箔條質(zhì)心干擾對(duì)艦空導(dǎo)彈使用影響問(wèn)題研究*

遲 彤 郭傳福 傅學(xué)慶

（1.海軍裝備部裝備保障大隊(duì) 北京 100080）（2.海軍大連艦艇學(xué)院艦船指揮系 大連 116001）

1 引言

箔條質(zhì)心干擾與艦空導(dǎo)彈均為水面艦艇末端防御的重要手段，二者協(xié)同使用將會(huì)提升艦艇的綜合反導(dǎo)效能[1]。若使用不當(dāng)，箔條質(zhì)心干擾所形成的箔條云在干擾敵方反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)的同時(shí)可能會(huì)對(duì)艦空導(dǎo)彈作戰(zhàn)過(guò)程中所用的傳感器造成一定的影響，從而降低艦空導(dǎo)彈的作戰(zhàn)效能[2]。

目前已有部分文獻(xiàn)對(duì)軟硬武器協(xié)同使用問(wèn)題進(jìn)行論述，文獻(xiàn)[3～6]從定性的角度對(duì)軟硬武器使用可能存在的沖突及解決辦法進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，但缺少定量分析的過(guò)程，其結(jié)論可用性受到一定制約。文獻(xiàn)[7～11]以箔條干擾和需要本艦照射雷達(dá)制導(dǎo)的艦空導(dǎo)彈為例，提出了沖突判斷的基本原則，建立了相關(guān)模型，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。隨著艦空導(dǎo)彈的不斷發(fā)展，其制導(dǎo)體制也發(fā)生了很大改變，部分判斷模型在二維坐標(biāo)系下建立，并不能夠充分說(shuō)明雷達(dá)波束與箔條云的遮擋關(guān)系，導(dǎo)致結(jié)果與實(shí)際存在一定偏差。本文以箔條質(zhì)心干擾和采用被動(dòng)微波/紅外雙模制導(dǎo)方式的艦空導(dǎo)彈為研究對(duì)象，對(duì)其可能存在的沖突問(wèn)題進(jìn)行分析。

2 影響機(jī)理分析

2.1 艦空導(dǎo)彈發(fā)射條件

對(duì)于采用被動(dòng)微波/紅外雙模制導(dǎo)方式的艦空導(dǎo)彈，當(dāng)導(dǎo)彈導(dǎo)引頭接收到反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)的微波信息且目標(biāo)處于導(dǎo)彈發(fā)射區(qū)內(nèi)時(shí)，導(dǎo)彈可以發(fā)射，初段采用被動(dòng)微波制導(dǎo)，末段采用紅外制導(dǎo)[12]。

2.2 影響機(jī)理

導(dǎo)彈導(dǎo)引頭中的微波接收器接收的電磁信號(hào)頻域與箔條云的干擾頻域存在沖突，當(dāng)箔條云遮擋住反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)電軸方向時(shí)，電磁波經(jīng)過(guò)衰減、反射，會(huì)使得導(dǎo)彈導(dǎo)引頭無(wú)法接收到敵方導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)信號(hào)，導(dǎo)致艦空導(dǎo)彈無(wú)法正常發(fā)射。

3 使用影響模型

由于水面艦艇、箔條云及反艦導(dǎo)彈三者的相對(duì)位置關(guān)系實(shí)時(shí)發(fā)生變化，所以分別對(duì)其建立運(yùn)動(dòng)模型。

3.1 建立坐標(biāo)系

取箔條彈發(fā)射時(shí)刻為0時(shí)刻，0時(shí)刻艦艇位置O為坐標(biāo)原點(diǎn)，取正東方向?yàn)閄軸，正北方向?yàn)閅軸，過(guò)原點(diǎn)垂直于水平面為Z軸，建立地理坐標(biāo)系。

3.2 艦艇運(yùn)動(dòng)模型

艦艇機(jī)動(dòng)分為預(yù)機(jī)動(dòng)和實(shí)時(shí)機(jī)動(dòng)，實(shí)時(shí)大角度機(jī)動(dòng)對(duì)硬武器射擊具有一定的影響，所以本文不考慮艦艇航向的改變，即艦艇已提前完成預(yù)機(jī)動(dòng)。

艦艇在地理坐標(biāo)系下的運(yùn)動(dòng)方程為

式中：[Xs(t)，YS(t)，0]為艦艇在t時(shí)刻的坐標(biāo)。

艦空導(dǎo)彈發(fā)射架在地理坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為[Xs(t)，YS(t)，H0]，H0為導(dǎo)彈發(fā)射架高度。

3.3 箔條云運(yùn)動(dòng)模型

箔條彈發(fā)射后在距離艦艇一定距離爆炸形成箔條云，箔條云在形狀計(jì)算上按照球體進(jìn)行計(jì)算。在風(fēng)速的作用下，水平方向看作按照風(fēng)向做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；垂直方向，由于箔條云的質(zhì)量較輕，不考慮風(fēng)向、風(fēng)速在垂直方向的分量，在重力和空氣阻力的作用下看作近似勻速下降，艦艇在初始時(shí)刻發(fā)射箔條彈，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間和成云時(shí)間后，箔條云中心的位置變化模型為

式中：[XB(t)，YB(t)，ZB(t)]為箔條云在 t時(shí)刻的坐標(biāo)；RB為箔條云水平發(fā)射距離；α為箔條彈發(fā)射角度，即艦艇艏與炮管指向間的夾角，艦艇右舷發(fā)射為正，左舷發(fā)射為負(fù)；α'為α在坐標(biāo)系XOY中所對(duì)應(yīng)的角度；Vf為風(fēng)速；Tf為沖淡干擾系統(tǒng)反應(yīng)及成云時(shí)間θf(wàn)為風(fēng)向與Y軸夾角；HB為箔條云形成時(shí)的高度；TB為箔條云留空時(shí)間。

3.4 反艦導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)模型

本文假設(shè)敵方反艦導(dǎo)彈采用比例導(dǎo)引方式，飛行高度保持不變。質(zhì)心干擾對(duì)抗反艦導(dǎo)彈過(guò)程中，反艦導(dǎo)彈對(duì)目標(biāo)跟蹤的過(guò)程較為復(fù)雜，質(zhì)心未形成時(shí)，艦艇跟蹤艦艇；當(dāng)質(zhì)心形成時(shí)，導(dǎo)彈轉(zhuǎn)而跟蹤艦艇與箔條云形成的能量質(zhì)心；艦艇率先完成切割效應(yīng)后，導(dǎo)彈跟蹤箔條云能量中心。

艦空導(dǎo)彈在實(shí)施箔條質(zhì)心干擾后使用是為了在敵方使用抗干擾措施后，艦艇仍然可以對(duì)目標(biāo)進(jìn)行攔截，所以計(jì)算過(guò)程中假設(shè)反艦導(dǎo)彈始終跟蹤艦艇。

反艦導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)方程為

式 中 ：（XM(t) ，YM(t)）、（XM(t-λ) ，YM(t-λ)）、（XS(t)、YS(t) ）、（XS(t-λ)、YS(t-λ)）為前后兩個(gè)時(shí)刻反艦導(dǎo)彈和艦艇在坐標(biāo)系XOY中的坐標(biāo)；λ為步長(zhǎng)；k為比例導(dǎo)引系數(shù)；β(t)與β（t-λ）為上述兩組坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的彈目視線(xiàn)角度；θD(t)與θ（Dt-λ）為反艦導(dǎo)彈前后兩個(gè)時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的攻擊舷角。

3.5 空域沖突判斷模型

艦艇、箔條云、艦空導(dǎo)彈的相對(duì)位置關(guān)系如圖1所示。其中S，B，M分別表示艦艇、箔條云和反艦導(dǎo)彈；θBM為箔條云和艦艇的相對(duì)位置矢量與艦艇和反艦導(dǎo)彈連線(xiàn)之間的夾角；δB為箔條云中心點(diǎn)和箔條云邊界相對(duì)于艦艇的夾角。

式中：[XB(t)，YB(t)，ZB(t)]、[XS(t)，YS(t)，ZS(t)]為箔條云中心和艦艇的坐標(biāo)點(diǎn)；(XBS，YBS，ZBS)和(XMS，YMS，ZMS)分別為箔條云中心點(diǎn)和反艦導(dǎo)彈對(duì)于艦艇的相對(duì)位置，分別由箔條云中心點(diǎn)和反艦導(dǎo)彈在空間中的位置矢量與艦艇的位置矢量作差而得；DB為箔條云的半徑。

由圖可知，當(dāng)θBM＜δB時(shí)，箔條云遮擋住艦艇與目標(biāo)連線(xiàn)方向，會(huì)對(duì)HQ-10導(dǎo)彈發(fā)射造成影響。

3.6 沖突區(qū)域計(jì)算模型

由于反艦導(dǎo)彈距離艦艇較遠(yuǎn)且進(jìn)入末制導(dǎo)飛行階段飛行高度較低，所以艦空導(dǎo)彈發(fā)射架與反艦導(dǎo)彈連線(xiàn)可以看作以導(dǎo)彈發(fā)射架高度為基準(zhǔn)的一條平行于海平面的直線(xiàn)，如圖2所示，該連線(xiàn)與箔條云左右邊界交于點(diǎn)A、C，O為AC中點(diǎn)，DAO為沖突區(qū)域半徑，箔條云與艦空導(dǎo)彈使用的沖突區(qū)域即為θ∈[θB-Δθ，θB+Δθ]。

沖突區(qū)域計(jì)算方程為

式中：θB為箔條云中心相對(duì)于艦艇水平方位；DAO為沖突區(qū)域半徑；H為艦空導(dǎo)彈發(fā)射架高度。

圖1 艦艇、箔條云、反艦導(dǎo)彈三維空間位置示意圖

圖2 沖突區(qū)域示意圖

4 仿真實(shí)驗(yàn)

4.1 仿真條件

已知艦艇航向0°，航速10m/s，作戰(zhàn)海區(qū)風(fēng)向?yàn)闁|風(fēng)，風(fēng)速5m/s，艦載雷達(dá)發(fā)現(xiàn)有兩批掠海飛行的空中目標(biāo)高速駛向我艦，各目標(biāo)位置和運(yùn)動(dòng)參數(shù)如表1所示。

表1 來(lái)襲反艦導(dǎo)彈目標(biāo)參數(shù)

假設(shè)當(dāng)前時(shí)刻電子偵察系統(tǒng)偵收到敵方反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)信號(hào)，艦艇立即對(duì)目標(biāo)1001實(shí)施箔條質(zhì)心干擾，箔條彈按照右舷125°發(fā)射，在實(shí)際作戰(zhàn)過(guò)程中，一次發(fā)射3發(fā)箔條干擾彈干擾效果最佳，所形成的箔條云半徑約為100m。按照相關(guān)參數(shù)進(jìn)行仿真。

4.2 結(jié)果分析

4.2.1 沖突判斷結(jié)果分析

由圖3可知，在當(dāng)前仿真條件下，箔條彈發(fā)射后7.3s至反艦導(dǎo)彈命中我艦，箔條云中心與目標(biāo)1002相對(duì)于艦艇夾角小于臨界角度，箔條云對(duì)艦艇與目標(biāo)1002連線(xiàn)方向發(fā)生遮擋，影響艦空導(dǎo)彈微波導(dǎo)引頭對(duì)敵方反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)信號(hào)的正常偵收，導(dǎo)致導(dǎo)彈無(wú)法通過(guò)被動(dòng)微波的制導(dǎo)方式正常發(fā)射。實(shí)施箔條質(zhì)心干擾后7.3s，目標(biāo)距艦艇12.8km大于艦空導(dǎo)彈的發(fā)射區(qū)遠(yuǎn)界，導(dǎo)彈無(wú)法對(duì)目標(biāo)1002進(jìn)行抗擊。

圖3 右舷128°發(fā)射箔條彈時(shí)θBM與δB的關(guān)系

箔條云中心與目標(biāo)1001相對(duì)于艦艇夾角始終大于臨界角度，所以按照右舷125°發(fā)射的箔條彈所形成的箔條云不會(huì)對(duì)艦艇與目標(biāo)1001連線(xiàn)方向發(fā)生遮擋，艦空導(dǎo)彈可以對(duì)目標(biāo)1001實(shí)施攔截。

由于質(zhì)心干擾對(duì)箔條彈發(fā)射角度有嚴(yán)格的控制，在當(dāng)前想定情況下，經(jīng)計(jì)算箔條彈只有在右舷125°～155°之間發(fā)射才能滿(mǎn)足質(zhì)心干擾的成功條件，此時(shí)將箔條彈的發(fā)射角度調(diào)整至155°，觀察仿真結(jié)果，如圖4所示。

圖4 右舷155°發(fā)射箔條彈時(shí)θBM與δB的關(guān)系

由結(jié)果可得，在箔條彈按照155°發(fā)射時(shí)，箔條云與兩枚反艦導(dǎo)彈艦艇相對(duì)于艦艇的夾角均大于遮擋臨界角，箔條云不會(huì)對(duì)艦艇與導(dǎo)彈連線(xiàn)方向產(chǎn)生遮擋，艦空導(dǎo)彈可以完成對(duì)兩個(gè)目標(biāo)的攔截。

4.2.2 沖突區(qū)域結(jié)果分析

由于箔條云、艦艇和反艦導(dǎo)彈是實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)的，所以箔條云與艦空導(dǎo)彈使用沖突區(qū)域也隨時(shí)間不斷變化，以當(dāng)前想定為例，箔條彈按照125°發(fā)射時(shí)，箔條云與艦空導(dǎo)彈的沖突區(qū)域變化情況如圖5所示。

箔條彈成云后，初始時(shí)刻箔條云與艦空導(dǎo)彈的沖突區(qū)域?yàn)?29°～148°，仿真結(jié)束時(shí)刻箔條云與艦空導(dǎo)彈的沖突區(qū)域?yàn)?40°～156°。箔條云高度隨時(shí)間的增加而降低，在箔條云中心位于艦艇與導(dǎo)彈連線(xiàn)上方時(shí)，沖突區(qū)域半徑隨時(shí)間增大；在箔條云中心位于艦艇與導(dǎo)彈連線(xiàn)下方時(shí)，沖突區(qū)域半徑隨時(shí)間減?。煌瑫r(shí)沖突區(qū)域受箔條云中心點(diǎn)與艦艇距離影響，艦艇與箔條云中心點(diǎn)距離越大，沖突區(qū)域越小。在實(shí)施質(zhì)心干擾后14s時(shí)，沖突區(qū)域達(dá)到最大為131°～157°，在14s前干擾半徑的增大對(duì)沖突區(qū)域的大小起到主要作用，造成沖突區(qū)域的增加；14s后艦艇與箔條云中心點(diǎn)距離對(duì)沖突區(qū)域的大小起到主要作用，造成沖突區(qū)域的減小。

圖5 右舷125°發(fā)射箔條彈時(shí)箔條云與艦空導(dǎo)彈沖突區(qū)域

根據(jù)文獻(xiàn)[13]提出的艦艇實(shí)施箔條干擾一般原則，來(lái)襲目標(biāo)方向?yàn)檎龣M前時(shí)，向垂直于目標(biāo)來(lái)襲方向附近同舷發(fā)射箔條彈，艦艇異舷轉(zhuǎn)向；來(lái)襲目標(biāo)方向?yàn)檎龣M后時(shí)，向垂直于目標(biāo)來(lái)襲方向附近異舷發(fā)射箔條彈，艦艇同舷轉(zhuǎn)向。根據(jù)這一原則，箔條彈向正橫后區(qū)域發(fā)射符合相應(yīng)的戰(zhàn)術(shù)原則，箔條彈發(fā)射存在系統(tǒng)反應(yīng)及成云時(shí)間的延遲，所以選取箔條彈發(fā)射方向左右舷80°～160°，每隔20°進(jìn)行仿真，觀察箔條彈在不同發(fā)射角度下，沖突區(qū)域的變化情況。根據(jù)仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)初始時(shí)刻沖突區(qū)域只與箔條彈發(fā)射角度有關(guān)，箔條彈發(fā)射角度越大，沖突區(qū)域更加靠近艦艉；隨著艦艇、箔條云運(yùn)動(dòng)，沖突區(qū)域更加向艦艉方向運(yùn)動(dòng)，沖突區(qū)域大小總體在箔條云剛形成時(shí)增大，隨后不斷減小。

4.2.3 協(xié)同使用決策

指揮員可通過(guò)干擾目標(biāo)優(yōu)選和控制干擾彈發(fā)射角度的方法避免箔條質(zhì)心干擾對(duì)艦空導(dǎo)彈使用產(chǎn)生影響。

當(dāng)艦艇面臨單方向目標(biāo)威脅時(shí)，箔條彈的發(fā)射角度與目標(biāo)威脅角度相差較大，不會(huì)影響艦空導(dǎo)彈的使用；當(dāng)艦艇面臨同舷多目標(biāo)時(shí)，實(shí)施質(zhì)心干擾的目標(biāo)盡量選擇正橫后來(lái)襲目標(biāo)，異舷發(fā)射箔條彈，此時(shí)箔條質(zhì)心干擾不會(huì)對(duì)艦空導(dǎo)彈的使用產(chǎn)生影響；當(dāng)艦艇面臨艦艏異舷多目標(biāo)威脅時(shí)，按照可干擾效果最佳的目標(biāo)實(shí)施質(zhì)心干擾，箔條彈向垂直目標(biāo)來(lái)襲方向附近正橫后方發(fā)射，同理箔條質(zhì)心干擾不會(huì)對(duì)艦空導(dǎo)彈的使用產(chǎn)生影響；當(dāng)艦艇面臨艦艏尾異舷多目標(biāo)威脅時(shí)，選擇艦艉目標(biāo)實(shí)施干擾，此時(shí)箔條質(zhì)心干擾不會(huì)對(duì)艦空導(dǎo)彈的使用產(chǎn)生影響；當(dāng)艦艇面臨艦艉異舷多目標(biāo)威脅時(shí)，盡量在干擾彈可發(fā)射方位內(nèi)，拉大與干擾彈發(fā)射方向同舷目標(biāo)的方位或向干擾彈發(fā)射方向同舷目標(biāo)后方發(fā)射干擾彈，保證箔條云向艦艉運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)對(duì)艦艇與目標(biāo)連線(xiàn)方向產(chǎn)生遮擋。如果艦艉目標(biāo)較多，無(wú)法實(shí)現(xiàn)箔條質(zhì)心干擾與艦空導(dǎo)彈協(xié)同使用，則放棄實(shí)施干擾，優(yōu)先保證艦空導(dǎo)彈發(fā)射。

圖6 箔條質(zhì)心與艦空導(dǎo)彈協(xié)同使用決策圖

5 結(jié)語(yǔ)

艦艇軟硬武器協(xié)同反導(dǎo)將是未來(lái)反導(dǎo)作戰(zhàn)的主要樣式，本文分析了箔條質(zhì)心干擾對(duì)被動(dòng)微波/紅外雙模制導(dǎo)艦空導(dǎo)彈使用影響問(wèn)題，并通過(guò)干擾目標(biāo)優(yōu)選和控制干擾彈發(fā)射角度的方法避免了沖突的發(fā)生，研究成果可使艦艇指揮員優(yōu)化反導(dǎo)決策，提升反導(dǎo)作戰(zhàn)效能。