基于蒙特卡洛仿真的驱护编队防空队形配置研究＊

2014-11-23吴小勇

舰船电子工程 2014年3期

李涛柳林吴小勇

（1．海军航空工程学院烟台 264001）（2．海军装备研究院北京 100161）

1 引言

舰艇编队战斗队形是随着武器装备、舰艇战斗编成及战斗行动的发展而不断变化的［8］。桨船时代和帆船时代初期，为进行接舷战和撞击战，多采用单横队、多列横队的战斗队形。15世纪初，中国明代郑和船队还采用了楔形队形。随着火炮发展成为帆船舰队的主要兵器，为发扬火力和便于指挥，产生了舰队纵列战斗队形。1805年的特拉法尔加角海战中，英国海军将单纵队战斗队形，变成双纵队战斗队形，实施穿插分割，击败了法国、西班牙联合舰队。19世纪末，火炮射程增大，炮弹穿透能力提高，舰艇编队采用了便于机动和指挥并较为疏开的纵队战斗队形。由于新舰种和鱼雷的相继出现及水雷武器的不断改进，增加了适应鱼雷攻击、布雷和扫雷等多种战斗队形。第一次世界大战时期，由于潜艇的使用，在编队战斗队形中开始包括防潜警戒幕。第二次世界大战时期，航空母舰编队采用半环形或环形战斗队形。

以往的编队防空队形主要考虑对飞机携带常规炸弹进行轰炸时的防御要求进行论证的。现代条件下。水面舰艇编队面对不断增大的反舰导弹的威胁，对反舰导弹的防御问题成为编队防御中的重点与难点，而随着水面舰艇装备的不断发展，由新型驱护舰组成的水面舰艇编队，在对空防御武器装备方面有了长足的发展［9～10］，这一变化，为驱护编队防空队形配置提出了新的要求［1，4］。本文主要针对的是驱护编队对反舰弹的防御问题，根据新型驱护编队和现代防空作战的特点，利用驱护编队各种仿真模型建立了支持大样本蒙特卡洛随机仿真实验的驱护编队防空作战效能仿真评估系统，基于该系统对不同队形和舰间间距的驱护编队防空作战进行了大样本仿真实验与效能评估。通过对仿真结果的分析，得出了驱护编队防空作战中比较优化的防空队形和舰间间距。

2 驱护编队防空的作战想定空间

2．1 驱护编队兵力组成

驱护编队由四艘水面舰艇组成，其中舰艇（1）是驱逐舰，有很强的防空能力，装载远程防空导弹；舰艇（2）是护卫舰，装载中程防空导弹；舰艇（3）、舰艇（4）是护卫舰，只有点防御能力；四艘水面舰艇都有各自舰炮和密集阵系统。

2．2 空袭驱护编队兵力

第1突击群：由两艘潜艇组成，各发射两枚潜射反舰导弹；

第2突击群：由机场起飞的两架歼轰机机组成，到达发射阵位时各发射两枚机载反舰导弹；

第3突击群：由机场起飞的两架歼轰机机组成，到达发射阵位时各发射两枚机载反舰导弹；

预备突击群：四架战斗机作为预备兵力，听令实施补充突击。

2．3 作战想定空间

图1 单横队、单纵队、人字形和菱形队队形的驱护编队的防空过程

针对以上兵力组成，采用探索性分析方法［5，7］，通过改变驱护编队的队形和舰间间距共制定了15个不同的想定，它们分别是舰间间距为20链和10链时的单横队、单纵队、菱形队、人字形、方位队队形的驱护编队和舰间间距是15链、25链、30链、35链和40链时菱形队的驱护编队，其中图1所示为舰间间距为20链时几种典型的驱护编队队形。

3 驱护编队防空仿真系统模型

在仿真评估系统中，与驱护编队防空作战效能仿真评估相关的仿真模型主要包括以下五类：导弹模型、飞机模型、水面舰艇模型、潜艇模型和指挥所模型，如图2所示。关于仿真系统和模型的具体介绍详见文献［2～3，6］。

图2 驱护编队防空仿真系统模型

4 驱护编队防空作战效能评估指标体系

评估指标体系的构建是针对驱护编队防空作战效能评估这一研究目标，采用自顶向下、逐层分解的方法将评估总目标逐层进行分解，直到指标体系的叶节点能够通过仿真实验数据的统计处理进行描述。

本文的评估总目标是驱护编队防空作战效能，该目标可以通过对来袭飞机的拦截概率、对来袭导弹的拦截概率，以及驱护编队内各艘舰艇的完好程度三个方面来描述。由于想定空间内不同的作战想定所使用的突击兵力和反舰导弹不尽相同，因此尽管所有作战想定的指标体系结构是统一的，但各个指标之间的权重分配还是存在一定的差异。本文想定的各个指标之间的权重分配如图3所示。

图3 驱护编队防空作战效能评估指标体系

5 仿真结果与分析

对想定空间制定的15个想定分别进行500次随机仿真实验，产生的某驱护编队防空效能评估结果如表1所示。

想定空间中不同的防空队形和舰间间距之间对应的驱护编队防空作战效能、导弹拦截概率、舰艇完好度和舰艇（1）完好度对比曲线如图3、图4所示。

表1 驱护编队防空作战效能评估结果表

图4 驱护编队防空作战效能对比图（不同队形）

图5 驱护编队防空作战效能对比图（不同的舰间间距）

1）由图4可以看出菱形队、人字形和方位队的驱护编队防空效能大于单横队和单纵队的防空效能。

原因分析：编队防空队形是驱护编队在组织对空防御作战时各舰艇按照战术要求展开所形成的二维平面形状。单横队和单纵队的驱护编队展开后形成的二维平面形状成线性，拦截纵深小，各舰艇之间相互协防能力差，机动规避能力相对较差，因此防空效能较低。菱形队、人字形和方位队形的驱护编队展开后形成的二维平面形状成方形，拦截纵深大，平均拦截次数多，各舰艇之间相互协防能力强，机动规避能力相对较好，因此防空效能较高。

2）由图4可以看出不同队形的驱护编队中的各个舰艇（以舰艇（1）为例）的完好度也有很大差别，单横队、单纵队和方位队的舰艇（1）完好度明显低于菱形队和人字形队中舰艇（1）的完好度。

原因分析：单横队、单纵队和方位队中舰艇（1）的位置处于整个编队的最外侧，面向导弹来袭方向，最先受到来袭导弹的威胁，所以舰艇（1）的完好度较低。人字形和菱形队中舰艇（1）位置处于整个编队的内部，受导弹威胁较低，完好度较高。

3）由图5可以看出不同的舰间间距的驱护编队的防空效能有着明显的差别，舰间间距在10链～25链时，驱护编队的防空效能比较大，当驱护编队的舰间间距大于30链时，其防空效能较低，并收敛与某个固定值。

原因分析：当来袭目标为反舰导弹时，驱护编队中“中近程”导弹武器系统对其它舰的掩护能力与舰间间距的大小有关。随着舰间间距的增大，对各个方向的来袭目标，平均抗击次数逐渐减小。当舰间间距小于20链时抗击次数变化不大，之后抗击次数下降显著。当舰间间距大于25链时平均抗击次数下降到两次以下，当舰间间距大于30链时由于部分扇面进入的目标的航路捷径大于最大航路捷径，因而对被掩护舰的保护能力急剧下降。

4）由图5可以看出随着舰间间距的增大，水面舰艇（以舰艇（1）为例）的完好度逐渐降低。舰间间距在10链～20 链时，舰艇（1）的完好度下降不明显，当舰间间距在25链～40链时，舰艇（1）的完好度随着舰间间距的增大而急剧下降。

原因分析：随着舰间间距的增大，“中近程”防空武器系统对该类目标的平均抗击次数逐渐减小，编队防空效能逐步降低，各个舰艇受到反舰导弹的威胁度增大，其完好度随着舰间间距的增大而逐步减少。由于来袭导弹主要是攻击舰艇（1），随着舰间间距的增大，各个舰艇之间的距离逐步增大，导弹导引雷达搜索扇面中的水面舰艇减少，舰艇（1）被导弹锁定的概率逐步增大，其完好度随着舰间间距的增大而逐步减少。

6 结语

1）防空纵深大的驱护编队比防空纵深小的驱护编队防空效能好

水面舰艇防空队形要有利于发挥各舰艇防空火力，防止相互干扰、误伤，不妨碍规避机动。在现代战争条件下，新型驱护舰编队防空队形的配置应根据战场情况灵活设置。单横队和单纵队由于防空纵深小，相互协防能力差，不适应驱护编队防空的要求，方位队、人字形和菱形队可以增加驱护编队的防空纵深，提高对反舰导弹的拦截次数，明显提高水面舰艇编队的防空效能。

2）驱护编队的舰间间距在15链～25链时防空效能较高

由图5可知，在队形是菱形队的作战想定中，当舰间间距为15链时，驱护编队作战效能最高，当舰间间距大于25链时，驱护编队的作战效能较低。携带中远程防空导弹的舰艇编队可以适当增加舰间间距，有利于编队制空和制海范围的扩大。

3）队形只是一种外在的形式，组成队形是为了充分发扬编队的火力，机动要贯穿于防御作战的始终。通过正确的兵力机动形成密切的火力协同，达成有效的对空防御。

不同舰艇编队在不同类型的战斗中，采用不同的战斗队形。通常依据敌情、任务、海区情况、舰艇数量和舰艇武器装备等确定。

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