直升機(jī)武器系統(tǒng)誤差分析

邱忠圍，李 雷，李晨陽(yáng)

（中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333000）

0 引言

武裝直升機(jī)憑借其火力強(qiáng)、隱蔽性好、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、貼地飛行等優(yōu)點(diǎn)，廣泛活躍在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，被軍事專家稱為“超低空殺手”和樹梢高度的威懾力量。

武裝攻擊直升機(jī)可搭載航炮、火箭彈、機(jī)槍吊艙、空空導(dǎo)彈、空地導(dǎo)彈等武器，實(shí)現(xiàn)對(duì)地面目標(biāo)進(jìn)行打擊。武裝直升機(jī)可采用航炮、機(jī)槍吊艙對(duì)地面進(jìn)行火力壓制；采用火箭彈對(duì)地面目標(biāo)進(jìn)行火力覆蓋；采用空地導(dǎo)彈對(duì)地面點(diǎn)目標(biāo)（坦克、裝甲車、火力點(diǎn)、碉堡）進(jìn)行精確打擊；采用空空導(dǎo)彈對(duì)低空低、小、慢等類型目標(biāo)進(jìn)行有效打擊。直升機(jī)武器系統(tǒng)誤差特性直接影響各類武器的命中精度和各類武器的設(shè)計(jì)復(fù)雜程度。本文從直升機(jī)平臺(tái)的特性出發(fā)，給出載機(jī)平臺(tái)的武器系統(tǒng)誤差計(jì)算方法，并通過(guò)空地導(dǎo)彈系統(tǒng)為例進(jìn)行誤差分析，給直升機(jī)武器系統(tǒng)誤差分析提供參考。

1 武器系統(tǒng)誤差影響因素

直升機(jī)進(jìn)行武器攻擊時(shí)分為本機(jī)獨(dú)立攻擊狀態(tài)和協(xié)同攻擊狀態(tài)：本機(jī)獨(dú)立攻擊時(shí)采用本機(jī)傳感器對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位，使用本機(jī)攜帶武器進(jìn)行攻擊；協(xié)同攻擊時(shí)接收它機(jī)（地面）傳感器對(duì)目標(biāo)的定位信息使用本機(jī)武器對(duì)目標(biāo)進(jìn)行攻擊，下面從本機(jī)獨(dú)立攻擊和協(xié)同攻擊兩個(gè)方面，對(duì)直升機(jī)武器系統(tǒng)誤差源進(jìn)行分析［1-6］。

1.1 本機(jī)獨(dú)立攻擊主要誤差源

搜索瞄準(zhǔn)指示系統(tǒng)：測(cè)距誤差，瞄準(zhǔn)線位置報(bào)告誤差；

組合導(dǎo)航系統(tǒng)：方位誤差，俯仰角誤差，衛(wèi)星定位誤差；

掛架系統(tǒng)：隨動(dòng)誤差；

直升機(jī)載機(jī)平臺(tái)的各設(shè)備的安裝誤差。

1.2 協(xié)同攻擊主要誤差源

1）本機(jī)誤差源

組合導(dǎo)航系統(tǒng)：方位誤差，俯仰角誤差，衛(wèi)星定位誤差；

搜索瞄準(zhǔn)指示系統(tǒng)：測(cè)距誤差，瞄準(zhǔn)線位置報(bào)告誤差；

掛架系統(tǒng)：隨動(dòng)誤差；

直升機(jī)載機(jī)平臺(tái)的各設(shè)備的安裝誤差。

2）它機(jī)誤差源

組合導(dǎo)航系統(tǒng)：方位誤差，俯仰角誤差，衛(wèi)星定位誤差；

搜索瞄準(zhǔn)指示系統(tǒng)：測(cè)距誤差，瞄準(zhǔn)線位置報(bào)告誤差；

載機(jī)平臺(tái)的安裝誤差。

3）數(shù)據(jù)傳輸誤差

數(shù)據(jù)傳輸延遲誤差。

2 直升機(jī)武器系統(tǒng)誤差分析

本機(jī)獨(dú)立攻擊時(shí)主要誤差源為搜索瞄準(zhǔn)指示系統(tǒng)、組合導(dǎo)航系統(tǒng)、隨動(dòng)掛架系統(tǒng)和載機(jī)平臺(tái)的安裝誤差。搜索瞄準(zhǔn)指示系統(tǒng)和隨動(dòng)掛架系統(tǒng)為硬連接，直升機(jī)出廠時(shí)按要求完成校靶，載機(jī)平臺(tái)誤差很小，組合導(dǎo)航系統(tǒng)精度很高。進(jìn)行武器攻擊時(shí)，本機(jī)攻擊的系統(tǒng)誤差和協(xié)同攻擊時(shí)的系統(tǒng)誤差相比小很多，本節(jié)考慮協(xié)同攻擊時(shí)的系統(tǒng)誤差，本機(jī)獨(dú)立攻擊誤差為協(xié)同攻擊時(shí)的簡(jiǎn)化計(jì)算，本文不再詳細(xì)介紹。

2.1 方位角偏差（3σ）

式中，ω為攻擊機(jī)方位角偏差值，ω1攻擊機(jī)方位角誤差，α攻為攻擊機(jī)組合導(dǎo)航系統(tǒng)在方位方向的航向角偏差值，α照為照射機(jī)組合導(dǎo)航系統(tǒng)在方位方向的航向角偏差值，L攻為攻擊機(jī)和目標(biāo)距離，L照為照射機(jī)和目標(biāo)距離，D攻為攻擊機(jī)組合導(dǎo)航系統(tǒng)的CEP定位精度，D照為照射機(jī)組合導(dǎo)航系統(tǒng)的CEP 定位精度，Vmax為目標(biāo)在方位方向的最大速度。

2.2 俯仰角偏差（3σ）

式中，β攻為攻擊機(jī)組合導(dǎo)航系統(tǒng)俯仰方向的姿態(tài)角精度，β照為照射機(jī)組合導(dǎo)航系統(tǒng)俯仰方向的姿態(tài)角精度，L攻為攻擊機(jī)和目標(biāo)距離，L照為照射機(jī)和目標(biāo)距離，h為照射機(jī)絕對(duì)起亞高度誤差值，ο為隨動(dòng)掛架系統(tǒng)俯仰誤差，φ1為載機(jī)的俯仰角誤差。

2.3 距離誤差（3σ）

其中，ΔL為攻擊機(jī)在航向上與目標(biāo)間的距離誤差，φ照為照射機(jī)載俯仰方向的角度誤差。

3 空地導(dǎo)彈導(dǎo)引頭捕獲區(qū)域建模

武裝直升機(jī)通常利用地形、地物隱蔽自己，采用“一樹之高”對(duì)目標(biāo)進(jìn)行攻擊。假設(shè)直升機(jī)發(fā)射空地導(dǎo)彈的高度為20 m～200 m，當(dāng)前直升機(jī)載空地導(dǎo)彈最大射程一般為8 km（地獄火空地導(dǎo)彈），對(duì)相對(duì)近距離攻擊彈道為先爬升-俯沖攻擊（如圖1 所示），對(duì)于遠(yuǎn)距離攻擊是彈道為先爬升-平飛-俯沖攻擊。

圖1 激光制導(dǎo)拋物線導(dǎo)彈

導(dǎo)引頭捕獲區(qū)域空間模型如下頁(yè)圖2 所示。

圖2 建立的坐標(biāo)系中，坐標(biāo)原點(diǎn)O取導(dǎo)彈發(fā)射點(diǎn)在地球表面上的投影位置，Ox軸過(guò)原點(diǎn)與地球表面相切，指向目標(biāo)為正；Oy軸與地平面垂直，向上為正；Oz軸垂直于Oxy平面，方向按右手直角坐標(biāo)系確定，由于導(dǎo)彈射程較近，平面Oxz可看作是地平面。

圖2 導(dǎo)引頭瞬時(shí)捕獲域空間模型

導(dǎo)彈在Oxy平面運(yùn)動(dòng)，某瞬時(shí)導(dǎo)彈位置為O'（d-x 向運(yùn)動(dòng)距離，h -高度，zi=0），導(dǎo)引頭瞬時(shí)視場(chǎng)是以O(shè)'為頂點(diǎn)的圓錐，圓錐方程為：

其中，a0（正）、b0、c0由導(dǎo)彈俯仰姿態(tài)角決定。圓錐與地平面交線為abcd 區(qū)域，方程為：

目標(biāo)要在以O(shè)'為球心，導(dǎo)引頭作用距離為半徑（R0）的球內(nèi)，球面方程為：

該球面與地平面的交線為曲線ef，交線方程為：

導(dǎo)引頭的瞬時(shí)捕獲域如圖2 中abhgd 的閉合區(qū)域，數(shù)學(xué)模型為：{（x，y，z）|z2＜c0（x-d）h-a0（x-d）2-b0h2，z2＜-h2-（x-d）2}。

捕獲域仿真分析：導(dǎo)彈發(fā)射后導(dǎo)彈軸指向目標(biāo)，導(dǎo)彈導(dǎo)引頭探測(cè)距離5 000 m，導(dǎo)引頭視場(chǎng)角15°，導(dǎo)彈俯仰角為低頭2°（根據(jù)導(dǎo)彈控制率可自行設(shè)置），導(dǎo)彈發(fā)射后1 000 m 距離分別達(dá)到100 m 高度、200 m 高度導(dǎo)引頭捕獲域，如圖3 和圖4 所示。

圖3 導(dǎo)彈100 m 高度捕獲域

圖4 導(dǎo)彈200 m 高度捕獲域

4 仿真分析

由于方位角誤差、俯仰角誤差、距離誤差相互獨(dú)立，都滿足導(dǎo)彈使用要求時(shí)導(dǎo)彈才可準(zhǔn)確命中目標(biāo)，俯仰角誤差對(duì)空地導(dǎo)彈影響甚微，在此不進(jìn)行仿真。選取導(dǎo)彈在100 m 高度時(shí)的捕獲域，圖5 給出直升機(jī)平臺(tái)探測(cè)目標(biāo)的方位角誤差（取最大誤差）轉(zhuǎn)化成平面中目標(biāo)位置誤差示意圖，距離誤差折算后和方位角誤差類似，本文不再仿真描述。

圖5 方位角轉(zhuǎn)化的目標(biāo)定位誤差

由仿真結(jié)果得出：針對(duì)激光制導(dǎo)空地導(dǎo)彈，導(dǎo)彈導(dǎo)引頭完全涵蓋載機(jī)系統(tǒng)誤差，就當(dāng)前空地導(dǎo)彈發(fā)展的現(xiàn)狀來(lái)看，直升機(jī)平臺(tái)武器系統(tǒng)誤差能完全被空地導(dǎo)彈性能涵蓋。

5 結(jié)論

本文從直升機(jī)平臺(tái)出發(fā)，給出影響直升機(jī)平臺(tái)武器系統(tǒng)精度的誤差源，分析了協(xié)同攻擊過(guò)程中目標(biāo)相對(duì)攻擊機(jī)的方位角、俯仰角、位置誤差，構(gòu)建了空地導(dǎo)彈的導(dǎo)引頭捕獲域模型，對(duì)直升機(jī)武器系統(tǒng)進(jìn)行仿真計(jì)算。由分析過(guò)程得出，直升機(jī)平臺(tái)通過(guò)對(duì)各系統(tǒng)誤差的累計(jì)，得出整個(gè)武器系統(tǒng)方位誤差、俯仰誤差、位置誤差，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)直升機(jī)平臺(tái)武器系統(tǒng)誤差。后續(xù)工程實(shí)踐過(guò)程中，需從頂層需求出發(fā)，分解直升機(jī)系統(tǒng)誤差，限制各分系統(tǒng)誤差、平臺(tái)制造誤差等提高武器系統(tǒng)命中精度。希望本文中的觀點(diǎn)能對(duì)直升機(jī)武器系統(tǒng)的誤差分析提供幫助。