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舰空导弹系统武器分配方法研究 *
成顺利
(中国人民解放军92941部队，辽宁 葫芦岛 125001)
摘要： 从单舰防空导弹武器系统的综合控制角度出发，对防空舰艇装载多型防空导弹时的武器分配方法进行了分析研究。提出了战场环境动态变化条件下影响武器分配过程的若干约束条件；并以武器分配执行驱动条件的不同，提炼了3种不同的武器分配驱动策略，并总结了各驱动策略的优缺点；最后从作战实施层面，给出了武器分配模型设计时需考虑的设计原则。
关键词： 舰空导弹；武器系统；武器分配；约束条件；驱动策略；设计原则
0 引言
自1982年英阿马岛战争中，阿根廷战斗机发射“飞鱼”反舰导弹击沉英国谢菲尔德驱逐舰后，现代海战水面舰艇最大威胁始终是来自于各种平台(舰载和机载)发射的反舰导弹。对舰艇编队区域防空作战而言，为应对这些反舰导弹威胁，各种现代驱逐舰艇均已装备多种不同型号的舰空导弹武器或近防武器，例如美国舰艇装备的标准2/6导弹、海麻雀导弹、海拉姆导弹、密集阵近防武器等。由于各型防空导弹武器的作战原理、使用时机和作用距离各不相同，要想防御反舰导弹多批次、多方位的饱和攻击，单独使用一型防空武器，必然无法有效地对付新一代的反舰导弹，因此必须采取多型防空武器综合控制的方式，在编队指挥系统、本舰指挥系统进行了目标分配及目标指示以后，本舰防空导弹武器系统在频域、时域和空域上进行协同配合，指明由哪一型武器、哪些火力单元对哪些目标在何时采取何种射击方案进行射击(称为目标武器分配，weapon target assignment，WTA)，实现编队区域防空作战的最大效能。
国外对舰空导弹武器分配有大量实战化研究成果，较为突出典型应用之一是美国的舰艇自防御系统(SSDS)。SSDS可将各种传感器、防御武器及指挥控制系统集成为一体，采用人工智能技术和基于作战规则的战术辅助决策技术，通过综合使用软硬武器摧毁来袭目标，极大提高了对空防御作战效能。SSDS系统可对海麻雀导弹、海拉姆导弹、密集阵近防武器及其他软杀伤武器进行综合控制。SSDS采用嵌入式作战原则，能够对来袭导弹威胁做出综合响应，提供从战术辅助决策到使用软、硬杀伤武器交战等能力，可以利用多型武器实现对反舰导弹的分层防御能力，使各类水面舰艇能够对付愈加致命的反舰巡航导弹的威胁。
国内对于编队防空的目标武器分配也已进行很多研究[1-10]。文献[1]提出了基于目标威胁程度的动态武器分配方法，该分配方法集中在目标端，没有考虑对不同的武器类型的协调分配过程。文献[2]提出基于Agent方法的舰艇编队目标武器分配方法，实现统一防空目标态势下编队内不同舰艇间的武器分配。文献[3]提出基于动态规划的编队内多武器类型及多武器通道条件下的武器分配策略，从编队宏观角度分析了多次射击及武器转火对编队武器分配的影响。文献[4]提出基于灰色决策理论的防空舰艇武器数量分配方法，实现不同作战任务条件下的单舰战前多武器的数量分配模型。文献[5]提出了基于时间窗的准动态目标武器分配算法，综合考虑拦截概率、拦截时间和武器耗费等指标，实现多类防空武器的优化分配。
综上所述，国内现有各目标武器分配方法均只从编队或本舰作战效能优化的理论角度出发，宏观上给出作战效能较高的武器分配方法。部分研究在讨论武器分配的同时，对舰艇编队防空作战时的目标分配进行了一同考虑。在编队防空作战时，目标分配通常属于编队指挥范畴。本文只对单舰防空武器系统层面进行分析研究，即在上级指挥系统下达目标指示后，需由武器系统进行的武器分配方法进行研究，并从舰载防空导弹武器拦截过程的实施层面对武器分配的设计原则进行分析。
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1 防空作战指挥及武器拦截过程
某村的百姓得知秀容兵驻扎在村头谷场，就煮了一千根玉米棒子送过去，秀容月明实在拒绝不了，就收下了。天亮，百姓到谷场上一看，秀容兵早走了，只有棒穰子整整齐齐地堆在那里，棒穰上，没一丁点棒粒，都被啃得干干净净。
综合美军和俄罗斯等外军舰艇进行防空作战时的指挥情况，舰指挥所通过舰艇指控系统来重点完成对空侦察预警；目标探测、跟踪、识别和威胁判断；进行目标分配和目标指示；作战区域敌我态势监控；舰空导弹、舰炮和电子战等武器装备综合运用的优化；舰艇机动决策；指挥射击，组织观察和评估射击效果等[11-15]。
1) 设计变量X。确定4个设计变量：连杆架的底座长、宽、底座厚度和轴承座板的厚度作为参数，分别设置为DS_D1、DS_D2、DS_H1和DS_H2，如图1中的标注所示。
（2）与 CK相比，有机肥-化肥配施比例为20%~50%时，土壤中各营养元素的含量均有所提高，其中配施50%有机肥处理，有效钾含量显著提高；有机肥配施可以提高土壤有机质含量，增加土壤的保水保肥力，显著降低了径流水中全氮、全磷浓度，减少了水体富营养化的风险。2017年全年茶青产量提高了13.28%和2.5%，茶叶中的水浸出物、氨基酸和茶多酚的含量均有所提高，酚氨比降低，提高了绿茶的品质。
爱米丽·格里尔生小姐过世了，全镇的人都去送丧:男子们是出于敬慕之情，因为一个纪念碑倒下了。妇女们呢，则大多数出于好奇心，想看看她屋子的内部。除了一个花匠兼厨师的老仆人之外，至少已有十年光景谁也没进去看看这幢房子了。
(2) 接收目标指示及目标跟踪信息：当武器系统接到目标指示及目标跟踪数据后，对目标数据进行相关处理，并进行目标诸元计算。
(3) 发射准备：武控系统按照一定的流程步骤进行武器分配、目标通道分配、火力分配及导弹的发射准备工作。
火力分配驱动武器分配的核心思想是在上级指挥系统下达目标指示以后，先不进行武器分配，而是根据接收到的目标跟踪数据进行目标诸元计算，当某一型武器可拦且可以进行火力分配时，进行武器分配，在某些情况下，如果导弹去火力分配后，需重新进行武器分配。
(5) 制导控制：武控系统根据一定的算法模型及制导阶段控制导弹飞向目标。
(6) 弹目交会：满足一定条件时，导弹战斗部引爆，对目标进行杀伤。
(7) 拦截评估：武控系统根据一定模型进行拦截效果评估。
2 武器分配的约束条件
当本舰装有多种不同型号的防空导弹，且本舰防空导弹武器控制系统(简称武控系统)对多型导弹具有兼容控制能力时，多型武器的作战能力可以形成互补，对各类空袭目标可以形成更广的杀伤范围。各型武器有各自的杀伤区，这些杀伤区有一定的重叠区域，也有各自独占的区域，这就形成了一个综合武器杀伤区，当目标拦截点落入任意一型武器的杀伤区内，本舰的武器系统即应对该目标形成杀伤能力，如图1所示。为形成上述杀伤能力，在上级(编队指挥或本舰指挥)下达目标指示后，需由武控系统进行武器分配，选择一型武器对目标进行拦截。后续根据武器分配结果，对所选武器类型进行火力分配，并适时发射导弹对目标进行拦截。
图1 舰艇多型防空武器的杀伤区示意图
Fig.1 Illustration of the killing zones of multi-type air defense weapons
对于武器分配过程，需要考虑的约束条件有目标类型、目标诸元(目标速度、目标高度、目标斜距、目标航路捷径)、各型武器对当前目标的杀伤区、本舰制导资源、本舰武器资源、各型武器杀伤效能等因素。其中，目标类型可根据空情探测情况进行实时更新，也可随时由作战人员进行更改；目标诸元随着目标机动在实时的变化；各型武器的杀伤区以目标类型及目标诸元为输入进行实时解算；制导资源及武器资源，指对当前目标可用的制导通道数及可用的导弹数，上述资源还可能被其他目标占用，也可能被舰上其他武器系统占用，也有可能受本舰指挥系统各类干预命令的影响。
综上所述，各类约束条件均为动态变化的约束条件，在拦截导弹发射前随时可能变化，通过一次武器分配决策无法应对约束条件的实时改变，而应在导弹发射前适时进行武器重分配。例如，如图2所示，当目标处于高空时，武控系统进行了一次武器分配，选择A型导弹对目标进行拦截，而在武器分配之后，目标突然降低高度实施超低空突防，这时A型武器不再对该目标具有拦截优势，而B型武器更适合拦截低空目标，此时须通过武器的重新分配，将该目标分配给B型目标进行拦截。
图2 约束条件动态变化导致的武器重分配
Fig.2 Redistribution of weapons caused by dynamic constraints
3 武器分配的驱动策略
以执行武器分配的驱动条件的不同，本文提出3种武器分配的驱动策略，并对这3种武器分配策略进行优缺点比较。
520 Mediating role of regulatory emotional self-efficacy between psychological quality and depression in graduate students of military medical college
在武器拦截过程方面，综合美国和俄罗斯典型舰空导弹系统的防空作战过程，舰空导弹武器系统在接到舰指控系统的目标分配或指示后，进行武器分配、目标通道分配、导弹射击效率预测计算和火力分配、射击方式选择、导弹发射准备、导弹武器系统作战指挥程序控制、发射前可拦截性判断、杀伤区与发射区显示、应急情况处理决策等。一次目标拦截的简化过程如下：
3.1 方法1：目标指示驱动武器分配
目标指示驱动武器分配的核心思想是在上级指挥系统下达目标指示以后，根据目标指示里的目标信息尽早进行武器分配。采用该方法进行武器分配时需要对目标指示中相应的目标信息进行计算，得到目标诸元，并基于其他已知约束信息进行武器分配。
采用该武器分配方法，优点是武器分配早，所分配武器可尽早进行发射准备，武器操作人员及指挥人员心理准备时间长；缺点是武器分配与导弹发射间隔时间长，各种约束条件发生变化的可能性大，有更大的可能需要进行武器重分配。
3.2 方法2：预测可拦驱动武器分配
预测可拦驱动武器分配的核心思想是在上级指挥系统下达目标指示以后，先不进行武器分配，而是根据接收到的目标跟踪数据进行目标诸元计算，当预测目标即将进入某一型武器的发射区前，基于目标诸元及其它已知约束信息进行武器分配。
(1) 作战准备：武器系统收到上级的作战命令后，操作人员将武器系统各设备加电、启动，各设备自检，并进行通信链路检查。
采用该武器分配方法，优点是武器分配与导弹发射间隔相对较短，各种约束条件发生变化的可能性相对小，需要进行武器重分配的可能性相对小，并且导弹可以在目标进入发射区之前提前进行发射准备；缺点是目标预测可拦并不等同于导弹可以火力分配，在某些情况下，不能对所分配的武器类型进行火力分配，此时所分配的武器不能进行导弹发射。
舰空导弹射击指挥是编队指挥及本舰指挥等各级指挥人员在使用舰空导弹作战时，为了充分发挥武器系统作战效能所采取的各项措施与活动的总和，需要在全舰集中统一、各系统密切配合的基础上进行。根据舰空导弹射击指挥层次划分和指挥原则，应当充分利用舰艇指控系统和舰空导弹武器系统在指挥自动化方面的潜力,按照突出优势、合理分工、相互协调的原则，开发相应的舰空导弹武器系统综合武器控制软件。
3.3 方法3：火力分配驱动武器分配
(4) 导弹发射：基于武器分配及火力分配结果，进行导弹发射流程的控制，导弹进入不可逆程序，发控系统实现导弹发射。
由图5(b)可知，当S和n一定时，与单脆弱性变换情况类似，asp随min{intervali} 的减小而非线性降低，表明多脆弱性变换情况下，同样可通过减小变换周期而提高动态防御有效性.特别地，当min{intervali}= Snτ时，asp≈0.75.这是因为当min{intervali}= Snτ时，根据式(9)可知此时的入侵成功概率asp(min{intervali} )≈0.5，同时根据式(13)可知入侵者在单个入侵窗口内平均可发起的入侵次数E(k)=S/2，因此入侵者平均需要经历2次脆弱性变换才能实施穷举性入侵，所以入侵成功概率asp≈1-0.52=0.75.
采用该武器分配方法，优点是将火力分配与武器分配进行绑定，当能够火力分配时才进行武器分配，火力去分配时需重新进行武器分配，这种方式保证了武器分配与导弹发射间的最短间隔，各种约束条件发生变化的可能性最小，需要进行武器重分配的可能性最小，并且武器重分配可直接通过火力去分配驱动；缺点是武器分配时刻较晚，各型导弹需提前进行发射准备，且武器操作人员及指挥人员心理准备时间短。
4 武器分配的设计原则
从具体作战实施角度出发，在进行火武器分配时可以考虑的设计原则如下：
(1) 基于人工指定优先原则，当上级或武控指挥人员人工指定某一武器类型，优先分配该类型导弹，当人工指定其它武器类型时，进行武器重分配。
(2) 基于尽早拦截原则，当某一型武器先满足可拦条件时，优先尝试分配该类武器。
江西地处长江中下游南岸，境内水系纵横交错。然而，近年来偷采、滥挖河砂不仅造成砂石资源日益枯竭，破坏了江河的生态环境，而且严重影响了河道安全和防汛安全。为了强化河道采砂管理，江西省政府和水行政主管部门对非法采运砂石资源依法严打，维护了采砂秩序，保障了河势稳定。
(3) 基于抗干扰优先原则，当某一型武器所需制导资源受干扰时，优先尝试分配其它类型武器。
(4) 基于杀伤效能优先原则，当多型武器均可武器分配时，基于提高杀伤效能的目的，优先尝试杀伤效能较高的武器类型。
5 结束语
本文从单舰防空武器系统综合控制的角度出发，对武器分配方法进行了分析，提出了战场环境动态变化条件下影响武器分配过程的若干约束条件，并以武器分配执行驱动条件的不同，总结了三种不同的武器分配驱动策略，并分析了各个驱动策略和优缺点，最后从具体作战实施角度出发，总结了武器分配模型设计时需考虑的设计原则。
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Weapon Target Assignment of Ship -to -Air Missile Weapon System
CHENG Shun-li
(PLA,No.92941 Troop,Liaoning Huludao 125001,China)
Abstract :From the perspective of integrated control of single ship′s air defense missile weapon system, the weapon distribution method of air defense ships loaded with multi-type air defense missiles is studied. Some constraints affecting weapon distribution process under dynamic changes of battlefield environment are suggested. Based on different driving conditions for the implementation of weapon distribution, three different driving strategies for weapon distribution are proposed, and the advantages and disadvantages of each driving strategy are summarized. Finally, from the operational level, the design principles that should be considered in the design of weapon distribution model are given.
Key words :ship to air missile;weapon system;weapon distribution;constraints affecting;driving strategies;design principles
doi: 10.3969/j.issn.1009-086x.2019.02.25
中图分类号： TP391.9
文献标志码： A
文章编号： 1009-086X(2019)-02-0161-05
收稿日期： 2018-07-30；修回日期：2018-08-15
第一作者简介：
成顺利(1965-)，男，辽宁省葫芦岛人。高工，学士，研究方向为舰空导弹武器系统试验工程。
通信地址： 125001 辽宁省葫芦岛市龙港区92941部队41分队 E -mail ：xld1965@163.com
标签：舰空导弹论文; 武器系统论文; 武器分配论文; 约束条件论文; 驱动策略论文; 设计原则论文; 中国人民解放军92941部队论文;