舰空导弹协同制导交接班形势判断

代进进，李相民，黎子芬

(1.海军航空工程学院研究生管理大队，山东烟台 264001;2.海军航空工程学院兵器科学与技术系，山东烟台 264001)

引言

随着新技术的发展，舰空导弹的射程在不断地提高，但由于地球曲率的存在，在拦截低空掠海反舰导弹目标时，杀伤区的远界难以得到有效提高，必须发展舰空导弹协同制导作战能力，显然，交接班技术是实现该能力的关键技术之一，交班点参数的确定则是解决交接班技术的前提。所谓交接班形势判断就是在舰空导弹发射前和飞行过程中，预测交班点位置、计算到达交班点的剩余时间。因此，舰空导弹协同制导作战时，交接班形式判断是不可或缺的环节之一，是保障舰空导弹协同制导交接班成功的有力条件。

1 定义坐标系

图1 弹目态势图

以舰空导弹发射点为坐标原点O，Ox在O点水平面内，平行于舰艏艉线，指向舰艏方向，Oy垂直向上，Oz由右手定则确定［1］，如图 1所示。图中，N为正北方向;M为导弹;T为目标;Cm为舰艇的航向角(北偏东为正);θm为导弹速度倾角;ψm为导弹速度偏角;vm为导弹的速度;Ct为目标的航向角;θt为目标的速度倾角;vt为目标的速度。

2 目标运动模型

航路规划技术是远程反舰导弹必须具备的一项关键技术，是实现各种战术应用和提高打击效果的主要途径［2］。本文假设目标采用航路规划攻击方式，不考虑地形规避、威胁规避以及地球曲率影响，且认为导弹在同一高度平面运动。下面重点讨论在发射点和目标之间插入一个航路点的目标运动模型，目标航路如图2所示。图中，α为发射扇面角;β为攻击角;Rc为转弯半径;A1为转弯开始点;A2为转弯结束点;OA为转弯段圆心;A为TA1与OA2延长线的交点。

图2 单航路点目标航路示意图

解算过程如下:

(1)已知OT的距离dOT和角度α，β，解三角形可得:

(3)若A在Ox轴的下方，则由上述计算结果绕Ox轴翻转获得;若目标T初始位置不在Ox轴上，可由上述计算结果绕Oy轴旋转获得。

多个航路点情况可根据一个航路点情况推广获得。如图3所示，两个航路情况，可分解为A2A1T和OA2A1两个单航路点情况，然后按上述方法求解，最终在统一坐标系下合成即可。

图3 两航路点目标航路示意图

3 弹道解算模型

运动学弹道，即在给定舰空导弹导引规律、导弹飞行速度变化规律、目标运动参数的条件下，忽略导弹惯性和形状并将其视为质点，忽略气温、气压等影响所确定的导弹质心运动轨迹［3］。下面讨论舰空导弹运动学弹道，通过分析垂直发射型舰空导弹飞行弹道的特性，可将导弹运动学弹道分成无控段、转弯段和制导段。

3.1 无控段

式中，Δt=tk+1－tk;为tk时刻导弹速度。

令T1为发动机点火时间，当t＞T1时，无控段结束，导弹进入转弯段。

3.2 转弯段

转弯段开始时刻，即t=T1，舰空导弹速度矢量的单位向量:

3.3 导引段

虽然目前已经提出了如最优制导、自适应制导、微分对策及神经网络制导等大量的现代制导规律，但目前在战术导弹制导系统中真正使用的几乎全是古典制导律，尤其是技术比较成熟的比例导引及其改进形式［6］。

式中，k为比例系数。

解算步骤如下:

4 交班点参数预测

交班点参数预测存在两种情况:一是发射前预测，交班点参数作为舰空导弹射击诸元的一部分;二是导弹飞行过程中预测，随着导弹的位置和速度的改变实时对交班点参数进行预测，该情况一般存在于导引段。图4为交班点参数预测流程［11］。

图4 交班点预测流程图

5 算例

5.1 数据假设

舰艇平台:航向为0°;制导雷达最大制导距离为100 km。反舰导弹:初始位置为(200 km，10 m，0 m);目标速度为300 m/s;航路转弯前航向角为170°;转弯半径为20 km;航路转弯后的攻击角为10°。舰空导弹:最大速度为1 800 m/s;平均速度为1 100 m/s;采用85°准垂直发射方式;发动机点火时间为1.5 s;交接班所需最长时间为2 s。

根据上述数据假设，可得舰空导弹对反舰导弹目标的攻击弹道如图5所示。

图5 舰空导弹三维弹道

图中，A1为反舰导弹航路转弯开始点;A2为航路转弯结束点;舰空导弹弹道中实线为无控段，点线为转弯段，虚线为导引段。

5.2 发射前预测

交班点B1坐标:(96 408，2 114.2，16 408)m;舰空导弹飞至交班点B1的时间:ts=91.86 s。参数预测如图6所示。

图6 发射前交班点参数预测

5.3 飞行过程中预测

由于目标从初始位置到A1点的运动方向没有发生改变，因此该时间段内交班点参数不变;A1至A2段导弹的位置、速度都在发生变化，交班点参数也将随之变化，如图7、图8所示。

图7 交班点位置变化

图8 到达交班点剩余时间变化

6 结束语

交接班形势判断是舰空导弹协同制导交接班技术最基本的研究内容，交接班形势判断的准确与否将直接影响交接班的成功。本文以垂直发射远程舰空导弹为研究对象，建立了舰空导弹弹道解算模型，并给出了交班点位置以及到达交班点剩余时间的计算方法，仿真结果验证了模型及方法的可行性。不过，本文中舰空导弹弹道未考虑弹体转动、空气动力等影响，难免存在一定误差，同时，随着弹道越来越接近实际，交班点参数计算的实时性将难以保障，因此，弹道真实性和交班参数解算实时性是进一步需要解决的问题。

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