反艦導(dǎo)彈雷達導(dǎo)引頭試驗數(shù)據(jù)動態(tài)處理模型設(shè)計

白曉煊

摘 要

為了研究反艦導(dǎo)彈在干擾下的命中概率，建立了一種新的反艦導(dǎo)彈導(dǎo)引頭抗干擾性能試驗的數(shù)據(jù)動態(tài)處理模型。該模型將導(dǎo)引頭外場靜態(tài)試驗數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換處理，生成反艦導(dǎo)彈飛行控制參數(shù)，與彈道解算計算機進行數(shù)據(jù)交換，模擬反艦導(dǎo)彈攻擊目標(biāo)的全過程，最終給出反艦導(dǎo)彈命中概率。

【關(guān)鍵詞】末制導(dǎo) 抗干擾 試驗數(shù)據(jù) 模型 彈道解算

以往外場試驗一般采用導(dǎo)引頭單機特征參數(shù)，雖然這些參數(shù)是通過大量數(shù)據(jù)表述的，但不能與反艦導(dǎo)彈飛行發(fā)生閉環(huán)控制關(guān)系，因此無法評估電子干擾對反艦導(dǎo)彈的實際影響，而采用大量實彈試驗又不現(xiàn)實。反艦導(dǎo)彈導(dǎo)引頭試驗數(shù)據(jù)動態(tài)處理模型對外場單機靜態(tài)試驗數(shù)據(jù)進行一系列計算處理，代入計算機彈道仿真模型中的“實際彈道”，將對應(yīng)于某一時刻的導(dǎo)引頭靜態(tài)試驗數(shù)據(jù)折算成反艦導(dǎo)彈彈上導(dǎo)引頭在該時刻的飛行控制參數(shù)，對反艦導(dǎo)彈形成閉環(huán)控制，最終得出反艦導(dǎo)彈脫靶量或者命中概率。

1 模型設(shè)計原則及功能結(jié)構(gòu)

1.1 設(shè)計原則

模型設(shè)計遵循以下原則：

（1）根據(jù)國內(nèi)外反艦導(dǎo)彈仿真模型理論和一般建模原則，建立飛行速度可調(diào)、彈道參數(shù)可調(diào)、控制特性可變的反艦導(dǎo)彈自導(dǎo)段通用型理論模型；

（2）根據(jù)反艦導(dǎo)彈攻擊特點和水面艦艇的空間結(jié)構(gòu)及運動特征，建立結(jié)構(gòu)尺寸可調(diào)、運動參數(shù)可變的水面艦艇結(jié)構(gòu)特征模型；

（3）根據(jù)導(dǎo)彈模型輸出數(shù)據(jù)及其工作時序，確定導(dǎo)引頭起控時刻，形成導(dǎo)引頭輸出量綱轉(zhuǎn)換、干擾屬性判別、靜/動態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、脫靶量解算等系列程序。

1.2 功能結(jié)構(gòu)

反艦導(dǎo)彈雷達導(dǎo)引頭試驗數(shù)據(jù)動態(tài)處理模型具備以下功能：

（1）完成對導(dǎo)引頭靜態(tài)試驗數(shù)據(jù)的預(yù)處理，形成具有一定規(guī)律和可信度的平臺輸出數(shù)據(jù)；

（2）根據(jù)反艦導(dǎo)彈、觀察艦（導(dǎo)引頭載艦）、目標(biāo)艦及虛擬目標(biāo)之間的三維位置關(guān)系，將觀察艦相對于目標(biāo)艦和虛擬目標(biāo)的俯仰誤差和偏航誤差轉(zhuǎn)換為反艦導(dǎo)彈相對于目標(biāo)艦和虛擬目標(biāo)的俯仰誤差和偏航誤差；

（3）完成三種通用彈道的設(shè)計，包括低彈道、高彈道和混合彈道，并針對每種彈道研究在不同狀態(tài)下的試驗數(shù)據(jù)對反艦導(dǎo)彈飛行彈道軌跡和脫靶量的影響。

根據(jù)以上設(shè)計原則及實現(xiàn)功能，模型結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

模型輸入數(shù)據(jù)包括三類：觀察艦信息、目標(biāo)艦信息和導(dǎo)引頭誤差信息。數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊對輸入數(shù)據(jù)進行去奇異值、干擾屬性判別、濾波和插值處理。高彈道仿真、低彈道仿真和高低混合彈道仿真模塊都屬于通用理論仿真模塊，對于這三種典型彈道，在仿真設(shè)計過程中，有如下假設(shè)：反艦導(dǎo)彈視為可控制點、反艦導(dǎo)彈在飛行中速度保持不變、反艦導(dǎo)彈不受射程限制、反艦導(dǎo)彈受到過載限制、反艦導(dǎo)彈的控制系統(tǒng)存在時間延遲。

2 模型功能實現(xiàn)

2.1 試驗數(shù)據(jù)預(yù)處理

試驗數(shù)據(jù)預(yù)處理流程圖如圖2所示。

按需求截取觀察艦、目標(biāo)艦及導(dǎo)引頭誤差試驗數(shù)據(jù)，對截取的數(shù)據(jù)進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、干擾屬性判別及濾波處理。

2.1.1 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

以試驗數(shù)據(jù)所在的坐標(biāo)系稱為地面坐標(biāo)系。我們定義平臺坐標(biāo)系，以便進行彈道設(shè)計。把察測艦的初始位置設(shè)置為平臺坐標(biāo)系的原點，把觀察艦和目標(biāo)艦的初始位置水平投影的連線設(shè)為X軸，Z軸與X軸所在平面為水平面，Y軸垂直于水平面，該坐標(biāo)系為右手坐標(biāo)系，反艦導(dǎo)彈的初始位置定義在Y軸上。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換就是將地面坐標(biāo)系中的試驗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到平臺坐標(biāo)系中，依據(jù)已有公式轉(zhuǎn)換即可，不做贅述。

2.1.2 干擾屬性判別

對導(dǎo)引頭誤差數(shù)據(jù)進行干擾屬性判別，將同一時間段內(nèi)的方位角誤差、俯仰角誤差、距離誤差、戰(zhàn)斗指令和備用參數(shù)用圖形進行描述，判別誤差數(shù)據(jù)由幾類干擾組成，繼而對每一類干擾判別其干擾屬性。其中，干擾屬性包括暴露位置、暴露方向、不暴露位置和方向、無誤差和其他干擾五類。

2.1.3 數(shù)據(jù)濾波

試驗數(shù)據(jù)濾波分為去異常值和濾波兩部分。在完成試驗數(shù)據(jù)去異常值處理后，得到較為平滑的數(shù)據(jù)曲線；濾波處理則是為了進一步消除試驗數(shù)據(jù)中存在的干擾誤差，得到更為理想的平滑數(shù)據(jù)。根據(jù)實際應(yīng)用情況與多次試驗探索，本模型中采用低通濾波，截止頻率設(shè)計為30Hz。

2.2 數(shù)據(jù)動態(tài)處理

2.2.1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

將完成坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、干擾屬性判別和濾波處理后的導(dǎo)引頭試驗數(shù)據(jù)代入模型中，獲得與導(dǎo)引頭數(shù)據(jù)相對應(yīng)的同一時刻的導(dǎo)彈彈道參數(shù)，即導(dǎo)彈實際控制量。彈道解算計算機以該控制量為參量，處理得到下一時刻的導(dǎo)彈彈道參數(shù)。

2.2.2 導(dǎo)彈飛行趨勢模型解算

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理后，得到反艦導(dǎo)彈自導(dǎo)段運行的彈道飛行軌跡。其中，導(dǎo)彈初始航向、飛行速度和航向修正函數(shù)在自導(dǎo)段仿真模型中設(shè)置并利用計算機彈道仿真程序畫出導(dǎo)彈飛行趨勢線。

2.3 制導(dǎo)命中估計

根據(jù)導(dǎo)彈飛行趨勢線和目標(biāo)艦的位置坐標(biāo)，找出導(dǎo)彈與目標(biāo)艦的最小距離，作為導(dǎo)彈落差點，并建立導(dǎo)彈落點散布圖，統(tǒng)計制導(dǎo)命中概率P制導(dǎo)命中。P制導(dǎo)命中的大小取決于導(dǎo)彈落點（導(dǎo)彈實際彈道與命中平面交點）的散布特征和目標(biāo)命中面積的大小。一般認(rèn)為落點在命中平面上按正態(tài)分布，且互相獨立。落點的散布中心坐標(biāo)為my、mz，落點散布的概率偏差為Ey、Ez，目標(biāo)命中面積為S，則通過下面的公式，可以求出P制導(dǎo)命中，其中ρ是相關(guān)系數(shù)。

3 結(jié)束語

眾所周知，電子戰(zhàn)裝設(shè)備具有復(fù)雜性和不確定性，反艦導(dǎo)彈在電子戰(zhàn)設(shè)備實施干擾的情況下命中概率降低，而電子干擾下反艦導(dǎo)彈的命中概率是評估導(dǎo)彈作戰(zhàn)性能的關(guān)鍵指標(biāo)。本文通過對導(dǎo)引頭外場靜態(tài)試驗數(shù)據(jù)進行截取、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、統(tǒng)計分析等預(yù)處理工作，得到導(dǎo)引頭的跟蹤性能評價參數(shù)；然后，進行試驗數(shù)據(jù)動態(tài)處理，代入模型轉(zhuǎn)換成控制彈上導(dǎo)引頭的運動參數(shù)，并模擬導(dǎo)彈飛行特性；最終，分析干擾條件下導(dǎo)彈命中概率，評估反艦導(dǎo)彈抗干擾效果。

參考文獻

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