[發(fā)明專利]一種對海協(xié)同作戰(zhàn)飛機生存力權(quán)衡設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810297592.6
• 申請日: 2018-04-04
• 公開（公告）號: CN108509728B
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宋筆鋒;鄖奇佳;艾俊強;任云松;張寧;孫海軍;李軍;裴揚;尚柏林;黨舉紅;郭曉輝
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué);中國航空工業(yè)集團公司西安飛機設(shè)計研究所;中國航空工業(yè)集團公司成都飛機設(shè)計研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06F17/18;F41H11/02
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務(wù)所 11337
• 代理人: 席小東

1.一種對海協(xié)同作戰(zhàn)飛機生存力權(quán)衡設(shè)計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，構(gòu)建作戰(zhàn)場景，確定雙方作戰(zhàn)單元基本參數(shù)，包括：我方作戰(zhàn)單元的數(shù)量、類型及性能參數(shù)；敵方作戰(zhàn)單元的數(shù)量、類型及性能參數(shù)；敵我雙方的位置分布、火力情況和作戰(zhàn)流程；

步驟2，根據(jù)雙方作戰(zhàn)單元基本參數(shù)，確定敵方作戰(zhàn)單元對我方作戰(zhàn)單元的直視距離R₁、敵方作戰(zhàn)單元所搭載雷達(dá)對我方作戰(zhàn)單元的最大探測距離R₂，從而得到敵方作戰(zhàn)單元所搭載雷達(dá)對我方作戰(zhàn)單元的最遠(yuǎn)發(fā)現(xiàn)距離R_max，由此確定每個敵方作戰(zhàn)單元對于每個我方作戰(zhàn)單元的防御圈范圍，進而根據(jù)敵方作戰(zhàn)單元位置分布和我方作戰(zhàn)單元航路規(guī)劃情況，構(gòu)建戰(zhàn)場態(tài)勢圖，具體包括：

步驟2.1，計算敵方作戰(zhàn)單元對我方作戰(zhàn)單元的直視距離R₁：

其中：h_ant為我方作戰(zhàn)單元飛行高度，h_ac為敵方作戰(zhàn)單元所搭載雷達(dá)的高度，單位為米；

步驟2.2，計算敵方作戰(zhàn)單元所搭載雷達(dá)對我方作戰(zhàn)單元的最大探測距離R₂：

其中：P_t、G_t、λ、B_n和(S_N)_min分別為敵方作戰(zhàn)單元所搭載雷達(dá)的發(fā)射功率、天線增益、工作波長、噪聲帶寬和最小檢測信噪比；σ_t為我方作戰(zhàn)單元的雷達(dá)散射面積；k_s＝1.38×10^-23J/K為玻爾茲曼常數(shù)，T₀為標(biāo)準(zhǔn)室溫，F(xiàn)_n為傳播因子，L_s為損耗因子；

步驟2.3，計算敵方作戰(zhàn)單元所搭載雷達(dá)對我方作戰(zhàn)單元的最遠(yuǎn)發(fā)現(xiàn)距離R_max：

R_max＝min{R₁,R₂}

步驟3，根據(jù)所畫出的戰(zhàn)場態(tài)勢圖，可得到所有我方作戰(zhàn)單元在每個敵方作戰(zhàn)單元防御圈內(nèi)穿行的距離，計算每個敵方作戰(zhàn)單元攔截每個我方作戰(zhàn)單元的攔截導(dǎo)彈的可發(fā)射波次及攔截距離，包括：

步驟3.1，令j初始值為1；

當(dāng)我方作戰(zhàn)單元途經(jīng)該敵方作戰(zhàn)單元時，第j波次攔截導(dǎo)彈的發(fā)射距離D_j為：

其中：R_max為該敵方作戰(zhàn)單元所搭載雷達(dá)對我方作戰(zhàn)單元的最遠(yuǎn)發(fā)現(xiàn)距離，L為我方作戰(zhàn)單元在敵方作戰(zhàn)單元防御圈中飛行所經(jīng)過的路程，t_f為敵方作戰(zhàn)單元的反應(yīng)時間，t_d為敵方作戰(zhàn)單元的火力通道分配時間，t_p為敵方作戰(zhàn)單元的毀傷評估時間，v_f為我方作戰(zhàn)單元飛行速度，v_m為敵方攔截導(dǎo)彈飛行速度；

我方作戰(zhàn)單元在敵方作戰(zhàn)單元防御圈中飛行所經(jīng)過的路程L受協(xié)同航路規(guī)劃能力ζ_g的影響，將ζ_g分為優(yōu)、中、差三等，協(xié)同航路規(guī)劃能力為差的情況下，我方作戰(zhàn)單元在敵方作戰(zhàn)單元防御圈內(nèi)飛行所經(jīng)過的路程最長，此時L＝2R_max，2R_max為防御圈直徑；協(xié)同航路規(guī)劃能力為優(yōu)的情況下，我方作戰(zhàn)單元在敵方作戰(zhàn)單元防御圈內(nèi)飛行所經(jīng)過的路程最短，為防御圈與相鄰防御圈重疊部分長度L_min；當(dāng)防御圈與相鄰防御圈無重疊時，L_min＝0；因此，L_min<L<2R_max；協(xié)同航路規(guī)劃能力為中的情況下，令

步驟3.2，當(dāng)我方作戰(zhàn)單元打擊該敵方作戰(zhàn)單元時，第j波次攔截導(dǎo)彈的發(fā)射距離D_j為：

其中：t_f為敵方作戰(zhàn)單元的反應(yīng)時間，t_d為敵方作戰(zhàn)單元的火力通道分配時間，t_p為敵方作戰(zhàn)單元的毀傷評估時間，v_f為我方作戰(zhàn)單元飛行速度，v_m為敵方攔截導(dǎo)彈飛行速度，當(dāng)j＝1時，D_j-1的值即為D₀＝R_max；

步驟3.4，判斷是否滿足以下關(guān)系式：

其中：當(dāng)我方作戰(zhàn)單元為載機類武器平臺單元時，D_m0為我方作戰(zhàn)單元的武器有效射程；當(dāng)我方作戰(zhàn)單元為載荷類被投放單元時，D_m0為敵方作戰(zhàn)單元攔截導(dǎo)彈發(fā)射區(qū)近界；t_p為攔截導(dǎo)彈的毀傷評估時間；

如果不滿足，則會發(fā)射D_j+1波攔截導(dǎo)彈，令j＝j(luò)+1，返回步驟3.1，進行下一波次攔截導(dǎo)彈的發(fā)射和攔截；如果滿足，則本輪攔截導(dǎo)彈發(fā)射結(jié)束后，不會再發(fā)射D_j+1波攔截導(dǎo)彈；此時的j值即為攔截導(dǎo)彈的可發(fā)射波次m_l；

根據(jù)本步驟，得到對于我方作戰(zhàn)單元在每個敵方防御圈內(nèi)的攔截導(dǎo)彈可發(fā)射波次m_l以及每個波次攔截導(dǎo)彈的發(fā)射距離D_j；

步驟4，計算每個我方作戰(zhàn)單元的生存力，包括：

步驟4.1，對于每一個防御圈內(nèi)的第i波次攔截導(dǎo)彈，其中，i＝1,2,...,m_l，攔截導(dǎo)彈對我方作戰(zhàn)單元的探測概率P_di為：

其中：P_fa＝10^-6為敵方作戰(zhàn)單元搭載雷達(dá)的檢測虛警概率，S_N為敵方作戰(zhàn)單元搭載雷達(dá)對距離為R_t＝D_j的我方作戰(zhàn)單元的檢測信噪比；

其中：P_t、G_t、λ和B_n分別為敵方作戰(zhàn)單元所搭載雷達(dá)的發(fā)射功率、天線增益、工作波長和噪聲帶寬；σ_t為我方作戰(zhàn)單元的雷達(dá)散射面積；k_s＝1.38×10^-23J/K為玻爾茲曼常數(shù)，T₀為標(biāo)準(zhǔn)室溫，F(xiàn)_n為傳播因子，L_s為損耗因子；R_t＝D_j為敵方作戰(zhàn)單元所搭載雷達(dá)與探測目標(biāo)之間的距離；

步驟4.2，計算直接命中模式下第i波次攔截導(dǎo)彈中，攔截導(dǎo)彈對我方作戰(zhàn)單元的殺傷概率P_khi，包括：

步驟4.2.1，攔截導(dǎo)彈的脫靶距離用CEP表示，其表達(dá)式為

其中：S_N為敵方作戰(zhàn)單元搭載雷達(dá)對距離為R_t＝D_i的我方作戰(zhàn)單元的檢測信噪比；攔截導(dǎo)彈射程R＝D_i，為第i波次攔截導(dǎo)彈的發(fā)射距離；

步驟4.2.2，采用下式計算攔截導(dǎo)彈的脫靶距離的均方差σ：

步驟4.2.3，設(shè)我方作戰(zhàn)單元為點目標(biāo)，彈道為圓散布，散布中心與目標(biāo)質(zhì)心重合時，第i波次攔截導(dǎo)彈對我方作戰(zhàn)單元的命中概率P_hi為：

其中：A_p為我方作戰(zhàn)單元的暴露面積；

步驟4.2.4，直接命中模式時，我方作戰(zhàn)單元的殺傷概率為1，因此，直接命中模式下，第i波次攔截導(dǎo)彈對我方作戰(zhàn)單元的殺傷概率P_khi＝P_hi；

步驟4.3，計算破片殺傷模式下第i波次攔截導(dǎo)彈中，攔截導(dǎo)彈對我方作戰(zhàn)單元的毀傷概率P_ki，包括：

步驟4.3.1，攔截導(dǎo)彈的破片到達(dá)我方作戰(zhàn)單元時的速度v_d為：

其中：v₀為破片初速，C_D為破片阻力系數(shù)，S為破片迎風(fēng)面積，ρ_a為當(dāng)?shù)乜諝饷芏龋琑_s為破片飛行距離，即攔截導(dǎo)彈脫靶距離，m_s為破片質(zhì)量；

步驟4.3.2，單枚破片撞擊作戰(zhàn)飛機的比動能e_b為：

其中：h_d為裝甲等效厚度；

步驟4.3.3，單枚破片的殺傷概率P₀為：

步驟4.3.4，我方作戰(zhàn)單元受到破片的打擊數(shù)目n_s為：

其中：A_k為我方作戰(zhàn)單元致命部件易損面積，M為第i波次攔截導(dǎo)彈總破片數(shù)，R_s為攔截導(dǎo)彈脫靶距離，為導(dǎo)彈破片的前緣飛散角，為導(dǎo)彈破片的后緣飛散角；

步驟4.3.5，每一枚第i波次攔截導(dǎo)彈對我方作戰(zhàn)單元的毀傷概率P_kpi為：

步驟4.3.6，第i波次攔截導(dǎo)彈對我方作戰(zhàn)單元的毀傷概率P_ki為：

其中：N_i為第i波次攔截導(dǎo)彈的數(shù)量；

其中：n_i為經(jīng)過上一波次攔截后剩余我方作戰(zhàn)單元的數(shù)量；P_kv為第v波次攔截導(dǎo)彈對我方作戰(zhàn)單元的毀傷概率；n為初始的我方作戰(zhàn)單元的總數(shù)量；

步驟4.4，我方作戰(zhàn)單元對m_l波次攔截導(dǎo)彈的總生存概率P_sf為：

步驟4.5，我方作戰(zhàn)單元編隊的總生存力指標(biāo)P_S為：

其中：P_sfx為第x架我方作戰(zhàn)單元的總生存概率，w_x為第x架我方作戰(zhàn)單元的重要度權(quán)值，n為初始的我方作戰(zhàn)單元的總數(shù)量；

當(dāng)我方作戰(zhàn)單元分別為作戰(zhàn)飛機、反艦導(dǎo)彈，敵方作戰(zhàn)單元為航空母艦時，敵方作戰(zhàn)單元的防御圈分別為航空母艦對作戰(zhàn)飛機的防御圈、航空母艦對反艦導(dǎo)彈的防御圈；當(dāng)我方作戰(zhàn)單元分別為作戰(zhàn)飛機、反艦導(dǎo)彈，敵方作戰(zhàn)單元為護衛(wèi)艦時，敵方作戰(zhàn)單元的防御圈分別為護衛(wèi)艦對作戰(zhàn)飛機的防御圈、護衛(wèi)艦對反艦導(dǎo)彈的防御圈；防御圈半徑因我方作戰(zhàn)單元雷達(dá)反射面積、飛行高度和敵方作戰(zhàn)單元搭載雷達(dá)的探測能力不同而隨之改變；

通過步驟2～步驟4.5，在我方作戰(zhàn)單元投放武器之前，我方作戰(zhàn)單元為作戰(zhàn)飛機，P_sf＝P_sfh為作戰(zhàn)飛機飛到武器投放點之前，對于所有進入過其防御圈的敵方作戰(zhàn)單元所發(fā)射的共m_lfh波次攔截導(dǎo)彈的總生存概率；在我方作戰(zhàn)單元投放武器之后，我方作戰(zhàn)單元為反艦導(dǎo)彈，P_sf＝P_sfu為反艦導(dǎo)彈命中目標(biāo)時，對于所有進入過其防御圈的敵方作戰(zhàn)單元所發(fā)射的共m_lfu波次攔截導(dǎo)彈的總生存概率；

步驟5，計算我方武器單元對敵方作戰(zhàn)單元的作戰(zhàn)效能，包括：

步驟5.1，計算作戰(zhàn)飛機發(fā)射反艦導(dǎo)彈時對第k艘艦船的探測概率，包括：

步驟5.1.1，單架作戰(zhàn)飛機探測到第k艘艦船的概率P_dfi為：

其中：P'_fa＝10^-6為飛機雷達(dá)檢測虛警概率，S_N'為飛機雷達(dá)對距離為R_t'＝D₀的第k艘艦船的檢測信噪比：

其中：P_t′為飛機雷達(dá)的發(fā)射功率，G_t′為飛機雷達(dá)的天線增益，λ'為飛機雷達(dá)的工作波長，σ'_t為目標(biāo)的雷達(dá)散射面積，k_s＝1.38×10^-23J/K為玻爾茲曼常數(shù)，T₀為標(biāo)準(zhǔn)室溫，B_n′為飛機雷達(dá)的噪聲帶寬，F(xiàn)_n為傳播因子，L_s為損耗因子，R_t′＝D₀為飛機雷達(dá)與探測目標(biāo)之間的距離；

步驟5.1.2，存活下來的作戰(zhàn)飛機協(xié)同探測到第k艘艦船的概率P_dfk為：

其中：ζ_d為作戰(zhàn)飛機協(xié)同探測能力系數(shù)，取值范圍為1≤ζ_d≤n之間；當(dāng)ζ_d＝1時表示作戰(zhàn)飛機之間沒有協(xié)同探測能力；當(dāng)ζ_d＝n時表示只要有一架作戰(zhàn)飛機探測到目標(biāo)則所有作戰(zhàn)飛機都能發(fā)現(xiàn)該目標(biāo)；

步驟5.2，計算反艦導(dǎo)彈協(xié)同探測下對第k艘艦船的探測概率P_dk，包括：

步驟5.2.1，一架反艦導(dǎo)彈發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的概率P_dm為：

其中：P”_fa為反艦導(dǎo)彈雷達(dá)檢測虛警概率，S”_N為反艦導(dǎo)彈雷達(dá)對距離為R”_t的第k艘艦船的檢測信噪比；

其中：P_t”為反艦導(dǎo)彈雷達(dá)的峰值發(fā)射功率，G”_t為反艦導(dǎo)彈雷達(dá)的天線增益，λ”為反艦導(dǎo)彈雷達(dá)的工作波長，σ”_t為目標(biāo)的雷達(dá)散射面積，k_s＝1.38×10^-23J/K為玻爾茲曼常數(shù)，T₀＝290K為標(biāo)準(zhǔn)室溫，B”_n為反艦導(dǎo)彈雷達(dá)的噪聲帶寬，F(xiàn)_n為傳播因子，L_s為損耗因子，R”_t為反艦導(dǎo)彈雷達(dá)距目標(biāo)的距離；

步驟5.2.2，存活到反艦導(dǎo)彈雷達(dá)開機時的反艦導(dǎo)彈協(xié)同探測下對艦船的探測概率P_duk為：

其中：P_sfh為作戰(zhàn)飛機對m_lfh波次攔截導(dǎo)彈的總生存概率，P_sfu為反艦導(dǎo)彈對m_lfu波次攔截導(dǎo)彈的總生存概率，n_z為探測第k艘艦船的反艦導(dǎo)彈的數(shù)量；

步驟5.3，對第k艘艦船，計算平均單枚反艦導(dǎo)彈對其所裝備的1座近防炮武器系統(tǒng)的突防概率P_sm為：

其中：

w為近防炮武器系統(tǒng)擊毀一枚反艦導(dǎo)彈必須平均命中數(shù)，P₀為單枚近防炮彈丸的平均命中概率；

N_max為：對于來襲的反艦導(dǎo)彈，近防炮武器系統(tǒng)可發(fā)射的最大彈丸數(shù)；

其中：v為近防炮武器系統(tǒng)的射速；t_L為攔截時間；

其中：D_mmax為近防炮攔截區(qū)遠(yuǎn)界，D_mmin為近防炮攔截區(qū)近界；n_0k為反艦導(dǎo)彈發(fā)射時分配給攻擊這艘艦船的反艦導(dǎo)彈數(shù)目，P_sfh為作戰(zhàn)飛機對m_lfh波次攔截導(dǎo)彈的總生存概率，即反艦導(dǎo)彈的射前生存力，P_sfu為反艦導(dǎo)彈對m_lfu波次攔截導(dǎo)彈的總生存概率；v_f為反艦導(dǎo)彈的速度；

步驟5.4，計算反艦導(dǎo)彈命中第k艘艦船的概率P_hk，包括：

步驟5.4.1，反艦導(dǎo)彈的脫靶距離用CEP'表示，其表達(dá)式為

其中：R_u為反艦導(dǎo)彈雷達(dá)開機時距離第k艘艦船的距離；S”_N為反艦導(dǎo)彈距第k艘艦船R_u時的雷達(dá)信噪比；

步驟5.4.2，根據(jù)得到σ'值；σ'為反艦導(dǎo)彈的脫靶距離的均方差；

步驟5.4.3，設(shè)艦船為點目標(biāo)，彈道為圓散布，散布中心與目標(biāo)質(zhì)心重合時，反艦導(dǎo)彈命中第k艘艦船的概率P_hk為：

其中：A'_p為第k艘艦船的暴露面積；

步驟5.5，根據(jù)下式計算反艦導(dǎo)彈毀傷第k艘艦船的概率P_kk：

其中：

P_kk為反艦導(dǎo)彈殺傷第k艘艦船的毀傷概率；A'_P為第k艘艦船的易損面積；

R'為反艦導(dǎo)彈毀傷半徑，單位為米，R'與戰(zhàn)斗部裝藥量和目標(biāo)材料特性有關(guān)，其中：K_d為目標(biāo)易損性的系數(shù)；W_TNT為等效TNT裝藥質(zhì)量；

步驟5.6，單枚反艦導(dǎo)彈殺傷第k艘艦船的概率P_mk為：

P_mk＝P_dkP_hkP_kk

其中：P_dk為反艦導(dǎo)彈發(fā)現(xiàn)第k艘艦船的概率，P_dk＝P_dfkP_duk，P_hk為反艦導(dǎo)彈命中第k艘艦船的概率，P_kk為反艦導(dǎo)彈殺傷第k艘艦船的毀傷概率；

步驟5.7，第k艘艦船被毀傷概率P_k為：

其中：P_sm為平均單枚反艦導(dǎo)彈對其所裝備的1座近防炮武器系統(tǒng)的突防概率，P_mk為單枚反艦導(dǎo)彈殺傷第k艘艦船的概率，P_sfh為作戰(zhàn)飛機對m_lfh波次攔截導(dǎo)彈的總生存概率，P_sfu為反艦導(dǎo)彈對m_lfu波次攔截導(dǎo)彈的總生存概率，n_0k為反艦導(dǎo)彈發(fā)射時分配給攻擊這艘艦船的反艦導(dǎo)彈數(shù)目；

步驟5.7，作戰(zhàn)飛機編隊的作戰(zhàn)效能E為：

其中：w_k為第k艘艦船的重要度權(quán)值，P_k為第k艘艦船的被毀傷概率；m_z為艦船的總數(shù)量；

步驟6，選擇需要權(quán)衡的影響飛機生存力和作戰(zhàn)能力的飛機性能參數(shù)，并給出不同的飛機性能參數(shù)，計算在同樣作戰(zhàn)場景下，飛機生存力和作戰(zhàn)效能的變化，權(quán)衡得到最佳方案。