航母编队防空队形配置方法研究进展

崔强李敬辉吴晶

航母编队防空队形配置方法研究进展

崔强1李敬辉1吴晶2

（1.海军工程大学电子工程学院武汉430033）（2.海军工程大学管理工程系武汉430033）

航空母舰作为一种大型的海上作战平台，是现代海战中夺取制空权和制海权的重要利器，但是它面临的空中威胁也越来越严峻，因此，如何利用航母编队内部的有限舰艇兵力，进行最优化的防空队形配置，以实现航母编队最优的对空防御能力，对于提高航母编队的生命力和作战能力具有重要意义。文章在分析了航母编队防空队形配置的基本要求和防空区划的基础上，分别介绍了担负中程防空任务的防空哨舰的队形配置、担负近程防空任务的防御幕舰的队形配置的研究现状，以及舰艇编队防空队形配置的研究现状，并在总结现有方法的基础上提出了研究建议。

航母编队；防空队形；防空哨舰；兵力配置

Class NumberE91

1 引言

航空母舰作为一种海上最大的作战平台，具有其它海上作战平台无法比拟的优势。但是，航空母舰本身由于其体积庞大，自身的防御能力很弱，而成为现代海战中敌方兵力重点打击对象。因此，航空母舰不能单独进行作战，必须为其配备一定数量护卫兵力，才能够对航空母舰进行有效保护。航母编队面临的威胁包括空中、水面和水下三个方面，其中来自空中的威胁显得尤为突出。而且，随着军事科技的快速发展，高性能的空袭兵器不断涌现，如超音速、高机动能力、大作战半径的战斗机；超音速、超低空、高精度的导弹等，致使航空母舰面临的空中威胁压力越来越大。因此，如何利用航母编队内有限的作战平台，进行有效的队形配置，以实现最优的对空防御效果，是航母编队应对空中威胁的重要手段，也是提高航母编队作战能力的关键。为此，各国学者对对航母编队的防空队形配置做了大量的研究工作，也取得了一些重要的研究成果。本文旨在对这些方法进行综述，并对航母编队中防空哨舰和防御幕舰的阵位配置方法进行进一步的探讨，以期为航母编队防空队形的优化配置提供参考。

2 航母编队防空队形配置

航母编队的防空队形配置，实质就是部署编队内部各作战平台的阵位——作战平台相对于航母的方位和距离。进行航母编队防空队形配置时，必须充分考虑编队内部各作战平台的预警探测设备性能参数、防空武器系统的性能参数等因素，并以此为基础，以实现最大的无缝预警探测范围为目标，这样才能实现早期预警，先敌发现。同时，为防空武器抗击敌来袭兵力提供足够的时间保证或多次抗击的能力，以较大程度地提高目标的毁伤概率，提高整个编队的对空防御能力。按照防空责任区域划分，可以将航母编队的防空区域划分为远程防空区、中程防空区、近程防空区以及航母本舰的末端防空区。

远程防空区是指航母编队最外层的防空区域，主要任务是运用舰载机在规定的时间内、到指定空域进行警戒巡逻，主要作战目标是敌方航空兵，一旦发现敌情，进行快速拦截，尽可能地将敌机在使用武器之前击落，有效保护己方编队中的预警探测兵力。以美军航母编队为例，其远程防空区域为距离航母185km～400km的区域，主要作战兵力是F/ A-18E/F战斗机［1］。

中程防空区是指位于外层防御区与近程防御区之间的防空区域，主要任务是运用防空哨舰拦截突破己方航母编队远程防空区域的敌方航空兵力，尽可能在敌机对己方舰艇兵力进行打击之前将其击落，有效保护己方航母编队中的水面舰艇兵力。以美军航母编队为例，其中程防空区域为距离航母50km～185km的区域，主要作战兵力是装有远程防空导弹的宙斯盾舰艇［1］。

近程防空区域是指航母编队最内层的防空区域，主要任务是运用防御幕舰拦截突破己方航母编队中程防空区域的敌机发射的舰导弹，尽可能在对己方水面舰艇兵力造成毁伤前将其拦截。同样，以美军航母编队为例，其中近程防空区域为距离航空母舰50km以内的区域，主要作战兵力是装备中程防空导弹的水面舰艇［1］。

航空母舰本身的末端防空区域，主要是运用航母上的近程防空导弹和密集阵系统拦截突破近程防空区域的敌反舰导弹。

由于舰载侦察机的自卫能力较弱，留空时间有限，不能做到全天候的侦察，并且舰载飞受气象海况的影响较大，因此，远程防空区域的作战兵力不能做到全天候的防御，所以，这里重点讨论航母编队内中程防空哨舰和近程防御幕舰的阵位配置方法研究现状，同时也讨论了舰艇编队的防空队形配置，以作借鉴。

2.1 防空哨舰阵位配置

防空哨舰的主要目的是为了扩大航母编队的对空防御纵深而前出的舰艇，通常由装备大功率侦察雷达、远程防空导弹和较强通信能力的大型驱逐舰和巡洋舰担任，在航母编队的三层对空防御体系中，承担中程对空防御。它根据航母编队指挥所的情报信息，凭借大功率的对空搜索雷达能在较远的距离发现敌机，并及时向编队指挥所报告，根据编指的命令对敌机进行抗击。因此，研究如何配制防空哨舰的有效阵位，对于提高编队的早期预警能力及对空防御作战能力具有重要意义。对此，2007年徐圣良等［2］通过在分析了航母编队防空区域划分与防空作战过程的基础上，提出了航母编队航渡过程中防空哨舰阵位的确定原则，并建立了防空哨舰阵位与防空导弹射程、航母的威胁扇面、相邻两艘哨舰防空扇面的重叠区夹角以及防空哨舰数量的数学模型，分析了模型中各个参数对防空哨舰前出距离、方位的影响，并给出了确定防空哨舰前出距离、方位的方法。但是没有考虑防空哨舰上预警探测设备的作用距离，默认防空哨舰的防空导弹有效射程在预警探测设备的作用距离之内，不都贴合实际。2008年陈国宾等［3］针对现代海战中空袭目标的特点，在分析了防空哨舰的使用原则基础上，综合考虑了威胁扇面角、探测距离、拦截距离和敌方目标的飞行速度等因素，建立了雷达哨舰阵位配置和预警机动区的数学模型，得到了防空哨舰阵位配置的约束条件，给出了防空哨舰在不同条件下的配置方法。但是没有考虑防空哨舰的预警探测设备、防空武器系统的具体参数，实际应用性有待提高。2013年沈治河［4］以航渡中的航母编队为研究对象，根据区域防空舰的配置基本要求，以防空舰的舰空导弹为拦截手段，分析了防空哨舰的前出距离、单艘防空哨舰的掩护扇面角、以及满足编队掩护扇面角所需舰艇数量之间的关系。同年，朴成日［5］在分析了防空哨舰配置的基本要求的基础上，以防空哨舰作为预警探测兵力，引导歼击机拦截敌机作为作战样式，分三种情况分析了确定防空哨舰前出距离的约束条件。分别针对航渡中和综合作战区中的航母编队的两种状态，建立了防空哨舰的阵位配置模型，并给出了防空哨舰在威胁方向上的预警距离、预警扇面角度和前出的距离关系式。以上两种方法具有一定的理论指导意义，但其实用性有待提高，不能够根据防空哨舰的装备系统参数给出具体的阵位配置结果。同年，张华睿［6］根据航母编队防空作战的具体实战要求，在分析了防空哨舰的作战任务的基础上，综合考虑最优预警距离和拦截效果两个因素，分单艘防空哨舰和两艘防空哨舰两种情况研究了防空哨舰的阵位部署问题，并给出了阵位配置的最优化方程。该阵位配置方法兼顾了最大预警距离和拦截效果，没有考虑防空哨舰上舰空导弹的有效射程，默认舰空导弹的有效射程覆盖了防空哨舰的雷达威力范围，实用性上有待提高。2014年姜辉［7］根据防空部署距离、拦截扇区大小、拦截扇区内空袭目标概率函数，提出了防空舰防护下的航母编队生存概率函数，将防空舰配置问题转化为二维平面内防空扇区配置问题，建立了航母编队防空舰配置优化模型，并通过仿真试验验证了不同作战目标条件下模型的可行性，具有一定的理论指导价值。

2.2 防御幕舰的阵位配置

除了航空母舰自身的末端防御武器系统以外，防御幕舰是航空母舰的最后一道防线，主要任务是拦截突破中程防空区域的空舰导弹和少量敌机，在航空母舰周围成环形配置，主要由护卫舰担任，对航空母舰的有效保护有着不可替代的作用。对此，研究人员也作了大量的研究工作，2008年徐圣良［8］在总结航母编队防空区划分与防空作战过程的基础上，分析了防御幕舰的阵位确定方法，以敌方的空舰导弹为主要作战对象，建立了防御幕舰的阵位配置模型，给出了防御幕舰的前出距离L与防御幕舰舰空导弹的射程S、相邻两艘防御幕舰防空扇面的重叠区的夹角β、防御幕舰数量N之间的关系，具有一定的理论价值，但没有考虑防御幕舰对来袭导弹的侦察探测范围，默认防御幕舰的预警探测设备，对舰空导弹射程内的敌空舰导弹都能及时发现、稳定跟踪，并能引导舰空导弹进行有效打击。2011年张永生等［9］从防御幕舰的掩护能力角度出发，以防御幕舰舰空导弹的有效射程为研究对象，分析了掩护区域和火力协同区域的配置方法，按照环形配置的要求，给出了相邻两艘掩护幕舰对航母的掩护扇面角α、所需掩护幕舰的数量N分别与掩护幕舰的前出距离L和相邻舰中心间距D的关系。2013年朴成日等［10］根据近程警戒舰配置的任务要求，综合考虑航海安全、通信和导航要求、舰空导弹射击安全、电子对抗互不干扰、舰空导弹火力衔接等因素，建立了警戒舰的阵位配置模型，给出了相邻警戒舰方位间隔与警戒舰到核心舰间距、相邻警戒舰之间的距离关系。2014年冯百胜［11］在分析了航空母舰基本防空作战过程的前提下，综合考虑防空舰武器拦截距离、防空舰航行速度、空袭目标速度等因素，提出了防空舰前置部署距离的计算公式，并在此基础上，分别建立了航母编队预警探测支援条件下和扇区防御任务下的防空舰作战部署模型。文章具有一定的理论价值和实用性，但是文章只以单艘防空舰艇为研究对象，没有给出整个编队的防空队形配置，具有一定局限性。2015年张宇等［12］以两个类型四艘舰艇在航母的六个扇面上的八种典型配置方案为研究对象，根据编队防空舰艇火力分配方案，建立了以编队区域防空区对敌反舰导弹拦截效能、编队区域防空区对敌来袭导弹拦截能力均衡性、编队点防御区对敌来袭导弹拦截效能、编队点防御区对敌来袭导弹拦截能力均衡性四个指标来评价编队防空舰艇配置的指标体系，应用Entropy-Topsis模型对指标体系进行排序，并得到了最优解和最差解，具有一定的理论参考价值。

2.3 舰艇编队防空队形配置

另外，除了对航母编队防空队形阵位配置的研究以外，关于水面舰艇编队的防空队形配置，研究人员也作了大量的工作，并取得了一定的研究成果，可以为航母编队防空队形阵位配置提供一定的参考价值。2003年，谭安胜等［13］根据舰艇编队防空队形配置的基本要求，分别从电子对抗、火力协同、指挥通信、区域掩护四个方面对舰艇编队防空队形配置进行了研究，并分别给出了四种条件下舰艇编队内相邻舰舰间距解算的数学模型，并通过仿真验证了模型的实用性。2004年李永刚［14］等在分析了舰艇编队防空舰的阵位配置对舰艇编队拦截目标效果的影响的基础上，推导了舰艇编队对目标的拦截概率，并以此建立了以被掩护舰与掩护舰之间的舰间距和舷角来表示掩护舰艇拦截来袭目标的概率的数学模型，以及被掩护舰的生存概率模型，以实现被掩护舰的最大生存概率为目标解算出的舰艇编队防空队形配置为最优配置，具有一定的理论价值和实际指导意义。2009年李浩等［15］针对编队内舰艇队形变化给舰艇编队防空能力造成的影响，在一定想定条件下，以典型的七种队形作为研究对象，从对水面舰艇编队的自我保护效果、雷达的预警探测效果、指挥控制协同效果、火力发挥效果、电子战实施效果五个方面建立评价指标体系，并运用模糊DEA模型对该指标体系进行评价，得出舰艇编队的最佳防空队形为菱形队形，该方法具有一定的理论参考价值。2012年李微波［16］也采用了类似的方法，但是将评价指标体系进行了更细的划分。2010年赵建印等［17］针对海上舰艇编队双舰防空队形的优化部署问题，假定防空舰艇的武器系统作战能力一定的条件下，分析了防空舰防空区域和部署原则，以实现被掩护舰对来袭目标防御纵深最大为目标，建立海上编队双舰防空队形部署优化模型，并给出了求解算法，该方法具有一定的实用性。2011年粘松雷等［18］在分析舰空导弹作战过程的基础上，以实现区域防空舰对敌目标的最大抗击次数为目标，在一定的假设条件下，建立了抗击次数与编队各舰间的舰间距函数关系，并给出了具体的求解方法，该方法具有一定的实际指导意义。2012年李大鹏等［19］根据舰艇编队防空作战的战术特点，将威胁扇面区域采用极坐标的形式进行网格化分，以网格的交点作为舰艇配置的候选点，通过引入约束矩阵、配置决策矩阵、单舰火力杀伤能力矩阵、火力杀伤要求约束矩阵、编队火力杀伤能力系数及拦截距离贡献系数，建立了基于火力杀伤能力的舰艇编队防空兵力配置模型，并给出了基于Memetic法的寻优算法，获得了一定条件下的舰艇编队最优队形配置。该方法具有一定的理论价值，但实际应用性有待提高。2014年姜鲁东等［20］在假定舰炮为编队主要防空武器，警戒舰艇成环形配置的前提条件下，分两种情况构建了编队对敌目标的毁伤概率模型，以最大的敌目标毁伤概率为目标，得到了最优的警戒幕半径，即为最优的编队防空队形配置。该方法具有一定的理论价值，但对以舰空导弹为主要防空武器的编队防空作战的指导意义有所欠缺。2015年赵畅［21］根据编队及来袭导弹的各参数和指标，以及防空作战的特点，以护卫舰相对指挥舰的方位和距离为变量，毁伤来袭导弹的最大概率为目标构建舰艇编队阵位配置模型，采用一种求解多变量、多约束组合优化问题的方法，得到最优的方位和距离。该方法是在一定的假射条件下得到的，对于实际的编队防空作战具有一定的指导意。2016年孙志伟等［22］针对舰艇编队防空队形的评价问题，在一定的防空作战想定下，提出由5个一级指标和15个二级指标的层次评价体系，运用模糊评价法对评价指标进行量化，并用专家系统来确定指标体系中各指标的权重值，采用TOPSIS法对七种典型的编队队形进行评估，得到菱形队形为水面舰艇编队的最优防空队形，具有一定的理论指导价值。

3 研究建议

总结前人的工作，都是在一定的假设条件下进行分析的，有的是假设防空舰艇的预警探测设备的作用距离一定；有的不考虑预警探测设备的作用距离，只是考虑防空武器的有效攻击距离；有的则只是建立一种评价指标体系，对几种典型的编队防空队形进行评估。然而防空舰艇预警探测设备的作用距离和舰空导弹的有效射程也是指三维空间内的作用距离，而影响编队防空队形阵位配置的因素是预警探测设备的水平作用距离和舰空导弹在水平面上的有效射程，对于抗击不同类型，不同高度的敌方目标，同一型号预警探测设备的水平作用距离不同，舰空导弹在水平面上的有效射程并不相同。因此，以上这些方法在贴近实战上有一定的局限性。为了使理论计算出来最优航母编队防空队形阵位配置尽可能贴近实战，在今后的工作中需要进一步深入研究的问题有：

1）编队内防空舰艇的预警探测设备的水平作用距离，应根据当前执行的任务类型，通过本舰预警探测设备的性能参数、主要攻击目标的类型、有效反射面积、飞行高度等多种因素进行解算，将解算的结果用于航母编队防空队形优化配置的输入参数更具有真实性。

2）舰空导弹的实际水平作用距离也应根据当前索要抗击目标的主要类型，来进行解算。同时，还要兼顾编队内部防空舰艇的预警探测设备的有效作用距离，因为预警探测设备对不同类型目标的有效作用距离不同，对不同类型的目标采用舰空导弹进行抗击时，防空舰艇的预警探测设备是否能够对其进行有效的引导。

3）编队防空队形的阵位优化配置，应考虑防空作战的实际过程，符合防空作战的战术要求。

［1］张冬兴，廖旭东.美航母编队防空作战能力分析［J］.飞航导弹，2010（8）：60-65.

［2］徐圣良，王振波，吴晓锋，等.航母编队航渡过程中防空哨戒舰阵位确定方法研究［J］.指挥控制与仿真，2007，29（4）：54-58.

［3］陈国宾，吴晓海，吉海鹏.雷达哨舰载编队对空预警中的前出阵位研究［J］.指挥控制与仿真，2008，30（4）：30-33.

［4］沈治河，朴成日.航渡中航母编队基于区域防御警戒舰阵位配置［J］.计算机仿真，2013，30（2）：9-13.

［5］朴成日，沈治河.航母编队防空哨戒舰阵位配置方法［J］.舰船科学技术，2013，35（5）：128-133.

［6］张华睿，刘忠义，张西托，杨森.航母编队中防空哨戒舰最优位置部署［J］.控制工程，2013，20（6）：1165-1169.

［7］姜辉，周晓光，冯百胜.航母编队防空舰阵位配置优化研究［J］.兵工自动化，2014，33（4）：1-4.

［8］徐圣良，姜青山，王焕章，等.航母编队掩护幕内防空舰艇阵位仿真研究［J］.舰船电子工程，2008，28（9）：146-149

［9］张永生，杨楠楠.近程警戒舰艇在航母编队防空作战中的兵力需求［J］.舰船科学技术，2011，33（7）：112-114

［10］朴成日，沈治河.舰艇编队近程警戒舰阵位配置模型与仿真［J］.计算机仿真，2013，30（7）：25-28

［11］冯百胜，周晓光，孔涛等.航母编队防空舰防空作战部署问题建模分析［J］.系统仿真技术，2014，10（3）：223-228.

［12］张宇，王义涛，孙庆声.基于Entropy-Topsis的水面舰艇编队防空配置方案优选［J］.指挥控制与仿真，2015，37（2）：31-35.

［13］谭安胜，邱延鹏，旺德虎.新型驱护舰编队防空队形配置［J］.火力与指挥控制，2003，28（6）：5-9.

［14］李永刚.舰艇编队对空防御队形优化配置模型［J］.情报指挥控制系统与仿真技术，2004，26（8）：65-67.

［15］李浩，王公宝.关于水面舰艇编队防空队形的优化研究［J］.舰船科学技术，2009，31（5）：109-112.

［16］李微波，傅调平，鄢力，等.基于模糊综合评判的舰艇编队防空队形优化研究［J］.舰船电子工程，2012，32（4）：25-27.

［17］赵建印.海上编队双舰防空队形部署优化研究［J］.兵工学报，2010，31（6）：865-869.

［18］粘松雷.编队区域防空舰配置距离模型仿真［J］.兵工自动化，2011，30（11）：39-42.

［19］李大鹏，谭乐祖，杨明军，等.基于Memetic算法的舰艇编队防空兵力配置［J］.电光与控制，2012，19（11）：39-42.

［20］姜鲁东，孙建华，余家祥.舰艇护航编队防空队形配置方法研究［J］.舰船电子工程，2014，34（2）：19-21.

［21］赵畅.水面舰艇编队队形模型构建探讨［J］.廊坊师范学院学报，2015，15（6）：9-11.

［22］孙志伟，张涛.基于模糊评价法和TOPSIS法的水面舰艇编队防空队形评估研究［J］.2016，36（4）：33-38.

Research Progress on Air Defense Formation for Carrier Battle Group

CUI Qiang1LI Jinghui1WU Jing2
（1.Electronic Engineering College，Naval University of Engineering，Wuhan430033）（2.Department of Ordnance Engineering，Naval University of Engineering，Wuhan430033）

As a kind of large naval warfare platform，aircraft carrier is an important weapon to gain the control of the air and sea in modern sea battle.However，the air threat is becoming more and more serious.Therefore，how to use the limited naval force inside the aircraft carrier fleet，for the optimization of air defense formation configuration，and realize the most air defense capabili⁃ties of aircraft carrier fleet，is of great significance to enhance the vitality of the aircraft carrier formation and operational capability. Based on the analysis of the basic requirements of the aircraft carrier fleet air defense formation configuration and anti-aircraft pick⁃et ship formation configuration，the paper presents process air defense shoulder the task of defensive screen ship formation configura⁃tion research present situation，and the research status of fleet air defense formation configuration，and puts forward some sugges⁃tions on the basis of summarizing the existing work.

carrier battle group，air defense formation，air defense guard ship，deployment of forces

E91

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.08.001

2017年2月3日，

2017年3月20日

崔强，男，硕士研究生，研究方向：联合作战指挥。李敬辉，男，博士，教授，研究方向：雷达及电子战信号处理、干扰效果评估和电子战仿真等。吴晶，男，博士，讲师，研究方向：虚拟现实和光纤光栅传感技术等。