一種復合制導的地空導彈武器系統(tǒng)中末制導交接班概率仿真分析

嚴 超 陳緒龍 郝士林

(西安電子工程研究所 西安 710100)

0 引言

隨著現(xiàn)代軍事技術(shù)的發(fā)展，越來越多的防空導彈武器系統(tǒng)采用復合制導體制。捷聯(lián)慣導+目標信息指令修正+主動雷達末制導是一種先進復合制導體制。導彈雷達導引頭在制導末段開機截獲目標，能否截獲目標是系統(tǒng)最終能否命中目標的重要前提，因此分析各種誤差源[1]對中、末制導交班概率的影響[2]，協(xié)調(diào)并分配相關分系統(tǒng)技術(shù)指標，就成為武器系統(tǒng)設計的一項重要工作。

本文基于上述的復合制導體制，建立了武器系統(tǒng)模型，分析各種誤差源對中、末制導交班概率的影響，并在建立系統(tǒng)模型的基礎上進行了仿真分析。

1 武器系統(tǒng)末制導交接班模型

武器系統(tǒng)主戰(zhàn)裝備由探測傳感器、火力分配車(集成中制導指令機)、導彈發(fā)射車(可配置多部)及導彈組成。

探測傳感器探測空中目標的三坐標位置、速度等信息并上報火力分配車；火力分配車指控系統(tǒng)進行目標分配并控制導彈準備、發(fā)射；導彈在發(fā)射后利用捷聯(lián)平臺測量和計算自身運動參數(shù)，通過無線電通道接收地面指令機(集成在火力分配車上)發(fā)送的目標更新信息指令，計算出與目標的相對運動參數(shù)，以一定的導引律飛向目標，當彈目距離一定時，導引頭開機截獲目標[3]，成功截獲后即可轉(zhuǎn)入末制導。系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

圖1 武器系統(tǒng)工作原理

為了便于建模，提出以下假設：

1)中制導數(shù)據(jù)鏈路穩(wěn)定可靠，導彈可接收每一幀制導數(shù)據(jù)；

2)導彈末制導尋的器框架角很大，可偏離彈軸方向進行任意指向預置；

3)導彈末制導尋的器視場為圓錐形，作用距離為Rsmax，視場角度為φsmax；

4)交接班時，彈上計算機需要根據(jù)導彈和目標位置計算出導引頭波束指向[4]。假設目標真實位置為T,雷達測量點位置T′；導彈真實位置為M,導彈捷聯(lián)慣導解算的導彈位置為M′；M′T′為導彈根據(jù)彈目位置計算的波束預置的指向；MTT為雷達波束的實際指向，假設導彈姿態(tài)無誤差，其與M′T′平行；RTh為交接時刻導彈目標相對距離；σTh為交接時刻目標點的航向視線角偏差；qTh為交接時刻目標點的俯仰視線角偏差。

對于主動雷達導引頭，目標的截獲含目標的距離截獲、角度截獲和速度截獲。導引頭截獲目標概率Pm為

Pm=PDPαPv

(1)

其中，PD為距離截獲概率，在彈載設備工作正常條件下通常認為等于1；Pα為角度截獲概率；Pv為速度截獲概率，可以忽略此概率的影響，直接取1。

圖2 中、末制導交接班模型

2 中末制導交接班的主要誤差源分析及仿真設計

在不考慮導彈姿態(tài)誤差的前提下，影響中末制導交接班的因素主要有目標位置精度、捷聯(lián)慣導解算的導彈位置精度(內(nèi)彈道精度)以及尋的器指向預置精度[5]。通常情況下，尋的器指向預置精度較高，可忽略不計。

影響目標位置精度的主要因素包括：

1)探測平臺的定位定向誤差；

2)發(fā)射平臺的定位誤差；

3)探測平臺對目標的測量誤差(包含調(diào)平帶來的誤差)；

4)目標機動誤差(暫不考慮)；

5)影響導彈捷聯(lián)慣解算的導彈位置精度主要因素包括：導彈初始對準誤差，包括發(fā)射平臺尋北誤差、裝配誤差(含慣導與發(fā)射架安裝誤差、發(fā)射筒與發(fā)射架安裝誤差、導彈與發(fā)射筒安裝誤差等)；

6)彈載慣性器件的測量誤差，主要包括加速度計、陀螺的測量誤差。

隨著慣性器件及相關算法的發(fā)展，對于飛行時間較短的中近程導彈彈載慣性器件的測量誤差帶來的捷聯(lián)慣導解算誤差可忽略不計。

圖3 中末制導交班誤差累積過程

采用蒙特卡洛(Monte Carlo)方法，對交班概率進行分析。具體分析過程主要包含4個步驟：

1)根據(jù)設定作戰(zhàn)場景，產(chǎn)生目標相對于雷達的真實坐標，根據(jù)作戰(zhàn)的實際流程，在數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)上引入隨機生成的誤差，計算目標真值和無線電修正信息；

2)根據(jù)無線電修正信息和設定的遇靶距離，計算導彈發(fā)射時機，引入隨機生成的誤差，然后計算到交班位置時導彈通過捷聯(lián)慣導系統(tǒng)獲得自己的位置、速度和姿態(tài)信息及這些信息的真值；

3)根據(jù)前兩步的結(jié)果，計算是否滿足成功交班條件；

4)多次重復1～3步，統(tǒng)計成功交班概率。

主要誤差模型如下：

1)平臺定位誤差：圓概率分布；

2)平臺定向誤差：高斯隨機分布；

3)雷達測量誤差：高斯隨機分布(加噪聲后濾波處理，符合實際)；

4)裝配對準誤差：取指標最大值。

3 仿真分析

在不同系統(tǒng)誤差的配置下，使遭遇點距離發(fā)射車基本一致，采用Monte Carlo方法進行100次仿真，統(tǒng)計分析各種狀態(tài)下的交接班概率。

從表1中分析可以看出，相同條件下，目標角度測量誤差、導彈對準誤差及雷達車尋北誤差是影響交接班概率主要誤差源；載體的定位誤差、目標距離誤差對交接班概率影響不大。

相同條件下，導引頭威力越遠、波束越寬，波束空間覆蓋區(qū)域越大，交接班概率越高，對地面設備誤差精度要求越低。

表1 不同條件下仿真結(jié)果

序號12345678陣地配置兩車距離/km000000010F車方位角/(°)00000000定位誤差/m555520555高程誤差/m1010101020101010S車尋北誤差/(°)0.120.120.120.120.120.30.120.12F車尋北誤差/(°)0.060.060.060.060.060.20.060.06開機時目標與S車距離/km54.554.554.554.554.554.554.564.3

續(xù)表

序號12345678導彈飛行距離/km51.351.351.151.151.351.351.150.9高程/km1010101010101010方位角/(°)202020202020200航路捷徑/km44444440速度/(m·s-1)300300300300300300300300雷達參數(shù)掃描周期/s44444444距離隨機/m60606010060606060方位誤差/(°)0.30.40.30.30.30.30.30.3仰角誤差/(°)0.30.40.30.30.30.30.30.3發(fā)射架配置俯仰角/(°)5050505050505050離軸角/(°)55555555方位失準角/(°)0.30.30.40.30.3000俯仰失準角/(°)0.30.30.40.30.3000中末交班參數(shù)配置導引頭開機距離1212121212121512波束寬度/(°)3.53.53.53.53.53.53.53.5交接班概率96 81849596879988

圖4 序號1仿真結(jié)果

圖5 序號2仿真結(jié)果

圖6 序號3仿真結(jié)果

圖7 序號4仿真結(jié)果

圖8 序號5仿真結(jié)果

圖9 序號6仿真結(jié)果

圖10 序號7仿真結(jié)果

圖11 序號8仿真結(jié)果

相同條件下，交接班時目標離雷達越遠，角偏差折合的目標線偏差越大，折合到導引頭視場的角偏差也越大，交接班概率越低，因此系統(tǒng)設計時需要考慮陣地布置帶來的誤差鏈放大問題。

4 結(jié)束語

本文基于捷聯(lián)慣導+目標信息修正+主動雷達末制導的復合制導體制，分析了影響中末、制導交接班概率的主要誤差源，并在建立系統(tǒng)模型的基礎上，對幾種不同誤差配置情況進行了仿真對比。但主要考慮了角度截獲，距離截獲與速度截獲概率取作定值，這些都有待于進一步完善。