反艦導(dǎo)彈突擊島礁區(qū)艦船末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)距離和角度研究*

陳 榕,沈培志,張海峰

(海軍航空工程學(xué)院,山東煙臺 264001)

反艦導(dǎo)彈突擊島礁區(qū)艦船末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)距離和角度研究*

陳 榕,沈培志,張海峰

(海軍航空工程學(xué)院,山東煙臺 264001)

為從戰(zhàn)術(shù)層面提高雷達(dá)制導(dǎo)反艦導(dǎo)彈導(dǎo)引頭截獲島礁區(qū)艦船的能力,在分析雷達(dá)導(dǎo)引頭截獲島礁區(qū)艦船必要條件的基礎(chǔ)上,建立了導(dǎo)彈、目標(biāo)艦船與島礁的位置關(guān)系模型,推導(dǎo)得到末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)距離、攻擊方位同島目距離差、角度差的關(guān)系表達(dá)式,為判斷是否滿足截獲條件提供了依據(jù),并進(jìn)行了仿真分析。研究成果為優(yōu)化雷達(dá)制導(dǎo)反艦導(dǎo)彈攻擊島礁區(qū)目標(biāo)艦船的作戰(zhàn)使用奠定了基礎(chǔ)。

島礁區(qū)艦船;攻擊方位;末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)距離;距離分辨力;角度分辨力

0 引言

隨著戰(zhàn)場形勢的變化,近岸精確打擊開始成為反艦導(dǎo)彈擔(dān)負(fù)的一項(xiàng)重要使命。而中遠(yuǎn)程、高速反艦導(dǎo)彈打擊島礁區(qū)敵艦船,具有反應(yīng)迅速、打擊精確、效費(fèi)比高等優(yōu)點(diǎn)。由于島礁區(qū)的近岸海域與陸岸相鄰,陸岸復(fù)雜地物背景對雷達(dá)制導(dǎo)反艦導(dǎo)彈的使用影響很大,主要體現(xiàn)在目標(biāo)識別和測角精度等方面[1]。同國外采用雷達(dá)成像導(dǎo)引頭技術(shù)的反艦導(dǎo)彈相比,國內(nèi)雷達(dá)制導(dǎo)反艦導(dǎo)彈的距離分辨力和角度分辨力相對要低[2]。如何在距離、角度分辨力有限的不利條件下,采取合理的戰(zhàn)術(shù)手段加以彌補(bǔ),提高雷達(dá)制導(dǎo)反艦導(dǎo)彈捕捉島礁區(qū)目標(biāo)的能力,是現(xiàn)實(shí)而重要的問題。

1 反艦導(dǎo)彈雷達(dá)導(dǎo)引頭截獲島礁區(qū)目標(biāo)艦船技、戰(zhàn)術(shù)分析

對于雷達(dá)導(dǎo)引頭而言截獲島礁區(qū)目標(biāo)艦船比截獲開闊海區(qū)目標(biāo)艦船難度要大得多。提高雷達(dá)導(dǎo)引頭對島礁區(qū)艦船截獲能力的方法不外乎技術(shù)措施和戰(zhàn)術(shù)措施兩種。

從技術(shù)上而言,保證雷達(dá)制導(dǎo)反艦導(dǎo)彈有效截獲島礁區(qū)艦船的關(guān)鍵在于先進(jìn)的末制導(dǎo)技術(shù),及目標(biāo)搜索、識別、跟蹤等技術(shù)。其中,島礁區(qū)(近岸)目標(biāo)的搜索與識別又是重中之重。手段之一就是抑制島岸雜波,如美國捕鯨叉Block II反艦導(dǎo)彈綜合利用GPS位置信息和彈載計(jì)算機(jī)存儲的海岸線數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)了對島岸雷達(dá)反射回波的忽略,大大提高了島礁區(qū)艦船的搜索、識別效率[2]。手段之二為雷達(dá)成像技術(shù)。如通過設(shè)計(jì)合理的算法,可實(shí)現(xiàn)多輻射源的分辨;采用波形選擇方法實(shí)現(xiàn)雷達(dá)導(dǎo)引頭抗角反射器、島岸干擾等;尤其是毫米波雷達(dá)成像技術(shù),適應(yīng)性更強(qiáng),探測精度更高,具備更高的距離、角度分辨力[4-6]。

從戰(zhàn)術(shù)上而言,提高雷達(dá)導(dǎo)引頭對島礁區(qū)艦船截獲能力的措施主要有合理選擇自導(dǎo)距離(對應(yīng)末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)距離)、捕捉扇面角以及目標(biāo)選擇方式(捕控模式)[3,7-11]。

雖然從技術(shù)上和戰(zhàn)術(shù)上均可提高末制導(dǎo)雷達(dá)截獲島礁區(qū)艦船的能力。但是相應(yīng)的技術(shù)措施要求高,應(yīng)用于實(shí)際裝備是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。而立足現(xiàn)有技術(shù)水平,研究采取合理的戰(zhàn)術(shù)手段,對有效發(fā)揮導(dǎo)彈裝備的效能具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 反艦導(dǎo)彈雷達(dá)導(dǎo)引頭截獲島礁區(qū)目標(biāo)艦船必要條件

由于島礁(海岸)的影響,自導(dǎo)雷達(dá)極易捕捉到島礁(海岸),因此為確保導(dǎo)彈對目標(biāo)的捕捉概率,只能攻擊離岸一定距離的敵方艦船[3]。不妨假定導(dǎo)彈雷達(dá)導(dǎo)引頭的距離分辨力和角度分辨力分別為Δd0和Δθ0,末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)時(shí),目標(biāo)艦船與島礁的相對位置關(guān)系如圖1所示(為便于研究,在分析問題和建立模型時(shí)將島礁和艦船看成質(zhì)點(diǎn))。

圖1 目標(biāo)艦船與島礁的相對位置關(guān)系

圖1中,D點(diǎn)為末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)時(shí)的導(dǎo)彈位置,T0為該時(shí)刻目標(biāo)艦船的位置,I為島礁位置,DT0為導(dǎo)彈飛行方向,目標(biāo)艦船與島礁的距離差和角度差分別為Δd1和Δθ1。

則為確保導(dǎo)引頭對目標(biāo)艦船的有效捕捉,目標(biāo)艦船與島礁的相對位置關(guān)系應(yīng)滿足式(1)所示的約束條件。

Δd1≥Δd0∩Δθ1≥Δθ0

(1)

3 導(dǎo)彈、目標(biāo)艦船與島礁位置關(guān)系模型

通常情況下島礁區(qū)海域島礁較多,為將問題描述清楚,先考慮一個(gè)島礁的情況。

假設(shè)目標(biāo)和島礁同時(shí)位于導(dǎo)彈的搜索范圍內(nèi),且兩者處于同一截獲窗口內(nèi)時(shí),導(dǎo)彈將很難進(jìn)行正確分辨,因而必須避免兩者位于同一截獲窗口。假定敵艦發(fā)現(xiàn)來襲導(dǎo)彈后,為最大限度利用島礁背景干擾,迅速由初始位置T0向島礁機(jī)動,導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)時(shí),導(dǎo)彈、目標(biāo)和島礁的位置關(guān)系如圖2所示。

圖2 導(dǎo)彈、目標(biāo)和島礁位置關(guān)系模型

圖2中D、T、I含義與圖1同。假定導(dǎo)彈的飛行方向指向目標(biāo)初始位置。無論目標(biāo)位置在何處,末制導(dǎo)雷達(dá)總是以導(dǎo)彈飛行方向?yàn)橹行倪M(jìn)行扇掃,因而產(chǎn)生了如圖所示的角度差Δθ和距離差Δd。以正北方向?yàn)閅軸,正東方向?yàn)閄軸建立坐標(biāo)系(假定由于態(tài)勢所限,導(dǎo)彈只能從目標(biāo)西面一側(cè)攻擊)。已知目標(biāo)初始位置T0的坐標(biāo)(xt0,yt0),島礁I的坐標(biāo)為(xi,yi),T0I=d0。導(dǎo)彈攻擊方位角,即DT0與Y軸的夾角為θ,DT與Y軸的夾角為θ1,DI與Y軸的夾角為θ2。末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)距離DT0=Dld。設(shè)末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)前目標(biāo)機(jī)動距離T0T=Dtjd,不妨令導(dǎo)彈攻擊航路距離為Dhl,航路飛行平均速度為Vhl,目標(biāo)指示信息延遲時(shí)間為Ttzy,目標(biāo)機(jī)動速度為Vt,則導(dǎo)彈自控飛行距離為:

Dzk=Dhl-Dld

(2)

末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)前目標(biāo)機(jī)動距離為:

(3)

由圖2可知:

d0=((xt0-xi)2+(yt0-yi)2)1/2

(4)

D點(diǎn)的坐標(biāo)為:

(5)

末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)時(shí),目標(biāo)位置T的坐標(biāo)為:

(6)

θ1、θ2分別為:

(7)

(8)

根據(jù)余弦定理可得θ3為:

(9)

由式(4)～式(9)可得角度差Δθ和距離差Δd:

Δd=(d0-Dtjd)|cosθ3|

(10)

Δθ=|θ1-θ2|

(11)

聯(lián)立式(1)、式(10)、式(11),在其他相關(guān)參數(shù)已知時(shí),即可判斷不同的導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)距離、攻擊方位條件下,目標(biāo)艦船與島礁的相對位置關(guān)系是否滿足雷達(dá)導(dǎo)引頭截獲目標(biāo)的條件。

4 攻擊島礁區(qū)目標(biāo)艦船仿真分析

假定目標(biāo)艦船所在海區(qū)有4個(gè)島礁,目標(biāo)艦船與4個(gè)島礁的坐標(biāo)如表1所示。

表1 目標(biāo)艦船及相關(guān)島礁的坐標(biāo)

確定導(dǎo)彈參數(shù)如下:導(dǎo)彈飛行航路距離Dhl=270 km,航路飛行平均速度Vhl=310 m/s,末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)距離Dld=5～40 km,導(dǎo)引頭距離分辨力Δd0=120 m、角度分辨力Δθ0=5°,航向搜索范圍±30°,目標(biāo)機(jī)動速度為Vt=30 kn,目標(biāo)指示信息時(shí)延為Ttzy=3 min。

目標(biāo)艦船與各島礁的相對位置關(guān)系如圖3所示。

圖3 目標(biāo)艦船與各島礁的相對位置關(guān)系

由表1可知,目標(biāo)艦船與島礁1的距離最近,且其航向指向島礁1。經(jīng)計(jì)算目標(biāo)艦船機(jī)動過程中,與其他島礁的距離都滿足導(dǎo)彈導(dǎo)引頭距離分辨力的要求。因此,影響導(dǎo)彈導(dǎo)引頭開機(jī)距離和攻擊方位的因素主要為:目標(biāo)艦船與島礁1相對導(dǎo)彈自控終點(diǎn)的距離和角度、目標(biāo)艦船與其他島礁相對導(dǎo)彈自控終點(diǎn)的角度。

假定由于態(tài)勢所限,導(dǎo)彈只能從目標(biāo)西面一側(cè)攻擊(即攻擊方位角為0°～180°)。仿真分析可知導(dǎo)彈攻擊方位、末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)距離與島礁1的距離差Δd的關(guān)系如圖4所示。

圖4 攻擊方位、末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)距離與距離差Δd(與島礁1)的關(guān)系

導(dǎo)彈攻擊方位、末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)距離與島礁1～4的角度差Δθ的關(guān)系如圖5～圖8所示。

圖5 攻擊方位、末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)距離與角度差Δθ(與島礁1)的關(guān)系

圖6 攻擊方位、末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)距離與角度差Δθ(與島礁2)的關(guān)系

綜合圖5～圖8仿真結(jié)果可知,為保證導(dǎo)引頭從角度上分辨島目,導(dǎo)彈攻擊方位與末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)適宜距離上限的關(guān)系如圖9所示。

由圖4可知,當(dāng)攻擊方位為0°～180°時(shí),目標(biāo)艦船與島礁的距離滿足末制導(dǎo)雷達(dá)距離分辨力的要求。但是由圖9可知,當(dāng)攻擊方位為58.2°～180°時(shí),若末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)距離過大,則目標(biāo)艦船與島礁的角度差不能滿足末制導(dǎo)雷達(dá)分辨力的要求。

圖7 攻擊方位、末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)距離與角度差Δθ(與島礁3)的關(guān)系

圖8 攻擊方位、末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)距離與角度差Δθ(與島礁4)的關(guān)系

圖9 導(dǎo)彈攻擊方位與末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)適宜距離上限關(guān)系

由此可見,導(dǎo)彈攻擊方位為0°～58.2°時(shí),可根據(jù)需要在5～40 km范圍內(nèi)任意選擇末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)距離。但是當(dāng)攻擊方位為58.2°～180°時(shí),其末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)距離不宜超過圖9中各曲線的下限值。

若島礁區(qū)存在多艘(2艘以上)艦船,只需將非目標(biāo)艦船視為具有機(jī)動能力的“島礁”,考慮其機(jī)動方

向和速度,建立導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)時(shí),非目標(biāo)艦船的位置模型,同樣可仿真分析目標(biāo)艦船與非目標(biāo)艦船的距離差和角度差是否滿足雷達(dá)導(dǎo)引頭截獲條件。

5 結(jié)束語

文中基于導(dǎo)引頭一定的距離和角度分辨力,在建立導(dǎo)彈、目標(biāo)艦船與島礁位置關(guān)系模型基礎(chǔ)上,得到了導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)距離、攻擊方位同島目距離差、角度差的關(guān)系,并進(jìn)行了仿真分析,為下一步綜合考慮末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)距離、攻擊方位、搜索扇面角、目標(biāo)捕捉方式等因素,優(yōu)化雷達(dá)制導(dǎo)反艦導(dǎo)彈攻擊島礁區(qū)目標(biāo)艦船的作戰(zhàn)使用奠定了基礎(chǔ)。

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Research on Terminal Guidance Radar Starting Distance and Angle of ASM Attacking Island Area Ship

CHEN Rong,SHEN Peizhi,ZHANG Haifeng

(Navy Aeronautical and Astronautical University, Shandong Yantai 264001, China)

In order to improve the ability of capturing ship in coral islands or reefs area for radar homing head of ASM from tactical level, the position relationship mode of missile, target ship and islands were established based on the analysis of the necessary condition of radar seaker capturing ship in coral islands or reefs area. The distance and angle expressions of ship and island based on different radar homing head opening distance and angle were deduced. The expressions provide criterions for capturing or not under different conditions, and simulation analysis was carried out. This research provided foundation for optimization of ASMs attacking ships in coral islands or reefs area.

island area ship; attack position; terminal guidance radar starting distance; range resolution; angle resolution

2016-01-26

海軍航空工程學(xué)院青年基金資助

陳榕(1984-),男,江西新余人,講師,博士,研究方向:海軍兵種戰(zhàn)術(shù)。

TJ761.1

A