反舰导弹对“守门员”近防炮武器系统突防概率模型研究*

张 峥 谭乐祖 李 韬

(1.海军航空工程学院 烟台 264001)(2.91980部队 烟台 264001)



反舰导弹对“守门员”近防炮武器系统突防概率模型研究*

张 峥1,2谭乐祖1李 韬1

(1.海军航空工程学院 烟台 264001)(2.91980部队 烟台 264001)

论文以“守门员”近防炮系统拦截反舰导弹为背景，建立了反舰导弹突防概率模型，并将反舰导弹飞行速度作为重要影响因素，重新计算了“守门员”系统的最佳开火时机，优化了概率计算模型。最后通过仿真计算对比了亚音速反舰导弹和超音速反舰导弹对守门员系统的突防概率，为反舰导弹的作战使用提供了理论依据。

反舰导弹; 近防炮系统; 最佳开火时机; 突防概率

Class Number TJ761.14

1 引言

随着反舰导弹技术的不断发展，导弹飞行速度的不断提高，超音速反舰导弹现已成为突击水面舰艇的“杀手锏”[1]。与此同时，世界各国的反导作战能力也在日益增强，都建立了较为完善的防空反导体系。舰空导弹在防御体系中主要担负中、远程对空防御任务，但当反舰导弹突破远程、中程舰空导弹的防御后，舰艇编队的防御任务就落在近程防御武器系统的身上。目前，比较典型的有美国密集阵近防武器系统、荷兰的守门员近防炮系统、瑞士的海上卫士系统以及俄罗斯的卡什坦弹炮结合系统。本文选取守门员近防炮系统为背景，考虑反舰导弹的速度对突防概率的影响，通过建立模型及仿真计算，对提高反舰导弹突防能力有借鉴意义。

2 守门员近防炮系统简介及其作战 过程分析

2.1 守门员近防炮系统

“守门员”近战防空舰炮系统[2～3]为荷兰泰雷兹公司生产，采用30mm大口径火炮。在火控雷达的指引下，可同时跟踪18个目标并选择攻击最有威胁的目标。该型近防舰炮系统反应时间仅需4秒，射速达4200发/分，对反舰导弹的有效射程为2km。其与密集阵系统相比，杀伤距离更远，弹丸威力更大，可有效击毁来袭的反舰导弹、飞机、无人机等小型目标。

2.2 作战流程分析

近防炮系统通常对于反舰导弹的威胁判断采取距离指标，即默认首先对距离最近的反舰导弹进行拦截。完成一次拦截任务需要同时满足三个条件：

1) 近防炮系统处于闲置状态；

2) 近防炮系统的备弹量充足；

3) 反舰导弹被成功拦截。

若是上述三个条件至少一个没有满足，则近防炮系统完成一次模拟，系统回到初始状态，重新进行目标识别及威胁判断[4]。无论是完成一次模拟还是完成一次拦截，系统都将统计被成功拦截的导弹数量。“守门员”系统拦截反舰导弹的作战流程如图1所示。

图1 “守门员”近防炮武器系统拦截反舰导弹作战流程图

3 反舰导弹突防概率模型的建立

相对于舰空导弹而言，近防炮系统通常选取单发导弹毁伤概率为指标来衡量其作战效能。与舰空导弹武器系统不同，因为近防炮系统在其火力范围内的单发毁伤概率相对较低，它对反舰导弹的毁伤属于“积累毁伤”，即在反舰导弹的突防过程中，凭借不断地发射高射速、大密度的炮弹来对反舰导弹造成毁伤，最终达到拦截目的[5～6]。因此，“守门员”系统对反舰导弹的抗击距离及抗击时间，成为影响拦截效能的重要因素。

3.1 守门员系统杀伤区分析

由于舰空导弹与舰炮的有效射程一般会有部分重叠区域，所以我们通常在研究舰炮武器系统杀伤区时，选取舰炮最大有效射程或最大有效射程的2/3、3/4作为舰炮的杀伤区远界[7]。但由于空中目标的航路捷径、高度，以及系统自身的跟踪角速度、射速、装弹数等约束的存在，舰炮系统可能无法在其全部有效射击距离内对各类运动状态下的目标进行持续射击，因此应全面、综合考虑各影响因素，以界定舰炮武器系统的杀伤区。

假设反舰导弹在其航路轨迹作匀速水平直线运动，“守门员”系统在其有效射程上保持一定的最大发射弹丸数，射速也保持不变。

图2 近防炮系统与空中目标相对运动关系图

3.2 守门员系统最佳开火时机

由最大连续射击时间T射，可以计算近防炮武器系统的最佳开火距离为：D开=D近+V反舰·T射。

当目标距离D≤D开，即目标进入近防炮武器系统的杀伤区内，则达到射击条件。

由上式可知，最佳开火距离与反舰导弹的速度有关，反舰导弹的速度V反舰越大，最佳开火距离D开也越大，进而可能产生D开>D远的情况。举例来说，假如近程舰炮武器系统的杀伤区远界为2000m，近界为100m，装弹数为300发，射速按照3000发/分计算，那么舰炮的连续抗击时间为6s。若来袭反舰导弹的速度为2.5Ma，通过计算，最佳开火距离为5200m，远超出舰炮武器系统的杀伤区远界。由于在过远的距离上舰炮命中概率相当低，此时不宜过早开火[8]。因此最佳开火距离应为：D佳=min(D开，D远)。

3.3 守门员系统单发炮弹命中概率

由于近防舰炮武器系统的毁伤原理是“积累毁伤”，要想求得反舰导弹突防近防舰炮系统的概率，首先要先求得单发炮弹的命中概率。

影响单发炮弹命中概率的因素有：目标位置误差，火控系统误差，随动系统误差和炮弹散布误差，分别可以用如下方法进行模拟：

X1=D·tanε1·γ1

X2=D·tanε2·γ2

X3=D·tanε3·γ3

X4=D·tanε4·γ4

其中ε1为跟踪雷达误差，ε2火控系统误差，ε3为随动系统误差，ε4为炮弹散布误差，γ1、γ2、γ3、γ4是0、1之间均匀分布的随机数。

当|X|≤r时，认为炮弹命中反舰导弹，反之认为未命中。由蒙特卡洛法进行仿真[9]，可得单发炮弹的命中概率P0=0.0094。

3.4 反舰导弹对守门员系统的突防概率

由于反舰导弹是由战斗部、导引头和自动驾驶仪等不同部件组成的，各部件的强度、作用和地位不同，因此可将反舰导弹的各部位分成致命和非致命两种，其中致命部位包括自动驾驶仪系统、引信、发动机和舵机系统。

综上，单枚反舰导弹对1座“守门员”武器系统的突防概率为[10～11]

假设某型水面舰艇装备r座守门员近防炮系统，按照平均分配空中目标原则，且最多可以同时使用2座“守门员”抗击一枚空中目标，若空中目标为N，存在以下三种情况：

综上，当齐射N枚反舰导弹时，对“守门员”系统的突防概率为

4 仿真计算

假设某驱逐舰有两座“守门员”近防炮系统，即r=2，D远=2000m；D近=460m；nx=4200发/分，弹容量1190发，最大持续抗击时间T射=17s。分别对不同齐射数量时亚音速反舰导弹(V反舰=0.9Ma)、超音速反舰导弹(V反舰=2.5Ma)突防的情况进行仿真，以10000次一组为一个单位求出突防概率，进行100组仿真，得到齐射不同数量时反舰导弹对“守门员”系统的突防概率如图3、图4所示。

图3 不同来袭数量时亚音速反舰导弹对“守门员”系统的突防概率

图4 不同来袭数量时超音速反舰导弹对“守门员”系统的突防概率

根据仿真结果可以看出，当齐射数量增加时，突破水面舰艇近防炮拦截反舰导弹数量的增多，突防概率显著增大。

图5显示的是亚音速反舰导弹、超音速反舰导弹在不同齐射数量下的平均突防概率，显然，超音速反舰导弹对“守门员”系统的突防概率明显高于亚音速反舰导弹的突防概率。

图5 亚音速、超音速反舰导弹对“守门员”系统的突防概率

5 结语

由上述仿真计算可以看出，反舰导弹的飞行速度越快，在近防炮一定射击距离内，作战时间较短，留给“守门员”系统的反应时间越少，反舰导弹的突防概率就越大。因此，提高反舰导弹在末端的飞行速度可以有效提高其突防概率。

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Penetration Probability Calculating Model ofAnti-ship Missile into “Goalkeeper” CIWS

ZHANG Zheng1,2TAN Lezu1LI Tao1

(1. Naval Aeronautical and Astronautical University, Yantai 264001)(2. No. 91980 Troops of PLA, Yantai 264001)

Based on “Goalkeeper” CIWS intercepting anti-ship missile,a penetration probability calculating model of anti-ship missile was built. Considering the influence of anti-missile’s speed,the optimal fire time was calculated and the penetration probability calculating model was optimizated.Through simulation, the penetration probabilities of subsonic anti-ship missile and supersonic anti-ship missile were calculated and contrasted,which would be a good reference for operational use of anti-ship missile.

anti-ship missile, CIWS, optimal fire time, penetration probability

2016年5月3日,

2016年6月27日

张峥，男，硕士研究生，助理工程师，研究方向：作战运筹分析。

TJ761.14

10.3969/j.issn.1672-9730.2016.11.007