超音速反艦導(dǎo)彈多彈道規(guī)劃研究*

(1.海軍大連艦艇學(xué)院學(xué)員20隊 大連 116018)(2.海軍大連艦艇學(xué)院導(dǎo)彈系 大連 116018)

超音速反艦導(dǎo)彈多彈道規(guī)劃研究*

黃興華1劉億2董受全2

(1.海軍大連艦艇學(xué)院學(xué)員20隊 大連 116018)(2.海軍大連艦艇學(xué)院導(dǎo)彈系 大連 116018)

現(xiàn)代遠程超音速反艦導(dǎo)彈通常具備多彈道飛行功能,針對不同的目標類型、目標的距離位置,需要自動規(guī)劃出飛行彈道,通過研究構(gòu)建彈道自動判斷模型、多彈協(xié)同射擊時的彈道規(guī)劃,得出不同情況下的彈道選擇。

反艦導(dǎo)彈;多彈道;規(guī)劃

ClassNumberE927

1 引言

隨著反導(dǎo)技術(shù)的不斷發(fā)展,反艦導(dǎo)彈的突防能力受到嚴重的影響,世界各國海軍均在探索反艦導(dǎo)彈的突防技術(shù),其中以俄羅斯為代表的部分海軍[1],通過發(fā)展超音速飛行技術(shù),來提高反艦導(dǎo)彈的突防能力,采用超音速飛行技術(shù)的導(dǎo)彈受到飛行距離的限制,通常,超音速導(dǎo)彈上采用多種彈道飛行技術(shù),典型超音速導(dǎo)彈具有低彈道、高低復(fù)合彈道和全高彈道,以適應(yīng)不同類型目標和不同打擊距離。

2 彈道自動規(guī)劃研究

彈道的規(guī)劃是在導(dǎo)彈發(fā)射前基于目標類型及目標距離進行的,需要依據(jù)具體情況確定彈道并向?qū)椦b訂。水面目標類型分為小目標和大目標,通常而言對小目標只能采用低彈道,對大目標而言,根據(jù)目標距離可以選擇低彈道、高低混合彈道和全高彈道。單發(fā)導(dǎo)彈射擊時,在分配的攻擊目標滿足射界的條件下,根據(jù)目標的信息自動規(guī)劃彈道,規(guī)劃流程如圖1所示。

圖1 彈道自動規(guī)劃流程圖

系統(tǒng)首先判斷目標類型:

目標類型為小目標,此時如果目標距離R大于低彈道對應(yīng)的射擊距離Rd要求,系統(tǒng)判斷為小目標禁射;如果目標在低彈道對應(yīng)的射擊距離Rd范圍之內(nèi),計算目標舷角α對有效射擊距離的影響,如不滿足低彈道有效射擊距離,系統(tǒng)判斷為小目標禁射,同時給出艦艇機動的輔助決策;目標距離R不大于低彈道對應(yīng)的射擊距離Rd,且滿足射界要求的條件下,自動規(guī)劃為低彈道[2]。

目標類型為大中型目標時,根據(jù)目標距離R和舷角α自動規(guī)劃為低彈道、高低混合彈道和全高彈道:

當目標距離R不大于低彈道射擊距離Rd要求,且目標舷角α不大于低彈道所要求的舷角αd,自動規(guī)劃為低彈道;

當目標距離R大于低彈道射擊距離Rd要求,且不大于高低混合彈道的射擊距離Rh要求,同時目標舷角α不大于高低混合彈道所要求的舷角αh,自動規(guī)劃為高低混合彈道;

當目標距離R大于高低混合彈道對應(yīng)的射擊距離Rh要求時,且不大于全高彈道的射擊距離Rg要求,同時目標舷角α不大于全高彈道所要求的舷角αg,自動規(guī)劃為全高彈道,否則提示距離禁射并給出艦艇機動輔助決策;

當目標位于彈道自動規(guī)劃的臨界距離處,為避免自動規(guī)劃的彈道來回跳變,設(shè)置1km的緩沖區(qū)間,即目標位于彈道自動規(guī)劃的臨界距離處,自動規(guī)劃為射擊距離較近的彈道,當目標在臨界距離處機動時,只有距離減小幅度大于1km時,才相應(yīng)改變?yōu)樯鋼艟嚯x較遠的彈道。

3 多彈道協(xié)同使用導(dǎo)彈研究

根據(jù)多彈道反艦導(dǎo)彈戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能特點,當目標類型為大中型目標,且距離和方位符合一定要求時,通常對于全高彈道和高低混合彈道均滿足導(dǎo)彈發(fā)射條件,此時可以進行不同彈道混合協(xié)同攻擊,形成聯(lián)合攻擊態(tài)勢,增大對目標的突防概率。

3.1 多彈對同一目標協(xié)同攻擊的條件要求

協(xié)同攻擊,不等同于常規(guī)意義上的多彈齊射,需要利用多彈道反艦導(dǎo)彈具備多彈道攻擊的能力,通過多枚導(dǎo)彈采用兩種不同彈道實現(xiàn)協(xié)同攻擊。協(xié)同攻擊的意義在于采用不同的飛行彈道,避免多枚導(dǎo)彈在飛行航路中的相互干擾,增大導(dǎo)彈的聯(lián)合捕捉概率和突防概率。

實施多彈道協(xié)同攻擊應(yīng)具備以下幾點要求:

1)目標距離要同時滿足兩種彈道射擊距離的要求

目標距離應(yīng)在全高彈道和高低混合彈道對應(yīng)的動力航程范圍內(nèi),同時滿足兩種彈道的最小射擊距離要求,才能夠?qū)崿F(xiàn)不同彈道的混合協(xié)同攻擊。

2)目標舷角要同時滿足兩種彈道射擊扇面角的要求

目標舷角要同時處于全高彈道和高低混合彈道的射擊扇面角范圍之內(nèi),同時,射擊扇面角影響到不同彈道的有效射擊距離,只有目標舷角對應(yīng)的有效射擊距離處于兩種彈道的射擊距離范圍內(nèi)才能實施不同彈道的混合協(xié)同攻擊。

3)飛行彈道末端避免相互干擾、增強突破目標艦軟硬抗擊能力的要求

在全高彈道末端下滑、高低混合彈道末端躍升俯沖階段,多枚導(dǎo)彈之間存在飛行高度和入射角度相近,因此在多枚導(dǎo)彈不同彈道混合協(xié)同攻擊時,采用高低混合彈道的導(dǎo)彈末端不能采用躍升體制,而應(yīng)采用二次降高體制,實現(xiàn)高低混合彈道末端的掠海飛行。目的在于避免多枚導(dǎo)彈之間產(chǎn)生相互干擾,同時增大對目標同一方位上的入射角度差,提高對目標軟硬武器對抗的突防能力。

3.2 單枚導(dǎo)彈搜索捕捉概率計算及協(xié)同攻擊時聯(lián)合捕捉概率計算

單枚導(dǎo)彈捕捉概率計算:捕捉概率(Pbz)應(yīng)為末制導(dǎo)雷達搜索區(qū)覆蓋到目標的概率(Pfg)與末制導(dǎo)雷達截獲到目標回波信號的概率(Pjh)之積,即:

Pbz=Pfg*Pjh

(1)

可以認為導(dǎo)彈的截獲概率在規(guī)定的導(dǎo)彈使用條件下基本為一定值,一般為99%,故計算導(dǎo)彈的捕捉概率時,只是計算末制導(dǎo)雷達搜索區(qū)覆蓋目標的概率,而且把它近似地看作是導(dǎo)彈的捕捉概率[3]。即:

Pbz=Pfg

(2)

導(dǎo)彈捕捉目標的概率,近似等于導(dǎo)彈搜索區(qū)覆蓋目標的概率。即:

(3)

式中,D為導(dǎo)彈搜索區(qū)。當導(dǎo)彈在自控終點末制導(dǎo)雷達開鎖時,若目標散布在搜索區(qū)域D內(nèi)就被導(dǎo)彈搜索區(qū)覆蓋?？梢?導(dǎo)彈捕捉概率的大小主要取決于導(dǎo)彈在末制導(dǎo)雷達開鎖點的散布和目標的散布[4]。

通常把導(dǎo)彈搜索區(qū)簡化為一個矩形L,且認為目標相對于導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達開鎖點的綜合散布在x方向和z方向互不相關(guān),即γ=0,則導(dǎo)彈搜索區(qū)覆蓋目標的概率Pfg可以分解為縱向覆蓋概率Pfgx和側(cè)向覆蓋概率Pfgz之積,即

(4)

所以,捕捉概率為

(5)

其中:ρ=0.477。

上式計算比較復(fù)雜,故通常使用簡化的拉普拉斯函數(shù)進行計算,該函數(shù)為

(6)

(7)

由于導(dǎo)彈在搜索航路上可以基本認定縱向捕捉概率為1,導(dǎo)彈捕捉概率等于橫向捕捉概率[5],即:

(8)

x為雷達在海平面上的水平搜索半寬。

協(xié)同攻擊聯(lián)合捕捉概率計算:

(9)

通過多枚導(dǎo)彈的聯(lián)合射擊,能有效提高導(dǎo)彈的聯(lián)合捕捉概率。

3.3 基于同時到達協(xié)同攻擊的發(fā)射時機計算

協(xié)同攻擊時,高彈道飛行階段導(dǎo)彈的飛行速度一致,差別在于高低混合彈道的低彈道階段飛行速度降低,協(xié)同攻擊如果同時發(fā)射導(dǎo)彈到達目標位置點就有時間差,需要通過發(fā)射時機來控制聯(lián)合攻擊態(tài)勢的形成。因此,要滿足同時到達目標位置點要求,一個波次只能實施兩枚導(dǎo)彈的協(xié)同攻擊,其中一枚導(dǎo)彈采用全高彈道,另一枚導(dǎo)彈采用高低混合彈道。

以導(dǎo)彈發(fā)射時間為基準,導(dǎo)彈齊射的方法主要有“同時發(fā)射法”、“延遲時間法”和“規(guī)定時間法”[6]。為了協(xié)同攻擊導(dǎo)彈同時到達目標位置點,形成聯(lián)合攻擊態(tài)勢,協(xié)同攻擊的導(dǎo)彈發(fā)射,是按時間協(xié)同計算時間間隔的導(dǎo)彈齊射,即要求齊射導(dǎo)彈基本同時到達目標位置點,因此應(yīng)采用“延遲時間法”[7],根據(jù)各枚導(dǎo)彈的彈道規(guī)劃和對應(yīng)的飛行速度,以規(guī)劃為高低混合彈道的導(dǎo)彈為基準,計算全高彈道導(dǎo)彈的延遲時間,按計算的延遲時間自動組織導(dǎo)彈齊射[8]。

規(guī)定導(dǎo)彈到達目標位置點的時間“T”,各枚導(dǎo)彈根據(jù)彈道規(guī)劃自動計算發(fā)射時間,使齊射的導(dǎo)彈按照時間“T”同時飛臨目標位置點[9]。高低混合彈道導(dǎo)彈的發(fā)射時間可按下式計算:

Th=T-tg-td

(10)

式中:Th為高低混合彈道導(dǎo)彈的發(fā)射時間;T為導(dǎo)彈飛臨目標位置點的時間;tg為高彈道階段的飛行時間;td為低彈道階段的飛行時間(全高彈道的導(dǎo)彈全過程可以認為飛行速度一致,因此沒有td項)。

協(xié)同攻擊兩枚導(dǎo)彈發(fā)射的時間間隔稱為發(fā)射間隔,發(fā)射間隔按下式計算:

(11)

式中:t間隔為全高彈道導(dǎo)彈與高低混合彈道導(dǎo)彈的發(fā)射時間間隔;Tq為全高彈道導(dǎo)彈的發(fā)射時間;Th為高低混合彈道導(dǎo)彈的發(fā)射時間;Dd為高低混合彈道導(dǎo)彈的低彈道階段飛行距離;Vd為低彈道時導(dǎo)彈的飛行速度;Vg為高彈道時導(dǎo)彈的飛行速度。

根據(jù)上式計算出兩枚導(dǎo)彈的發(fā)射間隔,系統(tǒng)應(yīng)在相應(yīng)位置顯示計算的發(fā)射時間間隔,并根據(jù)發(fā)射間隔控制兩枚導(dǎo)彈自動齊射,就可以實現(xiàn)兩枚導(dǎo)彈基本同時到達目標位置點[10]。

4 結(jié)語

多彈道是超音速反艦導(dǎo)彈的典型技術(shù)特點,本文通過探討單發(fā)導(dǎo)彈射擊時的彈道自動規(guī)劃、多彈道協(xié)同攻擊條件與發(fā)射時機,能夠為多彈道反艦導(dǎo)彈的火控軟件編制及作戰(zhàn)使用提供借鑒,由于篇幅限制,關(guān)于彈道控制的實現(xiàn)方法有待進一步研究。

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TrajectoryPlanningofSupersonicAnti-shipMissile

HUANG Xinghua1LIU Yi2DONG Shouquan2

(1. Squadron 20, Dalian Naval Academy, Dalian 116018)(2. Department of Missile, Dalian Naval Academy, Dalian 116018)

Modern long-range supersonic anti-ship missile usually has multiple ballistic functions. According to different target types and the distance to the target position, automatic planning trajectory is needed. Automatic judgment model trajectory is constructed through research, cooperative attack trajectory planning trajectory, the trajectory selection under different conditions are obtained.

anti-ship missile, multiple ballistic function, planning

2013年11月6日,

:2013年12月27日

黃興華,男,研究方向:導(dǎo)彈武器新技術(shù)。劉億,男,碩士,講師,研究方向:導(dǎo)彈武器控制技術(shù)及應(yīng)用。董受全,男,博士,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向:導(dǎo)彈武器技術(shù)及應(yīng)用。

E927DOI:10.3969/j.issn1672-9730.2014.05.011