ling. An Evalauation Method for the Aerial Defense of Warship Fleet[J]. Ship Electronic Engineering, 2012, 32(4):30-32.

[13]王晓钧，乔永杰，张俊安，等. 巡航导弹的威胁分析及防御体系结构的建模[J]. 现代防御技术, 2012, 40(1):65-71.

WANG Xiao-jun，QIAO Yong-jie，ZHANG Jun-an，et al. Analysis on the Threat of Cruise Missile and Modeling of Defense System Architecture [J]. Modern Defense Technology, 2012, 40(1):65-71.

[14]侯煜博，沈晓峰，李思思. 末段高空区域防御系统跟踪算法研究[J].雷达科学与技术,2013,11(6):594-598.

HOU Yu-bo，SHEN Xiao-feng，LI Si-si. Research on Target Tracking Based on Terminal High-Altitude Area Defense System [J].Radar Science and Technology, 2013,11(6):594-598.

[15]金圣彪. 美国弹道导弹防御系统的发展现状及趋势[J].导弹与航天运载技术,2009(5):57-61.

JIN Sheng-biao. Current Status and Trend of USA Ballistic Missile Defense System Development[J]. Missile and Space Vehcile, 2009(5):57-61.

Allocation and Deployment of Area Defense System

BI Kai-bo，DONG Shou-quan,YANG Xing-bao

(Dalian Naval Academy，Missile Department,Liaoning Dalian 116018，China)

To solve the problem of the theory of area defense, two area defense systems are constructed on the basis of the typical cases of defensive targets of the attack and defense sides. By setting the key performance indicators of area defense requirements, the two defense systems are calculated and analyzed depending on the battle to decide to obtain the defense system allocation of the two defense systems in different battle scenarios. A quantitative method is provided for the allocation and deployment of area defense system, which is of practical guidance significance for the use of area defense operations.

area defense; system allocation; threat analysis; war thought; defense system; rules of engagement

2015-09-29；

2016-02-02

毕开波(1965-)，男，河北丰南人。副教授，博士,研究方向为主要从事导弹控制、制导与作战使用研究。

通信地址：116018海军大连舰艇学院导弹系舰舰导弹教研室E-mail：bkp2004@sina.com

10.3969/j.issn.1009-086x.2016.04.002

E917;N945.1

A

1009-086X(2016)-04-0006-07