基于兼容空域的電子戰(zhàn)目標(biāo)優(yōu)選*

孟祥宇　孫　翼

(1.海軍大連艦艇學(xué)院訓(xùn)練部　大連　116018)(2.海軍大連艦艇學(xué)院研究生一隊(duì)　大連　116018)

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基于兼容空域的電子戰(zhàn)目標(biāo)優(yōu)選*

孟祥宇1孫翼2

(1.海軍大連艦艇學(xué)院訓(xùn)練部大連116018)(2.海軍大連艦艇學(xué)院研究生一隊(duì)大連116018)

摘要在復(fù)雜的海上綜合態(tài)勢(shì)下，如何為電子戰(zhàn)系統(tǒng)選取最優(yōu)的抗擊目標(biāo)，充分發(fā)揮電子戰(zhàn)箔條質(zhì)心干擾的防御能力，實(shí)現(xiàn)艦載軟硬武器協(xié)同反導(dǎo)最大效能，保護(hù)艦艇安全是一個(gè)新的問題。論文以此為研究重點(diǎn)，提出了基于兼容空域的電子戰(zhàn)目標(biāo)優(yōu)選方法，根據(jù)電子戰(zhàn)質(zhì)心干擾原理建立了兼容空域下電子戰(zhàn)干擾目標(biāo)的優(yōu)選準(zhǔn)則，隨后依據(jù)此原則建立電子戰(zhàn)干擾目標(biāo)優(yōu)選流程，最后利用實(shí)例對(duì)優(yōu)選方法進(jìn)行了驗(yàn)證，其結(jié)果可以為部隊(duì)訓(xùn)練和作戰(zhàn)提供一定的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞兼容空域; 電子戰(zhàn); 防空反導(dǎo); 目標(biāo)優(yōu)選

Class NumberE917

1引言

在海上實(shí)際作戰(zhàn)中艦艇需要面對(duì)來自不同平臺(tái)進(jìn)行的多批次多航路攻擊，給艦艇安全帶來了嚴(yán)重的威脅，電子戰(zhàn)箔條質(zhì)心干擾作為艦艇末端防御的重要手段在防空反導(dǎo)中具有重要作用。但箔條質(zhì)心干擾與硬武器使用存在一定的干擾情況，不合理分配電子戰(zhàn)抗擊目標(biāo)會(huì)降低艦艇硬武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能甚至無法使用，這就需要艦艇結(jié)合軟硬武器的使用需求對(duì)來襲目標(biāo)進(jìn)行火力分配。電子戰(zhàn)系統(tǒng)所分配的抗擊目標(biāo)滿足多個(gè)需求，一方面在硬武器系統(tǒng)給定抗擊目標(biāo)后所布放的箔條質(zhì)心干擾彈不會(huì)影響硬武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)使用；另一方面，所布放的干擾箔條質(zhì)心干擾彈能夠較好地對(duì)反艦導(dǎo)彈進(jìn)行干擾到達(dá)保護(hù)艦艇安全的目的。本文就以此為重點(diǎn)分析研究基于兼容空域的電子戰(zhàn)目標(biāo)優(yōu)選問題。

2概述

艦艇質(zhì)心干擾系統(tǒng)與艦空導(dǎo)彈系統(tǒng)的兼容空域是指艦艇運(yùn)用軟硬武器協(xié)同抗擊反艦導(dǎo)彈時(shí)在艦艇周圍存在一個(gè)空域，當(dāng)艦艇在該空域內(nèi)布放質(zhì)心干擾彈時(shí)，可以確保在整個(gè)抗擊反艦導(dǎo)彈的過程中該干擾誘餌不會(huì)進(jìn)入艦空導(dǎo)彈跟蹤雷達(dá)的照射范圍內(nèi)，從而對(duì)艦艇的艦空導(dǎo)彈系統(tǒng)構(gòu)成干擾，實(shí)現(xiàn)箔條質(zhì)心干擾和艦空導(dǎo)彈系統(tǒng)協(xié)同使用，提高艦艇整體抗擊反艦導(dǎo)彈的攔截概率，達(dá)到保存艦艇生命力的目的。

兼容空域范圍內(nèi)電子戰(zhàn)目標(biāo)優(yōu)選是指艦艇在抗擊多批次導(dǎo)彈攻擊時(shí)必須為每一批目標(biāo)分配武器單元進(jìn)行抗擊，在此情況下必須首先計(jì)算出所有硬武器系統(tǒng)抗擊目標(biāo)的兼容空域，并根據(jù)電子戰(zhàn)質(zhì)心干擾的原理定量計(jì)算出在何種態(tài)勢(shì)下布放箔條質(zhì)心干擾彈能使所電子戰(zhàn)系統(tǒng)所抗擊的目標(biāo)與目標(biāo)艦艇的距離最大，則選取該目標(biāo)為兼容空域內(nèi)電子戰(zhàn)優(yōu)選目標(biāo)。

3基于兼容空域的電子戰(zhàn)目標(biāo)優(yōu)選方法

3.1運(yùn)動(dòng)模型

3.1.1艦艇運(yùn)動(dòng)模型

艦艇為勻速直線運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)模型如下

(1)

式(1)中，t代表反導(dǎo)時(shí)刻(t=0為箔彈成云時(shí)刻)，TC代表艦艇的真航向，Vs代表艦艇的運(yùn)動(dòng)速度，(xs(t)，ys(t))表示艦艇的質(zhì)心點(diǎn)的坐標(biāo)。

圖1　艦艇、導(dǎo)彈、干擾誘餌運(yùn)動(dòng)態(tài)勢(shì)圖

3.1.2導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)模型

1)反艦導(dǎo)彈的初始位置(即箔條干擾你彈成云時(shí)刻)，其初始位置模型為

(2)

式(2)中，Dsm為初始時(shí)刻反艦導(dǎo)彈到艦艇之間的距離，φm為反艦導(dǎo)彈來襲舷角。

2)反艦導(dǎo)彈的運(yùn)動(dòng)方程:

首先需要確定目標(biāo)艦艇與箔條干擾云所形成的質(zhì)心點(diǎn)，設(shè)末制導(dǎo)雷達(dá)波束角為θM，目標(biāo)艦艇與干擾云對(duì)末制導(dǎo)雷達(dá)的張角為θ，質(zhì)心點(diǎn)與目標(biāo)艦艇對(duì)末制導(dǎo)雷達(dá)張角為θ1，干擾云與質(zhì)心點(diǎn)對(duì)末制導(dǎo)雷達(dá)的張角為θ2，其關(guān)系可以表示為

(3)

質(zhì)心點(diǎn)的坐標(biāo)取決于目標(biāo)艦艇與干擾云的有效雷達(dá)反射面積σ1、σ2。其比例關(guān)系與所對(duì)應(yīng)的質(zhì)心點(diǎn)與目標(biāo)艦艇、質(zhì)心點(diǎn)與干擾云的距離關(guān)系為

(4)

其次，依據(jù)上述關(guān)系可以求出質(zhì)心點(diǎn)的坐標(biāo):

(5)

再根據(jù)三角函數(shù)分別求出目標(biāo)艦艇與導(dǎo)彈距離Dsm(t)，干擾云與導(dǎo)彈距離Drm(t)，質(zhì)心點(diǎn)與導(dǎo)彈距離Dcm(t)，目標(biāo)艦艇與干擾云距離Dsr(t):

(6)

質(zhì)心干擾成功反艦導(dǎo)彈跟蹤干擾云，其運(yùn)動(dòng)方程為

(7)

3.1.3干擾誘餌運(yùn)動(dòng)模型

箔條云的運(yùn)動(dòng)模型主要考慮箔條云的布放初始位置和戰(zhàn)場(chǎng)風(fēng)向、風(fēng)速對(duì)其影響，因此箔條云的運(yùn)動(dòng)方程比較簡(jiǎn)單，表達(dá)式如下:

1)箔條云的初始位置:

(8)

式(8)中，Dsc表示箔條云與艦艇之間的距離，φc表示箔條云的布放舷角，(xc(0),yc(0))為箔條云的初始坐標(biāo)。

2)箔條云的運(yùn)動(dòng)方程:

(9)

式(9)中，vw表示海戰(zhàn)場(chǎng)的風(fēng)速，φw表示海戰(zhàn)場(chǎng)的風(fēng)向，(xc(t),yc(t))表示箔條云t時(shí)刻隨風(fēng)向風(fēng)速變化的坐標(biāo)。

3.2目標(biāo)優(yōu)選準(zhǔn)則

3.2.1軟硬武器兼容使用準(zhǔn)則

設(shè)艦艇周圍空域?yàn)锳S，其表達(dá)式為

AS={φ1,φ2,φ3,…,φI,…,φ360}

(10)

任意布放方案條件下在任意時(shí)刻t，其沖突預(yù)測(cè)公式為

(11)

式(11)中，當(dāng)It=0時(shí)，判定為沖突，當(dāng)I=1時(shí)判斷為不沖突，θMSC表示艦艇與反艦導(dǎo)彈中心線到艦艇與箔條質(zhì)心干擾云中線夾角，θ0.5表示艦空導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)半波束角，θR表示箔條干擾云遮蔽角。

AφM={φI|φI=1，0≤I≤360}

(12)

3.2.2威脅目標(biāo)與艦艇距離最大準(zhǔn)則

反艦導(dǎo)彈都具有一定的殺傷范圍，為確保艦艇安全在進(jìn)行電子戰(zhàn)質(zhì)心干擾時(shí)必須使反艦導(dǎo)彈與艦艇的最小距離大于這個(gè)殺傷范圍，質(zhì)心干擾的目的是在攔截過程中盡可能使干擾云艦艇拉開距離。距離最大準(zhǔn)則就是在一定的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)下為電子戰(zhàn)系統(tǒng)優(yōu)選干擾目標(biāo)時(shí)，根據(jù)電子戰(zhàn)質(zhì)心干擾的原理計(jì)算出對(duì)每一批目標(biāo)進(jìn)行抗擊時(shí)，在作戰(zhàn)時(shí)間范圍內(nèi)目標(biāo)與艦艇的最小距離。然后對(duì)各目標(biāo)與艦艇的最小距離進(jìn)行比較，其中最小距離最大目的標(biāo)作為優(yōu)選目標(biāo)。設(shè)威脅目標(biāo)群Ti:

Ti={T1,T2,T3,…,Tn}

(13)

目標(biāo)群Ti與艦艇的最小距離表示為

Di={D1,D2,D3,…,Dn}

(14)

則目標(biāo)群Ti中與艦艇的最小距離最大的目標(biāo)為優(yōu)選目標(biāo)，其表達(dá)式為

T優(yōu)=min{D1，D2,D3，…，Dn}

(15)

4兼容空域范圍內(nèi)電子戰(zhàn)目標(biāo)優(yōu)選模擬仿真

4.1仿真流程

下面根據(jù)兼容空域電子戰(zhàn)目標(biāo)優(yōu)選準(zhǔn)則制定模擬仿真流程，具體如圖2。

4.2仿真模擬

根據(jù)海戰(zhàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行模擬仿真，依據(jù)制定目標(biāo)初選以及優(yōu)選的原則對(duì)目標(biāo)進(jìn)行篩選，并最后為電子戰(zhàn)系統(tǒng)選取最優(yōu)目標(biāo)進(jìn)行抗擊。

戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)設(shè)定:我水面艦艇航行速度vs=10m/s，戰(zhàn)場(chǎng)風(fēng)舷角φw=30°，風(fēng)速vw=6m/s，干擾彈布放距離200m，箔條干擾云半徑100m。

圖2　沖突預(yù)測(cè)流程圖

電子戰(zhàn)候選干擾目標(biāo)設(shè)定見表1。

表1　電子戰(zhàn)候選干擾目標(biāo)設(shè)定

1)計(jì)算各目標(biāo)的協(xié)同反導(dǎo)兼容空域

1號(hào)目標(biāo)的協(xié)同反導(dǎo)兼容空域:從圖1可知2號(hào)目標(biāo)兼容空域A2為:67°～350°；2號(hào)目標(biāo)的協(xié)同反導(dǎo)兼容空域:從圖3可知3號(hào)目標(biāo)兼容空域A3為:67°～290°；3號(hào)目標(biāo)的協(xié)同反導(dǎo)兼容空域:從圖4可知6號(hào)目標(biāo)兼容空域A6為:1°～6°∪166°～360°；4號(hào)目標(biāo)的協(xié)同反導(dǎo)兼容空域:從圖5可知9號(hào)目標(biāo)兼容空域A9為:1°～6°∪232°～360°。

圖3　1號(hào)目標(biāo)協(xié)同反導(dǎo)兼容空域

圖4　2號(hào)目標(biāo)協(xié)同反導(dǎo)兼容空域

圖5　3號(hào)目標(biāo)協(xié)同反導(dǎo)兼容空域

圖6　4號(hào)目標(biāo)協(xié)同反導(dǎo)兼容空域

2)計(jì)算各目標(biāo)的綜合協(xié)同反導(dǎo)兼容空域

通過計(jì)算對(duì)每一批目標(biāo)求解兼容空域，對(duì)四批目標(biāo)的兼容空域求交集得出綜合反導(dǎo)兼容空域A綜合:

(16)

A綜合=A2∩A3∩A16∩A9={x|232°≤x≤290°}

計(jì)算綜合系協(xié)同反導(dǎo)兼容空域，如圖7所示。

3)計(jì)算各批目標(biāo)與艦艇的最小距離

在360°空域范圍內(nèi)布放箔條干擾彈對(duì)各目標(biāo)實(shí)施質(zhì)心干擾，計(jì)算反艦導(dǎo)彈與目標(biāo)艦艇最小距離。

圖7　綜合協(xié)同反導(dǎo)兼容空域

從圖8～圖11可知，1號(hào)目標(biāo)質(zhì)心干擾彈最佳布放方位為295°，其所對(duì)應(yīng)的最大距離為396.95m，導(dǎo)彈到達(dá)時(shí)間為62s；2號(hào)目標(biāo)質(zhì)心干擾彈最佳布放方位為289°，導(dǎo)彈到達(dá)時(shí)間為54s，其所對(duì)應(yīng)的最大距離為635.36m；3號(hào)目標(biāo)質(zhì)心干擾彈最佳布放方位為201°，導(dǎo)彈到達(dá)時(shí)間為39s，其所對(duì)應(yīng)的最大距離為742.38m；4號(hào)目標(biāo)質(zhì)心干擾彈最佳布放方位為201°，導(dǎo)彈到達(dá)時(shí)間為39s，其所對(duì)應(yīng)的最大距離為742.38m。

4)綜合兼容空域范圍內(nèi)求解最佳目標(biāo)

計(jì)算在綜合兼容空域范圍內(nèi)各目標(biāo)與艦艇的距離:

圖8　1號(hào)目標(biāo)與艦艇的距離

圖9　2號(hào)目標(biāo)與艦艇的距離

圖10　3號(hào)目標(biāo)與艦艇的距離

圖11　4號(hào)目標(biāo)與艦艇的距離

圖12　2號(hào)目標(biāo)與艦艇的距離

圖13　3號(hào)目標(biāo)與艦艇的距離

從圖12～圖15可知，1號(hào)目標(biāo)在綜合兼容空域范圍內(nèi)質(zhì)心干擾彈最佳布放方位為290°，其所對(duì)應(yīng)的反艦導(dǎo)彈最大距離為403.99m，導(dǎo)彈到達(dá)時(shí)間為64s；2號(hào)目標(biāo)在綜合兼容空域范圍內(nèi)質(zhì)心干擾彈最佳布放方位為289°，其所對(duì)應(yīng)的反艦導(dǎo)彈最大距離為635.36m，導(dǎo)彈到達(dá)時(shí)間為54s；3號(hào)目標(biāo)在綜合兼容空域范圍內(nèi)質(zhì)心干擾彈最佳布放方位為232°，其所對(duì)應(yīng)的反艦導(dǎo)彈最大距離為497.95m，導(dǎo)彈到達(dá)時(shí)間為39s；4號(hào)目標(biāo)在綜合兼容空域范圍內(nèi)質(zhì)心干擾彈最佳布放方位為290°，其所對(duì)應(yīng)的反艦導(dǎo)彈最大距離為613.06m，導(dǎo)彈到達(dá)時(shí)間為44s。

圖14　6號(hào)目標(biāo)與艦艇的距離

圖15　9號(hào)目標(biāo)與艦艇的距離

4.3仿真分析

通過仿真最后可以得出在綜合兼容空域范圍內(nèi)各目標(biāo)的最佳干擾方案如表2。

表2　戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境仿真目標(biāo)設(shè)定

通過表2可以看出，在綜合兼容空域范圍內(nèi)布放質(zhì)心干擾彈對(duì)3號(hào)目標(biāo)具有最好的干擾效果，此時(shí)反艦導(dǎo)彈與我目標(biāo)艦艇的最大距離達(dá)到635.36m，然后是9號(hào)目標(biāo)，導(dǎo)彈最大距離613.06m，再次是6號(hào)目標(biāo)，導(dǎo)彈最大距離97.95m，最后是2號(hào)目標(biāo)，導(dǎo)彈最大距離403.99m。

根據(jù)目標(biāo)與艦艇距離原則對(duì)目標(biāo)進(jìn)行排序如表3。

表3　戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境仿真目標(biāo)設(shè)定

通過目標(biāo)優(yōu)選準(zhǔn)則的最后判定，2號(hào)目標(biāo)為最終電子戰(zhàn)系統(tǒng)的優(yōu)選目標(biāo)。

5結(jié)語

本文以水面艦艇軟硬武器協(xié)同反導(dǎo)為作戰(zhàn)背景，重點(diǎn)研究基于軟硬武器兼容空域的電子戰(zhàn)目標(biāo)優(yōu)選問題。通過本文的研究，提出了電子目標(biāo)優(yōu)選的判定準(zhǔn)則，依據(jù)準(zhǔn)則構(gòu)建了目標(biāo)優(yōu)選的理論計(jì)算模型，并依此設(shè)計(jì)了目標(biāo)優(yōu)選的仿真模擬流程，在實(shí)戰(zhàn)情況下對(duì)電子戰(zhàn)目標(biāo)優(yōu)選方法進(jìn)行了仿真，利用電子戰(zhàn)目標(biāo)優(yōu)選模型和準(zhǔn)則對(duì)所有電子戰(zhàn)干擾候選目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)選，計(jì)算出最優(yōu)干擾目標(biāo)。本文所研究的內(nèi)容可以為部隊(duì)作戰(zhàn)和訓(xùn)練提供有力的理論依據(jù)。

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Electronic Warfare Preferably Based on Compatible Airspace

MENG Xiangyu1SUN Yi2

(1.Training Department, Dalian Naval Academy of PLA， Dalian116018)(2.No.1 Brigade of Graduate Student, Dalian Naval Academy of PLA， Dalian116018)

AbstractIn the comprehensive situation under complex sea, how to select the best system for electronic warfare against target, give full play to the electronic warfare chaff centroid jamming capability, achieve shipboard hard weapon cooperation anti missile maximum efficiency and protection of ship safety is a new problem. Based on this principle, the optimization method of the electronic warfare target is proposed, which is based on the principle of centroid jamming, and the optimization process of the target is set up.

Key Wordscompatible airspace, electronic warfare, air defense anti missile, objective optimization

* 收稿日期：2015年11月7日,修回日期：2015年12月26日

作者簡(jiǎn)介：孟祥宇，男，碩士，工程師，研究方向：數(shù)據(jù)控掘。孫翼，男，碩士，研究方向：海軍指揮信息系統(tǒng)作戰(zhàn)與使用。

中圖分類號(hào)E917

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.05.006