反舰导弹突防及毁伤能力仿真研究*

宋海凌，马溢清，鲍永亮

(海军装备研究院， 北京 100161)

反舰导弹突防及毁伤能力仿真研究*

宋海凌，马溢清，鲍永亮

(海军装备研究院， 北京 100161)

反舰导弹突防及毁伤能力研究是作战方案制定、方案优选、武器系统论证的重要基础。本研究基于多层次仿真、实验与评估技术，实现了反舰导弹突防及毁伤能力的定量评估，并在多项重大课题研究和活动中得以应用。

反舰导弹；突防；毁伤；效能；攻防对抗；仿真

0 引言

战术导弹武器系统的作战效能评估是武器系统论证、作战使用研究、作战方案评估和优化、演习训练等研究的重要环节[1-2]。

反舰导弹，作为对海攻击的主战武器，是实现联合火力打击的主要火力之一。研究反舰导弹武器的突防及毁伤能力，为部队提供先进、实用的反舰导弹突防及毁伤能力计算方法非常急需。

本研究根据部队实际作战需求，采取攻防对抗仿真与推演的方法，研究在复杂电磁对抗环境下反舰导弹武器系统的作战效能，建立一套规范的反舰导弹突防及毁伤能力定量计算方法，构建软硬结合的反舰导弹作战使用辅助决策支持系统，为未来高技术条件下局部战争的战役筹划、作战方案制定和装备准备提供理论指导和技术支撑，解决复杂电磁环境下“作战方案制定不科学、作战训练缺乏针对性、导弹需求测算不准确”的瓶颈问题。

1 主要研究内容

1.1 反舰导弹作战使用及效能评估研究顶层设计

依据复杂电磁环境下反舰导弹突防及毁伤能力计算的需求，在已有研究基础上，界定课题研究的内涵和外延，对课题进行顶层设计，确定总体思路、各分课题研究内容、进度要求等。

1.2 复杂电磁环境下作战使用需求研究

主要研究复杂电磁环境下敌我双方的作战想定，包括敌我双方的典型作战样式、参战兵力规模和组成、编队队形、作战区域等内容，为攻防对抗仿真提供合理的战场态势输入。

1.3 复杂电磁环境下主要作战对象研究

主要研究复杂电磁环境下典型作战对象预警和探测、电子战、防空反导兵力、装备的战术运用和作战能力，研究主要作战对象的指挥控制原则、作战过程的信息流程，分析作战对象的目标特性，建立其决策指挥、防空导弹、电子战、末端反导以及反舰导弹战斗部命中舰船造成的毁伤程度等仿真模型[3]。

1.4 反舰导弹作战使用研究

根据海上作战的特点，分析反舰导弹的作战使用原则、作战样式、攻击方法和作战流程，包括：目标指示、导弹攻击决策、航路规划、武控解算等。

1.5 反舰导弹作战能力模型研究

主要研究反舰导弹导引头抗干扰能力、弹道控制能力、系统精度和毁伤能力，建立单舰和编队条件下反舰导弹突防及毁伤能力计算模型。包括复杂电磁环境下目标指示系统模型、导弹航路规划模型、武控结算模型、导弹弹道模型、自控终点散布计算模型、导引头抗干扰模型、干扰下的目标选择和识别模型、导弹命中目标计算模型等[4-6]。

1.6 典型目标电磁特性研究

主要研究作战对象舰船目标的电磁特性，电磁特性直接影响导引头目标选择、识别和对目标命中点的计算。电磁特性包括目标的电磁散射特性、角闪烁误差特性。

1.7 仿真支撑环境及辅助工具研究[1]

根据仿真应用系统需求，研究仿真支撑系统的总体方案，确定仿真支撑系统的构成、各分系统的功能以及仿真工具的开发要求等。仿真支撑系统应具有开放性、标准化、可重用、便于系统互联等特点，还可提供想定制定、组件化建模、数据记录与分析、仿真推演、人在回路等功能，为仿真应用系统提供了一个实验设计、模型开发、仿真运行与监控的综合支撑环境。

1.8 反舰导弹作战能力计算系统研制[7-8]

根据建立的模型，开发仿真应用系统，进行模型编制、仿真系统集成等，采用多种方法进行模型、数据及软件开展验证；设定不同的极限条件和边界情况，对仿真运行结果进行校核，对仿真软件的正确性进行确认等；计算不同条件下的反舰导弹的作战能力，进行数据分析，最终形成反舰导弹作战能力计算系统，实现对反舰导弹的作战效能的评估。

反舰导弹攻防对抗模型体系结构见图1所示。

2 系统开发过程及关键技术

2.1 系统开发过程

(1) 总体技术研究：对课题研究进行顶层策划，确定课题体系研究内容、计划和任务分工。研究反舰导弹对海攻击作战使用需求，分析影响我反舰导弹突防概率的主要因素，研究反舰导弹攻击战术和对抗态势。根据作战需求，研究攻防作战过程概念模型，对系统进行分解，确定接口和模型设计要求。确定全过程系统开发的验证要求。确定突防及毁伤能力计算平台的设计要求。

(2) 详细研究对抗双方反舰导弹、舰载防空反导软硬武器的主要性能、作战使用策略、流程；研究我反舰导弹抗干扰机理及敌方干扰样式；在上述研究的基础上，结合反舰导弹导引头抗干扰外场试验和有关半实物仿真结果，建立敌我双方的仿真模型[9]。

(3) 根据作战需求研究并提出仿真想定，在适当的仿真平台上，综合集成双方对抗态势，采取计算分析的方法，对不同情况下的反舰导弹突防概率进行仿真计算；之后，对仿真结果进行统计分析，确定各主要影响因素对反舰导弹突防概率的影响及各因素之间的相互关系，同时开展不同反舰导弹对目标毁伤的评估研究[10-11]。

(4) 系统开发过程中，同步开展验证工作。总体设计阶段开展验证方法研究，并在不同的阶段对模型、数据、部分成果进行实验室验证，同时，结合实弹演习，对相关计算结果进行验证[12]。

研究开发步骤如图2所示。

2.2 关键技术

(1) 模型可信度研究[12-13]

仿真结果是否与真实世界相符，模型效核与验证起到非常重要的作用。本研究主要从以下几个方面把握模型可信度。

图2 系统开发步骤Fig.2 System development steps for simulation system

一是在顶层设计阶段对课题研究中的相关验证问题进行整体筹划。 在需求研究阶段，确定作战背景，边界条件，提出对外场验证和实验室验证要求，成立由专家组，对各阶段性的研究成果，例如，开题、模型评审、数据分析、课题验收等进行把关。

二是开展概念模型研究项目相关模型的研究范围、功能和接口信息要求，确定仿真中模型的假设和限制、实体和过程、算法和数据等。

三是联合相关领域专家开展建模仿真研究工作。

四是采取多层次建模、内外场试验结合、多种手段仿真、情报信息分选等开展模型校核与验证，提高模型可信度。对关键模型或组件，建立了两级仿真模型，工程级仿真模型和交战级对抗仿真模型。

五是采取多种模型验证方法，对仿真模型、数据进行验证。每个子模块的验证。对逻辑关系的分析，定性和定量分析等方法

六是充分使用和借鉴各种实弹射击数据，对模型、作战过程、数据等进行验证。

(2) 反舰导弹导引头抗干扰研究建模

反舰导弹导引头仿真模型构建是本研究的重点。该模型的构建主要存在以下难点：一是导引头仿真建模本身的难度很大，要想真实反映导引头在不同干扰环境下的作战过程和信号输出，一般需开展半实物和外场试验，在此基础上构建仿真模型；二是导引头类型多，各导引头工作及抗干扰算法均不一样，建模范围和内容繁多； 三是导引头抗干扰能力与作战对象侦查能力、干扰战术、干扰时机等密切相关[12]，也与当时作战背景和环境相关，因此，导引头建模与干扰模型互相约束；四是导引头抗干扰处理时需要多种干扰输出信息。例如，箔条干扰云团不仅需要RCS，还需要其极化特征参数、幅度参数等，对干扰建模要求高[6，13]。

为解决上述问题，项目采取以下措施。

一是多层次建模/仿真/数据分析。开展了多个层次的仿真与建模，半实物仿真、导引头数字仿真和系统对抗仿真。不同层次的仿真解决不同问题，且互为验证，如图3所示。

二是开展多型导引头的数据分析、建模和验模工作。为构建导引头抗干扰模型，对多年来反舰导弹多次演习或试验的导引头抗干扰数据等进行分析，结合半实物仿真、信号级仿真等，建立反舰导弹导引头多实例对抗仿真模型[14-15]。

三是通过情报数据的分析，对作战对手可能实施的干扰样式进行研究，联合干扰与被干扰方，提出导引头建模要求，使模型构建切合仿真需求。

四是根据型号试验和信号级仿真数据不断地对导引头模型进行更新、完善。

(3) 反舰导弹命中点及舰船毁伤模型

对雷达导引头而言，反舰导弹对舰船目标的命中点计算一是舰船目标近场的雷达电磁反射特性及角闪烁误差等特性对导引头跟踪的影响，二是导引头与舰船目标的交会点计算。

反舰导弹对舰船目标的毁伤需要确定的，一是如何根据反舰导弹命中点计算战斗部爆炸点，二是战斗部爆炸对舰船毁伤的建模。

图3 导引头多层次仿真示意图Fig.3 Schematic diagram of multi level simulation of seeker

为解决反舰导弹对目标的命中点，本研究建立了典型舰艇的三维模型，采用相位梯度法计算目标不同方位、不同俯仰角下的角闪烁误差和近场雷达散射面积，二是把目标特性计算结果送导引头处理回路，依据导引头和导弹滤波算法、信息处理流程，计算得出反舰导弹对目标的瞄准点，最终给出反舰导弹对舰船目标的命中点。

舰船毁伤模型的构建也采取了两级建模的方法。

在工程级仿真系统中，首先，构建了舰船结果模型，包括舱室布置、材料、厚度等，然后，采用数值模拟仿真方法，计算战斗部在舱室内部爆炸过程，包括战斗部爆炸效应参数、毁伤半径。根据舱室结构、舰载设施、资源毁伤判据，确定毁伤的舱室和毁伤的舰载设施、资源等。在该仿真计算系统中，对每一艘典型舰艇，设置了几十个典型爆炸点。

在对抗仿真系统中，首先根据导引头给出的目标跟踪参数，计算得出反舰导弹不同弹道下的命中点，计算导弹穿甲后的剩余速度和引信延迟时间，得到战斗部爆炸的炸点位置，计算舰船关键部件受到的冲击波超压，然后，采用查表映射方法获取最近仿真炸点的爆炸毁伤效果，经插值后，得到爆炸点冲击波和威力半径等数据，再计算得到相关舰载设备、仪器、结构的毁伤情况，计算相关分系统以及舰船的毁伤程度，给出舰艇的剩余战斗力。

此外，蓝方指挥控制模型、电子战模型、快速统计计算等也是课题研究的难点，通过类比法、参数化模型设计、情报数据分析、并行计算等方法，解决相关问题。

3 系统体系框架和运行模式

3.1 仿真体系框架

反舰导弹突防及毁伤能力仿真系统体系结构如图4所示。仿真支撑系统包括底层的仿真引擎、各类相关工具。仿真的基础资源是用户按照仿真环境要求开发的各类模型和数据，存放于组件库和参数数据库中，最上层是仿真应用系统。

图4 仿真系统结构示意图Fig.4 Schematic diagram of simulation system

3.2 仿真系统运行方式

仿真运行环境可实现集中/并行/分布式等多种方式。在集中运算方式下，所有组件在单机运行，组件之间的状态和事件端口通过本机底层串行仿真支撑引擎完成；在并行运行方式下，将多个组件的实例分组并配置到不同的进程中，同时，配置相应的并行引擎管理模块形成逻辑进程，多个逻辑进程配置在不同的处理器上并通过MPI(message passing interface)并行程序设计实现并行通信；在分布式仿真模式下，将不同的组件通过HLA(high level architecture)进行封装，配置在不同的计算机上，通过RTI实现分布式运行。第1种和第2种运行方式是反舰导弹突防及毁伤能力计算的主要运行模式，进行不同试验方案的作战能力分析与评估，第3种运行模式用于作战方案的模拟推演，可加入可视化相关内容。

4 结束语

反舰导弹突防水面舰艇仿真系统的研制是在大量的建模、验模、仿真、计算与分析的基础上开展的。该系统实现了不同战术想定下反舰导弹对水面舰艇的突防及毁伤能力的定量评估，方法合理，结果可信，已在多项研究和任务中得以应用，取得了重大的军事和经济效益，得到了各级指挥机关和任务部队的一致好评。

战术导弹作战能力评估是一项复杂工程，研究内容多、难点多，需要长时间、持续不断的努力工作。后续，项目组将继续坚持贴近实战仿真的要求，进一步加强对抗仿真评估方法研究，长期、深入的开展模型研究、仿真试验、数据分析及模型完善等工作，力求逼真模拟复杂电磁环境下战术导弹攻防对抗作战过程。

[1] 黄柯棣，张金槐，李剑川，等，系统仿真技术[M].北京：国防科技大学出版社，1998. HUANG Ke-di,ZHANG Jin-huai, LI Jian-chuan, et al. System Simulation Technology[M]. Beijing: National University of Defense and Technology Press, 1998.

[2] 吕彬，于衍华，陆芳，等，武器装备规范化论证丛书——总论[M].北京： 海潮出版社，2006. LÜ Bin, YU Yan-hua, LU Fang, et al. Weapon Armament Standardized Demonstration Collection[M]. Beijing: Haichao Press, 2006.

[3] 曾家有，钟建林，汪浩.全系统对抗条件下反舰导弹突防能力计算模型[J].系统仿真学报，2009，21(19)：6036-6037. ZENG Jia-you, ZHONG Jian-lin, WANG Hao. Computing Model of Anti-Ship Missile Penetration Capability under Full System Countermeasures[J]. Journal of System Simulation, 2009，21(19)：6036-6037.

[4] 李艳丽，樊博.对抗条件下反舰导弹作战能力分析[J].火力指挥与控制，2008,33(1)：86-87. LI Yan-li, FAN Bo. Anti-Ship Missile Ability of Battle Evalution Under Countermeasure Conditions[J]. Fire Control and Command Control, 2008,33(1)：86-87.

[5] 张金春.反舰导弹突防仿真研究[J].战术导弹技术，2007(2):66-67. ZHANG Jin-chun. Study of Penetration Models of Anti-Ship Missiles[J]. Tactical Missile Technology, 2007(2): 66-69.

[6] 王少平，董受全，隋先辉，等.反舰导弹抗质心干扰仿真研究[J].舰船电子对抗，2010，33(6):103-105. WANG Shao-ping, DONG Shou-quan, SUI Xian-hui, et al. Research into the Simulation of Anti-Ship Missile Confronting Centroled Jamming[J]. Shipboard Electronic Counter Measure, 33(6): 103-105.

[7] 关世义，张克，涂震飚，等.反舰导弹突防原理与突防技术探讨 [J].战术导弹技术，2010(4): 1-3. GUAN Shi-yi , ZHANG Ke,TU Zhen-biao, et al. Discussions on Penetration Principles and Technologies for Antiship Missile[J]. Tactical Missile Technology, 2010(4): 1-6.

[8] 董尤心，张杰，唐宏，等，效能评估方法研究[M].长沙：国防科技大学出版社，1998. DONG You-xin，ZHANG Jie，TANG Hong，et al. Research on Capability Evaluation Metherd[M]. Changsha: National University of Defense and Technology Press, 1998.

[9] 孔丽，宋贵宝，李红亮.反舰导弹突防舰艇编队结构模型研究[J].战术导弹技术，2012(5)：19-20. KONG Li，SONG Gui-bao，LI Hong-liang. Research on the Penetration Structure Model of Anti-Ship Missile to Warship Formation[J]. Tactical Missile Technology, 2012(5): 19-23.

[10] 王瑞瑜，邢昌风.目标对抗条件下反舰导弹突防概率计算与分析[J].作战指挥与仿真，2006,28(2):66-67. WANG Rui-yu, XING Chang-feng. Calculation and Analysis of Penetration Probability of Anti-Ship Missile for Target Countermeasure[J]. Command Control & Simulation, 2006,28(2): 66-67.

[11] 刘孟凯.中远程反舰导弹突防能力评估方法[J].战术导弹技术，2010(3):37-38. LIU Meng-kai. The Valuation Method of Long and Middle Range Anti-ship Missiles Penetration Ability[J]. Tactical Missile Techno logy, 2010(3): 37-38.

[12] 王维平，朱一凡，华雪倩，等.仿真模型有效性确认与验证[M].长沙：国防科技大学出版社，1998. WANG Wei-ping，ZHU Yi-fan，HUA Xue-qian，et al. Verification and Validation of Simulation Model[M]. Changsha: National University of Defense and Technology Press, 1998.

[13] 宋海凌.导弹对水面舰艇突防及毁伤能力计算方法研究[J].长沙：兵工学报，2015,36(2)：80-81. SONG Hai-ling. Research on Penetration and Damage Ability of Anti-Ship Missile to Warship[J]. Changsha: Journal of China Ordnance, 2015,36(2)：80-81.

[14] 潘哲，刘民.反舰导弹突防效能分析[J].海军航空工程学院学报，2013,28(2)：210-211. PAN Zhe, LIU Min. The Penetration Efficiency Analysis of Anti-Ship Missile[J]. Journal of Naval Aeronautical and Astronautical University, 2013,28(2)：210-211.

[15] 张殿宗，陈行勇.反舰导弹突防中针对ESM的反侦察技术研究[J].航天电子对抗，2010,26(6): 9-10. ZHANG Dian-zong, CHEN Hang-yong. Research on Anti-Reconnaissance Technology for ESM in Penetration of Antiship Missile[J]. Journal of Aerospace Electronic Warfare，2010,26(6):9-10.

Simulation of Antiship Missile Penetration and Damage Capability

SONG Hai-ling, MA Yi-qing, BAO Yong-liang

(Naval Academy of Armament, Beijing 100161, China)

The research of antiship missile penetration and damage ability is an important basis for operational planning, scheme optimization and weapon system demonstration. Based on the multi-level simulation, experiment and evaluation technology, the quantitative evaluation of the penetration and damage capability are realized of antiship missile, and the result has been used in various research projects and combat training programs.

antiship missile; penetration; damage; combat ability; attack and defense; simulation

2016-02-16；

2016-07-25 作者简介：宋海凌(1964-)，女，河南开封人。高工，硕士，主要从事系统论证和效能评估研究。

10.3969/j.issn.1009-086x.2017.02.030

TJ761.1+4；TP391.9

A

1009-086X(2017)-02-0189-07

通信地址：100161 北京市莲花池西路九号兴海大厦1221号 E-mail：songhailing@sina.com