海军要地空袭规模预测模型

马新星　滕克难　侯学隆

海军要地是海军兵力栖息、休整、待机、补给和维修的根据地,是海军兵力生存和作战的依托,其地理位置特殊,军事战略地位重要,海军要地大多处于沿海前沿,战时易成为敌首要打击的目标[1].在海军要地防空作战中,对敌空袭兵器的出动规模进行预先判断,是开展防空兵器兵力需求论证与战斗部署的前提和基础,对于实现作战资源的最优配置,提高防空兵的制空效能具有重要意义[2].

1　海军要地防空威胁分析

1.1　海军要地特点

海军要地主要包括各级作战指挥中心、水面舰艇、潜艇驻泊码头、航空兵机场、防空阵地、雷达站和通信枢纽等[3].要地内目标多、分布密集,各目标相对独立,面积较小,且具有重要的战略、战役意义,通常构成分布型区域要地目标[4].

为便于对敌空袭规模进行估算,可对海军要地目标进一步区分[5]:

立体类目标:主要指可从各个侧面进行攻击的立体目标,包括各类建筑物以及通信中心和电力系统等.

平面类目标:主要指可选择的空袭攻击面较单一的平面目标,包括机场跑道、交通枢纽和码头等.

地下类目标:主要指地下指挥所、地下工事、飞机掩体、地下输油、气管线枢纽等.

1.2　空袭作战样式

现代空袭体系的兵力构成上既有突击兵力,也有压制兵力;现代空袭通常伴有电子战飞机的支援,空袭飞机还可携带自卫式电子干扰设备[6].据此可判断我海军要地防空面临的空袭样式可能为:

空袭初始阶段,敌对我要地防空体系进行压制.在预警机支援下,采用电子战飞机,对我实施电子干扰,使用反辐射导弹、远程空地导弹、巡航导弹等对我防空体系的信息节点、高价值目标进行定点突袭[7−8].

待完成压制任务后,使用空地导弹、制导炸弹和普通航弹,由载机携带,低空突防,采用近距或临空轰炸的方式,对我要地重要目标及设施进行突击[9].

1.3　空袭打击系统的构成

空袭综合打击系统是空袭体系对敌实施打击的最直接力量,是空袭体系的主体和其他系统服务的对象,按作战机理可分为信息攻击分系统和火力攻击分系统[10].

信息攻击分系统主要用于对敌方的信息系统实施攻击,夺取空袭作战的制信息权.信息攻击分系统主要由对我海军要地信息节点进行压制和反辐射攻击的电子战飞机构成,如远距离支援干扰飞机和随队支援干扰飞机.

火力攻击分系统主要是指用于对地(水)面目标实施硬摧毁的空袭武器系统,是空袭体系最直接的打击力量[11].火力攻击分系统主要由对我要地目标实施火力突击的空袭飞机、巡航导弹和战术弹道导弹等构成.

2　空袭作战飞机数量预测模型

2.1　空袭飞机出动强度

空袭飞机出动强度是指机场某型飞机每昼夜的可出动量,其与飞机的可用数量、飞机系统的可靠性及完成战斗效能等诸因素有关[12],可由式(1)估算:

式中,N强度为空袭飞机的出动强度,N出动为空袭飞机的一次可出动量,n平均为空袭飞机的日平均最大出动强度.

空袭飞机的一次可出动量可由式(2)估算:

式中,N出动为空袭飞机的一次可出动量,N总为空袭飞机的总兵力数,P预备为空袭飞机保留预备队的比例,P良好为空袭飞机的良好率[13].

空袭飞机的日平均最大出动强度可以由式(3)估算:

式中,t战斗为飞机完成首次地勤详细检查和飞机接收后,进行空袭作战行动的时间,t飞行为飞机完成一次战斗出动所需的飞行时间,t准备为一次战斗出动后的飞机准备时间[12].

2.2　空袭飞机需求量

不考虑对抗,并假设空袭飞机能发现目标时,对j类目标空袭的基本兵力需求量N空袭j为

式中,Wj为毁伤保卫目标的毁伤效果指标,S目标j为j类保卫目标的面积,Sij为i型弹药对j类目标的毁伤面积,ni为一架空袭飞机挂载的i型弹药数量.针对立体类、平面类和地下类目标,文献[5]给出了弹药毁伤面积的计算方法.

对抗条件下,空袭飞机对目标的发现概率不为1时,完成对j类目标空袭的兵力需求量N需j为

式中,N空袭j为完成对j类目标的空袭所需基本兵力数量,P发现j为空袭飞机对j类目标的发现概率,Q为空袭飞机成功突防的概率[14].

2.3　空袭编队规模

空袭编队的规模可按照编队飞机的架数分为大规模编队(40～100架)、小规模编队(3～4架,有时也指不超过10架)和中等规模编队(介于两者之间).根据我海军要地目标的数量、分布特征,以及小规模空袭编队便于隐蔽接敌、战术使用灵活性强等特点,可判断我要地防空作战初始阶段面临的空袭编队一般为小规模编队,其常用的队形有横队(四机或六机)、纵队(四机或六机)、楔队(三机)、梯队、箭队、疏开队形、密集队形、跟进队形等[15].

为便于估算空袭规模,取空袭编队的平均飞机架数n编队=4,根据式(5),对j类目标空袭兵力需求量为N需j,设对j类目标空袭所需的编队数(波次数)为N编队j,取

3　电子战飞机数量预测模型

3.1　远距离支援干扰机

远距离支援干扰飞机可搭载大功率干扰设备,在一定正面形成有效的干扰掩护区,掩护航空兵突防[16],其干扰效果与干扰机的数量和配置方位紧密相关,仿真实验表明,同一角度增加干扰机数量,干扰效果提升不大;以一定角度间隔配置干扰机,可以对雷达起到很好的压制作用[17].

如图1所示,建立以雷达为极点,雷达与攻击机编队中心的连线为极轴的坐标系.雷达接收目标回

波信号功率Pr为

式中,Pt为雷达发射功率,Gt为雷达天线主瓣增益,λ为雷达信号波长,σ为被探测目标的有效雷达散射截面积,Rt为雷达与空袭编队间距离,Lt为雷达信号传输损耗因子.

图1　雷达、空袭编队与电子战飞机位置关系

进入雷达接收机输入端的干扰信号功率Prj为

式(8)中,Pj为干扰机发射功率,Gj为干扰机主瓣增益,Gt(θ)为雷达接收天线的增益函数,θ为干扰信号离开雷达最大增益方向的角度,γj为干扰信号对雷达天线的极化损失,Rjr为干扰机到雷达的距离,Lj为干扰机传输损耗因子,Br为雷达带宽,Bj为干扰机带宽.

当干扰信号能压制雷达回波信号时,干扰效果有效,即

式中,Kj为干扰压制系数.

由式(7)～式(9)可得:

对雷达接收天线增益进行如下简化:

式中,θ0.5为天线波束的半功率宽度,k一般可取0.04～0.1,其值视天线而定,低副瓣天线的k应取较小的值[18].

由式(10)、式(11)可得:

设空袭编队距雷达的最小距离为空袭飞机最近投弹距离Rtmin,并取:

干扰机可配置的区域的大概形状如图2所示.

图2　干扰机满足干扰效能的可配置区域

图2可见配置区域不连续,忽略局部的变化,并进行近似处理,可得图3所示的喇叭型连续区域.战术上通常会给出电子战飞机抵近干扰目标的最近距离Rmin,则电子战飞机的实际配置区域为Rjr≥Rmin[19],如图4所示.

图3　干扰机可配置的区域近似

图4　干扰机实际配置区域

当存在多部目标雷达n雷达需要干扰时,针对不同目标雷达i(i=1,2,...,n雷达)估算出干扰机的可配置区域Si,对于配置区域存在交集的不同目标雷达,可只配备一架干扰机,依此估算出远距离支援干扰机的出动规模.

3.2　随队支援干扰机

随队支援干扰飞机基本编队方式有两种:独立编队和混合编队.混合编队是一种常用方式,随队支援干扰飞机与作战飞机编队飞行,每个攻击编队配置1～2架干扰飞机,利用机载干扰设备及反辐射导弹对敌方预警、警戒、制导雷达进行干扰、压制,掩护编队突防和撤离,保障编队飞行安全.独立编队时,随队支援干扰飞机通常由3～4架飞机组成,独立组成干扰编队伴随作战飞机编队飞行,掩护作战编队突防或突击目标[20−21].

设一架电子战飞机最大可挂载干扰吊舱数为n扰舱,每个干扰吊舱的干扰单元数为n扰元,当不考虑干扰资源的优化分配时,一架电子战飞机最大可干扰目标数N扰为

设一个空袭编队需要干扰的平均目标数为n雷达,混合编队时,设每个编队配置的随队支援干扰飞机平均数量为n随扰,则n随扰可估算为

由于随队干扰采用独立编队时,常配置在地面防空火力范围之外,因此,地面防空作战单元抗击的对象主要是采用混合编队的随队支援干扰飞机.

对于小规模空袭编队,可取n随扰=1,即每一编队平均配备一架随队支援干扰机,结合式(6)对j类目标空袭所需的编队数N编队j,可估算出对j类目标空袭所需的随队支援干扰机数量为

4　空袭巡航导弹数量预测模型

巡航导弹具有防区外发射,精确打击,可避免人员、飞机损失等优势,使得巡航导弹成为空袭行动的首选.

式中,W毁伤为目标平均毁伤率,P目标为单枚导弹对目标的平均毁伤概率,P发现为导弹对目标的发现概率,Q为导弹的突防概率[14].

5　算例

设我某要地内保卫目标数量、类型及相关参数情况如表1所示,敌空袭兵器毁伤性能如表2所示.

表1　要地内目标类型及相关参数

表2　袭兵器对不同介质目标的毁伤半径　m

敌从一机场出动一型飞机对我要地进行空袭,一架飞机可挂载16枚J型制导炸弹或8枚X型空地导弹,空袭飞机对目标的发现概率P发现为0.95,导弹的突防概率Q为0.9.根据我要地内各类目标的特征、数量以及敌空袭弹药的特性,由式(4)、式(5)可估算出敌空袭飞机分别挂载J型制导炸弹和X型空地导弹对不同目标空袭时的出动需求量,并根据式(6)估算出空袭编队的规模,再由式(16)估算出敌可能出动的随队支援干扰机数量,估算结果如表3、表4所示.

表3　飞机挂载J型制导炸弹

表4　飞机挂载X型空地导弹

设敌机场的日平均最大出动强度n平均=3,空袭飞机的一次可出动量N出动=10架,由式(1)可得空袭飞机的出动强度N强度=30架,结合表3、表4的计算结果,可判断敌可能空袭2～3波次.

当敌使用Z型巡航导弹时,设导弹对目标的发现概率P发现为0.95,导弹的突防概率Q为0.9,圆概率偏差CEP为5m,由式(17)可估算出对不同目标空袭的巡航导弹规模,如表5所示.

表5　Z型巡航导弹空袭规模

以远程警戒雷达作为坐标原点(0,0),设制导雷达坐标为(1,1),单位为km,设空袭飞机σ=5 m2,抵近干扰的最近距离Rmin=80 km,远距离支援干扰机相关参数如表6所示,则可得远距离支援干扰机干扰远程警戒雷达和制导雷达的可配置区域如表6所示,其有大部分区域相交,所以可判断敌出动规模为一架.

表6　远距离支援干扰机相关参数

图5　远距离干扰机可配置区域

6　结论

对敌可能投入的空袭规模进行预测,可为防空作战兵力需求论证和防空兵力兵器的部署提供决策支持.本文首先分析了海军要地内目标特性,结合现代空袭作战的特点,对敌可能运用的空袭作战样式进行了判断,并进一步给出了空袭打击系统的构成,在此基础上,分别建立了空袭飞机、电子战飞机和空袭巡航导弹的出动规模估算模型,对空袭规模的定量分析进行了很好的尝试,从而为指挥员决策提供更直观的参考.文中建立的模型多为静态预测模型,且许多参数依赖于侦察情报的支撑,建立低情报依赖性、能动态更新的预测模型是值得进一步研究的问题,大数据、深度学习在辅助决策领域的最新研究成果可提供一定的借鉴.

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