基于ExtendSim的高炮群作戰(zhàn)效能仿真分析*

邱一文，季新源，黃 鵬

(1.空軍空降兵學(xué)院，廣西 桂林 541003;2.解放軍94643部隊(duì)，福建 漳州 363000)

現(xiàn)役某型高炮存在射程近、高度低、命中率小以及自動化程度低的缺陷，僅僅依靠高炮防空已難以適應(yīng)現(xiàn)代防空作戰(zhàn)的需求，如何利用現(xiàn)有裝備解決部隊(duì)作戰(zhàn)能力瓶頸問題成為部隊(duì)的迫切需求。通過某型信息交換器，以網(wǎng)絡(luò)或?qū)＞€接入方式連接到高炮指揮信息系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)某型火控雷達(dá)之間、火控雷達(dá)與指揮信息系統(tǒng)之間互通情報信息，這極大拓展了部隊(duì)作戰(zhàn)能力提升的空間。為了更好地分析評估火控雷達(dá)組網(wǎng)條件下高炮群的作戰(zhàn)效能，本文構(gòu)建了抗擊敵空襲目標(biāo)的仿真流程及模型，通過計算機(jī)仿真輔助研究人員進(jìn)行相關(guān)研究。

1 防空作戰(zhàn)一般流程

高炮部隊(duì)抗擊敵空襲是指部隊(duì)從接到敵情報直到戰(zhàn)斗結(jié)束的全部戰(zhàn)斗過程。根據(jù)戰(zhàn)斗的進(jìn)程其抗擊敵空襲的一般程序，可分為四個階段:第一步，進(jìn)入臨戰(zhàn)狀態(tài)，組織搜捕目標(biāo);第二步，正確判斷情況，定下射擊決心;第三步，掌握開火時機(jī)，適時轉(zhuǎn)移火力;第四步，做好再戰(zhàn)準(zhǔn)備，組織戰(zhàn)評總結(jié)。本文主要對前三個階段進(jìn)行研究分析，為便于建立仿真模型，將此三個階段簡化成三個步驟。

1)組織對空偵察

在上級或遠(yuǎn)方空情進(jìn)行敵情報知后，部隊(duì)進(jìn)入戰(zhàn)斗狀態(tài)。高炮群組織目標(biāo)指示雷達(dá)和火控雷達(dá)對目標(biāo)進(jìn)行搜捕。當(dāng)某一部雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時，通過組網(wǎng)技術(shù)高炮群內(nèi)其余雷達(dá)即能發(fā)現(xiàn)跟蹤該批目標(biāo)。

2)確定射擊決心

根據(jù)敵方空襲方向以及作戰(zhàn)手段，判斷是否滿足射擊條件、是否組織抗擊，確定火力單元負(fù)載情況、抗擊目標(biāo)優(yōu)先權(quán)等相關(guān)決心。

3)組織對空射擊

組織各火力單元對空襲目標(biāo)進(jìn)行射擊，并觀察各火力單元射擊結(jié)果。

2 防空作戰(zhàn)仿真流程設(shè)計

根據(jù)上述簡化后的高炮部隊(duì)抗擊敵空襲目標(biāo)的程序，可得抗擊敵空襲一般仿真流程如下:

1)生成空襲目標(biāo)流。并賦予進(jìn)入范圍、進(jìn)入距離、速度、敵電子干擾掩護(hù)種類等屬性。

2)根據(jù)空襲目標(biāo)進(jìn)入范圍判斷進(jìn)入前方防區(qū)區(qū)段。進(jìn)入某防區(qū)區(qū)段后，該營所屬雷達(dá)搜索目標(biāo)。判斷雷達(dá)是否能發(fā)現(xiàn)并跟蹤目標(biāo)，若能發(fā)現(xiàn)目標(biāo)則進(jìn)入火力打擊單元，若不能發(fā)現(xiàn)則進(jìn)入后方防區(qū)或抗擊失敗。

3)火力單元進(jìn)行射擊。判斷是否構(gòu)成射擊條件，若不構(gòu)成射擊條件，則目標(biāo)突防，抗擊失敗;當(dāng)構(gòu)成射擊條件時，將進(jìn)一步判斷火力單元是否空閑，若空閑，抗擊成功，否則抗擊失敗。

4)統(tǒng)計各項(xiàng)數(shù)據(jù)。統(tǒng)計抗擊目標(biāo)數(shù)，突防目標(biāo)數(shù)等相關(guān)數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)結(jié)果，評估作戰(zhàn)效能。

根據(jù)上述流程，得到以3個營為單位的扇形配置高炮群抗空襲仿真流程框架圖如圖1所示。

圖1 高炮群扇形配置抗空襲仿真流程框架圖

3 基于ExtendSim的防空作戰(zhàn)仿真模型

仿真軟件ExtendSim采用直觀明了的模塊化建模方式，能對服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行良好的仿真實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)采用該軟件建立仿真模型，對火控雷達(dá)組網(wǎng)條件下的高炮群作戰(zhàn)效能進(jìn)行仿真分析。

3.1 空襲目標(biāo)流產(chǎn)生模塊

通過產(chǎn)生模塊“Create”產(chǎn)生1000批次，強(qiáng)度為20秒/架次的敵空襲目標(biāo)流。通過設(shè)置屬性模塊“Set”分別賦予空襲目標(biāo)流進(jìn)入范圍、進(jìn)入距離、電子干擾掩護(hù)種類、速度等參數(shù)，如圖2所示。

圖2 產(chǎn)生空襲目標(biāo)流模塊示意圖

3.2 進(jìn)入防區(qū)判斷模塊

為了更好地對保衛(wèi)要地進(jìn)行防衛(wèi)，各火力單位均有其重點(diǎn)防區(qū)。因此，各火力單位將根據(jù)空襲兵器的進(jìn)入范圍進(jìn)行有選擇的抗擊。如圖3所示，通過讀取屬性模塊“Get”讀取目標(biāo)進(jìn)入范圍屬性，并通過選擇模塊“Decision”和分流模塊“Select Item Out”對目標(biāo)進(jìn)行分流。

圖3 進(jìn)入防區(qū)判斷模塊示意圖

3.3 雷達(dá)捕住目標(biāo)判斷模塊

當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入某個火力單位時，首先應(yīng)判斷火控雷達(dá)是否能捕住目標(biāo)。如圖4所示，通過讀取屬性模塊“Get”讀取目標(biāo)進(jìn)入范圍、干擾掩護(hù)種類屬性，在方程模塊“Equation”中編程計算空襲目標(biāo)是否進(jìn)入雷達(dá)探測范圍，“是”則進(jìn)入處理模塊“Activity”進(jìn)行處理，“否”則目標(biāo)突防。

3.4 火力打擊判斷模塊

當(dāng)目標(biāo)在雷達(dá)捕捉模塊判斷為“是”并進(jìn)行處理后，目標(biāo)即進(jìn)入火力打擊判斷模塊。如圖5所示，通過讀取屬性模塊“Get”讀取目標(biāo)進(jìn)入距離、干擾種類和速度屬性，在方程模塊“Equation”中編程計算火力單元是否對空襲目標(biāo)構(gòu)成射擊條件，“是”則目標(biāo)經(jīng)第一分流模塊進(jìn)入第二分流模塊，“否”則目標(biāo)突防。當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入第二分流模塊后，火力單元進(jìn)行忙閑判斷，若火力單元“閑”則目標(biāo)進(jìn)入處理模塊“Activity”進(jìn)行處理，若火力單元“忙”則目標(biāo)突防。

圖4 雷達(dá)捕住目標(biāo)判斷模塊示意圖

圖5 火力打擊判斷模塊示意圖

3.5 建立仿真模型

將各功能模塊進(jìn)行封裝，對模塊中需重點(diǎn)考查的參數(shù)單獨(dú)設(shè)定輸入?yún)^(qū)域，以便隨時更改參數(shù)進(jìn)行相關(guān)靈敏度分析。如圖6所示為扇形配置高炮群作戰(zhàn)效能仿真分析模型。

圖6 基于ExtendSim的高炮群抗空襲仿真模型

4 仿真實(shí)例

4.1 作戰(zhàn)想定

假設(shè)保衛(wèi)要地為點(diǎn)目標(biāo)，且已劃定我高炮群防御重點(diǎn)為90°范圍內(nèi)的扇形區(qū)域。敵空襲目標(biāo)主要為音速內(nèi)的常規(guī)飛機(jī)類目標(biāo)和超音速的導(dǎo)彈類目標(biāo)，且常利用遠(yuǎn)距離電子支援干擾進(jìn)行掩護(hù)，某型干擾機(jī)性能參數(shù)及該機(jī)干擾條件下某型火控雷達(dá)自衛(wèi)距離可見參考文獻(xiàn)［1］。某型高炮由于技戰(zhàn)術(shù)性能受限，其主要作戰(zhàn)任務(wù)為末端防御，因此其配置距離在保衛(wèi)要地10km范圍內(nèi)。為了簡化仿真模型，以高炮營為單位建立火力單元模塊。在可實(shí)現(xiàn)的配置間隔3km范圍內(nèi)，計算得出典型三角配置的高炮營最大火力范圍可近似為半徑為7532.05m的圓?，F(xiàn)高炮群有扇形配置和線性配置兩種方案，如圖7、圖8所示，扇形區(qū)域?yàn)楦吲谌褐攸c(diǎn)防御范圍，深灰色陰影部分為高炮營火力范圍，淺灰色陰影部分為某型火控雷達(dá)在某型干擾機(jī)遠(yuǎn)距支援干擾條件下的探測范圍［1］。

以扇形配置高炮群為例，建立仿真模型，分析高炮群作戰(zhàn)效能。已劃定我高炮群防御重點(diǎn)為90°范圍內(nèi)的扇形區(qū)域，因此，可在前方陣地配置2個營兵力(1營、2營)，且營火力中心點(diǎn)距離保衛(wèi)要地9km。此時，防空態(tài)勢如圖9所示，防御正面寬度為18km，且1營重點(diǎn)防御L1段區(qū)域，2營重點(diǎn)防御L2段區(qū)域，圖中黑色陰影部分為高炮營火力范圍，淺灰色陰影部分為火控雷達(dá)干擾條件下的探測范圍。此時，若空襲目標(biāo)在支援干擾條件下通過防御區(qū)域，則雷達(dá)探測失敗的幾率將隨干擾強(qiáng)度增大而增大。

圖7 重點(diǎn)防區(qū)內(nèi)高炮群扇形配置示意圖

圖8 重點(diǎn)防區(qū)內(nèi)高炮群線形配置示意圖

在后方陣地配置1個營兵力(3營)，且營火力中心點(diǎn)距離保衛(wèi)要地5.5km。此時，防空態(tài)勢如圖10所示。

4.2 仿真結(jié)果

參照上文扇形配置仿真模型，本文構(gòu)建線形配置下高炮群作戰(zhàn)效能仿真模型，并輸入相關(guān)參數(shù)，分別運(yùn)行得出以下仿真結(jié)果。

4.2.1 扇形配置模型仿真結(jié)果

1)經(jīng)過軟件仿真計算得出，在雷達(dá)組網(wǎng)情況下，若空襲目標(biāo)為1000批次、強(qiáng)度20秒/架次的常規(guī)飛機(jī)類目標(biāo)，3個高炮營共抗擊577批目標(biāo)，可抗擊概率為0.577;若空襲兵器為導(dǎo)彈類目標(biāo)，3個高炮營共抗擊313批目標(biāo)，可抗擊概率為0.313;若空襲兵器為混合類目標(biāo)(混合飛機(jī)類和導(dǎo)彈類的目標(biāo)流)，3個高炮營共抗擊371批目標(biāo)，可抗擊概率為0.371。

圖9 扇形配置前方陣地防空態(tài)勢圖

圖10 扇形配置后方陣地防空態(tài)勢圖

2)通過統(tǒng)計仿真數(shù)據(jù)得出，在雷達(dá)未組網(wǎng)情況下，若空襲兵器為常規(guī)飛機(jī)類目標(biāo)，前方陣地火力單元(1營和2營)因射擊時間過短無法構(gòu)成射擊條件的批次為398批，但雷達(dá)組網(wǎng)后，探測范圍相對增加的情況下，后方陣地能對所有突防目標(biāo)構(gòu)成射擊條件，極大提高了高炮群整體作戰(zhàn)效能;若空襲兵器為導(dǎo)彈類目標(biāo)，前方陣地?zé)o法構(gòu)成射擊條件的批次為717批，通過組網(wǎng)后，后方陣地能對其中249批構(gòu)成射擊條件，高炮群整體作戰(zhàn)效能提高了0.88倍;若空襲兵器為混合類目標(biāo)，前方陣地?zé)o法構(gòu)成射擊條件的批次為654批，通過組網(wǎng)后，后方陣地能對其中282批構(gòu)成射擊條件，高炮群整體作戰(zhàn)效能提高了0.82倍。

4.2.2 線形配置模型仿真結(jié)果

1)經(jīng)過軟件仿真計算得出，在雷達(dá)組網(wǎng)情況下，若空襲目標(biāo)為1000批次、強(qiáng)度20秒/架次的常規(guī)飛機(jī)類目標(biāo)，3個高炮營共抗擊816批目標(biāo)，可抗擊概率為0.816;若空襲兵器為導(dǎo)彈類目標(biāo)，3個高炮營共抗擊522批目標(biāo)，可抗擊概率為0.522;若空襲兵器為混合類目標(biāo)，3個高炮營共抗擊579批目標(biāo)，可抗擊概率為0.579。

2)通過統(tǒng)計仿真數(shù)據(jù)得出，在雷達(dá)未組網(wǎng)情況下，若空襲兵器為常規(guī)飛機(jī)類目標(biāo)，1營因射擊時間過短無法構(gòu)成射擊條件的批次為203批，但雷達(dá)組網(wǎng)后，2營和3營能對所有突防目標(biāo)構(gòu)成射擊條件，極大提高了高炮群整體作戰(zhàn)效能;若空襲兵器為導(dǎo)彈類目標(biāo)，前方火力單元無法構(gòu)成射擊條件的批次為674批，通過組網(wǎng)后，2營和3營能對其中456批構(gòu)成射擊條件，高炮群整體作戰(zhàn)效能提高了1.4倍;若空襲兵器為混合類目標(biāo)，1營因射擊時間過短無法構(gòu)成射擊條件的批次為621批，通過組網(wǎng)后，2營和3營能對其中438批構(gòu)成射擊條件，高炮群整體作戰(zhàn)效能提高了1.16倍。

4.3 結(jié)果分析

1)由上述仿真結(jié)果可得，防御重點(diǎn)為90°且配置區(qū)域在10km范圍內(nèi)的扇形防區(qū)內(nèi)，高炮群線性配置比扇形配置的可抗擊概率高20%以上。產(chǎn)生此結(jié)果的原因是，通過火控雷達(dá)組網(wǎng)，線性配置能更好地增大雷達(dá)配置縱深，實(shí)現(xiàn)在盡量遠(yuǎn)的距離上提供空情，前伸了高炮群的警戒線，相對增大了火控雷達(dá)的探測范圍，使高炮群能對更多數(shù)量的空襲目標(biāo)構(gòu)成射擊條件，從而提高了高炮群的可抗擊概率。

2)若敵空襲兵器為常規(guī)飛機(jī)類目標(biāo)，通過火控雷達(dá)組網(wǎng)，高炮群能較好地完成防空作戰(zhàn)任務(wù);若敵空襲兵器為導(dǎo)彈類目標(biāo)，由于目標(biāo)速度快，火力單元很難對其構(gòu)成射擊條件，通過雷達(dá)組網(wǎng)增大配置縱深，高炮群的整體作戰(zhàn)效能提高非常明顯;若敵空襲兵器為混合類目標(biāo)，通過雷達(dá)組網(wǎng)，高炮群的整體作戰(zhàn)效能提高也很明顯。

3)通過模塊“History”統(tǒng)計所有空襲兵器發(fā)現(xiàn)，在高炮群未能抗擊的目標(biāo)中，電子干擾掩護(hù)強(qiáng)度較高的突防目標(biāo)占總突防目標(biāo)的70%～80%。這是因?yàn)槟承突鹂乩走_(dá)因其性能所限，在敵電子干擾掩護(hù)較強(qiáng)時雷達(dá)自衛(wèi)距離較小，在目標(biāo)速度較快的情況下，難以構(gòu)成射擊條件用雷達(dá)諸元法對其進(jìn)行抗擊。

5 結(jié)束語

本文通過軟件ExtendSim對一定作戰(zhàn)條件下不同典型配置的高炮群作戰(zhàn)效能進(jìn)行了仿真分析，仿真結(jié)果符合實(shí)際情況，這為下一步研究如何優(yōu)化火控雷達(dá)和高炮群配置提供了研究思路和理論支撐。

［1］楊濤.組網(wǎng)雷達(dá)系統(tǒng)“四抗”效能評估方法研究［D］.長沙:國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)位論文，2008:23-25.

［2］解放軍總參兵種部.地面防空作戰(zhàn)模擬［M］.北京:解放軍出版社，2001.

［3］解放軍總參炮兵部.高炮射擊理論［M］.北京:解放軍出版社，1987.

［4］田棣華，肖元星，王向威，等.高射武器系統(tǒng)效能分析［M］.北京:國防工業(yè)出版社，1991.

［5］秦天保，王巖峰.面向應(yīng)用的仿真建模與分析使用ExtendSim［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2011.