CN108520312B - 一种海上作战防空部署优化设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种海上作战防空部署优化设计方法，包括：根据目标来袭方位，按180°防御区进行海上作战舰艇编队防空部署；其中，所述海上作战防空部署以被掩护舰为原点，以最优的前出距离和方位角在威胁轴两侧对称部署两艘防空舰，获得最大的目标防御纵深。本发明海上作战防空部署优化设计方法，在海上联合作战时，提供一种科学的、有效的防空舰艇编队形式，可根据防空武器性能，快速的计算舰艇位置关系，快速响应作战需求，大大提高了海上编队部署的快速性、可靠性与科学性，解决现有海上联合作战指挥员以作战经验来计算舰艇编队形式的技术难题。

Description

一种海上作战防空部署优化设计方法

技术领域

本发明涉及海上作战技术领域。更具体地，涉及一种海上作战舰艇编队防空部署优化设计方法。

背景技术

海上编队队形部署优化是一个十分复杂和困难的问题，部署优化的约束条件很多，如防空部署受兵器性能的制约、舰间距离必须合理以及编队机动、指挥通讯、火力协同要求等。对于海上编队防空队形部署来说，在武器系统作战能力既定的情况下，部署后编队对关键目标的掩护能力主要体现在防御区大小上，即防空武器对各方向上来袭目标的防御纵深最大。

因此，需要建立一种海上作战防空部署优化设计方法，并给出了载有防空武器系统三舰编队(其中一条为被掩护舰)的防空部署优化的结果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海上作战防空部署优化设计方法，在海上联合作战时，提供一种科学的、有效的防空舰艇编队形式，可根据防空武器性能等快速计算舰艇位置关系，可快速响应作战需求，解决现有海上联合作战指挥员以作战经验来计算舰艇编队形式的技术难题。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明提供了一种海上作战防空部署优化设计方法，包括：根据目标来袭方位，按180°防御区进行海上作战防空部署；

其中，所述海上作战防空部署以被掩护舰为原点，以最优的前出距离和方位角在威胁轴两侧对称部署两艘防空舰，获得最大的目标防御纵深。

进一步，所述海上作战防空部署具体为对于单个防空舰在90°防御区内的海上作战防空部署，计算在整个90°防御区的目标防御纵深E(l_α,R)：

且满足

其中，

α为方位角，R为前出距离，D为防空装备最大防御距离，P_x＝Rsin(|α-θ|)为航路捷径，θ为目标进入方位，q_max为最大航路角，f_θ(θ)目标在90°防御区的范围内的θ满足概率分布的密度函数；

R_max为部署远界，R_min为部署近界；L＝R*sinα为两艘防空舰间距，

为两艘防空舰间距最大值、L_min为两艘防空舰间距最小值；P_max为最大航路捷径。

在本发明中，远界D、最大航路角q_max、最大航捷P_max由防空武器系统的性能决定，由于防空舰和被掩护舰载有的防空武器系统性能是确定，因此远界D、最大航路角q_max、最大航捷P_max是确定的；两艘防空舰间距最小值 L_min由两艘防空舰间的电子干扰、安全、机动性能等因素决定，是已知的；部署远界R_max，部署近界R_min由防御区以防空舰和被掩护舰的杀伤区推算发射区进行取值，也是已知的。根据以上参数若目标进入方位θ确定，则防御纵深是确定的，因此根据上述值可以计算出以最优的前出距离R和方位角α在威胁轴两侧对称部署两艘防空舰可以使得被掩护舰获得最大的目标防御纵深。

本发明的有益效果如下：

本发明海上作战防空部署优化设计方法，在海上联合作战时，提供一种科学的、有效的防空舰艇编队形式，可根据防空武器性能，快速的计算舰艇位置关系，快速响应作战需求，大大提高了海上编队部署的快速性、可靠性与科学性，解决现有海上联合作战指挥员以作战经验来计算舰艇编队形式的技术难题。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出海上作战防空部署区域。

图2示出两防空舰火力重叠区计算示意图。

图3示出单防空舰目标防御纵深示意图。

图4示出基于某防空武器的海上作战防空部署计算结果图，横轴代表α，纵轴代表R，黑线为边界值，图中右下角三条曲线与坐标轴横轴、右侧纵轴围成的区域即为变量的取值区域。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

一种海上作战防空部署优化设计方法，如图1所示，包括：根据目标来袭方位，按180°防御区进行海上作战防空部署；

其中，所述海上作战防空部署以被掩护舰为原点，以最优的前出距离(防空舰相对于被掩护舰的舰间距)和方位角(防空舰相对于被掩护舰的方位角) 在威胁轴两侧对称部署两艘防空舰，获得最大的目标防御纵深。

在海上作战防空部署过程中，防空舰的位置是由防空舰相对于被掩护舰的舰间距R和方位角α唯一确定的，故防空舰艇编队形式对被掩护舰的掩护效果受防空舰相对于被掩护舰的舰间距R和方位角α两个因素影响。防空舰相对于被掩护舰的舰间距R主要影响编队的目标探测能力以及目标的防御纵深。防空舰相对于被掩护舰的方位角α则直接影响编队整体防御区的大小和对目标的拦截效果。另外，受防空武器作战能力和通信等问题的制约，防空舰应在一定的区域以被掩护舰为原点进行部署，即部署区存在近界与远界，部署远界记为R_max，近界记为R_min。

两艘防空舰在180°范围内进行防御时，按威胁轴对称配置可最大限度地覆盖防御区域。两艘防空舰间距影响着防空舰对被掩护舰的掩护能力。为更好地进行协同防御，每艘防空舰防御区之间应有一定的重叠区，以使得在各个方向上来袭的目标均可防御，如图2所示。重叠区的大小由防空舰间间距和单舰作战能力决定。间距越小，重叠区越大，反之则重叠区变小。但从编队整体防御区分析，间距过小会导致防御区面积变小，间距过大则导致对重叠区目标进行打击的效果变差。根据防空舰机动、电子干扰等方面的要求，两艘防空舰间距不能过小，记该值为L_min；另一方面，一般要求两艘相邻防空舰的防空导弹对从两者之间飞过的目标进行射击时，其射击次数应不小于其中每艘防空舰的防空导弹对直接在其上空飞过的目标(零航路捷径)所实施射击次数的数学期望。

为简化计算过程，如图2所示，在求解间距记防空舰重叠区上交点为a，两艘防空舰连线中点为b，该点也是火力重叠区的中心点。a、b两点之间的距离用l表示，防空舰A的作战半径cd与威胁轴Oy平行，从点a作半径cd的垂线，交点为a′，则|a′d|＝|ab|，当重叠区纵深为单舰零航路捷径纵深一半时，有：

|ab|＝|a′d|＝D/2＝|cd|/2＝|a′c| (1)

另外，由于|ad|＝D＝|cd|，则三角形△adc为等边三角形，故角∠adc＝60°，进一步有

此时对应的两艘防空舰间距为

当间距增大时，火力重叠区纵深变小，间距减小，重叠区纵深变大，则满足重叠区火力纵深要求时的间距即为两艘防空舰间距最大值L_max，故

根据以上分析，两艘防空舰按威胁轴对称部署，在满足一定的约束下，使得被掩护舰整个防御区纵深最大。由于两艘防空舰对称部署，故分析编队在180°上的优化部署问题时，在两艘防空舰间距满足一定要求下，可只考虑其中的一半，即一艘防空舰在90°区域内的部署，如图3所示。下面首先分析在防空舰部署防空舰相对于被掩护舰的舰间距R和方位角α参数向量取值一定、目标进入方位角为θ时的目标防御纵深。目标方位角为θ，其航路指向被掩护舰，坐标原点为被掩护舰，纵轴为威胁轴。防空舰A杀伤区朝向空袭目标阵地，即防空舰A火力区扇面方向与空袭目标航路平行，方向相反，如图中所示，其最大航路角为q_max{一般要求最大航路角q_max>π/4}，最大航路捷径为P_max，防空舰 A到目标航路的垂线与目标航路的交点记为b′，下面分析纵深|ab|的值。

首先计算防空舰对该目标的航路捷径P_x，即距离|Ab′|。防空舰相对于被掩护舰的舰间距为R，方位角为α，目标进入方位为θ，三角形△Ab′O为直角三角形，则|Ab′||OA|＝sin(|α-θ|)，故有:

P_x＝|Ab′|＝Rsin(|α-θ|) (4)

线段Aa为防空舰作战半径，|Aa|＝D，三角形△ab′A也为直角三角形，故有

进一步，利用三角形△Ab′b，可得:

|b′b|＝|b′A|tg(90°-q_max)＝|b′A|ctg(q_max)＝P_xctg(q_max) (6)

则目标防御纵深l为

它由θ、α、R的值决定。

在现有的防空武器确定的情况下，防空武器系统的性能是确定，即最大防御距离D，最大航路角q_max，最大航捷P_max是确定的，若目标进入方位θ确定，则目标防御纵深是确定的，目标在90°防御区的范围内的θ满足某一概率分布，其密度函数为f_θ(θ)，则在整个90°防御区目标防御纵深为的期望为：

该值的计算受参数D、R_max、R_min、L_max、L_min、P_max影响。以目标防御纵深的期望为优化目标，即建立如下模型：

求E(l_α,R)在以下约束条件下的最大值

本发明以两艘防空舰掩护被掩护舰为例进行研究，多舰的情况可进行类似的建模分析。

假设防空武器系统的性能参数如下：D＝95km，P_max＝35km；防御区以武器系统的杀伤区推算发射区进行取值：R_min＝13km，R_max＝120km；考虑舰与舰之间的电子干扰、安全、机动性能等因素，参考相关数据，L_min＝10km，

综上，假设目标来袭方向在90°的防御区内服从均分布，两艘装有防空武器的防空舰作战防空部署的优化问题换为以下数学问题，求

在

的最大值。

利用Mathematica软件得到图4，由图4可观察，最值在R＝13km～14km，α＝0.7～0.8左右取得。输入控制命令求得R＝13.2km，α＝0.785399rad，即双舰在作战模式，防空舰部署在方位角为0.785399rad，防空舰与被掩护舰的距离为 13.2km处。

在计算海上作战防空部署设计时，可依据此模型设计计算软件，战前可根据软件计算海上作战防空部署阵型位置，以指导编队防空作战。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (1)

1.一种海上作战防空部署优化设计方法，其特征在于，包括：根据目标进入方位，按180°防御区进行海上作战防空部署；

其中，所述海上作战防空部署以被掩护舰为原点，以最优的前出距离和方位角在威胁轴两侧对称部署两艘防空舰，获得最大的目标防御纵深，

其中，所述海上作战防空部署具体为对于单个防空舰在90°防御区内的海上作战防空部署，计算在整个90°防御区的目标防御纵深E(l_a,R)：

且满足

其中，

α为方位角，R为前出距离，D为防空装备最大防御距离，P_x＝Rsin(|α-θ|)为航路捷径，θ为目标进入方位，q_max为最大航路角，f_θ(θ)目标在90°防御区的范围内的θ满足概率分布的密度函数；R_max为部署远界，R_min为部署近界；L＝R*sinα为两艘防空舰间距，

为两艘防空舰间距最大值、L_min为两艘防空舰间距最小值；P_max为最大航路捷径。

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