毁伤概率计算中目标标准化处理

王力超 乔勇军 李永胜 王 宁

（1.海军航空大学 烟台 264001）（2.31004部队 北京 100089）（3.中国国际工程咨询公司国防业务部 北京 100080）

1 引言

现代化作战取胜的关键是以最小代价取得作战胜利，达成作战目的，而取胜的关键在于对战场敌对双方精准作战力量的计算，其中对于打击敌方目标毁伤概率是作战筹划重要步骤。随着自动化控制技术越来越多运用到战场，使得作战节奏越来越快，传统依靠人工处理情报，计算兵力投入与其他各方面评估工作的效率已经不能满足现实需要，因此急需一种自动化计算打击目标毁伤概率计算方法。

在目标易损性研究与武器打击目标毁伤概率计算过程中，目标种类和形态各异是困扰研究人员进行研究效率的重要原因之一，特别是在作战条件下，参谋人员需要根据对打击目标的打击效果评估结果制定作战计划，指挥员需要确定作战决心，这些对于评估工作的效率和准确度要求都很高。传统目标标准化方法是基于平均标准弹药消耗量进行换算的方法［1］，其基本思路是定义一个标准目标，用特定武器打击统计毁伤目标消耗弹量，在分别统计不同状态（如有防护工程保护）目标毁伤所需弹药量，得出实际目标与标准目标的映射关系，以计算实际目标对应标准目标的数量。此方法提高了对打击目标毁伤评估的速度，但忽略了目标内部结构和关键部件，牺牲了评估的准确度，而基于计算机仿真［2］对目标结构建模势是以影响评估速度为代价。

因此，对目标计算毁伤概率时，需要在速度与准确度之间寻求平衡。本文提出了标准化处理战场目标的思路，规范了毁伤计算流程，用以在作战条件下的打击目标毁伤效果评估手段来提高作战效率，并以某反舰导弹为典型目标，在标准化处理后计算了毁伤概率。

2 目标标准化处理

战场中具有军事价值的目标成千上万，然而现代作战已经从传统的消耗战转变为以最小代价，包括最小的投入以及最少的附带影响等，打击影响作战进程中敌方作战体系的关键目标，来达成作战目的，达到以一破面、以线毁面、瘫痪体系的效果。因此对于作战关键目标的分析（包括目标自身特性和其在作战体系中的作用），已成为指挥员关心的重点。

虽然不同目标易损性和毁伤方式各不相同，但是毁伤评估的原则大抵都是分析目标受某种毁伤元打击后，能否执行其原定功能的过程，分析目标的功能通常从其材料、结构、关键部件以及相应易损性入手，因此有必要对战场中具有打击价值的目标进行分类和进行基于易损性分析简化战时毁伤计算的过程。下面对目标标准化相关概念进行介绍。

2.1 目标分类

目标标准化处理的第一步就是首先要对目标进行分类，目的是为了便于计算机自动化处理并进行毁伤计算。常规武器主要通过破片、爆炸冲击波、聚能射流和爆炸成型弹丸对目标造成损伤，基本毁伤形式有冲击碰撞、穿透、燃烧、冲击波负载等，因此基于目标易损性可以对作战目标分为三类，即有生力量、装甲/设备和工程设施。

2.2 目标尺寸、材料处理

众所周知，不管武器配备什么样的战斗部，毁伤目标是何种毁伤元，都存在一定的毁伤范围，而相对于武器的毁伤范围来说，目标的外形尺寸从远小于武器毁伤范围到远大于武器毁伤范围不等，因此不能粗暴地把目标简化成点目标。而尽管对战场目标进行了分类，大大方便了目标易损性评估工作，但是即使是同一种类型的目标在外形尺寸大小、材料上也是不尽相同的，因此需要进行处理。目标是包含多个部件且各自具有某种功能的实体。毁伤目标是通过毁伤其拥有具体功能部件来造成的，目标的尺寸与其内部相关部件的相对位置以及武器毁伤元覆盖范围关系密切，因此，目标尺寸只能为了计算方便进行简单的近似取整，不能较大的改动。

通常，目标为了实现某一功能，保证其可靠性会使用不同的材料，且内部结构也非常复杂，毁伤计算与目标易损性密切相关，而目标易损性与目标的蒙皮、壳体材料、密度等有关，为了方便计算和对比，需要把目标的不同材料等效为标准材料［3］，比如等效为硬铝LY12cz，通过厚度、体现它们的差别。换算公式如式（1）［4］。

式中：tAL表示其他等效成硬铝的厚度（mm），t表示某材料厚度（mm），σtAL表示硬铝强度极限（MPa），σt表示某材料强度极限（MPa），ρAL表示硬铝密度，ρ表示某材料密度。

2.3 目标易损性与目标部件

目标易损性是指目标对于特定毁伤机理打击后损伤或毁坏程度，目标易损性越高，受到打击后越容易被毁伤［5］。目标易损性与自身材料、结构和特定毁伤机理有关，适宜的战斗部可以造成更大的毁伤，比如使用破片杀伤战斗部对装甲、有生力量的毁伤比对建筑物的效果好。

目标是一个复杂的系统，可以划分为多个部件或者舱室，比如对于飞机目标，由驾驶舱、油箱、发动机、弹药舱等组成，每个部件对于不同的毁伤元都有不同易损敏感度并且对目标整体的易损性起一定的作用，对于目标易损性的分析可以通过分析实际部件（舱室）来实现更高精度。

2.4 目标关键部件与非关键部件分析

目标的作用是通过其内部不同的部件功能协同来实现的，但是组成目标的部件很多，对这些部件的分析会大大影响效率，因此不可能也没有必要对每一个部件进行分析计算，而目标内存在一个或多个关键部件，这些部件的毁伤会造成整体目标的毁伤，比如对于飞机目标，可以通过打击它的油箱或发动机对其造成致命损伤，而非关键部件没有这个效果。分析目标的关键部件作用和损伤可以大大提高毁伤概率计算速度。但是并不是说非关键部件没有分析的必要，反而在实际情况中，由于弹目复杂的交会条件，非关键部件可能从武器毁伤目标方向遮挡关键部件，典型的例子就是飞机蒙皮、壳体遮挡了飞机发动机等关键部件，因此有必要分析实际弹目交会条件下目标关键部件和与之相关的非关键部件。

2.5 冗余关键部件和非冗余关键部件

前面分析过，对目标关键部件的毁伤会造成目标的毁伤，但是有些目标存在多个同类型的关键部件，比如飞机目标拥有多个发动机，毁伤一个不会对目标造成致命伤害，只有对所有发动机或者多个发动机毁伤才能毁伤目标，因此，在对目标进行关键部件分析时，要充分列出所有冗余关键部件，冗余关键部件关系可以通过毁伤树来体现。

2.6 易损面积

易损面积是指在某种毁伤元对目标毁伤作用的矢量平面上，目标或其部件的投影面积与被击中后的毁伤概率的乘积［6］，易损面积没有特定形状，它是抽象概念。易损面积的计算公式如式（2）：

式中：AV表示易损面积，AP表示呈现面积，PK/H表示毁伤概率。

3 目标标准化处理流程

战时目标毁伤结果评估或者预估的需要在速度和精确度二者之间衡量，根据前面的对目标标准化的概述和相关概念介绍，这里总结一下目标标准化处理流程。

首先，在对作战目标分类后，分析目标的内部部件组成、空间结构、易损性和易损面积、相对位置以及相互之间功能上关系，找出关键部件和与之相关的非关键部件，构建某种毁伤程度（如摧毁、歼灭/重度毁伤、功能丧失/中度毁伤、功能受限/轻度毁伤）的毁伤树。在此基础上，对特定弹目交会条件下目标和部件材料进行等效处理，计算相应易损面积，形成数据库，便于战时快速反应，然后根据特定类型战斗部打击目标进行毁伤概率计算。

4 反舰导弹目标标准化与毁伤概率计算

根据前面对目标标准化的描述，在这里以某型反舰导弹为例，进行目标标准化处理和毁伤概率的计算。

4.1 反舰导弹目标标准化

反舰导弹属于装甲/设备分类，图1是一个典型的反舰导弹结构图，主要由弹体、导引头、引信、战斗部、控制系统、弹上电气设备、燃油舱室、发动机等组成［7］。

导弹能否继续执行任务与其上述几个部件是否损伤关系密切，不同部件不同程度的损伤对导弹武器整体的毁伤影响程度也不同。导弹目标毁伤（功能失效）主要由三种情况造成：1）导弹爆炸失效；2）偏航未击中目标；3）击中目标但没有爆炸成为哑弹［7～8］，所以分析得到反舰导弹目标关键部件是导引系统、引信战斗部、控制系统、燃油系统和动力系统［9］。而毁伤这些部件首先要破坏外层壳体，对于反舰导弹的打击主要是通过破片来毁伤的。图2是造成反舰导弹目标毁伤情况2）、3）的毁伤树。

图1 导弹结构示意图

图2 导弹毁伤树

4.2 毁伤概率计算

根据4.1分析结果，假设某破片杀伤战斗部从侧面打击某反舰导弹，战斗部爆炸通过形成的破片对导弹目标形成毁伤，破片飞散区域是呈圆锥形，如图3所示。

图3 弹目交会示意图

锥体球冠面积为

导弹长7m，弹径0.4m，破片战斗部距目标10m处爆炸并形成半锥角（破片飞散角）为30°的椎体破片区，假设在破片飞散区共形成了2000枚破片［10］。

导弹各部件易损面积是通过式（2）计算的，进一步假设，所有破片均匀分布在破片区椎体冠表面，所以击中目标的破片数量为

破片虽然可以击中目标，但并不是所有破片都能对目标产生损伤，有的破片由于动能太小或者入射角太大无法穿透目标蒙皮或外壳，有的即使穿透外壳但无法对内部关键部件造成损伤，只有具有一定质量的破片大于目标等效材料极限穿透速度，才能造成损伤，球形破片对等效材料极限穿透速度公式为［11～12］

式中：h为目标材料厚度，d为球形破片直径，η为破片入射角，ρ为破片材料密度，ρt为目标或其部件材料密度，σt目标或其部件材料强度极限，a、b取决于实际破片与目标交会条件。

为了简化计算，这里假设击中目标的66枚破片中有20枚对目标或其内部部件产生损伤，目标生存概率为

所以，目标毁伤概率为

为了计算方便，粗略近似所有破片使用平均质量，所造成的毁伤效果也是相同的，因此

将式的结果带入式中，计算得到，该弹目交会条件下，目标毁伤概率为88.26%。

5 结语

针对传统目标标准化计算精度低，计算机仿真方法效率低的实际情况，提出了基于目标易损性的目标标准化处理流程，通过对作战目标标准化处理，在大大提升毁伤评估的速度外，不失准确度和可信度，权衡了评估效率和正确性。并以典型反舰导弹目标为例，分析并计算其毁伤概率，验证了方法的有效性和可行性。

但是该方法存在一定的局限，需要对目标特性有很深的理解，但是在实际情况中，毁伤评估工作面临的困境就在对我方武器弹药性能掌握较准确，而对敌方目标信息掌握较少，甚至有误，因此，需要在对目标简化的流程上进一步分析模糊处理的手段。此外，上述流程涉及到易损面积的计算，这需要平时毁伤评估工作的积累，对于一类型目标，其内部部件的作用和易损性、易损面积既有同一性也有差异，只有平时分析的目标越全、特性摸得越透，才能在战时起到关键作用。