鱼叉兵棋中的代级研究

鱼叉兵棋中的代级研究

作者:博望定远学派

1 雷达代级设计思路

当雷达探测敌方导弹、飞机、船舶之类的目标时,雷达接收机接收的回波信号既有所需目标的反射回波,还有大量从地、海、气象、人工箔条干扰等一系列障碍物散射或反射所产生的各类回波信号(即杂波信号)。且通常情况下这一系列的杂波信号强度会比所需的目标反射回波强的多,并严重影响对探测目标的跟踪、定位能力。雷达代级的设计思路体现了不同雷达本身杂波抑制能力的差异。

动目标显示即根据雷达回波信号的相关特性的不同,采用各种不同的雷达杂波抑制滤波器进行雷达杂波抑制。雷达杂波对消器是最普遍的一类滤波器,通常依据对消次数的不同,将雷达杂波对消器分为一次、二次以及多次雷达杂波对消器。k次雷达杂波对消器输出可用公式表示为

其中,xn(m)表示雷达第n个发射周期的第m个距离门雷达回波信号。由此可知,雷达杂波对消器是一类线性相位信号滤波器,滤波后回波信号相位关系不会非线性变化。在抗雷达杂波自动抑制的应用环境下,理想滤波器能够在杂波分布的频率点处,使杂波得到最大限度的抑制。

假设兵棋规则模型中先进雷达可以使用更多次对消器,且抗雷达杂波自动抑制最多使用6次雷达杂波对消器输出,输出次数k与最大杂波抑制值c之间存在线性经验关系

并称k为雷达代级。

2 电子支援系统代级设计思路

雷达电磁波在大气中的折射现象,是由于电磁波在大气中的传播速度随高度变化而变化所致。考虑大气折射,典型的定量分析方法是用等效地球半径ka来代替真实地球半径a,用均匀的大气(雷达电磁波在此大气中以直线传播而不是以曲线传播)来代替真实大气。

根据Snell定律,为了把射线路径描绘成直线,引入因子

其中dn/dh为折射指数n随高度h的变化率,即折射指数的垂直梯度,通常为负值。假设该梯度随高度变化为常数,其值为3.9×10-6/m,则k=4/3。这时,雷达水平视距可近似

其中,雷达高度hr用米来表示,目标高度ht用米来表示。但雷达水平视距取海里时,相当于公式(2)需要除以比例1.852,得到

这就是鱼叉雷达视距近似计算公式。

当dn/dh的变化为-0.787×10-7/m~-1.57×10-7/m,即k=2~∞时,会造成雷达电磁波的非正常传播,发生所谓“超折射”现象,雷达的最大作用距离增加,能探测到水平视距后的目标。

假设兵棋规则模型中取k=2.4~3.6,则对鱼叉雷达视距计算公式系数2.22可以放大1.1~1.6倍。于是,令m表示电子支援系统代级,且m=10(k/2.22-1)。为提高精度,根据经验可取系数2.2278。

3 红外传感器代级设计思路

一般情况下,对于某特定红外搜索跟踪系统(IRST),除大气透过率τ(与探测距离R相关)、目标辐射强度J为变量外,其他参数A为固定数值,可以定义为常数,故有

而R又与τ存在一个近似于反比的关系,特定气象条件、距离确定情况下,红外特定波段τ的值为固定值,因此探测距离R正比于目标辐射强度J的平方根,则

假设兵棋规则模型中红外传感器的技术特征只与目标辐射强度J相关,目标辐射强度有3种分类(记作j):①隐身(j=1)、②小型和中型舰船/亚音速飞机或导弹(j=2)、③大型舰船或飞机/超音速飞机或导弹(j=3)。给定五个红外传感器经验公式

当j=1,2,3时,得到鱼叉红外探测距离表,并称五个红外传感器经验公式为5个红外传感器代级。

2 个赞

《<鱼叉>&CMO兵棋中的探测器世代划分》

节译自《海军情报》2009年4月版,严从宽船长译,原名《20世纪中探测器技术的进步》。

《海军上将三部曲》中刻画了一百年以来的海军技术进步;并描述了技术与战术的耦合。为了定量的描述技术进步的影响;我们以“代”为单位描述这个特点;每一“代”的系统无论其设计、实现如何;其对于一定目标的观测距离是相近的;在同一对抗方式下的工作距离也是相近的。

时代的描述是根据其采用的技术、初始形成战斗力时间和提升的能力来描述的。

雷达系统

为了定量的描述了技术的突变点,从而更好的给雷达划分时代。我们重点关注了雷达的脉冲类型、雷达的显示模式、雷达的抗干扰能力(译者注:雷达的抗干扰能力使用的是雷达方程描述)。特别的:早期的显示技术进步远远比雷达自身进步要实用的多,最典型的案例是PPI显示器(其可以直观的显示战场态势;换句话说,直观的看出目标的方位距离;而无需进行标图)

根据数据,将雷达系统划分为6代,每一代雷达的最重要的是抗干扰能力不同。

雷达世代 雷达波形 显示模式 抗干扰样式 抗干扰指数 初始形成战斗力时间
1 简单脉冲 A显 增益控制 2 二战早期-二战中期
2 简单脉冲 PPI显 增益控制 5 二战晚期-冷战初期
3 可变简单脉冲 PPI显 动目标跟踪(MTI) 8 冷战中期
4 早期数字处理 PPI显 数字动目标跟踪(DMTI) 12 冷战后期1970+
5 相控阵 数字动目标跟踪(DMTI) 15 冷战末期-新世纪
6 主动相控阵 数字动目标跟踪(DMTI)、低截获概率(LPI) 18 新时代以降(2012)

雷达世代不同,对小目标的探测距离也会有衰减,特别是隐身目标。

![|666x860](file:///C:\Users\iftia\AppData\Local\Temp\ksohtml13672\wps2.png)

声纳系统

![|589x104](file:///C:\Users\iftia\AppData\Local\Temp\ksohtml13672\wps3.jpg)

声纳时代 信号处理样式 声纳真 显示样式 初始形成战斗力时间
1 耳机
2 方位/图纸
3
4
5 瀑布图
6 瀑布图
7 多色瀑布图

电子支援系统

电子支援系统是按照电子支援系统的灵敏度进行分级的(此外还根据了电子支援系统的频率)

电子支援系统世代 灵敏度 雷达发现距离 测向方位 感知频率 初始形成战斗力时间
0 ±45° 定频 二战中期-二战晚期
![|693x862](file:///C:\Users\iftia\AppData\Local\Temp\ksohtml13672\wps4.png)1 -40至-45 1.1倍雷达视距 ±20° 全频 冷战早期
2 -46至-50 1.2倍雷达视距 ±5° 全频识别 冷战中期(越战)
3 -51至-58 1.3倍雷达视距 ±3° 全频识别 1970年代
4 -59至-68 1.4倍雷达视距 ±1° 全频识别 1980年代
5 -69至-78 1.5倍雷达视距 ±0.5° 全频识别 1990年代
6 -79至-88 1.6倍雷达视距 ±0.5° 全频识别 2000年代
备注:灵敏度的单位是dBm,即以毫瓦为单位的对数

红外侦察系统

红外侦察系统世代 使用红外元件类型 基础探测距离 初始形成战斗力时间
隐身目标 小型/中型舰船或亚音速飞机导弹 大型舰船或超音速飞机导弹
1 制冷单线扫描传感器 2 3 5 1970年代晚期
2 制冷二维扫描传感器 3 5 10 1980年代晚期
3 4 8 15 1990年代中期
4 固态制冷FPA 5 10 20 1990年代![\ 670x856](file:///C:\Users\iftia\AppData\Local\Temp\ksohtml13672\wps5.png)晚期
5 非制冷固态FPA 7 15 30 2000年代晚期

单舰作战系统

作战系统是二战中后期,伴随着CIC才逐渐形成的。采用单舰作战系统,实现了态势感知与火力攻击一体化、大大缩短了反应时间。

作战系统分为人工和自动两种。主要的区别在于,是否具有全舰的所谓“公共计算环境”,即由作战系统完成目标运动要素的结算和火控诸元的生成(参见本书第五章、《鱼叉5》第6章)。

人工作战系统指的是,目标的识别、录取仍然需要人进行手动选择、目标运动要素的解算为传感器解算-作战系统解算平滑;火控生成原理为作战系统解算平滑后由作战系统发送给武器指挥仪,指挥仪再进行解算火控诸元。

自动作战系统指的是,目标的识别、录取可以自动进行,目标运动要素的解算是由作战系统统一进行,传感器只负责发送目标的方位、距离的要素;火控诸元也是作战系统一并解算,无需发送给指挥仪后指挥仪再次解算。这样大大缩小了作战系统的反应时间,提高了作战效率。

作战系统的世代划分、《鱼叉5》中的反应时间、典型的作战系统

作战系统世代 作战系统反应时间 计算机水平 典型作战系统 初始形成战斗力时间
0 10 人工计算 二战时期
1 8+(2D6) 人工标图计算/

机电式计算机|(ex: WW2-Vintage CICs)|1944-1950|
|2|6|模拟式计算机|(ex: Korea-Vintage CICs)|1951-1960|
|3|3|晶体管/小规模集成电路计算机|Early NTDS w/ CP-642 CPU)|1961-1970|
|4|2|奔腾系列486/586|晚期海军战术系统 NTDS w/ UYK-7 CPU)|1971-1985|
|![|670x855](file:///C:\Users\iftia\AppData\Local\Temp\ksohtml13672\wps6.png)

5|0|i3-i7级CPU

+集成显卡显示|新威胁升级 NTU, 宙斯盾系统 w/ UYK-43 CPU|1986-2010|
|5代

人工|1|赛国初期型某作战系统|
|6|0|i7-i11级CPU+

1060级GPU辅助显示|宙斯盾 w/ COTS/Mil CPU|2010-2029|
|6代

人工|1|赛国中期型某作战系统|
|7|0|i13级CPU+

4060级GPU辅助计算|人工智能介入决策系统

典型的如NCC 1701

(企业号上装备)|2030|

六、电子干扰吊舱的世代

《鱼叉5》自身并没有给出电子干扰吊舱的世代,考虑到这本书是强敌对手自用兵棋的普及版,因此可以推定其内部使用的专业版中肯定有这种东西的分类和分级。

根据兵棋附录H5、CMO相关数据和开源情报,对相关数学模型进行了反设计