高速機(jī)動(dòng)反艦導(dǎo)彈防御技術(shù)

徐國(guó)亮，張 遜，王 勇

(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司江蘇自動(dòng)化研究所，江蘇 連云港 222006)

1 反艦導(dǎo)彈的發(fā)展

1.1 反艦導(dǎo)彈朝著高速、高機(jī)動(dòng)方向發(fā)展

反艦導(dǎo)彈是一種可以利用空中、陸地、海上和水下多種平臺(tái)從防區(qū)外發(fā)射、對(duì)水面艦艇實(shí)施打擊的精確制導(dǎo)武器，已成為當(dāng)今海戰(zhàn)的主要攻擊武器[1]。

為提高反艦導(dǎo)彈突防能力，各國(guó)建立反艦導(dǎo)彈體系的側(cè)重點(diǎn)不盡相同，反艦導(dǎo)彈朝著高速、高機(jī)動(dòng)的方向發(fā)展。主要有下列三種代表性的發(fā)展思路：

1) 以美國(guó)為代表的，重點(diǎn)對(duì)亞音速導(dǎo)彈的機(jī)動(dòng)、隱身、抗干擾、超遠(yuǎn)程等性能方面進(jìn)行改進(jìn)，反艦導(dǎo)彈大量采用末端躍升俯沖等大機(jī)動(dòng)飛行彈道，如美國(guó)的“捕鯨叉”、法意聯(lián)合研制的“奧托馬特”系列、中國(guó)臺(tái)灣的“雄風(fēng)2”[2]等，這大幅度降低艦艇防御系統(tǒng)的跟蹤預(yù)測(cè)精度，降低了其被攔截的概率；

2) 以俄羅斯為代表的、更注重導(dǎo)彈超音速(Supersonic)飛行特性，降低艦艇防御系統(tǒng)可用反應(yīng)時(shí)間而提高其突防概率，如俄羅斯的“白蛉”導(dǎo)彈、中國(guó)臺(tái)灣的“雄風(fēng)3”、印俄聯(lián)合的“布拉莫斯”[3]等導(dǎo)彈；

3) 俄羅斯和美國(guó)正在研發(fā)的速度大于 5Ma的超高音速(Hypersonic)反艦導(dǎo)彈，具有作戰(zhàn)空間大、非接觸打擊、高殺傷效果等特點(diǎn)而備受軍事科學(xué)界重視。如俄羅斯的 X-15C型反艦導(dǎo)彈的飛行速度已達(dá)到5Ma，美國(guó)研制的X-51導(dǎo)彈速度大于5Ma，這使得艦艇防御系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展面臨更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

1.2 反艦導(dǎo)彈機(jī)動(dòng)樣式

重點(diǎn)分析“雄風(fēng)”、“布拉莫斯”、“白蛉”及“捕鯨叉”等典型高速機(jī)動(dòng)反艦導(dǎo)彈飛行攻擊特性可知，反艦導(dǎo)彈從巡航到攻擊艦艇整個(gè)過(guò)程中主要包括等速、加速、比例導(dǎo)引、蛇形、躍升俯沖、降高等運(yùn)動(dòng)模式的組合。為實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的戰(zhàn)術(shù)目的，在攻擊時(shí)采用如下戰(zhàn)術(shù)意圖的攻擊彈道，包括：① 低空掠海飛行，② 末端躍升俯沖攻擊；③比例導(dǎo)引攻擊；④水平面蛇形機(jī)動(dòng)；⑤ 可編程迂回。圖1為模擬的典型高速機(jī)動(dòng)反艦導(dǎo)彈航路軌跡。

圖1 高速機(jī)動(dòng)反艦導(dǎo)彈飛行軌跡特征

高速(超音速、超高音速)、高機(jī)動(dòng)(比例導(dǎo)引、躍升俯沖等)是反艦導(dǎo)彈主要戰(zhàn)術(shù)攻擊特點(diǎn)。艦艇近程防御系統(tǒng)應(yīng)充分考慮其特點(diǎn)，有針對(duì)性地采取攔截措施。

2 艦艇近程防御系統(tǒng)的發(fā)展

2.1 發(fā)展現(xiàn)狀

作為反導(dǎo)防御最后一道屏障的近程防御系統(tǒng)一直受到各國(guó)海軍的高度重視，國(guó)外已發(fā)展了多型近程防御系統(tǒng)，如“守門員”、“密集陣”、“海上衛(wèi)士”、“卡什坦”等[4]，國(guó)內(nèi)也自主研發(fā)了相應(yīng)的近程反導(dǎo)防御系統(tǒng)。為有效攔截高速、高機(jī)動(dòng)反艦導(dǎo)彈，國(guó)外近程防御武器發(fā)展的趨勢(shì)是采用彈炮結(jié)合和制導(dǎo)炮彈，其中比較有代表性的是美國(guó)“海拉姆”(Sea RAM)導(dǎo)彈防御系統(tǒng)、俄羅斯“卡什坦”彈炮合一近程反導(dǎo)武器系統(tǒng)[5]和意大利76mm艦炮DART駕束制導(dǎo)武器[6]等。

2.2 發(fā)展方向

反艦導(dǎo)彈戰(zhàn)術(shù)性能的不斷改進(jìn)提高，使得水面艦艇對(duì)反艦導(dǎo)彈的防御變得更為困難[7]。在現(xiàn)代海戰(zhàn)條件下，水面艦艇對(duì)反艦導(dǎo)彈防御的基本原則是組織多層次的攔截，做到?？战Y(jié)合，即水面艦艇編隊(duì)的防御與空中防御相結(jié)合；遠(yuǎn)近結(jié)合，即遠(yuǎn)程防御武器與中、近程防御武器相結(jié)合；軟硬結(jié)合，即使用電子干擾的軟殺傷武器與硬殺傷武器相結(jié)合，以構(gòu)成相互協(xié)調(diào)，縱深、梯次和多種手段相結(jié)合的防御體系。

近程防御（通常在15km以內(nèi)）系統(tǒng)目前包括：近程防空導(dǎo)彈、近程反導(dǎo)艦炮武器系統(tǒng)和電子戰(zhàn)武器系統(tǒng)等。隨著反艦導(dǎo)彈性能的提高，分析近程防御系統(tǒng)的發(fā)展方向有以下幾點(diǎn)：

1) 應(yīng)用火控新機(jī)理、新算法，提高系統(tǒng)瞄準(zhǔn)精度和快速反應(yīng)能力；

2) 提高艦炮發(fā)射率和彈丸初速度，發(fā)展新型制導(dǎo)彈藥，提高對(duì)導(dǎo)彈的毀傷效果；

3) 研制“彈炮結(jié)合”反導(dǎo)武器系統(tǒng)，綜合控制多種類型反導(dǎo)武器，擴(kuò)大縱深防御層次，提高抗飽和攻擊的能力；

4) 研制如艦載激光武器系統(tǒng)等新概念艦載近程反導(dǎo)武器系統(tǒng)，對(duì)付未來(lái)超高音速反艦導(dǎo)彈。

2.3 機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤技術(shù)的發(fā)展

機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤和預(yù)測(cè)在艦艇防御系統(tǒng)，尤其是近程反導(dǎo)艦炮武器系統(tǒng)中是一個(gè)永恒的課題。40多年來(lái)，人們對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的統(tǒng)計(jì)模型和卡爾曼濾波的自適應(yīng)算法進(jìn)行了大量研究[8-16]，提出最小方差濾波算法、交互式多模型算法[11]、中值濾波、小波濾波、魯棒H∞濾波[12]、區(qū)間濾波、粒子濾波[13]等不同的算法。這些濾波算法發(fā)展的突出特點(diǎn)是：

1)濾波算法：時(shí)域?yàn)V波向時(shí)頻域結(jié)合方向發(fā)展；

2)信號(hào)的建模：由常規(guī)的一致平穩(wěn)高斯信號(hào)向非線性、非高斯、非平穩(wěn)信號(hào)方向轉(zhuǎn)變；

3)噪聲統(tǒng)計(jì)量：由低階一維向高階多維方向發(fā)展；

4)運(yùn)動(dòng)模型：從單一模型向多模型轉(zhuǎn)變；

5)模型的自適應(yīng)能力：向具有模糊控制、魯棒控制等智能方向發(fā)展。

本文后續(xù)討論內(nèi)容更關(guān)注于用于艦艇末端防御的近程反導(dǎo)艦炮武器系統(tǒng)[17]。

3 面臨的突出問(wèn)題

隨著新一代超音速、末端有意機(jī)動(dòng)的反艦導(dǎo)彈的發(fā)展及使用，現(xiàn)役近程防御系統(tǒng)已無(wú)法滿足作戰(zhàn)需求，其效能將大幅度降低。下面從系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間和精度等主要性能指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)分析。

3.1 系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間

新一代的超音速反艦導(dǎo)彈大都采用低空飛行，使得水面艦艇難于在遠(yuǎn)距離發(fā)現(xiàn)來(lái)襲導(dǎo)彈。以搜索傳感器在10km左右發(fā)現(xiàn)目標(biāo)為例，對(duì)不同速度的來(lái)襲目標(biāo)，可供系統(tǒng)使用的時(shí)間關(guān)系如圖2所示。當(dāng)目標(biāo)速度大于3Ma后，對(duì)大多數(shù)近程防御系統(tǒng)來(lái)說(shuō)已沒(méi)有足夠的時(shí)間對(duì)目標(biāo)實(shí)施攔截，最終導(dǎo)致攔截失敗。

圖2 目標(biāo)速度與可供系統(tǒng)使用時(shí)間關(guān)系圖

近程反導(dǎo)艦炮武器系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間，主要分為情報(bào)處理反應(yīng)時(shí)間和火控系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間兩部分。情報(bào)處理反應(yīng)時(shí)間除了受建航算法收斂時(shí)間影響外，主要還受到搜索雷達(dá)轉(zhuǎn)速制約，因而依靠搜索傳感器提高轉(zhuǎn)速可顯著縮短系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間?；鹂叵到y(tǒng)反應(yīng)時(shí)間可進(jìn)一步分為跟蹤器調(diào)轉(zhuǎn)、捕獲轉(zhuǎn)跟蹤時(shí)間和火控解算反應(yīng)時(shí)間?？赏ㄟ^(guò)接收三坐標(biāo)目標(biāo)指示的方式一定程度縮短搜索捕獲時(shí)間，而火控解算反應(yīng)時(shí)間主要受濾波收斂時(shí)間的制約。

3.2 有效攔截區(qū)段射彈數(shù)

國(guó)內(nèi)外近程反導(dǎo)艦炮武器系統(tǒng)對(duì)反艦導(dǎo)彈的最佳攔截區(qū)段通常都在2km以內(nèi)，在對(duì)亞音速目標(biāo)射擊時(shí)，可以保證一定射彈數(shù)，但是，當(dāng)反艦導(dǎo)彈飛行速度越來(lái)越快后，在同樣的有效攔截區(qū)段內(nèi)火炮能夠發(fā)射的彈數(shù)將越來(lái)越少。以達(dá)到每分鐘萬(wàn)發(fā)的“卡什坦”武器系統(tǒng)對(duì)不同速度來(lái)襲目標(biāo)為例，在最佳攔截區(qū)段內(nèi)可射彈數(shù)以及系統(tǒng)為保證一定命中概率所需射彈數(shù)的關(guān)系如圖3所示。對(duì)超音速反艦導(dǎo)彈，在有效攔截區(qū)段內(nèi)射彈數(shù)的減少必然會(huì)降低近程反導(dǎo)艦炮武器系統(tǒng)的攔截成功概率。

圖3 目標(biāo)速度與射彈數(shù)關(guān)系圖

為了提高在系統(tǒng)有效攔截區(qū)段內(nèi)的射彈數(shù)，提高火炮的射速是一種非常有效的技術(shù)措施。美國(guó)的“密集陣”Block 1B型發(fā)射率為4500發(fā)/分；俄羅斯的AK630發(fā)射率為 4200～4800發(fā)/分；而“卡什坦”彈炮結(jié)合武器系統(tǒng)發(fā)射率可達(dá)10000發(fā)/分，在相同的攔截區(qū)段內(nèi)射彈數(shù)可以提高一倍。

3.3 系統(tǒng)跟蹤預(yù)測(cè)精度

反艦導(dǎo)彈的高速機(jī)動(dòng)飛行，特別是末端有意機(jī)動(dòng)，將導(dǎo)致火控解算精度的大幅度降低。由于艦炮武器發(fā)射的彈丸與目標(biāo)相遇需要飛行一段時(shí)間，所以在彈丸飛行時(shí)間內(nèi)對(duì)超音速和末端有意機(jī)動(dòng)的反艦導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)規(guī)律的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，是決定武器命中精度最為關(guān)鍵的因素。從反導(dǎo)艦炮火控系統(tǒng)精度分解來(lái)看，預(yù)測(cè)誤差占火控系統(tǒng)誤差的60%～75%以上，對(duì)于末端有意機(jī)動(dòng)的反艦導(dǎo)彈所占比例更大。仿真計(jì)算表明，反艦導(dǎo)彈的末端躍升俯沖，將使得近程反導(dǎo)艦炮武器系統(tǒng)的諸元解算誤差增大3倍以上（如圖4），單純從數(shù)學(xué)上進(jìn)行濾波預(yù)測(cè)的精度無(wú)法滿足艦炮武器系統(tǒng)對(duì)付高速機(jī)動(dòng)反艦導(dǎo)彈的要求。

圖4 目標(biāo)作末端躍升俯沖機(jī)動(dòng)高低射擊諸元誤差曲線

4 改進(jìn)技術(shù)措施

4.1 命中彈幕體制

傳統(tǒng)火炮射擊方式是以目標(biāo)預(yù)測(cè)的未來(lái)點(diǎn)為中心，發(fā)射大量彈丸。但是，當(dāng)高射速火炮面對(duì)高速機(jī)動(dòng)反艦導(dǎo)彈時(shí)，以這種傳統(tǒng)方式實(shí)施射擊存在著以下問(wèn)題：火炮隨動(dòng)系統(tǒng)跟蹤目標(biāo)非常困難；對(duì)目標(biāo)未來(lái)點(diǎn)的預(yù)測(cè)精度不可能無(wú)限提高，因此難以獲得高精度的射擊諸元。就單次射擊而言，彈丸散布可以看作集中在預(yù)測(cè)的未來(lái)點(diǎn)附近且散布很小的正態(tài)分布，尤其對(duì)于高精度小口徑火炮。當(dāng)目標(biāo)出現(xiàn)在預(yù)測(cè)未來(lái)點(diǎn)附近時(shí)，目標(biāo)受彈數(shù)可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)毀傷所需的實(shí)際彈數(shù)，而當(dāng)目標(biāo)偏離預(yù)測(cè)命中點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)，則難以毀傷目標(biāo)。

采用彈幕（也有的稱為未來(lái)空域窗體制[18]），將傳統(tǒng)對(duì)目標(biāo)未來(lái)點(diǎn)的預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)換成數(shù)個(gè)在空間上成一定排列的命中點(diǎn)，而彈丸在形成的未來(lái)空域窗內(nèi)的散布近似為均勻分布。這種體制可克服傳統(tǒng)射擊體制下火炮射擊高速、高機(jī)動(dòng)反艦導(dǎo)彈目標(biāo)預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確等缺陷，大大提高了高射速火炮射擊此類目標(biāo)的能力。

未來(lái)空域窗的彈幕命中體制需要根據(jù)系統(tǒng)精度、火炮射擊密集度等綜合確定彈幕的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、彈幕分布區(qū)域建模及優(yōu)化、基于彈幕的火控預(yù)測(cè)控制方法。同時(shí)需要分析構(gòu)建彈幕命中體制時(shí)對(duì)艦炮射速的需求。俄羅斯的“卡什坦”彈炮結(jié)合系統(tǒng)采用兩門6管30毫米口徑速射炮，在交叉火力點(diǎn)附近形成高達(dá)每秒萬(wàn)發(fā)，基本形成彈幕命中體制。在對(duì)付更為高速機(jī)動(dòng)反艦導(dǎo)彈時(shí)，可以考慮多門速射炮集火射擊，以形成萬(wàn)發(fā)以上的高射速?gòu)椖弧?/p>

4.2 提高快速反應(yīng)能力

上面分析了大多數(shù)艦艇近程防御系統(tǒng)沒(méi)有足夠的時(shí)間來(lái)攔截來(lái)襲高速反艦導(dǎo)彈。武器效能發(fā)揮的前提是能夠?qū)δ繕?biāo)實(shí)施打擊，因此充分利用資源縮短系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間是項(xiàng)重要研究工作。從下面幾個(gè)方面分析：

1) 信息資源的利用

在實(shí)施攔截的前端，可以考慮將系統(tǒng)解算時(shí)間前伸到近程防御系統(tǒng)接收到目標(biāo)指示信息，即研究如何將目標(biāo)位置、速度等指示信息用于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)求解的粗跟蹤處理。當(dāng)跟蹤傳感器目標(biāo)跟蹤好后，再進(jìn)入精跟蹤處理。在精、粗跟蹤處理的轉(zhuǎn)接過(guò)程中，可以選取不同的火控濾波模型或參數(shù)，加快目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)求解收斂時(shí)間。

除了能較好地進(jìn)行目標(biāo)位置測(cè)量外，有的跟蹤傳感器還能進(jìn)行多普勒徑向速度、瞄準(zhǔn)線的俯仰、滾動(dòng)和側(cè)向的角速度測(cè)量。可以如下式得到目標(biāo)相對(duì)瞄準(zhǔn)線坐標(biāo)系的速度矢量[19-20]。

速度測(cè)量的使用一方面可增加濾波器傳遞函數(shù)的零點(diǎn)，加快濾波收斂時(shí)間，降低濾波的動(dòng)態(tài)誤差，還可縮短機(jī)動(dòng)檢測(cè)時(shí)間，另一方面還有專門快速解算的角速率火控算法。但目前多數(shù)跟蹤傳感器給出的目標(biāo)速度量測(cè)還不能滿足實(shí)用的要求。

2) 高速機(jī)動(dòng)目標(biāo)快速解算策略

以對(duì)來(lái)襲目標(biāo)打擊效能最大為目標(biāo)，綜合系統(tǒng)精度、命中體制、解算方案等因素，制定系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間控制策略。理論上說(shuō)，在一定時(shí)間和精度情況下，解算時(shí)間越長(zhǎng)諸元解算精度越高。簡(jiǎn)單地說(shuō)，如果系統(tǒng)有足夠可用的反應(yīng)時(shí)間，就可以使用高精度解算算法；而如果時(shí)間不夠用，則使用精度略低的快速解算算法。這樣可以制定多套解算方法，靈活控制系統(tǒng)解算時(shí)間，因?yàn)橹挥羞M(jìn)行打擊才有命中毀傷效能可言。另一方面根據(jù)系統(tǒng)精度情況可選擇彈幕或其他命中體制進(jìn)行攔截的方法。

4.3 多模型適應(yīng)機(jī)動(dòng)[16]

傳統(tǒng)機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤方法是建立匹配目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型的獨(dú)立濾波器，這種方法存在模型本身誤差無(wú)法克服的缺陷，盡管在單模型單濾波器的基礎(chǔ)上提出了許多自適應(yīng)濾波算法，但仍無(wú)法解決與真實(shí)模型的匹配問(wèn)題。單一模型難以有效解決機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤問(wèn)題已成為普遍共識(shí)，尤其反艦導(dǎo)彈速度范圍、機(jī)動(dòng)方式越來(lái)越大，多模型估計(jì)方法[11,14,16]為機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤提供了有效的解決手段。從兩個(gè)、三個(gè)，甚至逐步出現(xiàn)五、六個(gè)模型同時(shí)使用的情況。交互多模型算法是目前多模型算法研究的熱點(diǎn)之一，在廣義偽貝葉斯算法基礎(chǔ)上，各模型之間滿足馬爾可夫切換系數(shù)?；谀Ｐ推ヅ湓瓌t，有針對(duì)性地深入分析反艦導(dǎo)彈對(duì)艦艇的典型攻擊樣式，結(jié)合目標(biāo)物理及運(yùn)動(dòng)特性，選取可供使用的多模型集合，建立諸如比例導(dǎo)引運(yùn)動(dòng)、俯沖攻擊和蛇形機(jī)動(dòng)等模型，使各模型能較好地適應(yīng)相應(yīng)的機(jī)動(dòng)方式。

1) 末端躍升俯沖攻擊建模

根據(jù)反艦導(dǎo)彈在飛行末段進(jìn)行躍升俯沖攻擊的典型運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行建模。反艦導(dǎo)彈接近目標(biāo)一定距離后，在近程火炮的有效攔截區(qū)段，導(dǎo)彈按其所能承受的最大過(guò)載以一定角度和角速度迅速爬升到一定高度，然后導(dǎo)彈彈頭急速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)過(guò)一定角度后，以較大的俯沖角度俯沖攻擊目標(biāo)。這種攻擊樣式，會(huì)造成火控的預(yù)測(cè)誤差急劇增大，從而導(dǎo)致防御系統(tǒng)毀傷概率的大幅度降低。

末端躍升俯沖攻擊的主要戰(zhàn)術(shù)特征參數(shù)包括：起始躍升距離、躍升角、躍升高度、俯沖角和高度方向過(guò)載力。

2) 比例導(dǎo)引規(guī)律攻擊建模

比例導(dǎo)引法在導(dǎo)彈導(dǎo)向目標(biāo)過(guò)程中，導(dǎo)彈的速度向量的旋轉(zhuǎn)角速度與目標(biāo)視線的旋轉(zhuǎn)角速度成正比，比例系數(shù)即為導(dǎo)引系數(shù)，通常取3～5。

在導(dǎo)引做比例導(dǎo)引過(guò)程中往往還采用變系數(shù)比例導(dǎo)引法，在導(dǎo)彈距離目標(biāo)較遠(yuǎn)時(shí)導(dǎo)引系數(shù)取較小值。在攻擊末端選取較大導(dǎo)引系數(shù)可獲得較好的彈道特性。在變比例導(dǎo)引系數(shù)的過(guò)程中，將比例導(dǎo)引系數(shù)采取平滑過(guò)渡，可降低由于系數(shù)變化帶來(lái)的抖動(dòng)。

3) 水平面蛇形機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)建模

反艦導(dǎo)彈在水平面內(nèi)的蛇形機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)主要是為了規(guī)避艦艇防御系統(tǒng)的攔截。導(dǎo)彈發(fā)射并進(jìn)入自導(dǎo)段后，在預(yù)裝訂好的機(jī)動(dòng)開(kāi)始時(shí)刻到來(lái)時(shí)，通過(guò)等幅等頻的航向舵偏指令來(lái)控制反艦導(dǎo)彈的蛇形飛行彈道，主要體現(xiàn)為航向角和水平面內(nèi)法向加速度的反復(fù)變化。其中，航向舵偏的最大幅值受反艦導(dǎo)彈側(cè)向最大允許過(guò)載及最大側(cè)滑角的限制。

運(yùn)動(dòng)建模時(shí)需要充分利用反艦導(dǎo)彈末段可能的機(jī)動(dòng)開(kāi)始時(shí)間、機(jī)動(dòng)周期、機(jī)動(dòng)次數(shù)、機(jī)動(dòng)結(jié)束時(shí)間及過(guò)載等特征。

4) 超低空掠海飛行建模

反艦導(dǎo)彈的掠海飛行高度很低，壓低導(dǎo)彈在末段導(dǎo)引時(shí)的飛行高度，難以被艦艇火控雷達(dá)探測(cè)到。在命中艦艇時(shí)，可在吃水線附近直接貫穿艦艇，引爆并破壞重要的部位。反艦導(dǎo)彈的末段掠海高度可根據(jù)戰(zhàn)時(shí)海情加以選擇，以達(dá)到最理想的攻擊效果。運(yùn)動(dòng)建模時(shí)需充分綜合導(dǎo)彈掠海飛行時(shí)海雜波影響。

4.4 機(jī)動(dòng)檢測(cè)與綜合識(shí)別[15]

機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤既要估計(jì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，還要及時(shí)檢測(cè)出目標(biāo)機(jī)動(dòng)。一旦發(fā)現(xiàn)目標(biāo)機(jī)動(dòng)發(fā)生，則進(jìn)一步對(duì)目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)模型或參數(shù)做出調(diào)整，以便更好地適應(yīng)機(jī)動(dòng)。檢測(cè)和識(shí)別目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模式及其機(jī)動(dòng)變化對(duì)目標(biāo)精確跟蹤和預(yù)測(cè)有著重要作用。

1) 聯(lián)合檢測(cè)機(jī)制[15,21]

由于濾波新息和加速度估計(jì)直接反映了模型匹配性和目標(biāo)機(jī)動(dòng)大小，建立基于新息統(tǒng)計(jì)量和加速度估計(jì)量的聯(lián)合檢測(cè)機(jī)制，提高對(duì)目標(biāo)機(jī)動(dòng)檢測(cè)的置信度。

2) 基于特征參數(shù)的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模式識(shí)別

根據(jù)反艦導(dǎo)彈目標(biāo)在各個(gè)運(yùn)動(dòng)模式段的特征，結(jié)合不同運(yùn)動(dòng)模式段內(nèi)的特征信息統(tǒng)計(jì)特性，檢測(cè)目標(biāo)在對(duì)應(yīng)飛行過(guò)程內(nèi)的運(yùn)動(dòng)模式，包括通過(guò)檢測(cè)速度、高度變化確定相應(yīng)的巡航參數(shù)；建立檢測(cè)參考軸，通過(guò)檢測(cè)目標(biāo)是否往返穿越視線軸且超出一定閾值來(lái)確定其蛇形規(guī)避參數(shù)；通過(guò)檢測(cè)目標(biāo)躍升速度來(lái)確定躍升俯沖段運(yùn)動(dòng)模式。

3) 基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)類型綜合識(shí)別

貝葉斯推理也稱為置信因果推理，指的是基于概率分析和圖論的一種不確定性知識(shí)的表示和推理模型。一般是由貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和條件概率表集合兩部分構(gòu)成，它以節(jié)點(diǎn)表示系統(tǒng)變量，用條件概率表示兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的因果關(guān)系。

把反艦導(dǎo)彈攻擊過(guò)程分為一些相對(duì)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)子過(guò)程，將加速度大小、方向、距離區(qū)段等特征信息與目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模式之間建立貝葉斯網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)關(guān)系，按照必然性及似然性等規(guī)律特性，根據(jù)預(yù)判、檢測(cè)、確認(rèn)或舍棄等推理過(guò)程，更新貝葉斯網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)概率，經(jīng)過(guò)一序列的運(yùn)動(dòng)模式發(fā)生過(guò)程后，在末端選取概率最大的導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)模式和類型。

4.5 改進(jìn)預(yù)測(cè)方法

以往求取目標(biāo)未來(lái)點(diǎn)一般采用線性或二次預(yù)測(cè)。實(shí)質(zhì)上反艦導(dǎo)彈的末端機(jī)動(dòng)能力在逐步加強(qiáng)，因此在攻擊艦艇的末端制導(dǎo)過(guò)程中，加速度并不是恒定不變的，相反是按照一定導(dǎo)引規(guī)律變化的，因此應(yīng)根據(jù)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的動(dòng)力學(xué)特性對(duì)目標(biāo)進(jìn)行合理預(yù)測(cè)。因?yàn)榧词篂V波求取的目標(biāo)位置、速度和加速度量很精確，若預(yù)測(cè)方法選取不適當(dāng)對(duì)解命中同樣帶來(lái)一定的誤差。使用機(jī)動(dòng)目標(biāo)當(dāng)前“統(tǒng)計(jì)”(CS)模型濾波殘差較小時(shí)，可選擇按CS模型進(jìn)行預(yù)測(cè)；當(dāng)能夠較為準(zhǔn)確地識(shí)別出反艦導(dǎo)彈發(fā)生比例導(dǎo)引機(jī)動(dòng)時(shí)，可按照比例導(dǎo)引規(guī)律進(jìn)行預(yù)測(cè)；當(dāng)能夠識(shí)別出躍升俯沖機(jī)動(dòng)時(shí)，則按躍升俯沖預(yù)測(cè)。下面分別說(shuō)明。

1) 基于CS模型的預(yù)測(cè)

將CS模型離散化[10]可得加速度關(guān)系式為

式(3)相比來(lái)說(shuō)可以一定程度可降低 CS模型加速度估計(jì)的靈敏度[14]。

2) 基于躍升俯沖的預(yù)測(cè)

對(duì)艦艇自防御系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，反艦導(dǎo)彈的最終戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)是攻擊我艦，其躍升后必然進(jìn)行俯沖。導(dǎo)彈在躍升俯沖過(guò)程中，受到舵偏指令的控制，高度方向的運(yùn)動(dòng)模式主要是勻速、勻加速、減速再到勻速等運(yùn)動(dòng)模式的序貫組合。如圖5所示，在A點(diǎn)按直線預(yù)測(cè)未來(lái)點(diǎn)在A1，而實(shí)際未來(lái)點(diǎn)在A0，B點(diǎn)類似。即從數(shù)學(xué)上按照當(dāng)前運(yùn)動(dòng)模式的濾波估計(jì)進(jìn)行直線或比例導(dǎo)引規(guī)律預(yù)測(cè)均難于符合實(shí)際過(guò)程，必然產(chǎn)生較大的模型預(yù)測(cè)誤差。

圖5 末端躍升俯沖預(yù)測(cè)示意圖

基于此提出的預(yù)測(cè)思想是：利用反艦導(dǎo)彈的躍升俯沖機(jī)動(dòng)意圖及特征參數(shù)，對(duì)于躍升段和俯沖段進(jìn)行分段預(yù)測(cè)，重點(diǎn)是俯沖段預(yù)測(cè)。假設(shè)(DM,HM)為預(yù)估的躍升俯沖特征參數(shù)(最大躍升高度對(duì)應(yīng)的距離和高度)。則預(yù)測(cè)一個(gè)彈丸飛行時(shí)間后的水平距離Dktf。，比較Dktf和DM的大小，對(duì)高度及其速度估計(jì)按照躍升和俯沖進(jìn)行分段處理。

5 結(jié)束語(yǔ)

反艦導(dǎo)彈的迅速發(fā)展，對(duì)艦炮適應(yīng)現(xiàn)代海戰(zhàn)提出了新的作戰(zhàn)需求，機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤這一難題必須進(jìn)一步得到解決。而艦炮彈丸飛行時(shí)間較長(zhǎng)這一不利因素的客觀存在，使得控制艦炮對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確射擊比控制雷達(dá)天線對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤要困難得多。根據(jù)理論分析及工程實(shí)踐，我們清楚地認(rèn)識(shí)到，機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤的解決是一個(gè)系統(tǒng)性問(wèn)題，單純依靠數(shù)學(xué)算法是不能解決的。

本文從系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間和精度著手，在改進(jìn)攔截體制、靈活快速反應(yīng)、多模型建立、機(jī)動(dòng)檢測(cè)和識(shí)別及改進(jìn)預(yù)測(cè)方法等方面提出了改進(jìn)思路。當(dāng)然除此之外，還有炮射制導(dǎo)彈藥[22]在反導(dǎo)中的應(yīng)用，以及諸如激光武器等新概念武器的利用都可能成為未來(lái)反導(dǎo)領(lǐng)域中的研究重點(diǎn)。本文希望拋磚引玉，為艦艇近程防御系統(tǒng)的后續(xù)發(fā)展提供技術(shù)參考和研究方向。

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