基于測向交叉定位的空艦導(dǎo)彈協(xié)同攻擊方法

鐘建林 劉方 石章松 鄒強(qiáng) 彭英武

DOI：10.12132/ISSN.1673-5048.2019.0127

摘要：針對雙機(jī)對遠(yuǎn)距離艦艇目標(biāo)進(jìn)行被動(dòng)測向交叉定位精度相對較低的問題，提出多枚空艦導(dǎo)彈對目標(biāo)散布區(qū)進(jìn)行協(xié)同搜索并攻擊的策略，分析得出測向交會(huì)角、彈目距離、測向誤差、目標(biāo)散布橢圓參數(shù)和彈目運(yùn)動(dòng)參數(shù)之間的關(guān)系和實(shí)施有效攻擊的限制條件，最后通過算例驗(yàn)證了所提方法的可行性，為載機(jī)攜載空艦導(dǎo)彈對艦艇目標(biāo)實(shí)施協(xié)同攻擊提供了一種新的思路。

關(guān)鍵詞：交叉定位;空艦導(dǎo)彈;協(xié)同攻擊;目標(biāo)散布區(qū);攻擊陣位

中圖分類號：TJ765文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1673-5048（2019）04-0047-07

0引言

隨著空艦導(dǎo)彈射程的提高，目標(biāo)指示問題逐漸成為制約其作戰(zhàn)效能提高的瓶頸之一。主動(dòng)輻射電磁信號對目標(biāo)進(jìn)行探測具有精度高、距離遠(yuǎn)、實(shí)施靈活、組織難度小等優(yōu)點(diǎn)，是一種傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程目標(biāo)指示方式，但是，在復(fù)雜的戰(zhàn)場電磁環(huán)境下，采取主動(dòng)方式的目標(biāo)指示設(shè)備面臨強(qiáng)電磁干擾可能導(dǎo)致目標(biāo)指示的精確性和穩(wěn)定性下降，另外由于失去隱蔽性，將導(dǎo)致空艦導(dǎo)彈攻擊的突然性下降。因此，空艦導(dǎo)彈對海攻擊作戰(zhàn)應(yīng)有多種目標(biāo)指示手段，以適應(yīng)日益復(fù)雜的海戰(zhàn)場電磁環(huán)境。

測向交叉定位是通過高精度測向設(shè)備在兩個(gè)以上的觀測點(diǎn)對目標(biāo)進(jìn)行測向，以各個(gè)測向線的交點(diǎn)（區(qū)域）作為目標(biāo)位置（分布）的被動(dòng)探測方法。與時(shí)差定位、頻差定位等其他被動(dòng)探測方法[1]相比，測向交叉定位法成本低、技術(shù)難度小、比較成熟，且研究和應(yīng)用較多[2-3]。但是，由于測向誤差的存在，定位設(shè)備離目標(biāo)距離越遠(yuǎn)，定位精度越低。另外，導(dǎo)彈飛臨目標(biāo)過程中，由于目標(biāo)機(jī)動(dòng)而導(dǎo)致目標(biāo)散布范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。因此，空艦導(dǎo)彈對遠(yuǎn)程目標(biāo)進(jìn)行有效搜索取決于多方面的因素，主要有：導(dǎo)彈自控終點(diǎn)精度;末制導(dǎo)雷達(dá)搜索范圍;交叉定位模糊區(qū)的大小、形狀與位置;交叉定位的精度（與探測平臺被動(dòng)測向精度、探測平臺的自身定位精度、目標(biāo)與交叉定位基線的相對幾何位置等有關(guān)）;目標(biāo)散布區(qū)[4]。顯然，遠(yuǎn)程反艦導(dǎo)彈攻擊的目標(biāo)搜索問題可以歸于導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)搜索范圍能否覆蓋目標(biāo)散布區(qū)的問題。

對導(dǎo)彈的二次攻擊能力（第一次搜索未發(fā)現(xiàn)目標(biāo)則掉頭或轉(zhuǎn)彎對預(yù)定區(qū)域進(jìn)行二次搜索）以及多導(dǎo)彈協(xié)同搜索進(jìn)行合理規(guī)劃，可實(shí)現(xiàn)對大散布目標(biāo)的有效打擊。文獻(xiàn)[5-6]研究了測向交會(huì)角問題;文獻(xiàn)[7-8]研究了測向設(shè)備配置問題;文獻(xiàn)[9-10]研究了多導(dǎo)彈對目標(biāo)散布區(qū)的協(xié)同搜索問題。目前還未見對測向交叉定位條件下如何有效實(shí)施導(dǎo)彈協(xié)同攻擊的文獻(xiàn)。本文就此開展研究，判斷發(fā)射條件（即判斷雙機(jī)以何種配置進(jìn)行測向交叉定位才能滿足多枚空艦導(dǎo)彈在二次攻擊過程中搜索總圖覆蓋目標(biāo)散布區(qū)）是研究的關(guān)鍵問題。

1基于測向交叉定位的目標(biāo)散布區(qū)分析

1.1目標(biāo)定位模糊區(qū)

雙機(jī)測向交叉定位是通過載機(jī)上的無源探測系統(tǒng)在各自的位置上對目標(biāo)的方位進(jìn)行探測，根

據(jù)各機(jī)測得的雷達(dá)方位及雙機(jī)之間的距離，經(jīng)過運(yùn)算可得到輻射源的位置。

由于測向誤差Δα的存在，被動(dòng)測向定位方法對海上目標(biāo)的定位不是一個(gè)點(diǎn)，而是一個(gè)散布區(qū)域，即定位模糊區(qū)。顯然，為了提高導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)對目標(biāo)的搜索概率，模糊區(qū)的面積應(yīng)越小越好，即應(yīng)提高被動(dòng)交叉定位的精度。

被動(dòng)交叉定位的精度主要取決于探測設(shè)備的能力和幾何條件，最主要的因素是：探測設(shè)備測向誤差（偏差和噪聲特性、導(dǎo)航誤差）;測量基線長度;目標(biāo)所處的位置（相對探測平臺）;定位過程中目標(biāo)和探測平臺的運(yùn)動(dòng)[11]。

根據(jù)文獻(xiàn)[12]，對于雙機(jī)被動(dòng)測向交叉定位模糊區(qū)，目標(biāo)偏離基線中垂線時(shí)定位性能將不斷下降。因此，本文基于目標(biāo)處于定位基線的垂直平分線的情況進(jìn)行研究。

2.1多彈多方向協(xié)同攻擊方法

現(xiàn)代反艦導(dǎo)彈大多具備二次攻擊能力。所謂反艦導(dǎo)彈二次攻擊，指的是如果反艦導(dǎo)彈第一次末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)在預(yù)定搜索區(qū)沒有發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，或者被敵方電子對抗手段抗擊而錯(cuò)過目標(biāo)，在剩余射程允許的情況下，按照預(yù)定的程序轉(zhuǎn)向，對目標(biāo)可能存在的區(qū)域進(jìn)行二次搜索、攻擊，以最大化發(fā)揮反艦導(dǎo)彈的使用效能[16]。低目標(biāo)指示精度條件下，合理規(guī)劃協(xié)同攻擊的多枚導(dǎo)彈二次攻擊行為，可以使各導(dǎo)彈協(xié)同搜索，在最大化各枚導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)散布區(qū)的有效覆蓋。

通過被動(dòng)測向?qū)h(yuǎn)距離目標(biāo)進(jìn)行定位，目標(biāo)散布區(qū)一般是一個(gè)狹長的橢圓，橢圓的短半軸遠(yuǎn)小于長半軸。若導(dǎo)彈沿橢圓長軸方向進(jìn)行搜索，為避免遺漏目標(biāo)，導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)搜索時(shí)間必然要長，這就增大了被敵方預(yù)警系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的概率。若導(dǎo)彈沿橢圓短軸方向搜索，則導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)時(shí)間可大為縮短，但由于橢圓長半軸一般要大于單枚導(dǎo)彈導(dǎo)引頭的搜索寬度，因此應(yīng)考慮多枚導(dǎo)彈分別實(shí)施直進(jìn)式搜索和回轉(zhuǎn)式搜索，最終有效覆蓋目標(biāo)散布區(qū)[9-10]。

圖4所示為目標(biāo)T處于橢圓散布區(qū)上半部分的情況。導(dǎo)彈M1和導(dǎo)彈M2沿橢圓散布區(qū)短軸方向?qū)δ繕?biāo)進(jìn)行協(xié)同分區(qū)搜索，其中，導(dǎo)彈M1在A1點(diǎn)開機(jī)搜索目標(biāo)，在A2點(diǎn)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)T并轉(zhuǎn)入跟蹤攻擊狀態(tài);導(dǎo)彈M2在B1點(diǎn)開機(jī)搜索目標(biāo)，在B2點(diǎn)完成對目標(biāo)橢圓散布區(qū)下半部分的搜索，判斷目標(biāo)在橢圓散布區(qū)上半部分，因此利用二次攻擊能力向橢圓上半?yún)^(qū)轉(zhuǎn)向，瞄準(zhǔn)散布橢圓上半部分區(qū)域的中心A，沿B2A方向進(jìn)行搜索，直至搜索到目標(biāo)T并轉(zhuǎn)入跟蹤攻擊狀態(tài)。根據(jù)敵艦防御能力，可在橢圓散布區(qū)的另一側(cè)安排分別與導(dǎo)彈M1和M2攻擊航向相對的導(dǎo)彈M3和M4，以增大敵方抗擊難度，提高總體突防概率。導(dǎo)彈M5沿散布橢圓長軸方向進(jìn)入，通過航路規(guī)劃與導(dǎo)彈M2和M4同時(shí)到達(dá)開機(jī)點(diǎn)，可單獨(dú)完成對散布橢圓的搜索，并與其他導(dǎo)彈實(shí)現(xiàn)協(xié)同攻擊。

當(dāng)目標(biāo)T處于橢圓散布區(qū)的下半部分時(shí)，則導(dǎo)彈M2和M4首先搜索到目標(biāo)進(jìn)行攻擊，導(dǎo)彈M1和M3搜索橢圓散布區(qū)上半部分未發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后，轉(zhuǎn)向朝橢圓下半部分搜索?？梢?，采取這種協(xié)同方式后，不論目標(biāo)在橢圓散布區(qū)任何位置，理論上所有參與攻擊的導(dǎo)彈均可最終搜索到目標(biāo)。

在具體實(shí)施中，空艦導(dǎo)彈載機(jī)V1和V2同時(shí)擔(dān)負(fù)對目標(biāo)協(xié)同測向交叉定位和實(shí)施導(dǎo)彈攻擊的任務(wù)。為了盡可能使導(dǎo)彈同時(shí)飛臨目標(biāo)上空，首先由載機(jī)V1發(fā)射導(dǎo)彈M1，同時(shí)載機(jī)V2發(fā)射導(dǎo)彈M3;然后間隔一段時(shí)間后，由載機(jī)V1發(fā)射導(dǎo)彈M2，同時(shí)載機(jī)V2發(fā)射導(dǎo)彈M4;M5由載機(jī)V1或V2在M2和M4發(fā)射之后發(fā)射，最終使得導(dǎo)彈M2，M4和M5同時(shí)到達(dá)目標(biāo)散布區(qū)并同時(shí)開機(jī)。

3.2結(jié)果分析

對結(jié)果數(shù)據(jù)分析可知，雙機(jī)實(shí)施基于本文的空艦導(dǎo)彈協(xié)同攻擊方法時(shí)：

（1）測向交會(huì)角與發(fā)射時(shí)彈目距離是增函數(shù)關(guān)系，發(fā)射時(shí)彈目距離越遠(yuǎn)，對應(yīng)的測向交會(huì)角也要求越大。

（2）增大測向交會(huì)角雖然可以相應(yīng)延長彈目距離，實(shí)現(xiàn)盡可能遠(yuǎn)地發(fā)射導(dǎo)彈，但要考慮三個(gè)因素：散布橢圓短半軸的限制、最大需用航程的限制和定位基線長度（測向時(shí)雙機(jī)之間的距離）的限制。由表1可知，當(dāng)測向交會(huì)角為19°時(shí)，散布橢圓短半軸為28.7km，超出其限制條件，故相應(yīng)的彈目距離r=368.5km不可取，而測向交會(huì)角5°～18°對應(yīng)的散布橢圓短半軸是滿足要求的;若導(dǎo)彈最大有效射程為460.3km，則發(fā)射時(shí)彈目距離最遠(yuǎn)應(yīng)選擇r=344.5km處;若兩架載機(jī)最大通信距離為111.6km（限制定位基線長度），則發(fā)射時(shí)彈目距離最遠(yuǎn)應(yīng)選擇r=356.8km處。取三個(gè)限制因素對應(yīng)彈目距離的最小者作為本方法攻擊的最遠(yuǎn)彈目距離：r=344.5km，即最佳陣位為雙機(jī)相距88.3km，對目標(biāo)測向交會(huì)角θ為17°（對應(yīng)的載機(jī)測向角α=81.5°）。

（3）提高測向精度可在一定范圍內(nèi)實(shí)施更遠(yuǎn)距離攻擊。對比Δα=0.8°和Δα=1°兩種情況可知，在相同的測向交會(huì)角θ下，測向誤差越小，雙機(jī)實(shí)施基于本文方法空艦導(dǎo)彈協(xié)同攻擊時(shí)與目標(biāo)的距離越遠(yuǎn)，即實(shí)現(xiàn)了空艦導(dǎo)彈的盡遠(yuǎn)發(fā)射。

4結(jié)束語

與基于平行方向協(xié)同搜索方法不同的是，本文所提的方法利用了空艦導(dǎo)彈二次搜索攻擊能力，所有參與攻擊的空艦導(dǎo)彈能完成對目標(biāo)散布區(qū)的協(xié)同搜索，并分階段完成對目標(biāo)的協(xié)同攻擊（取決于目標(biāo)在散布橢圓上半?yún)^(qū)還是下半?yún)^(qū)）。

為了提高基于測向交叉定位的空艦導(dǎo)彈攻擊能力，需要在機(jī)載被動(dòng)測向設(shè)備的精度、導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)的水平搜索寬度、有效射程和載機(jī)間最大通信距離幾個(gè)因素中解決短板問題?；蛘?，在實(shí)戰(zhàn)中針對具體情況，依據(jù)本文所提的計(jì)算模型計(jì)算出雙機(jī)最佳攻擊陣位，可以最大限度發(fā)揮基于測向交叉定位的空艦導(dǎo)彈協(xié)同攻擊作戰(zhàn)效能。

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