两栖攻击舰对空自防御作战软硬武器火力冲突检测及消解

2020-12-08王慕鸿徐圣良

指挥控制与仿真 2020年6期

王慕鸿,张浩,徐圣良

(1.中国人民解放军91976部队,广东广州 510430;2.海军大连舰艇学院,辽宁大连 116018)

软硬武器协同抗击已成为舰艇反导作战的主要手段[1]。为应对空中威胁,特别是反舰导弹的威胁,两栖攻击舰通常装备有近程舰空导弹、近程舰炮等对空自防御硬武器。这些武器都需要舰载雷达的支持,可能与实施电子干扰时发射的箔条弹之间存在电磁兼容问题,从而导致无法及时拦截来袭目标。因此,必须准确检测自防御软硬武器之间是否存在火力冲突,并采取有效措施消除冲突,以免影响两栖攻击舰对空自防御软硬武器协同抗击效果。

目前,对舰艇软硬武器协同反导兼容性问题以定性分析较多[2-5],定量分析主要是针对特定两种软硬武器使用的兼容性[6-8],对软硬武器的火力冲突只是根据一般的武器性能和战术原则消除。本文建立了两栖攻击舰对空自防御软硬武器火力冲突判定模型,通过基于仿真的方法检测软硬武器之间是否存在火力冲突并给出更具操作性的冲突消解策略。

1 两栖攻击舰对空自防御作战软硬武器协同抗击态势分析

1.1 软硬武器协同抗击过程分析

两栖攻击舰对空自防御作战中,通常使用舰空导弹、近程舰炮和箔条弹等软硬武器对来袭反舰导弹进行协同抗击。在发现反舰导弹后，立刻或根据敌空袭征候适时提前发射箔条弹实施冲淡干扰,当雷达侦察告警系统发出导弹末制导雷达告警时立即实施箔条质心干扰,并在舰载雷达跟踪目标后组织硬武器进行拦截。

箔条弹爆炸后形成的箔条云,能对反舰导弹末制导雷达的捕选和跟踪实施干扰,但是，当反舰导弹从两个以上方向来袭时,也可能影响舰载雷达对某个方向来袭目标的探测跟踪,从而导致硬武器对该方向目标无法实施有效拦截。如图1所示,反舰导弹从两个方向来袭时,两栖攻击舰向周围发射箔条弹实施冲淡干扰,由于箔条云J2的“遮挡”,舰载雷达将不能对目标T2进行有效探测,也就无法组织硬武器对其实施拦截。类似情况也可能发生在实施箔条质心干扰时,如图2所示。

图1 箔条冲淡干扰态势图

图2 箔条质心干扰态势图

因此,两栖攻击舰抗击多方向来袭反舰导弹时,必须对软硬武器进行火力冲突检测及合适消解,以避免目标被箔条云遮挡而导致软硬武器火力冲突,影响软硬武器协同抗击整体效能的发挥。

1.2 来袭反舰导弹位置模型

建立以两栖攻击舰几何位置中心为原点、正北方向为Y轴、正东方向为X轴、垂直方向为Z轴的舰艇坐标系,假设来袭反舰导弹作等速直线运动,运用递推法可得到任意时刻反舰导弹的位置为[6]

(1)

式中,VT、HT、ψT分别为目标航速、航向角和俯仰角。

1.3 舰载雷达位置模型

为保证舰载武器系统稳定跟踪目标,舰艇在硬武器射击时一般不作转向机动[9],所以，可认为两栖攻击舰射击时在水平面作匀速运动。自防御硬武器指示目标的警戒雷达和近程舰炮武器系统火控雷达的天线基座通常安装在两栖攻击舰艏艉中线上方,故此,其舰载雷达在舰艇坐标系中位置可表示为

(2)

式中,dR为雷达距两栖攻击舰中心的安装距离;HR为雷达距两栖攻击舰中心的安装高度;HS为两栖攻击舰航向;(xS(t),yS(t),zS(t))为两栖攻击舰中心位置t时刻的坐标,且有

(3)

式中,VS为两栖攻击舰航速。

1.4 箔条云运动轨迹模型

两栖攻击舰发射的箔条弹在空中飞行一段时间,到达预定位置起爆形成近似于球体的箔条云,并随时间推移不断扩散。箔条云在风的作用下以风速作水平漂移,在空气阻力和重力作用下近似匀速下降,其中心在舰艇坐标系中的位置可表示为

(4)

式中,Hw为风向;Vw为真风速;TJS为箔条云留空时间;(xJ(0),yJ(0),yJ(0))为箔条云中心点起始位置。

假设箔条弹以方位BJ、仰角EJ从两栖攻击舰发射,以速度VJ飞行了距离DJ后起爆,起爆点即为箔条云的起始位置,则箔条弹空中飞行时间和箔条云起始位置分别为:

TJ=DJ/VJ

(5)

(6)

式中,(xS,yS,zS)为箔条弹发射时刻两栖攻击舰的位置;df为箔条弹发射架距两栖攻击舰中心的安装距离;Hf为箔条弹发射架距两栖攻击舰中心的安装高度。

2 两栖攻击舰对空自防御作战软硬武器火力冲突检测

2.1 软硬武器火力冲突判定模型

1)反舰导弹方位上被箔条云遮挡的判定

如图3所示,将箔条云、反舰导弹和舰载雷达投影到水平面上,RO是雷达天线基座位置,CHO和TH分别是箔条云中心点和反舰导弹在水平面的投影,∠AROB为雷达照射到箔条云的角度范围,RC为箔条云半径。

图3 反舰导弹方位被箔条云遮挡示意图

由图3所示位置关系,可求得箔条云中心点投影CHO相对雷达基座RO的水平面距离和方位为:

(7)

(8)

反舰导弹水平面投影THO相对雷达基座RO的距离和方位为:

(9)

(10)

雷达在水平面照射到箔条云的半角为

(11)

因此,满足以下条件时,反舰导弹在方位上被箔条云遮挡,舰载雷达将无法对其探测:

BCR(t)-α

(12)

2)反舰导弹俯仰上被箔条云遮挡的判定

将箔条云、反舰导弹和雷达投影到铅垂面上,如图4所示,CVO和TV是箔条云中心点和反舰导弹在铅垂面的投影,∠EROF为雷达在铅垂面照射到箔条云的角度范围。

图4 反舰导弹俯仰上被箔条云遮挡示意图

由图4所示位置关系,可求得箔条云中心点投影CVO相对雷达基座RO在铅垂面的距离和仰角为:

(13)

(14)

反舰导弹铅垂面投影TVO相对雷达基座RO的距离和仰角为:

(15)

(16)

雷达照射在铅垂面到箔条云的半角为

(17)

因此,满足以下条件,反舰导弹在俯仰上被箔条云遮挡,舰载雷达将无法对其探测:

ECR(t)-β

(18)

2.2 基于仿真的两栖攻击舰对空自防御作战软硬武器火力冲突检测流程

由于箔条弹的干扰频率覆盖了两栖攻击舰舰载警戒雷达和近程舰炮武器系统火控雷达的工作频段,因此,反舰导弹在方位上或俯仰上进入雷达对箔条云照射区即可判定软硬武器之间将存在火力冲突。两栖攻击舰对空自防御作战中,可采用仿真的方法进行火力冲突检测,在完成火力分配后,以箔条弹发射时刻为仿真开设时刻,对软硬武器协同抗击过程进行仿真,通过冲突判定模型检测软硬武器在整个协同抗击过程中是否存在火力冲突。基于仿真的两栖攻击舰对空自防御这种软硬武器火力冲突检测流程如图5所示。

图5 软硬武器火力冲突检测流程

3 两栖攻击舰对空自防御作战软硬武器火力冲突消解

3.1 箔条弹冲淡干扰与硬武器火力冲突消解

两栖攻击舰对空自防御作战中,当箔条弹冲淡干扰与硬武器之间存在火力冲突时,可以通过调整冲淡干扰模式或箔条弹布阵位置消解冲突,步骤如下。

1) 将图1所示的前后两处箔条云相对两栖攻击舰的夹角θCcd减小ΔθCcd;

2) 判断新的箔条云布阵下,是否存在发射死区,若存在发射死区,则转到第1)步;若不存在发射死区,继续进行下一步;

3) 进行软硬武器火力冲突检测仿真,判断新的布阵下,箔条弹与各种自防御硬武器之间是否继续存在冲突,若不再存在冲突,说明冲突已被消除;若还存在冲突,重复步骤1)2)3),直到θCcd小于θCcd-min(θCcd-min为箔条冲淡干扰中前后两处箔条云相对舰艇的最小允许夹角);

4) 当θCcd小于θCcd-min时,箔条冲淡干扰与硬武器之间冲突还没有消除,则采用“冲2”模式布放箔条弹;

5) 当采用“冲2”模式布放箔条弹也不能消除软硬武器火力冲突时,若箔条弹与舰空导弹冲突,则禁止实施箔条冲淡干扰;若箔条弹与近程舰炮武器系统冲突,且该方向只有一批来袭目标,则禁止实施箔条冲淡干扰;若箔条弹与近程舰炮武器系统冲突,但该方向有多批来袭目标,则禁止近程舰炮武器系统射击。

3.2 箔条弹质心干扰与硬武器火力冲突消解

两栖攻击舰对空自防御作战中,当箔条弹质心干扰与硬武器之间存在火力冲突时,可通过改变箔条弹的发射舷角或调整箔条弹布阵位置消解冲突,步骤如下:

1) 将图2所示箔条云与反舰导弹来袭方向的夹角θCzx减小或增加ΔθCzx;

2) 判断新的箔条弹布阵下,是否存在发射死区,若存在发射死区,则转到第1)步;若不存在发射死区,继续进行下一步;

3) 进行软硬武器火力冲突检测仿真,判断新的布阵下,箔条弹与各种对空自防御硬武器之间是否继续存在冲突,若不再存在冲突,说明冲突已被消除;若还存在冲突,重复步骤1)2)3),直到θCzx小于θCzx-min(θCzx-min为箔条质心干扰中箔条云与反舰导弹来袭方向的最小允许夹角)或发射舷向改变;

4) 当θCzx减小到小于θCzx-min或增大到改变了发射舷向时,冲突依然没有消除,若箔条弹与舰空导弹冲突,则禁止实施箔条质心干扰;若箔条弹与近程舰炮武器系统冲突,且该方向只有一批来袭目标,则禁止实施箔条质心干扰;若箔条弹与近程舰炮武器系统冲突,但该方向有多批来袭目标,则禁止近程舰炮武器系统射击。

4 仿真计算及结果分析

假设两栖攻击舰参数为航向90°、航速15 kn,舰载警戒雷达位置(10 m,0,30 m),近程舰炮武器系统跟踪雷达位置(0,0,20 m),箔条弹右舷发射装置位置(0,15 m,10 m)、发射扇面+10°～+170°,左舷发射装置位置(0,-15 m,10 m)、发射扇面-170°～-10°,冲淡干扰发射距离1 000 m、留空时间300 s,质心干扰发射距离100 m、留空时间50 s。交战海区风向120°;风速3 m/s。来袭目标为三批亚声速掠海飞行反舰导弹,目标状态及火力分配如表1所示。

仿真计算的结果显示,两栖攻击舰实施冲淡干扰时,箔条弹与舰空导弹、近程舰炮武器系统之间存在火力冲突,将箔条弹发射角度增加6°,可消除冲突;质心干扰时箔条弹与舰空导弹、近程舰炮武器系统之间也存在火力冲突,且调整箔条弹的发射角度无法消除冲突,根据战术原则此时需禁止实施质心干扰。