水面舰艇火力兼容动态决策模型研究＊

（海军大连舰艇学院导弹系 大连 116018）

1 引言

现代大型水面舰艇必须具备对空作战、对海作战、对潜作战及电子战等综合作战功能，这就要求舰上必须搭载配备多种不同用途的武器系统，以满足对付不同目标的需要。在这种作战需求牵引下，现代战舰上的武器装备密度达到了空前的程度，这在满足现代海战需求的同时，武器系统的射界受到了影响，对自身的安全构成了极大的威胁，全舰武器系统的综合指挥调度变得越来越复杂、困难。在这种多目标作战背景下，避免舰载武器同时射击时存在的危险，充分发挥全舰武器系统的作战效能，研究火力兼容问题具有重要的意义。

2 火力冲突与火力兼容的概念

火力冲突是指武器使用过程中弹道、飞行航路存在交叉或相近，使发射到空中的导弹、炮弹及起降直升机之间的最小距离小于安全距离，从而影响到武器自身的安全［1］。水面舰艇在使用武器时，通过任务协调和射击决策来消除各武器射击时在空域和时域上的相互影响，避免火力冲突，提高全舰武器的综合作战能力，称为水面舰艇的火力兼容。火力兼容需要保证各武器整个飞行弹道与飞行航路之间的最小距离大于安全距离，避免武器间的相互干扰或相互毁伤［2］。

3 火力兼容管理的决策规则

现代舰艇装备高度密集，作战功能涵盖对空、对海、反潜、电子战，为达成作战效能，不可避免的存在火力冲突，火力兼容的标准就是避免火力冲突，实现作战效能的最大化［3］。得出火力兼容决策，首先必须确定火力兼容决策规则。

3.1 目标的威胁程度与武器系统优先级排序规则

对现代水面舰艇构成威胁的目标涵盖了空中、水面、水下三维空间，根据保存自己、消灭敌人的作战思想，水面舰艇作战任务应当按防空、反潜、反舰的顺序进行。因此，按照目标的威胁程度由高到低得顺序排列，顺序依次为：空中、水下、水面。

现代典型水面作战舰艇主要装备有如下武器系统，分布如图1所示。

图1 典型水面舰艇武器装备分布图

针对目标的威胁程度和各武器系统的作战功用，武器系统按照优先级由高到低的排列，顺序依次为：近程防御副炮、电子战系统、对空导弹武器系统、反潜深弹发射系统、对海导弹武器系统、主炮、直升机。

3.2 火力兼容管理的决策内容

火力兼容根据武器间相互干扰的影响程度、武器优先级和武器使用进程，可将管理决策分为：禁射、禁射避让、禁射告警。

·禁射：存在火力冲突的两武器系统，优先级在后且处于射击准备中的武器将收到禁射命令，禁止射击。

·禁射避让：存在火力冲突的两武器系统，优先级在后且处于射击过程中的武器将被强制停止射击给优先级在前的武器让路。

·禁射告警：存在火力冲突的两武器系统，优先级在后的武器系统处于射击过程中，优先级在前的武器系统将收到禁射告警，提醒射击将存在危险，是否射击可由指挥员决定。

本舰在遭到攻击后，当对海导弹在舰艇上的装载已经影响到载舰和人员的安全时，需紧急抛射对海导弹，为保护本舰安全，因此任何情况下对海导弹收到的火力兼容决策均是禁射告警。

4 动态火力兼容的实现

4.1 分析火力冲突类型

解决火力冲突，实现火力兼容，是通过协调武器射击的空域和时域来实现［4］。火力兼容要解决武器射击过程中空域与时域火力冲突的问题，因此，首先考虑空域的影响，两武器系统之间若不存在空域上的交叉，则不会产生火力冲突，在空域的考虑上要引入武器系统的射界，只有射界存在交叉才会有空域上的火力冲突［5］。通常武器间的火力冲突主要有以下情况［6］：

1）主炮与对空导弹的火力冲突：

优先保证对空导弹发射，必要时控制主炮禁射或禁射避让。

2）主炮与对海导弹的火力冲突：

优先保证对海导弹发射，必要时控制主炮禁射或禁射避让。

3）主炮与反潜深弹的火力冲突：

优先保证反潜深弹发射，必要时控制主炮禁射或禁射避让。

4）近程防御副炮与对海导弹的火力冲突：

优先保证近程防御副炮射击，必要时对对海导弹禁射告警。

5）对空导弹与对海导弹的火力冲突：

优先保证对空导弹发射，必要时对对海导弹禁射告警。

6）对空导弹与反潜深弹系统的火力冲突：

优先保证对空导弹发射，必要时对反潜深弹禁射或禁射避让。

7）电子战系统与对海导弹的火力冲突：

电子战发射时，必要时对对海导弹发出禁射告警；如果已收到舰舰导弹发射信号，必要时向电子战发出禁止发射信号，待危险解除后撤销对电子战的禁止发射信号。

8）直升机起降过程中与近程防御副炮、对空导弹、电子战系统的火力冲突：

当作直升机首先处于甲板平面或起降过程时，对危及直升机起降空域的近程防御副炮告警、对空导弹和电子战系统禁射。

当近程防御副炮、对空导弹、电子战系统准备射击在先时，向直升机舰面系统发出禁止起降告警。

4.2 建立火力兼容动态模型

建立火力兼容模型，意义在于通过数学方法量化武器使用过程中的火力冲突程度，找出解决火力兼容问题的途径，以具体的数值为火力兼容决策提供科学依据［7］。武器系统在安装后，其射界就已经确定，也就是说空域上的冲突已经确定，因此，需要引入动态的火力兼容模型，当空域存在火力冲突时，通过时域的协调来解决火力冲突实现火力兼容。下面以主炮和对空导弹的射击过程为例，建立主炮与对空导弹射击过程中的火力兼容模型［8］：

假设对空导弹的弹道方程与主炮的弹道方程分别为（1）（2）所示：

δd和δp分别是对空导弹和主炮的弹道散布，对空导弹与主炮的弹道与弹道散布示意见图1，弹炮交会时的最小安全距离为Ds，则火力兼容模型可由式（3）表示：

图2 对空导弹、主炮弹道与弹道散布示意图

满足上述火力兼容模型，则对空导弹与主炮炮弹不存在火力冲突。假设对空导弹发射时刻为零时刻，飞行时间为T，对空导弹与主炮的发射间隔为Δt，则火力兼容模型可简化为式（4）：

由上式可得出最小距离取决于飞行弹道、发射时间间隔和弹道散布误差，弹道散布误差具有统计平均值，最小距离由飞行弹道和发射时间间隔确定，打击目标确定后，飞行弹道也可以同时确定，最小距离最终由发射间隔Δt确定。因此，火力兼容决策的目的就是要解算存在火力冲突的任意两武器系统之间的发射间隔，通过控制武器的使用时域避免空域上的火力冲突［9］。

4.3 形成火力兼容决策

水面舰艇受到多目标威胁的可能性突出，在协调武器使用时应预先决策、提前控制，假设在两目标威胁条件下，同时使用两种武器抗击，应根据探测系统获取的目标信息，求解出武器随时间变化的动态飞行弹道，在火力兼容管理决策的基础上，借助于火力兼容动态模型解算，通过时域协调避免空域上的火力冲突，并将火力兼容信息在全舰共享［11］，如图3所示。

图3 火力兼容动态决策原理图

1）为满足动态火力兼容的实现，火力兼容系统要能够具备以下功能：

2）实时录取各武器系统的相关数据及状态信息，实时处理，自动判断各武器间的火力冲突，形成火力兼容决策，并在武器射击后能自动解除火力兼容控制；

3）能够显示各种武器系统有关状态信息及火力兼容设备自身的状态信息；

4）具有故障报警功能，设备故障时发出报警指示；

5）具有人工干预功能，在人工干预下，设备可全脱机或部分脱机工作，此时不进行火力兼容控制。

5 结语

本文考虑了多目标情况下火力冲突、火力兼容的有关问题，引入了决策规则及禁射、禁射避让、禁射告警等概念，建立了火力兼容动态模型，对研究火力兼容和火力兼容装备有一定的借鉴作用。但火力兼容是一个复杂的体系，在文中只考虑了两种武备存在冲突时的火力兼容，同时对一些条件进行了简化，主要是从方法上对火力兼容问题进行阐述，对问题的量化、细化有待进一步研究。

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