反艦導(dǎo)彈打擊低精度目標(biāo)方法研究*

魯華杰 孫 媛 徐學(xué)文

(海軍航空工程學(xué)院 煙臺 264001)

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反艦導(dǎo)彈打擊低精度目標(biāo)方法研究*

魯華杰 孫 媛 徐學(xué)文

(海軍航空工程學(xué)院 煙臺 264001)

在當(dāng)前復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下,研究如何在低精度目標(biāo)條件下,提高反艦導(dǎo)彈的命中概率有著重要的軍事意義。在分析目標(biāo)散布的基礎(chǔ)上,建立了反艦導(dǎo)彈現(xiàn)在點(diǎn)和前置點(diǎn)攻擊方式下的導(dǎo)彈命中概率計(jì)算模型,并在設(shè)定的條件下通過計(jì)算分析了多種攻擊要素對導(dǎo)彈命中概率的影響,為制定反艦導(dǎo)彈打擊低精度目標(biāo)的攻擊要素提供了理論依據(jù)。

反艦導(dǎo)彈; 命中概率; 攻擊要素

Class Number E927

1 引言

隨著軍事科技的發(fā)展,反艦導(dǎo)彈的射程不斷提高,超視距作戰(zhàn)、遠(yuǎn)距離打擊成為我海軍主要作戰(zhàn)樣式。然而,在當(dāng)前復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下,受遠(yuǎn)程目標(biāo)獲取技術(shù)的制約,目標(biāo)精度往往較低,嚴(yán)重影響我導(dǎo)彈遠(yuǎn)程打擊效果。因此,研究在低精度目標(biāo)條件下,提高反艦導(dǎo)彈的命中概率有著重要的軍事意義。

2 目標(biāo)精度低的成因

遠(yuǎn)程目標(biāo)的獲取一般經(jīng)過探測、傳輸、解算三個過程,各過程均會產(chǎn)生誤差,對目標(biāo)精度產(chǎn)生影響[1]。

遠(yuǎn)程目標(biāo)一般由具有超視距引導(dǎo)能力的飛機(jī)進(jìn)行探測,探測誤差主要是由引導(dǎo)飛機(jī)自身位置誤差、高度誤差、指北羅經(jīng)誤差、探測目標(biāo)的方位誤差和距離誤差決定的。

目標(biāo)信息一般通過數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行傳輸,傳輸誤差主要由傳輸延時誤差、傳輸錯誤誤差和報文格式誤差組成。

發(fā)射平臺接收到目標(biāo)信息后需進(jìn)行解算,解算誤差主要由發(fā)射平臺自身定位誤差、發(fā)射平臺指北羅經(jīng)誤差和解算公式誤差組成。

3 導(dǎo)彈命中概率計(jì)算模型

反艦導(dǎo)彈打擊遠(yuǎn)程目標(biāo),首先進(jìn)行自控飛行,到達(dá)末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)點(diǎn)后,導(dǎo)彈轉(zhuǎn)入自導(dǎo)飛行模式,打開雷達(dá)進(jìn)行搜索,搜索到目標(biāo)后,對目標(biāo)進(jìn)行攻擊[2]。

由于目標(biāo)自導(dǎo)命中概率變化不大,一般接近于1[3],因此,導(dǎo)彈命中概率主要由導(dǎo)彈的目標(biāo)捕捉概率決定。末制導(dǎo)雷達(dá)捕捉目標(biāo)的必要條件是:導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)搜索區(qū)域能夠覆蓋目標(biāo),并且目標(biāo)的回波能被導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)截獲[4]。由于反艦導(dǎo)彈在規(guī)定條件下使用,其末制導(dǎo)雷達(dá)的截獲概率基本為一定值,一般為99%。因而在計(jì)算導(dǎo)彈的捕捉概率時,只需計(jì)算末制導(dǎo)雷達(dá)搜索區(qū)域覆蓋目標(biāo)的概率,并將其近似看作導(dǎo)彈的捕捉概率[5]。

3.1 導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)搜索區(qū)域模型

雷達(dá)的實(shí)際搜索區(qū)是一個立體的空間區(qū)域,為簡化分析,通常將反艦導(dǎo)彈的末制導(dǎo)雷達(dá)搜索區(qū)域簡化為水平面內(nèi)的矩形區(qū)域[6],如圖1所示。

圖1 導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)搜索區(qū)域模型

圖1中,O為導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)點(diǎn)在水平面上的投影,α為末制導(dǎo)雷達(dá)搜索扇面角,M為末制導(dǎo)雷達(dá)搜索區(qū)域的中心,OM為導(dǎo)彈自導(dǎo)距離Rzd,a為搜索區(qū)域半長,b為搜索區(qū)域半寬。搜索區(qū)域的范圍是以M為基準(zhǔn),縱向上向搜索區(qū)遠(yuǎn)界和近界的長度各為a,側(cè)向上左右兩側(cè)的寬度各為b,2a×2b的矩形,b=Rzdtanα。

3.2 目標(biāo)散布模型

目標(biāo)的散布主要由目標(biāo)的距離、方位及其誤差引起的目標(biāo)定位誤差和由目標(biāo)航向、航速及其誤差引起的目標(biāo)運(yùn)動誤差[7]。

設(shè)已知目標(biāo)距離為Dt,方位為Bt,航向?yàn)镠t,航速為Vt,其誤差均服從正態(tài)分布,目標(biāo)距離均方差為σD,方位均方差為σB,航向均方差為σH,航速均方差為σV。建立坐標(biāo)系如下:

圖2 目標(biāo)散布誤差示意圖

以導(dǎo)彈發(fā)射位置O為原點(diǎn),以目標(biāo)方位線為縱軸OX,指向目標(biāo)方向?yàn)檎?橫軸OZ為OX的正橫方向,M點(diǎn)為目標(biāo)初始位置,MMt為目標(biāo)運(yùn)動方向,Mt為導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)時目標(biāo)位置。

3.2.1 目標(biāo)定位誤差

3.2.2 目標(biāo)運(yùn)動誤差

3.2.3 誤差合成

[8]中方法,將目標(biāo)指示誤差橢圓與目標(biāo)運(yùn)動誤差橢圓合成。

因?yàn)槟繕?biāo)定位誤差橢圓長短軸在XZ軸上,且相關(guān)系數(shù)γx1z1=0,因此只需將運(yùn)動誤差橢圓投影到XOZ坐標(biāo)軸上,其在XOZ坐標(biāo)系內(nèi)的參數(shù)為

將目標(biāo)指示誤差橢圓與目標(biāo)運(yùn)動誤差橢圓合成后,其誤差參數(shù)為

將合成平面誤差化為標(biāo)準(zhǔn)形式:

即目標(biāo)散布區(qū)為概率偏差為Eu和Ev,與X軸夾角為θ的橢圓。

3.3 捕捉概率模型

反艦導(dǎo)彈的捕捉概率為縱向捕捉概率Pl和Ps側(cè)向捕捉概率的乘積:Pa=Pl·Ps。若導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)在距離波門內(nèi)沒有捕捉到目標(biāo),則改為全程搜索,縱向搜索區(qū)隨導(dǎo)彈飛行不斷向前延伸,故可近似認(rèn)為縱向捕捉概率為1,因此只需分析側(cè)向捕捉概率即可[9]。

導(dǎo)彈射擊方式主要有現(xiàn)在點(diǎn)攻擊和前置點(diǎn)攻擊兩種[10],分別建立捕捉概率計(jì)算模型。

3.3.1 現(xiàn)在點(diǎn)攻擊方式捕捉概率計(jì)算模型

圖3 現(xiàn)在點(diǎn)攻擊方式示意圖

當(dāng)導(dǎo)彈自控飛行時間后,Mt的坐標(biāo)為(Dt+Vttcosβt,Vttsinβt)。

當(dāng)前主戰(zhàn)反艦導(dǎo)彈具有航路規(guī)劃能力,可從不同方向?qū)δ繕?biāo)進(jìn)行攻擊,設(shè)導(dǎo)彈攻擊方向與X軸夾角為βm,將目標(biāo)散布誤差橢圓和目標(biāo)散布中心Mt投影到導(dǎo)彈攻擊方向的垂直方向,投影后目標(biāo)散布在該方向上的概率偏差為:

式中β目標(biāo)散布誤差橢圓長軸與導(dǎo)彈攻擊方向的垂直方向之間的夾角。

Mt在該方向上的投影為

Mtm=Vttsinβtcosβm-Vttcosβtsinβm

故導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)捕捉概率為

3.3.2 前置點(diǎn)攻擊方式捕捉概率計(jì)算模型

圖4 前置點(diǎn)攻擊方式示意圖

因?yàn)榍爸命c(diǎn)攻擊時,導(dǎo)彈有效搜索區(qū)中心與目標(biāo)散布中心重合,所以導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)捕捉概率為

4 應(yīng)對策略

考慮當(dāng)前可能的戰(zhàn)場態(tài)勢,可設(shè)目標(biāo)相關(guān)要素如下:目標(biāo)航速取25kn,距離取160km,方位角為60°,航向角為90°,其誤差均服從正態(tài)分布,目標(biāo)距離均方差為3km,方位均方差為2°,航向均方差為4°,速度均方差為5kn。

設(shè)導(dǎo)彈相關(guān)參數(shù)如下:導(dǎo)彈自導(dǎo)距離8km～25km,末制導(dǎo)雷達(dá)搜索扇面角10°～30°,導(dǎo)彈飛行速度260m/s,導(dǎo)彈射程250km。

當(dāng)導(dǎo)彈自導(dǎo)距離8km,末制導(dǎo)雷達(dá)搜索扇面角10°,不同攻擊角下導(dǎo)彈命中概率如圖5。

圖5 不同攻擊方向命中概率

分析圖5可得,現(xiàn)在點(diǎn)攻擊方式下,沿目標(biāo)航向(及相對方向)附近方向攻擊,命中概率較高;在條件允許的情況下,采用前置點(diǎn)攻擊方式可提高導(dǎo)彈命中概率,且沿目標(biāo)散布誤差橢圓長軸方向進(jìn)攻命中概率較高。

當(dāng)末制導(dǎo)雷達(dá)搜索扇面角10°,導(dǎo)彈自導(dǎo)距離8km～25km,不同攻擊角下導(dǎo)彈命中概率如圖6。

分析圖6可得,在現(xiàn)在點(diǎn)攻擊方式和前置點(diǎn)攻擊方式下,隨著導(dǎo)彈自導(dǎo)距離的增大,導(dǎo)彈命中概率也隨之提高。

導(dǎo)彈自導(dǎo)距離25km,當(dāng)末制導(dǎo)雷達(dá)搜索扇面角10°～30°,不同攻擊角下導(dǎo)彈命中概率如圖7。

分析圖7可得,在現(xiàn)在點(diǎn)攻擊方式和前置點(diǎn)攻擊方式下,隨著導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)搜索扇面角的增大,導(dǎo)彈命中概率也隨之提高。

5 結(jié)語

采取前置點(diǎn)攻擊方式會增加決策時間,增大導(dǎo)彈自導(dǎo)距離會提前導(dǎo)彈電磁暴露時間,增大末制導(dǎo)雷達(dá)搜索扇面角會提高導(dǎo)彈受干擾概率,導(dǎo)彈攻擊方向受海上島嶼和我方其他艦船位置制約,因此要結(jié)合戰(zhàn)場實(shí)際情況,采取綜合手段,科學(xué)制定導(dǎo)彈攻擊要素,提高導(dǎo)彈命中概率。

參 考 文 獻(xiàn)

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[3] 紀(jì)永清,董文紅,唐金國.海軍兵種武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估[M].北京:海潮出版社,2000:241-243.

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Anti-ship Missile Attacking Low Precision Target Method Research

LU Huajie SUN Yuan XU Xuewen

(Naval Aeronautical and Astronautical University, Yantai 264001)

In the current complicate battlefield environment, research on hitting probability of anti-ship missile attacking low precision target has important military benefit. Based on analysis of target distribution, hitting probability calculation model of anti-ship missile current attacking mode and lead-point attacking mode has been built. By setting calculation parameters, the effect of various attacking mode has been analyzed, and the theoretical basis of setting ant-ship missile attacking factors when attacking low precision can be supported.

anti-ship missile, hitting probability, attacking factors

2015年4月6日,

2015年5月27日

魯華杰,男,碩士,助理工程師,研究方向:導(dǎo)彈技術(shù)保障與作戰(zhàn)應(yīng)用。孫媛,女,博士,助理研究員,研究方向:軍事裝備學(xué)。徐學(xué)文,男,博士,副教授,研究方向:戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù)保障理論與應(yīng)用。

E927

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.10.015