基于半主動(dòng)連續(xù)波制導(dǎo)武器攔截群目標(biāo)的射擊方法

劉麗龍，王 俊，徐銀波

(上海機(jī)電工程研究所，上海 201109)

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)條件下空襲廣泛采用超低空突防(有效隱蔽作戰(zhàn)企圖，增大突襲的突然性)、飽和攻擊模式，短時(shí)間內(nèi)在同一方向或不同方向發(fā)射大量的反艦導(dǎo)彈，對(duì)海面艦艇編隊(duì)或單一艦艇造成巨大防空壓力，成為現(xiàn)代海空作戰(zhàn)中攻擊對(duì)方水面艦艇的一種重要作戰(zhàn)手段。

基于半主動(dòng)制導(dǎo)體制的艦載防空作戰(zhàn)武器系統(tǒng)，在攔截低空、特別是超低空目標(biāo)時(shí)，受到以下條件局限:1)受到地球曲率半徑影響，艦載搜索雷達(dá)只能探測(cè)到視距內(nèi)的超低空目標(biāo)，造成導(dǎo)彈殺傷區(qū)縱深很小(與中高空比較);2)受限于連續(xù)波方式，一部制導(dǎo)雷達(dá)同時(shí)只能對(duì)1批目標(biāo)制導(dǎo)照射，只有在彈目交會(huì)后，才能轉(zhuǎn)火攔截下一批目標(biāo)，不能對(duì)幾乎同時(shí)來(lái)襲的后續(xù)目標(biāo)攔截，錯(cuò)過(guò)了最佳發(fā)射時(shí)機(jī)。

1 半主動(dòng)連續(xù)波制導(dǎo)體制優(yōu)缺點(diǎn)［1］

半主動(dòng)連續(xù)波照射制導(dǎo)武器中，導(dǎo)彈上的尋的裝置接收地面、軍艦或飛機(jī)上的制導(dǎo)雷達(dá)照射目標(biāo)的反射信號(hào)，從中提取信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的跟蹤攔截。

半主動(dòng)體制具有制導(dǎo)距離遠(yuǎn)(取決于照射雷達(dá)的發(fā)射功率)，造價(jià)成本低，彈上設(shè)備簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn);同時(shí)，由于照射目標(biāo)的功率大，不易受到地方的壓制干擾，因此廣泛應(yīng)用在世界一些主流的防空導(dǎo)彈上，比如美國(guó)的PAC-2、霍克、俄羅斯的C-300山毛櫸-M1等。但由于導(dǎo)彈發(fā)射后始終需要制導(dǎo)照射雷達(dá)保持對(duì)目標(biāo)的連續(xù)波照射，制約了火力通道同時(shí)對(duì)其他目標(biāo)的攔截，抗飽和攻擊(攔截群目標(biāo))能力受限。

2 同方向連續(xù)多批目標(biāo)攔截策略

同方向連續(xù)多批目標(biāo)來(lái)襲，可以在短時(shí)內(nèi)給防空武器在某個(gè)方向上形成飽和攻擊態(tài)勢(shì)，使對(duì)手來(lái)不及組織有效火力進(jìn)行攔截?；诎胫鲃?dòng)連續(xù)波制導(dǎo)的防空武器，通常一部制導(dǎo)照射雷達(dá)只能同時(shí)對(duì)一批目標(biāo)實(shí)施攔截，但在實(shí)際武器使用中，結(jié)合半主動(dòng)連續(xù)波制導(dǎo)的原理分析，我們發(fā)現(xiàn):根據(jù)連續(xù)來(lái)襲群目標(biāo)之間的前后距離，防空武器選擇適當(dāng)?shù)臄r截(發(fā)射遭遇)距離，可以實(shí)現(xiàn)一部制導(dǎo)照射雷達(dá)同時(shí)對(duì)兩批以上目標(biāo)的攔截，在不增加制導(dǎo)照射雷達(dá)數(shù)量的前提下，提高半主動(dòng)連續(xù)波防空武器的作戰(zhàn)效能，尤其是成倍提高對(duì)抗連續(xù)來(lái)襲群目標(biāo)的能力。實(shí)現(xiàn)條件如下:

1)通過(guò)補(bǔ)射方式對(duì)連續(xù)來(lái)襲的群目標(biāo)分別發(fā)射一枚導(dǎo)彈進(jìn)行攔截;

2)連續(xù)來(lái)襲的群目標(biāo)在導(dǎo)彈發(fā)射后和各個(gè)導(dǎo)彈與其理論遭遇前始終處于同一制導(dǎo)照射雷達(dá)波束范圍內(nèi);

3)為保證導(dǎo)彈命中概率，避免先發(fā)射的導(dǎo)彈爆炸沖擊碎片影響后發(fā)射導(dǎo)彈對(duì)目標(biāo)的攔截，應(yīng)選擇合適的導(dǎo)彈發(fā)射時(shí)間間隔。

以制導(dǎo)照射雷達(dá)波束寬度為6°，目標(biāo)航路捷徑為1km，2km，4km分析，計(jì)算等速同向群目標(biāo)中第二批目標(biāo)何時(shí)飛出照同一制導(dǎo)雷達(dá)的照射波束范圍，如圖1、2所示。

圖1 制導(dǎo)雷達(dá)照射雙目標(biāo)示意圖

其中，A點(diǎn)為照射雷達(dá)制導(dǎo)波束中心，B點(diǎn)為波束邊緣，OC為目標(biāo)航路捷徑。

圖2 航路捷徑為1km、2km、4km時(shí)AB隨目標(biāo)距離變化情況

經(jīng)計(jì)算可知，來(lái)襲目標(biāo)的航路捷徑對(duì)AB有顯著影響，AB隨目標(biāo)由遠(yuǎn)及近飛入呈現(xiàn)單調(diào)遞減的趨勢(shì)，且航路捷徑越小，變化趨勢(shì)越劇烈。

表1 30km～4km范圍內(nèi)AB距離變化情況

由以上分析可知，當(dāng)AB大于群目標(biāo)間距離時(shí)，目標(biāo)將始終處于同一制導(dǎo)雷達(dá)波束范圍內(nèi)，假定群目標(biāo)間距2km，航路捷徑為1km，從30km遠(yuǎn)的距離飛入，在大于5.2km(AB＞2)時(shí)，同一制導(dǎo)雷達(dá)波束至少可覆蓋兩批目標(biāo)，在大于7km(AB＞4)時(shí)，波束可覆蓋3批目標(biāo)，在大于8.2km時(shí)(AB＞6)，波束可覆蓋4批目標(biāo)。根據(jù)半主動(dòng)制導(dǎo)的原理，在此范圍內(nèi)連續(xù)發(fā)射多個(gè)導(dǎo)彈分別對(duì)各個(gè)目標(biāo)進(jìn)行攔截，均能接收到目標(biāo)的回波信號(hào)，理論上均能命中目標(biāo)。

在實(shí)際使用中，先發(fā)射的導(dǎo)彈一般會(huì)攔截第一個(gè)目標(biāo)，且先于后發(fā)射的導(dǎo)彈起爆，爆炸后產(chǎn)生的自身和目標(biāo)的碎片會(huì)對(duì)后面發(fā)射的導(dǎo)彈攔截后續(xù)目標(biāo)產(chǎn)生影響。根據(jù)某型武器實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)和仿真分析數(shù)據(jù)，一般先后發(fā)射的導(dǎo)彈間隔時(shí)間在8s～10s比較合適(該時(shí)刻爆炸碎片的速度和回波均有顯著下降，不會(huì)對(duì)后續(xù)導(dǎo)彈攔截造成干擾)。

3 導(dǎo)彈對(duì)群目標(biāo)的跟蹤分析

根據(jù)半主動(dòng)連續(xù)波照射制導(dǎo)的原理，通過(guò)目標(biāo)的多普勒頻率差、目標(biāo)回波能量大小以及彈目視場(chǎng)夾角隨距離變化情況，以兩批群目標(biāo)為例進(jìn)行單獨(dú)分析。

1)彈目視場(chǎng)夾角隨距離變化情況

本文以兩批群目標(biāo)為例，假定導(dǎo)彈平均速度為1000m/s，以鉛錘面為例，假定導(dǎo)彈按拋物線彈道飛行(y=(x/6－3)·(x/6－3)+4)，目標(biāo)作等速直線飛行，速度為300m/s，高度不變，掠海飛行(高度近似為0)，航路捷徑為 0，發(fā)射艦艇為原點(diǎn)［2］。

由圖3、4可以看出，隨著導(dǎo)彈與目標(biāo)的距離的接近，導(dǎo)彈與兩個(gè)目標(biāo)之間的視線夾角將逐漸變大，當(dāng)距離接近到一定程度，夾角將顯著變大，其中的一個(gè)目標(biāo)將飛出導(dǎo)彈導(dǎo)引頭的視場(chǎng)波束范圍。

2)目標(biāo)回波能量差

導(dǎo)引頭接收的目標(biāo)回波信號(hào)強(qiáng)度公式［3］如下所示:

圖3 導(dǎo)彈與目標(biāo)飛行軌跡圖

圖4 導(dǎo)彈與目標(biāo)視線夾角隨距離變化情況

從式中可看出，dP中，目標(biāo)反射截面σi無(wú)法控制，假設(shè)σ均值為0dBm2(1m2)，σi值是起伏的，其衰弱深度可達(dá)10dB～20dB;dRt影響不大;dRmt距彈目交會(huì)越近，影響越大;目標(biāo)航路越大，Rmz越小，dGt越大，目標(biāo)間的角度差越大，dGr越大［5］。

如圖5所示，目標(biāo)1與目標(biāo)2的回波功率存在這一個(gè)明顯的差，在彈目遭遇附近愈加明顯。其相對(duì)位置關(guān)系如圖6所示。

圖5 目標(biāo)1、目標(biāo)2的回波功率隨時(shí)間變化情況

3)多普勒頻率差

導(dǎo)彈對(duì)目標(biāo)跟蹤的多普勒頻率差(如圖7所示)計(jì)算如下:

圖6 導(dǎo)彈與目標(biāo)1、目標(biāo)2相對(duì)位置關(guān)系

圖7 導(dǎo)彈與目標(biāo)1、目標(biāo)2多普勒頻率差變化情況

隨著導(dǎo)彈與目標(biāo)的接近，在彈目遭遇前兩者的多普勒頻率差快速變大，當(dāng)達(dá)到一定值時(shí)，將能夠?qū)烧哌M(jìn)行區(qū)分［6］。

上述以兩批群目標(biāo)為例，從回波能量差、頻率差和角度差3方面分析了導(dǎo)彈對(duì)兩者的跟蹤關(guān)系。在實(shí)際跟蹤關(guān)系中，根據(jù)數(shù)學(xué)模型綜合半實(shí)物仿真經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分配合理的權(quán)重因子，確保對(duì)兩批目標(biāo)的正確識(shí)別。對(duì)于三批及以上的目標(biāo)跟蹤，在較遠(yuǎn)的距離段導(dǎo)引頭通常跟蹤在目標(biāo)回波的能量合成中心上，隨著導(dǎo)彈與目標(biāo)接近到一定程度，導(dǎo)引頭將逐步識(shí)別出其中的某個(gè)目標(biāo)，并進(jìn)行跟蹤攔截［4］。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于半主動(dòng)連續(xù)波制導(dǎo)的武器，根據(jù)制導(dǎo)照射雷達(dá)波束寬度，在針對(duì)同方向等速群目標(biāo)進(jìn)行攔截時(shí)，選擇合適的攔截距離，通過(guò)連續(xù)射擊(間隔8s～10s)方式，在不進(jìn)行轉(zhuǎn)火情況下，可在同一制導(dǎo)雷達(dá)波束范圍內(nèi)同時(shí)對(duì)2批以上(與目標(biāo)間距和航路捷徑有關(guān))的群目標(biāo)進(jìn)行攔截，一定程度上可提高武器的作戰(zhàn)效能。

［1］劉代軍，董秉印.中遠(yuǎn)程復(fù)合制導(dǎo)空空導(dǎo)彈末制導(dǎo)方式綜述［J］.航空兵器，2000(1):34.

［2］安紅，楊莉.脈沖多普勒雷達(dá)導(dǎo)引頭仿真研究［J］.中國(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2009(12):4-6.

［3］裴云，陳貴春.連續(xù)波半主動(dòng)雷達(dá)制導(dǎo)空空導(dǎo)彈截獲跟蹤距離計(jì)算［J］.電光與控制，2003(2):1-3.

［4］栗蘋，耿小明，閆曉鵬.同步閃爍干擾對(duì)雷達(dá)導(dǎo)引頭天線伺服系統(tǒng)的影響［J］.兵工學(xué)報(bào)，2010，31(5):4.

［5］鄭學(xué)合，孫麗.防空導(dǎo)彈主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭地/海雜波功率譜計(jì)算［J］.現(xiàn)代防御技術(shù)，2001，29(2):3.

［6］張旭東，耿小明，熊華剛，等.非相干兩點(diǎn)源干擾下最優(yōu)雙機(jī)距離分析［J］.北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，30(6):1-3.