一種利用半主動(dòng)制導(dǎo)武器進(jìn)行協(xié)同防空的驗(yàn)證方法

劉麗龍，劉 釗，隋大鵬，陳世豪，曹 杰，高王升

(上海機(jī)電工程研究所，上海 201109)

隨著科技的進(jìn)步和軍事技術(shù)的發(fā)展，反艦導(dǎo)彈和先進(jìn)作戰(zhàn)飛機(jī)逐漸被世界上較多國(guó)家所擁有，水面作戰(zhàn)艦艇面臨的作戰(zhàn)環(huán)境日益嚴(yán)苛，特別是在以超聲速反艦導(dǎo)彈、隱身作戰(zhàn)飛機(jī)、先進(jìn)無(wú)人機(jī)等為代表的空中武器及平臺(tái)打擊下，往往需要同時(shí)應(yīng)對(duì)敵方的超低空突防、隱身攻擊、視距外飽和打擊、電磁干擾等一系列復(fù)雜環(huán)境，艦艇獨(dú)立反制空中目標(biāo)打擊能力面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[1-3]。因此，需要借助編隊(duì)綜合探測(cè)和空中預(yù)警支援信息，研究編隊(duì)防空武器協(xié)同攔截反導(dǎo)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)來(lái)襲目標(biāo)的協(xié)同探測(cè)，盡遠(yuǎn)打擊，提升單艦在編隊(duì)協(xié)同護(hù)衛(wèi)下的戰(zhàn)場(chǎng)生存能力。

1 協(xié)同防空作戰(zhàn)優(yōu)勢(shì)分析

1)提高艦艇對(duì)抗敵方進(jìn)攻扇區(qū)內(nèi)的抗飽和攻擊能力

現(xiàn)代海上作戰(zhàn)模式下，進(jìn)攻方一般會(huì)在艦艇編隊(duì)某個(gè)方向發(fā)起進(jìn)攻，而艦艇編隊(duì)利用遠(yuǎn)程信息支援，可提前若干時(shí)間獲得敵情，按照目標(biāo)來(lái)襲扇面方向進(jìn)行艦艇機(jī)動(dòng)合理布陣，采取最有利角度、最多火力通道數(shù)量、按照防御距離遠(yuǎn)近梯次進(jìn)行軟硬武器攔截。

圖1 菱形編隊(duì)防導(dǎo)作戰(zhàn)分析

本文以四艦組成的菱形編隊(duì)為例，在實(shí)際航渡過(guò)程中，若A艦在某個(gè)時(shí)間段在某扇區(qū)遭受敵方反艦導(dǎo)彈飽和攻擊時(shí)，可請(qǐng)求編隊(duì)中具有空閑火力通道的艦艇進(jìn)行火力支援，對(duì)抗來(lái)襲的飽和攻擊目標(biāo)。

2)提升艦艇對(duì)抗電磁干擾能力

現(xiàn)代海戰(zhàn)環(huán)境下，敵方發(fā)起攻擊時(shí)通常會(huì)對(duì)艦艇編隊(duì)實(shí)施一定的電磁干擾，比較典型方式為在連續(xù)來(lái)襲的反艦導(dǎo)彈中夾雜一枚攜帶彈載有源干擾的反艦導(dǎo)彈，掩護(hù)前后的同伴，造成局部扇區(qū)“致盲”如圖2所示。

圖2 雷達(dá)畫面掩護(hù)式干擾扇區(qū)

從圖2可知，彈載隨隊(duì)掩護(hù)式干擾在目標(biāo)雷達(dá)艦艇上形成干擾扇區(qū)，造成目標(biāo)艦艇喪失在來(lái)襲方向上的探測(cè)能力，進(jìn)而喪失攔截能力。

由于隨隊(duì)式彈載干擾具有一定的方向性，使得其無(wú)法覆蓋艦艇編隊(duì)所有艦艇，因而利用編隊(duì)協(xié)同探測(cè)信息，未受干擾的B艦將目標(biāo)數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)鏈傳遞給A艦，A艦可對(duì)干擾方向進(jìn)行防空攔截。

3)彌補(bǔ)單艦防空探測(cè)盲區(qū)，拓寬防空攔截縱深，增加攔截次數(shù)

典型反艦導(dǎo)彈在進(jìn)攻過(guò)程中一般采用超低空突防模式，掠海飛行，借助地球曲率規(guī)避艦艇雷達(dá)探測(cè)，同時(shí)，對(duì)低空目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)距離還受至于雷達(dá)在艦上的架高，根據(jù)式(1)計(jì)算

(1)

式中，D為雷達(dá)與目標(biāo)視距(m)；H為艦載雷達(dá)天線架高(m)；h為目標(biāo)的飛行高度(m)。

圖3 視距受地球曲率影響示意圖

如圖3所示，假定目標(biāo)飛行高度為15 m，雷達(dá)天線架高25 m。通過(guò)公式計(jì)算，艦載雷達(dá)與目標(biāo)的理論視距約為36.55 km，實(shí)際條件下，受海雜波等環(huán)境因素影響，對(duì)15～30 m高反艦導(dǎo)彈雷達(dá)發(fā)現(xiàn)距離約要近一些。即使艦空導(dǎo)彈能夠在更遠(yuǎn)的距離對(duì)來(lái)襲低空目標(biāo)攔截，但仍然會(huì)受雷達(dá)的視距影響不能發(fā)揮最大作戰(zhàn)效能，甚至出現(xiàn)由于發(fā)射距離過(guò)近，喪失二次攔截補(bǔ)射的機(jī)會(huì)，嚴(yán)重壓縮了單艦防御縱深。

在艦艇編隊(duì)協(xié)同方位過(guò)程中，一是可以利用布陣優(yōu)勢(shì)，前出哨艦為后方艦艇編隊(duì)彌補(bǔ)低空探測(cè)盲區(qū)，拓寬防御范圍，提高對(duì)高威脅目標(biāo)的攔截次數(shù)；二是后方艦艇利用哨艦協(xié)同探測(cè)信息或空中支援信息為前方哨艦提供火力支援，提高哨艦的多目標(biāo)攔截能力；三是為后方編隊(duì)進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)指揮、調(diào)整、實(shí)施贏得時(shí)間。

2 協(xié)同防空關(guān)鍵技術(shù)

艦艇編隊(duì)協(xié)同防空是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及到目標(biāo)探測(cè)、信息傳遞、數(shù)據(jù)處理、導(dǎo)彈制導(dǎo)控制、編隊(duì)指揮流程等多個(gè)方面。

1) 信息融合技術(shù)

艦艇編隊(duì)協(xié)同制導(dǎo)防空需要對(duì)多平臺(tái)，多傳感器，多指揮、制導(dǎo)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行融合，涉及多傳感器的大批量目標(biāo)信息的綜合處理，主要包括：①多傳感器之間的時(shí)空修正技術(shù)，即對(duì)不同位置傳感器發(fā)來(lái)的目標(biāo)信息轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一的坐標(biāo)系下，并補(bǔ)償數(shù)據(jù)傳遞的時(shí)延；②目標(biāo)同一性識(shí)別技術(shù)，即對(duì)不同傳感器探測(cè)的目標(biāo)信息進(jìn)行一致性識(shí)別，剔除重復(fù)目標(biāo)，建立目標(biāo)唯一的航跡信息；③目標(biāo)數(shù)據(jù)的壓縮與差值，濾波和融合，生成編隊(duì)統(tǒng)一的目標(biāo)態(tài)勢(shì)圖。

2) 多雷達(dá)組網(wǎng)技術(shù)

水面艦艇編隊(duì)中，一般配置不同頻段、不同體制的多型雷達(dá)協(xié)同工作，用于提高對(duì)低小慢目標(biāo)、隱身目標(biāo)、高速大機(jī)動(dòng)目標(biāo)探測(cè)和跟蹤能力，以及艦艇編隊(duì)的抗干擾、抗摧毀能力。多雷達(dá)組網(wǎng)研究的關(guān)鍵技術(shù)包括多雷達(dá)點(diǎn)跡融合技術(shù)，多雷達(dá)組網(wǎng)動(dòng)態(tài)組合及控制技術(shù)，多雷達(dá)協(xié)同探測(cè)、目標(biāo)識(shí)別、輔助制導(dǎo)技術(shù)，多雷達(dá)協(xié)同干擾源交叉定位技術(shù)等。

3) 協(xié)同防空總體技術(shù)[4]

協(xié)同防空總體技術(shù)涉及艦艇之間協(xié)同探測(cè)跟蹤、數(shù)據(jù)共享、發(fā)射控制、導(dǎo)彈制導(dǎo)等多個(gè)方面，需要綜合目標(biāo)態(tài)勢(shì)，對(duì)編隊(duì)進(jìn)行協(xié)同防衛(wèi)。通常情況下，只有具備遠(yuǎn)射程、大捷徑、特定制導(dǎo)模式的導(dǎo)彈才能實(shí)現(xiàn)協(xié)同防空，在編隊(duì)?wèi)?yīng)用中一般采用以下幾種模式：①A艦探測(cè)、B艦發(fā)射、B艦制導(dǎo)；②A艦探測(cè)、B艦發(fā)射、A艦制導(dǎo)；③A艦探測(cè)、B艦發(fā)射、B艦制導(dǎo)、A艦接力制導(dǎo)。

3 協(xié)同防空制導(dǎo)回路海上校飛驗(yàn)證

本文以半主動(dòng)制導(dǎo)武器為例，驗(yàn)證A艦探測(cè)，B艦發(fā)射，B艦制導(dǎo)的可行性，主要驗(yàn)證以下兩方面的內(nèi)容：一是協(xié)同探測(cè)數(shù)據(jù)鏈路傳輸?shù)臅r(shí)延誤差和精度誤差；二是半主動(dòng)制導(dǎo)武器制導(dǎo)回路對(duì)目標(biāo)的跟蹤穩(wěn)定性[5-6]。

實(shí)際海上校飛驗(yàn)證試驗(yàn)態(tài)勢(shì)如圖4所示。試驗(yàn)過(guò)程中，A艦和B艦縱距約10 km，靶機(jī)(加裝真值測(cè)量設(shè)備)飛行高度約200 m，A艦為探測(cè)艦，負(fù)責(zé)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)跟蹤，并將目標(biāo)位置通過(guò)數(shù)據(jù)鏈傳輸給B艦，B艦為發(fā)射制導(dǎo)艦，利用A艦發(fā)送過(guò)來(lái)的目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，并模擬發(fā)射導(dǎo)彈，對(duì)跟飛電子艙進(jìn)行制導(dǎo)控制，檢驗(yàn)對(duì)目標(biāo)的跟蹤情況。

圖4 海上校飛驗(yàn)證態(tài)勢(shì)圖

1)驗(yàn)證項(xiàng)目一

實(shí)施條件：靶機(jī)從距離B艦30 km外進(jìn)入，從B艦右前方約50°方向進(jìn)入，航捷約6 km，航速約8 kn，A、B艦等速直行。

在該試驗(yàn)條件下，A艦雷達(dá)目標(biāo)跟蹤數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)艦艇間數(shù)據(jù)傳輸鏈路發(fā)送給B艦，B艦對(duì)接收的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)坐標(biāo)系變換、時(shí)間修正(時(shí)延補(bǔ)償)以及數(shù)據(jù)處理后發(fā)送給半主動(dòng)武器武控系統(tǒng)解算。上述數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，以靶機(jī)加裝設(shè)備測(cè)量為真值，以B艦收到的目標(biāo)數(shù)據(jù)完成數(shù)據(jù)處理后為測(cè)量值，處理結(jié)果如圖5、6所示。

圖5 距離對(duì)比圖

圖6 方位對(duì)比圖

上兩幅圖中，綠色線為目標(biāo)真值，紫色線為測(cè)量值。

從距離圖上可以看出，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后的目標(biāo)跟蹤距離與真值一致性較好，初始階段距離誤差略大，測(cè)量值在真值上方，兩者有較明顯誤差，隨著靶機(jī)進(jìn)入航路穩(wěn)定，數(shù)據(jù)積累一段時(shí)間后，經(jīng)過(guò)時(shí)延和數(shù)據(jù)處理的測(cè)量值與真值近乎貼合。

從方位圖上看，在初始階段測(cè)量值方位誤差較大，但與距離對(duì)比圖基本保持一致，整體看方位誤差始終處在收斂的趨勢(shì)范圍內(nèi)[7]。

2)驗(yàn)證項(xiàng)目二

實(shí)施條件：模擬真實(shí)導(dǎo)彈的電子艙設(shè)備架設(shè)在B艦艦艏，艙體為固定狀態(tài)，為避免目標(biāo)進(jìn)入過(guò)程中回波接收天線限位卡死，電子艙朝向右舷約45°方向，通過(guò)喇叭接收制導(dǎo)照射直波信號(hào)。

B艦收到A艦發(fā)送的數(shù)據(jù)處理完成后發(fā)送給武控系統(tǒng)，武控解算后向跟飛電子艙裝訂目標(biāo)數(shù)據(jù)，并引導(dǎo)制導(dǎo)雷達(dá)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，模擬發(fā)射后電子艙接收機(jī)開(kāi)機(jī)，搜索回波信號(hào)，制導(dǎo)雷達(dá)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行照射，跟飛電子艙截獲目標(biāo)信號(hào)后對(duì)目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)跟蹤，檢驗(yàn)制導(dǎo)回路跟蹤的穩(wěn)定性，結(jié)果如圖8-10所示。

圖7 電子艙目標(biāo)截獲信號(hào)允許目標(biāo)截獲信號(hào)

從跟飛結(jié)果可以看出，在回波失鎖(允許截獲)信號(hào)出現(xiàn)后，AGC信號(hào)跌落，電子艙開(kāi)始跟蹤目標(biāo)；在全程跟飛過(guò)程中，電子艙跟蹤目標(biāo)的方位角和高低角度數(shù)據(jù)與系統(tǒng)向電子艙裝訂的數(shù)據(jù)基本一致，并隨著跟蹤逐漸穩(wěn)定，兩者之間的角度誤差趨于0。表明：利用協(xié)同探測(cè)數(shù)據(jù)，半主動(dòng)制導(dǎo)武器能夠引導(dǎo)制導(dǎo)雷達(dá)對(duì)準(zhǔn)照射目標(biāo)，跟飛電子艙能夠正確搜索截獲目標(biāo)信號(hào)，并穩(wěn)定跟蹤，制導(dǎo)回路可以消除協(xié)同探測(cè)新增時(shí)空修正誤差的影響。

圖8 位標(biāo)器俯仰和偏航誤差

圖9 方位和高低跟蹤角度

圖10 電子艙跟蹤角度誤差

4 結(jié)束語(yǔ)

本文基于半主動(dòng)制導(dǎo)武器在A艦探測(cè)、B艦發(fā)射、B艦制導(dǎo)的方式下，驗(yàn)證了編隊(duì)協(xié)同防空的可行性。同理，可對(duì)A艦探測(cè)、B艦發(fā)射、A艦制導(dǎo)； A艦探測(cè)、B艦發(fā)射、B艦制導(dǎo)、A艦接力制導(dǎo)；以及主動(dòng)制導(dǎo)、指令制導(dǎo)等不同體制的武器設(shè)計(jì)海上校飛試驗(yàn)，進(jìn)行制導(dǎo)回路驗(yàn)證，驗(yàn)證武器協(xié)同防空能力。