侦察区域全覆盖的预警机巡逻区域计算方法

刘典宏，马政伟

（海军大连舰艇学院，辽宁 大连 116018）

0 引言

在现代信息化条件下的海上编队作战中，预警机可以远距离发现敌方兵力，并及时向海上编队报告，提供预警反应时间［1］。在指挥预警机侦察过程中，若已明确侦察区域位置及形状，海上编队需要快速地计算出合理的预警机巡逻区域，以便预警机在该区域巡逻时既能保证自身安全，又可对既定侦察区域实现全覆盖侦察［2-3］。文献［4-5］对预警机前出距离进行了研究，可有效保证预警机安全，但并未涉及巡逻区域的计算；文献［6-10］对预警机的巡逻区域进行了分析计算，但都是基于巡逻强效区与弱效区推算巡逻区域，无法保证全覆盖侦察。本文在保证预警机安全的基础上，对侦察区域全覆盖的预警机巡逻区域计算进行了一定的探索。

1 巡逻区域影响要素分析

1.1 侦察区域位置及形状

预警机在巡逻区域对侦察区域进行侦察时，侦察区域的相对位置对巡逻区域的位置起着决定性作用，同时侦察区域的形状影响着预警机雷达对侦察区域的覆盖效果，因此，计算巡逻区域的前提是明确侦察区域位置及形状。设海上编队在点O，侦察区域为多边形A1A2A3A4…Ai，侦察区域相对位置及形状如图1 所示。

图1 侦察区域相对位置及形状示意图

1.2 侦察区域威胁范围

为了确保预警机巡逻过程中的安全，预警机不能受到敌方攻击，因此，要考虑在侦察区域可能出现的敌方兵力对我预警机的威胁。设侦察区域最大威胁距离为L，那么预警机必须在侦察区域的最大威胁距离之外进行巡逻，如图2 所示。

图2 侦察区域最大威胁范围示意图

1.3 预警雷达侦察距离

预警雷达是预警机进行侦察的主要工具，当侦察区域确定后，预警雷达的探测距离是影响巡逻区域范围的关键因素。

图3 预警雷达侦察范围示意图

设预警机预警雷达最大探测距离T，那么预警机在巡逻区域内活动时，为了保证全覆盖，侦察区域必定是在预警雷达的最大探测距离内，如图3 所示。此外设预警机的转弯半径为R，为了保证预警机的正常飞行，巡逻区域的短边边长应该在2 倍转弯半径的基础上增加一定余量［6］。

基于以上巡逻区域的要素分析，可以对侦察区域全覆盖的预警机巡逻区域进行计算。

2 巡逻区域的计算

2.1 快速求取侦察区域外接圆

由于侦察区域的形状不固定，为了建立统一的计算方法，本文设定当侦察区域外接圆被全覆盖探测时即为侦察区域被全覆盖探测，因此，首先需要求取侦察区域的外接圆。

对于给定的多边形侦察区域A1A2A3A4…Ai，其外接圆的数量可能有很多个，本文提供一种快速求取外接圆的方法:首先，寻找任意两顶点连接形成的线段中最长的那条线段AjAk，以该线段中点O1作为侦察区域的中心点；然后，找到任意顶点与O1连接形成的线段中最长的那条线段O1Ah；最后，以O1为圆心、|O1Ah|为半径做侦察区域外接圆，如图4 所示。

图4 侦察区域外接圆示意图

2.2 确定巡逻区域安全边界线

设定敌机来袭方向为侦察区域中心点O1到海上编队O 点之间连线，方向为O1点至O 点。巡逻区域安全边界线应垂直于敌来袭方向［6］，且安全边界线到侦察区域外接圆的距离等于侦察区域最大威胁距离L，如图5 所示。

图5 巡逻区域安全边界线示意图

2.3 计算巡逻区域

预警机巡逻空域一般设置为矩形，其对应有巡逻区域长边和巡逻区域短边，为了最大范围覆盖侦察区域，平行巡逻区域安全边界线并尽可能靠近巡逻区域安全边界线，且以线段OO1为对称轴，下页图6 所示为巡逻区域B1B2B3B4。

图6 巡逻区域示意图

由前文可知，短边边长应该在2 倍转弯半径的基础上增加一定余量，设定巡逻区域的短边边长|B1B4|为2R+10 km。下面计算巡逻区域的长边边长。为了侦察区域全覆盖，预警机必须保证在巡逻区域的最远端B3也能有效探测整个侦察区域，设点B5是点B3与点O1连线的延长线与侦察区域外接圆的交点，则|B3B5|小于预警雷达最大探测距离T，如图7 所示。

图7 巡逻区域可探测范围

而|B3B5|与巡逻区域长边长度|B3B4|间满足下式

依据式（1），可计算得到巡逻区域长边长度|B3B4|的范围

基于以上分析，只需在式（2）区间内选取合适的长度值，即可计算得到巡逻区域的位置与范围。

3 案例分析

下面通过举例验证上述计算方法，已知海上编队需要预警机侦察长200 km，宽100 km 的矩形区域，该侦察区域最大威胁距离L 为100 km，预警机转弯半径R 为5 km，预警雷达最大探测距离T 为400 km。

根据上述计算方法，设定|B3B5|恰好等于T，可通过数据计算软件快速推算出此时的巡逻区域范围，如图8 所示，其中，巡逻区域的短边长度为20 km，长边长度为280 km，在此矩形巡逻区域范围内巡逻时，可保证预警机对侦察区域全覆盖侦察。

4 结论

图8 巡逻区域计算结果

本文分析了侦察区域位置及形状、侦察区域威胁范围和预警机雷达探测距离3 个要素对巡逻区域范围的影响，提出一种巡逻区域的快速计算方法，首先是求取侦察区域外接圆，然后根据侦察区域威胁范围计算巡逻区域安全边界线，最后基于预警雷达探测距离计算巡逻区域长边长度，得到侦察区域全覆盖的巡逻区域范围。该方法可为海上编队设定预警机巡逻区域提供参考依据，此外当侦察区域范围过大时，则需要考虑多个预警机同时侦察。