第21卷第6期海军航空工程学院学报Vol.21No.62006年11月JOURNALOFNAVALAERONAUTICALENGINEERINGINSTITUTENov.2006攻击机编队的对地攻击作战效能分析孙臣良’，宁小玲2，王晓亮3(1.海军航空工程学院兵器科学与技术系;2.海军航空工程学院研究生管理大队，山东烟台，2001;3.海军驻北京地区航空军事代表室，北京，100101)摘要:以美国工业界武器系统效能咨询委员会(WSEIAC)提出的模型为基本框架，分析了攻击机作战效能性能指标，建立了攻击机编队攻击地面目标的战场想定，从实战角度提出了攻击机对地攻击的WSEIAC模型及模型参数的确定方法，给出了效能评估的基本过程并进行了应用实例分析，为对地攻击飞机武器系统作战效能分析与综合打下了基础。关键词:攻击机编队;作战效能;参数模型中图分类号:E274文献标识码:A0引言可以表示为:E=A-D-C，(1)攻击机编队对地攻击作战是现代高技术条件下式中:E为系统作战效能;A为可用度，是飞机在局部战争中的一个重要作战样式。通过对地攻击作开始执行任务时所处状态的量度;D为可信度，已战，摧毁敌方的预警雷达阵地、机场以及导弹发射知飞机在开始起飞时所处状态、飞机在执行任粼如阵地，为夺取现代战争的信息权和制空权创造有利攻击给定空中目标，打击地面、海面目标等)过程的条件。多次局部战争，特别是海湾战争、科索沃中所处状态的量度;C为能力，已知飞机在执行任战争都证明了这一点。世界各国都花费了巨大的人务过程中所处状态，表示完成规定任务要求程度的力和财力，加强攻击机对地技术战术的研究，不断量度。提高对地攻击作战效能。文献[11讨论了攻击机编队在一个战斗飞行过程中的一个阶段即与目标作战阶1WESIAC模型的作战效能性能指标段，给出了在不考虑防卫物资消耗时攻击机编队对地攻击的战损率评估模型、攻击机在对敌要地防空1.1可用度系统突防过程中的被击毁概率。本文在此基础上，可用度表示在开始执行任务时系统状态的度以WSEIAC模型为基本框架，分析了影响攻击机对量，其为一个行向量A=【al，aZ，…a。}，它可用系统地攻击作战效能的主要因素，从整体观点出发，建在开始执行任务时武器系统的状态概率来表示[310立攻击机对地攻击的作战效能模型。进行编队对地鉴于航空武器系统在执行任务时的工作状态只有攻击作战效能评估分析，为作战筹划中选用何种作“正常”和“故障”两种状态，则:战飞机，各种作战飞机的数量如何优化，以及制定A=lal\"a2l，(2)何种战术，具有重大的现实意义。式中:a;为系统处于工作状态的概率;a2为系统处根据WSEIAC模型或ADC模型的定义，飞机于故障状态的概率。系统作战效能是指在规定的作战环境条件下和规定1.2可信度的时间内，该系统完成一组规定任务(如攻击给定空中目标、打击地面、海面目标等)程度的量度，可信度是在已知系统开始执行任务时所处状态它是系统可用度、可信度和能力的函数[21。该定义的条件下，在执行任务过程中某个瞬间或多个瞬间的系统状态的度量，其为一个n阶阵，可表示为:收稿日期:2006-04-20作者简介:孙臣良(1963-)，男，副教授，大学.海军筑空工程学陇学报2006年第6期内D--汽:编;蠕(3)其中:d;ji表示航空武器系统由初始状态i经历任务期间到任务结束时转移到状态.1的转移概率。因此，作战飞机系统的可信度D矩阵为:D_(d,戈姚;d22die)少(4)式中:d,，为开始执行任务时系统处于正常工作状态，在任务完成时系统能正常工作的概率;d12为开始执行任务时系统处于正常工作状态，在任务完成时系统处于故障状态的概率;d21为开始执行任务时系统处于故障状态，在任务完成时系统能正常工作的概率;d2:为开始执行任务时系统处于故障状态，在任务完成时系统仍处于故障状态的概率。1.3固有能力固有能力是在已知系统执行任务过程中所处状态条件下，达到任务目标的能力度量。它可以用系统完成任务各种能力的一系列概率来表示。各种能力组合为一列向量，C一!C11C2...Crtr。因此，作战飞机系统能力向量C表示为:C=[C,,C2IT，(5)式中:C,为在执行任务过程中系统处于正常工作状态时完成任务的能力;C2为在执行任务过程中系统处于故障状态时完成任务的能力。由于航空武器基本构成有:瞄准、指控、发射、航空4部分，每部分工作状态又存在正常、故障2种，所以初始状态有16种。因此，作战效能可简化为如下的形式:/、El一r.‘一..!se.aadiid12L，;，tCqT｝、、d2ld2_.苦/(6)2战场假定这里建立一个不含特殊武器和不考虑空中拦截以及电子干扰的常规战场想定。假设地面防空系统采取平均分配火力的方案，地面目标自身具有防卫能力，它拥有包括预警雷达、地空导弹搜索和跟踪雷达、炮瞄雷达在内的地空导弹和防空高炮防御系统，并假定地面目标与其防卫火力之间相互。假设让n架攻击机编队面临着n:种不同类型(包含k个同类型)的防空火力的反击，攻击机在实施对地攻击的过程中，地面防空火力可以采取各种反击手段，因此攻击机都具有一定的对付地面防空火力反击的能力。3模型参数的确定3.1可用度矩阵A系统的可用度矩阵可由MTBF及MTTR得出其概率可表示如下:a,=MTBI万MTTR，a2=1一a,。(7)式中:MTBF为系统平均故障间隔时间，它是指可修复的系统在相邻两次故障间的平均工作时间;MTTR为系统平均故障修复时间，它是指系统从出现故障到恢复正常所需时间的平均值。3.2可信度矩阵D本文考虑编队中平均每架攻击机在遭受防空火力威胁下攻击非机动地面目标的可信度矩阵[a1，在不考虑与敌作战对抗环境条件下，系统其故障概率近似服从指数分布，且在执行任务过程中不能维修。因此，可信度矩阵可表示为:d,,=exp(2一，/MTBF，d,2=1一d，d2,=0，d22=1、，D.-1exp(I一t/MTBF)1、-l了1一exp(1一t/MTBF)se‘（挑、!O、｝.户、、012对于遭受火力攻击情况下，由于来自敌火力的攻击可能是在不同的时间段，因此，对于被击毁概率不考虑遭受敌火力打击时间，考虑每次遭遇威胁被击毁概率。遭遇一次威胁被击毁概率151,攻击机遭遇单个威胁被击毁概率PKs表示为:PKE“凡尺PKSS，(9)式中:PD为攻击机被地面雷达探测到的概率;尺为目标防御系统向攻击机发射或射击出威胁体概率;PKSS为攻击机单发被击毁概率，对于不同的威胁体有不同的确定方法。对于触发或无引信弹头:PKSSAAp(10)式中:Av和Ap分别为攻击机的易损面积和迎击面积。对于近头:尸___=「一KEN!!-n一一叫r2-孟盆一月I_2.2-{”L/,u;rrofr1’门、“t、，总第90期孙臣良等:攻击机编队的对地攻击作战效能分析式中:引爆概率弓为1，比例参数ro可取为1.2r,，能力、对目标的识别能力以及机载武器命中概率，r,为弹头杀伤半径;ar为防空武器系统总的脱靶距离标准差，取决于雷达跟踪和火控/制导精度。圆形脱靶距离的圆概率误差CEP为1.177Q,o由于每一架攻击机在一次单发反击中战损的概率为PKE，让。架攻击机编队面临着k个同类型的防空火力的攻击，那么每架攻击机将受到;二k/n次防空系统的反击，每架攻击机在一次反击中生存的概率为1-爪，;次反击后的生存概率为[41(1-PKE)r=(1-PKEfn.(12)因此，;次反击后，每架攻击机战损的概率为:P=1KE)r=1一(1一。KE)k10。(13)弓}用符号。一In一(1一，阵王L1一PKE，」{，1一PKE=e一a(14)式(14)可以写为:P=1一eakln。(15)在攻击机群对地进行攻击过程中，不可能只受到一种防空火力的反击[51假设n架攻击机受到了m种防空火力的反击，第i种防空火力的反击数为ki，使飞机战损的概率为八!，则:艺丸:1止-一K(16)假设每种防空手段都按照攻击机群进行分配且是平均分配161，在经过K次不同的防空火力反击后，每架飞机生存概率为:n(，一A)nlik,-一全。*In二e4-'(17):a;=In[V(‘一，，)]每架飞机战损的概率为:W=1一enlik,Y-(18)因此，在实际作战对抗中，可信度矩阵表示为:d,l一“一W，一〔d12=1一试，d2l=0一M，TBF)td22=1，D二、“一W)expC-tMTBF)‘一(‘一W)exp(-、、、，!t了‘..9、‘O1，夕十、夕子/3.3系统能力矩阵C攻击机对地攻击涉及到机载设备搜索发现目标并且和携带武器数量有关[7.81。由于处于故障时无法完成作战任务，因此q=0。对目标的搜索发现能力表示为Ps，对目标的识别能力表示为P，命中概率表示为PA，毁伤能力表示为pp。假设对目标攻击使用同一种对地攻击武器，数量为m。由于只有在发现并且识别目标情况下才会对目标造成有效杀伤，因此C一。。(‘一(‘一PAPP)mI。(20)4算例设攻击机的平均无故障工作时间为8h，平均修复时间为2h。由式(7)可得La,~p含八=0.8，a2=1一a,=0.2。作战场景假设为对敌防空指挥阵地攻击，防区为弹炮混和防御。高炮射击有效高度5km，地空导弹有效射击高度1--20kma5架攻击机在离地面目标4km的高空，总的飞行时间为lh。雷达发现概率凡为1，防御系统发射概率尺为0.9.地空导弹CEP为15m，高炮的CEP为20m,近头的‘为15m，引爆概率弓为1。某型攻击机的人为90m2,A,,为5m2。攻击机所携带武器为空地导弹(2枚)，命中概率凡=0.7，毁伤能力凡=0.85,搜索发现目标概率Ps为0.8，识别能力P,为0.60由式(9),(10)可得到对于高炮的单发气s“0.002，爪=0.0018.由式(9),(11)得到对于地空导弹的单发PKSS“0.5，气=0.450情况一:假设导弹发射数量定为3，高炮的炮弹发射数量定为80，此情况下:由式(15)可得到第1种防空火力(导弹)的反击数为3，使飞机战损的概率为P,=1一eakin=0.301;第2种防空火力(炮弹)的反击数为80，使飞机战损的概率为PZ=0.028;由式(18)可得到在经过两种不同的防空火力反击后，每架飞机的战损概率为:w二1一。-la,k,/n=0.488。由式(19)可得到E=[0.8,0.2]{(，一。.488)exp{、石夕一11，一(1一。.488)exp{一11I又}U1\\zsj}少10.8xO.6x(1一(1一。.850.7)2),0]‘一。116。’式中海军执空工程学陇李报2006年第6期情况二:当炮弹发射量不变，导弹发射量增加到10，这时E=0.0160情况三:当炮弹量增加到160，导弹发射量不变，这时E=0.0360可见，在炮弹和导弹的有效射程内，地空导弹是攻击机的主要威胁。能够避开地空导弹的有效射击是攻击机攻击目标的有效手段。为一个初步的探讨，本文为在这方面的深人研究提供了一定的参考。参考文献:[I]李相民，张安，史建国.攻击机编队对地攻击的战损评估模型[J].飞行力学，2004,22(2):23-25[2l张红，陈哨东，王巫宏.作战效能分析的近似计算法在方案论证中的应用[J].电光与控制，2000,77(1):19-235结束语编队对地攻击作战效能的发挥是其各个环节共同作用的结果，从影响作战的因素来看，既包括空地攻防对抗双方的各种现代化装备，也包括作战环境(气象、地形和电磁环境)、战术部署或编队、指挥控制系统等。在这些因素中，除了各种硬件因素，还有软件因素，其中一些因素，例如操作人员的技术水平、指挥员的决策水平等都非常难以量化，本文将这些因素都看作理想情况不予考虑。上面分析了攻击机在对地攻击过程中，不考虑攻击机本身防卫物资消耗情况下的作战效能。实际上，每一架攻击机都具有防卫物资而且是有限的。这样地面防空火力对具有防卫物资和无防卫物资的攻击机的损伤概率是不同的，因此攻击机的损伤也会有很大差别，在某种程度上影响了编队对地攻击的作战效能。作[3]陈遵银，葛银茂.航空武器系统作战效能分析[J].航空计算技术，2001,31(4):21-23[4]黄俊，武哲.作战飞机空地攻击效能评估[J]。航空学报，1999,20(1):69-71[5]黄俊，孙义东，武哲，等.战斗机对地攻击作战效能分析[J].北京航空航天大学学报，2002,28(3):354-357[6]马东立，韩莹.航空综合体对地攻击作战效能评估方法[J].北京航空航天大学学报，2000,26(2):198-200[7)郑海，黄树采，刘晖.攻击机对地攻击WSEIAC模型研究[J].空军工程大学学报(自然科学版)，2004,5(2):27-29[8l李相民，马力，王建国.攻击机编队对地攻击之伤亡评估[J].海军航空工程学院学报，2004,19(2):265-267OperationaleffectivenessanalysisofgroupairplanesattackinggroundtargetsSUNChenliang'，NINGXiaoling2,WANGXiaoliang3(1.DepartmentofOrdnanceScienceandTechnology:2.GraduateStudents'BrigadeofNAEI,Yantai,Shandong,2001:3.AeronauticalMilitaryRepresentativesOfficeofNavyinBeijing,Beijing,100101)Abstract:WiththeframeworkofthemethodwhichtheAmericanWeaponSystemEfficiencyInquiring,Committeeputsforward,onthebasisofanalyzingtheactionperformancerequirementsofoperationaleffectivenessforgroupairplanes,thebattlescenarioforattackinggroundtargetsaresetup.TheWESIACmodelofattackingforattackerandthemethodofsettingthemodelparametersattheangleofactualcombatareputforward.Abasicprocessoftheeffectivenessevaluationisgivenandananalysisoflivingexampleismadesoastostudytheoperationaleffectivenessoftheair-to-groundaircraftweaponsystem.Keywords:groupairplanes;operationaleffectiveness;parametermodel
