梁甲慧，季新源，陳永志，包林波

(空降兵學院，廣西 桂林 541003)

隨著巡航導彈技術(shù)的迅猛發(fā)展，導彈和反導武器系統(tǒng)的軟硬對抗手段也在不斷改進［1］。目前，亞音速巡航導彈的作戰(zhàn)效能急劇下降，世界各國都在積極尋求提高巡航導彈綜合作戰(zhàn)效能的對策，因此，采用新推進技術(shù)的超音速導彈層出不窮，其中以超音速巡航導彈“布拉莫斯”最為典型?？梢?，未來防空反導作戰(zhàn)中，超音速巡航導彈的侵襲將是要地防空面臨的主要威脅，高炮部隊末端攔截作戰(zhàn)配置問題的研究日益受到重視。本文運用ExtendSim8.0仿真平臺對高炮營抗擊超音速巡航導彈這一動態(tài)作戰(zhàn)過程建立仿真模型，期望通過仿真研究高炮營在不同配置條件下抗擊超音速巡航導彈的作戰(zhàn)效能。

1 基本情況說明

1.1 來襲目標有關(guān)情況

在抗擊對象的選擇上，本文選擇了“布拉莫斯”超音速巡航導彈作為抗擊的典型目標分析其來襲彈道。目前，在速度不超過5Ma的超音速巡航導彈中，“布拉莫斯”巡航導彈發(fā)展最快，已在印度軍隊中裝備。為避免被敵方探測和防空(艦載)武器的攔截，“布拉莫斯”巡航導彈一般采用可變彈道技術(shù)，對導彈飛行彈道編程，干擾對方的探測、威脅判斷等，降低其防御能力，提高自身的突防能力［2-3］。其主要飛行剖面有兩種:一是采用低-高-低飛行剖面，導彈在發(fā)射后立即在爬升到14km～15km的高度，之后長時間保持高空巡航飛行(巡航速度2.5Ma～2.8Ma)，然后在距目標大約40km時下降到掠地或掠海飛行高度(掠地高度100m～200m，掠海高度10m～15m)以便最后進入攻擊狀態(tài);二是采用低-低飛行剖面，在該飛行剖面中，“布拉莫斯”導彈從發(fā)射到命中目標的過程中保持距陸地平面100m～200m左右(或海平面10m～15m)的高度飛行。

從“布拉莫斯”巡航導彈的來襲彈道看，無論其采用何種飛行剖面，最后進入末端防御范圍內(nèi)時基本處于低空平飛狀態(tài)。因此，在后面進行仿真運行時，可以假設(shè)“布拉莫斯”導彈的攻擊彈道為“低空平飛”彈道。

1.2 高炮有關(guān)情況

在抗擊兵器的選擇上，本文選擇××速射小口徑高炮作為抗擊高炮，該型高炮具有一定的反導能力。同時為研究高炮在抗擊作戰(zhàn)中的作戰(zhàn)配置對作戰(zhàn)效能的影響，這里按照高炮部隊編配情況，專門抽出一個高炮營進行仿真建模。一個高炮營編配×門××高炮，主要研究高炮營各種配置情況下的作戰(zhàn)效能。高炮營抗擊仿真時還分“組網(wǎng)”和“未組網(wǎng)”兩種情況，“組網(wǎng)”作戰(zhàn)在這里界定為在統(tǒng)一指揮下，本火力單元利用其它火力單元或其他信息源的信息對目標實施攔截，部隊各火力單元通過“組網(wǎng)”進行空情共享(包括本級火力單元空情、友鄰部隊空情和上級提供保障的空情等信息)，不用對目標重復捕獲，可以充分利用網(wǎng)內(nèi)空情信息提高對目標的發(fā)現(xiàn)和捕捉概率，能有效利用射擊諸元進行火力攔截。

2 效能分析ExtendSim仿真模型

2.1 仿真條件想定

超音速巡航導彈方面，選擇“布拉莫斯”超音速巡航導彈為來襲導彈，該型導彈彈長8.1m，彈徑0.67m，水平投影面積5.829 m2，縱截面投影面積2.9145 m2，橫截面投影面積0.3526 m2，同時假定其來襲速度780m/s，高度100m，航路捷徑0～2800m均勻分布。高炮武器系統(tǒng)方面，選取某型速射小口徑高炮為代表，射擊時采用“跟蹤射擊”體制［4］，射速選取最高射速×發(fā)/min，高炮營各火力單元先呈“線形”配置部署(這里特指“1字形”配置)，后調(diào)整其他部署形式，仿真統(tǒng)計置信水平取95%。

2.2 反導作戰(zhàn)仿真流程設(shè)計

根據(jù)抗擊超音速巡航導彈作戰(zhàn)過程設(shè)計仿真流程(如圖1所示):首先生成空襲目標流，然后進入搜索目標，并判斷是否發(fā)現(xiàn)目標;如發(fā)現(xiàn)，則進入目標排序和目標分配，進行射擊可行性判斷;如符合射擊條件，則進行射擊，并判斷是否攔截成功;如果攔截成功，完成1次仿真，并統(tǒng)計抗擊結(jié)果;如果沒有發(fā)現(xiàn)目標或攔截不成功，目標則突防離開。在完成一定次數(shù)的仿真過程后，綜合所有輸出結(jié)果，進行作戰(zhàn)效能評估。

2.3 建立ExtendSim仿真模型

對高炮營抗擊超音速巡航導彈這一動態(tài)作戰(zhàn)過程建立ExtendSim仿真模型，通過仿真研究高炮營在不同配置條件下抗擊超音速巡航導彈的作戰(zhàn)效能(主要指標是高炮營抗擊概率)。具體模型如圖2所示。其簡要思路是:首先設(shè)定一次仿真時間及循環(huán)次數(shù)，并創(chuàng)建Executive模塊;其次是根據(jù)仿真流程框架圖，利用Item和Value庫中的模塊，創(chuàng)建空襲流實體，并設(shè)置其各種屬性，進行預(yù)警探測模型判斷、射擊可行性判斷、高炮射擊模型判斷和計算等，分出“擊毀”和“突防”的巡航導彈，從而計算高炮的作戰(zhàn)效能，完成一次仿真;最后是用Mean＆Variance模塊進行統(tǒng)計，輸出仿真結(jié)果。

圖1 仿真流程框架圖

該模型實現(xiàn)的功能主要包括以下幾個方面。

1)生成超音速巡航導彈來襲目標流

超音速巡航導彈來襲目標流是仿真得以運行的前提，必須首先構(gòu)建。通常情況下，把來襲目標流看成是時間軸上的泊松流，按照該計算方法，并不能充分體現(xiàn)導彈速度對服務(wù)概率的影響［5］。故在研究導彈速度Vm對服務(wù)概率影響過程中，可以把目標看成是距離軸上的泊松流，即“在距離間隔為x內(nèi)恰有k個顧客到來”的概率用泊松公式(1)確定，即

因此，在模型構(gòu)建時把空襲目標流看成是距離軸上的“泊松流”更符合抗擊作戰(zhàn)實際。通過Information模塊統(tǒng)計產(chǎn)生的導彈實體數(shù)量，并利用Set模塊賦予來襲導彈屬性，本文主要是賦予其來襲高度、速度和航路捷徑變化區(qū)間等參數(shù)。具體情況如圖3所示。

2)單門高炮抗擊超音速巡航導彈過程

這一子模塊是整個ExtendSim仿真建模的重點，主等部分。該子模塊仿真參數(shù)錄入依據(jù)××高炮的技戰(zhàn)術(shù)性能參數(shù)。具體仿真模型如圖4所示。要仿真單門××高炮抗擊的階段過程，包括雷達捕抓目標、目標威脅排序、抗擊可行性判斷和毀傷概率判斷

圖2 基于ExtendSim的高炮營抗擊超音速巡航導彈作戰(zhàn)效能仿真模型

圖3 生成超音速巡航導彈空襲目標流結(jié)構(gòu)圖

3)計算作戰(zhàn)效能統(tǒng)計模塊

計算作戰(zhàn)效能，這里統(tǒng)計了3個方面的指標，主要是各門炮的服務(wù)概率、高炮營抗擊概率和導彈突防概率，其中抗擊概率是主要指標。①服務(wù)概率。服務(wù)概率是高射快速反應(yīng)能力和火力轉(zhuǎn)移能力的反映，是對高速武器系統(tǒng)與射擊時間有關(guān)的所有性能指標的綜合量度，服務(wù)概率越高，反應(yīng)了高炮在戰(zhàn)斗中火力周轉(zhuǎn)能力越強。模型中FW1、FW2、FW3分別表示導彈接受各門高炮“服務(wù)”的數(shù)量值，mbzs1、mbzs2、mbzs3分別表示導彈進入各門高炮射擊范圍的數(shù)量值。②抗擊概率。它是作戰(zhàn)效能最重要的指標，該抗擊概率是指速射高炮全航路毀傷的數(shù)量值與導彈來襲總量的比值。模型中DA1、DA2、DA3分別表示各高炮火力單元全航路毀傷的數(shù)量值，mbzs表示導彈來襲的總量。③突防概率，主要是突防的導彈數(shù)與來襲導彈總數(shù)相比，其數(shù)量值等于1減去抗擊概率。本文主要是從抗擊概率來看其作戰(zhàn)效能。模型中的計算都是通過Equation模塊和Mean＆Variance模塊實現(xiàn)，其中 Mean＆Variance模塊都是用來求多次仿真的平均期望值［6］。具體模型如圖5所示。

4)高炮營各種配置情況下仿真實現(xiàn)

圖2顯示的是高炮營×門高炮在“未組網(wǎng)”情況下的線形配置。為了便于分析比較，現(xiàn)對高炮營各種情況的配置進行仿真。組網(wǎng)情況分為兩類:組網(wǎng)和未組網(wǎng)。配置情況分為三種(如圖6所示):線形配置(情況1)、扇形配置(情況2)和“一字形”配置(情況3)三種情況，其中扇形配置分為“正三角”和“倒三角”兩種情況。

ExtendSim屬于模塊化仿真結(jié)構(gòu)，比較容易進行模型的調(diào)整變化［6］。這多種配置情況的仿真都可以在圖2的基礎(chǔ)上進行調(diào)整實現(xiàn)，調(diào)整時注意不要改變Extend-Sim模型基本參數(shù)的設(shè)置，使仿真在同一條件下運行。同時為研究各種配置情況下來襲目標速度(400m/s～2000m/s)和抗擊概率之間的關(guān)系，需要在參數(shù)錄入時調(diào)整目標速度，也可以在ExtendSim仿真平臺相關(guān)模塊中進行調(diào)整，這都是比較容易實現(xiàn)的。另外，當目標速度增大時，會使高炮火力單元射擊時間減少，從而導致射彈數(shù)的減少，但也應(yīng)該注意到，目標速度的增加也使得彈丸和目標撞擊時產(chǎn)生更大的穿透力和破壞力，火力單元較少的命中彈丸也能產(chǎn)生一定的毀傷效能。

圖4 單個火力單元抗擊超音速巡航導彈過程子模塊結(jié)構(gòu)圖

圖5 作戰(zhàn)效能統(tǒng)計模塊結(jié)構(gòu)圖

3 ExtendSim模型仿真結(jié)果分析

3.1 仿真數(shù)據(jù)分析

導彈來襲速度對抗擊概率的影響方面，我們在圖2和圖3模型基礎(chǔ)上改變來襲目標速度參數(shù)值進行錄入，對高炮營“線形配置”條件下(其他配置情況下抗擊概率變化規(guī)律差不多，這里不一一列舉)模型進行多次仿真運行，并將所得的大量數(shù)據(jù)通過Matlab軟件進行了擬合，所得結(jié)果如圖7所示。

從圖7可以很清楚地看到，高炮營“線形配置”條件下抗擊概率與來襲目標速度之間的關(guān)系。圖中分為兩種情況，即“組網(wǎng)”和“未組網(wǎng)”?？偟膩砜?，“組網(wǎng)”比“未組網(wǎng)”情況下抗擊概率高很多。另外，當來襲導彈處于低超音速區(qū)段時，兩條線下降幅度差不多，但當來襲導彈速度進一步增大時，“未組網(wǎng)”下降幅度更為明顯。這說明“未組網(wǎng)”情況下高炮營對來襲超音速巡航導彈的抗擊概率下降更快，同時相同速度條件下的“組網(wǎng)”與“未組網(wǎng)”抗擊概率的“差值”隨著來襲導彈速度的增大而增大。特別是目標速度在2000 m/s時最明顯，三個火力單元在“未組網(wǎng)”情況下抗擊概率僅達到0.3017，而“組網(wǎng)”情況下可以達到0.6055。因此，面對超音速巡航導彈來襲，作戰(zhàn)指揮時必須注重依靠“組網(wǎng)”抗擊來提高抗擊概率。

圖6 高炮營配置情況簡圖

表1 高炮營各種配置情況下抗擊概率仿真結(jié)果

圖7 “線形配置”條件下抗擊概率與目標速度關(guān)系

抗擊概率方面，模型是對整個高炮營各種配置情況(如圖6所示)進行仿真，具體仿真結(jié)果數(shù)據(jù)如表1所示(此時選取的導彈來襲速度為780m/s)。以往研究××高炮營抗擊無人機或巡航靶機(目標速度一般300m/s以下)，抗擊概率一般都能達到0.90～0.96，甚至在航路捷徑0～400m區(qū)間內(nèi)單門××高炮都能達到98%［7-8］。由此可見來襲目標速度增大后特別是達到高超音速時，對高炮部隊抗擊概率的影響比較大。各種配置情況下抗擊“布拉莫斯”巡航導彈的抗擊概率，其中線形配置抗擊概率最高，在“未組網(wǎng)”和“組網(wǎng)”兩種情況下分別達到0.61186和0.78136;扇形配置次之，“正三角形”和“倒三角形”兩種情況差不多，在“組網(wǎng)”情況下抗擊概率能達到0.61682～0.65851，比較理想;“一字形”配置時抗擊概率最小，在“未組網(wǎng)”情況下為 0.31637，即使在“組網(wǎng)”情況下也僅僅達到0.42468。同時，不管哪種配置情況，“組網(wǎng)”時的抗擊概率都能得到較大幅度的提高。分析這些數(shù)據(jù)的變化，可以看到，在抗擊超音速巡航導彈等高速目標時，火力配置必須保持足夠的抗擊縱深，使得火力單元有足夠時間對目標進行抗擊。同時通過組網(wǎng)能更好地增大雷達的配置縱深，實現(xiàn)在盡量遠的距離上提供空情信息，前伸高炮的警戒線，相對地增大雷達的探測范圍［9］。在此情況下，線形配置情況下“組網(wǎng)”對抗擊概率的提高更為明顯。

3.2 仿真結(jié)論

結(jié)論1:抗擊超音速巡航導彈等高速目標，火力單元間必須進行“組網(wǎng)”抗擊。模型對“未組網(wǎng)”和“組網(wǎng)”兩種情況都進行了仿真，仿真所得數(shù)據(jù)相互對比很能說明問題。比如線形配置，“未組網(wǎng)”時各火力單元是依次對目標進行抗擊，每次都要重新對目標進行偵查、捕抓。從這個角度看，面對超音速巡航導彈的來襲，通過組網(wǎng)進行空情的共享，增加高炮的射擊時間，是提高抗擊效能的有效途徑。

結(jié)論2:“線形配置”和“扇形配置”兩種火力配置方式適用于抗擊超音速巡航導彈等高速目標，其中線形配置抗擊概率最高，在進行火力配置時要注意形成一定的火力縱深。模型對高炮抗擊超音速巡航導彈各種配置情況進行仿真，其中“一字形”配置抗擊概率較低，抗擊效果不夠理想，而“線形配置”和“扇形配置”抗擊效果比較理想。因此，指揮員在指揮抗擊超音速巡航導彈等目標時，應(yīng)該選取線形和扇形這兩種配置方式，并形成一定的火力縱深。

4 結(jié)束語

ExtendSim仿真模型生動形象、簡明易懂，將研究注意力集中于作戰(zhàn)活動中而非復雜的數(shù)學公式上，因而在作戰(zhàn)效能研究中具有廣泛的應(yīng)用前景。本文運用ExtendSim仿真平臺對作戰(zhàn)過程中的各種隨機因素進行模擬，對各種配置條件下××高炮營抗擊超音速巡航導彈作戰(zhàn)效能進行了仿真分析，仿真結(jié)果符合實際情況，并為研究高炮部隊抗擊超音速巡航導彈作戰(zhàn)配置問題提供了理論支持。

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