飞行器航路规划技术性能考核方法研究

刘维国 庄锦程

（91550部队91分队大连116023）

飞行器航路规划技术性能考核方法研究

刘维国 庄锦程

（91550部队91分队大连116023）

飞行器航路规划性能优劣是评价战术应用软件功能重要组成部分。在进行航路优劣考核评价时，需要综合考虑影响航路性能的各项因素，依据影响航路综合性能的指标权重，完成对综合指标的计算、航路的选优，评价飞行器在对抗性环境中完成任务的能力。

飞行器；航路规划；考核；方法

Class NumberV249

1 引言

飞行器航路规划软件决策，具有影响因素多、信息量大、决策模型复杂、决策过程繁杂等特点。在进行飞行器航路规划软件功能的考核时，必须综合考虑各种决策、各种因素间的交互影响，如目标散布范围探测及估算、目标误差散布圆显示；飞行器航路距离和发射时机计算；飞行器各航路特征点的选择范围；飞行器航路特征点有效性判断；计算飞行器可攻入射角范围；飞行器火分基准方向的选择与确定、飞行器末制导雷达开锁点的选择与导弹捕捉概率预测等要素［1］。

2 飞行器发射点与第一个航路点间距约束考核

飞行器发射后，要越过己方区域后，再进行降高进入低空突防段；同时由于飞行器发射之后，飞行器的姿态、航向均存在较大的偏差，需要一定的时间调整飞行的姿态和航向；因此，在航路规划过程中，在一定的航程内不能插入航路点。根据目标协同作战战术要求，可以得出进入安全降高至低空突防段的距离；按照导弹的性能参数，可以得知导弹进入预定飞行状态需要的时间和飞行的距离。由此可以以飞行器的发射方向作为初始方向，将初始段的调整距离作为航路段长度，根据Bowring公式及当前飞行器载体平台所在的位置，可以直接计算出第一个航路关键点的坐标位置。设约束要求为：间距≤γ。

在战术应用软件中，设置发射点A与目标点B之间间距S公里，由战术应用软件规划直接攻击后，插入经计算后的航路点A′坐标。航路点A′与发射点A的距离S′=γ，此时可规划出航路结果。改变导弹射向后重新计算新的航路点A′的坐标，重复检验。当改变A′坐标重新插入航路点而使得A′与发射点A的距离S＜γ时，战术应用软件应不可规划出航路结果。

3 飞行器航路点间距约束的考核

在低空突防段的连续两个航路转弯点之间，飞行器在前一个航路点进行转弯后，向下一个航路转弯点飞行的过程中，与机动性能的约束类似，同样由于飞行器的性能限制，需要一定的时间调整飞行的姿态和航向才能稳定。因此，战术应用软件必须对两个航路转弯点之间的距离进行约束［3］。利用第一个航路点距离考核时的航路设计，可以再插入经计算后的第二个航路点A″（A″插入符合航路点间距要求），对本约束条件进行考核。当重新计算后，改变航路点A′与发射点A的距离S，当S小于间距要求时，战术应用软件应不可规划出航路结果。

4 飞行器机动性能约束的考核

机动性能约束包括水平机动约束、垂直机动约束和纵向机动约束，分别从水平方向、垂直方向和纵向限制了航路规划算法的搜索空间。在水平平面内，机动性能约束主要体现为导弹的最小转弯半径；在垂直平面内，机动性能约束主要体现为导弹的最大爬升角和最大下滑角；在纵向上，机动性能约束则主要体现为飞行速度的变化范围。

4.1 最小转弯半径约束

在过点转弯和不过点转弯两种方式下，导弹在任何一个航路关键点处转弯至下一个航路关键点时，两个航路关键点的设置应满足：

式中：KAK是两个航路关键点之间的距离，一般由Bowring公式求得；θ是转弯角度；rmin是最小转弯半径。如图3所示。

4.2 最大爬升/下滑角约束

假设最大爬升与下滑角分别是αu和αd，T1和T2分别代表某一控制周期的起始状态和终止状态，Δd表示导弹T2状态时偏离T1状态飞行方向的距离【9】，如图4所示。

为满足最大爬升角限制，须使：

同理，进行下滑机动时应满足：

其中，||T1T2是一个控制周期内导弹的飞行距离。

4.3 考核方法

由于受导弹机动性能的限制，战术应用软件在航路规划时，不能随意以任意角度进行转向设计，必须充分考虑导弹的性能参数进行约束【12】。飞行器除了需要考虑攻击海上目标时绕岛飞行的水平方向机动性能约束外，还需考虑越岛飞行或攻击陆上目标时而进行的垂直和纵向机动性能的约束。水平方向机动约束考核可以通过设计目标点进行规划考核；垂直和纵向机动性能考核则需要通过设计临近地形的高程规划，结合越障能力进行考核。设导弹射向α，允许最大转弯角β，目标点航向为α+180°。

自发射点A经过转弯点A′转角度θ攻击目标点B′。AA′（发射点A与转弯点A′之间距离）和A′B（转弯点A′与目标点位置2之间距离）满足战术应用软件规划要求（在最大射程和最小可规划射程之间），A′B′与A′B之间的夹角θ′为目标点从位置B′运动到位置B时航路转弯角的变化值。

将目标点B设定为有速目标，航向为垂直A′B线段指向B″（目标点位置3），航向可由导弹射向α与最大转弯角β计算得出。目标点位于B′点时，战术应用软件可规划出航路结果；当目标点经过B点后，由于转弯角度超过最大转弯要求，战术应用软件应不可规划出航路结果［7］。

5 飞行器主攻角、攻击差角的考核

水面舰艇的防空能力往往受射界和通道数量的限制，选择导弹的进入方向，一方面可以实现饱和攻击，另一方面可以增大导弹从目标防空较薄弱的方向或盲区进入的概率，从而提高导弹的突防概率。另外，由于目标的散布具有一定的方向性，根据目标散布选择导弹从椭圆的长轴方向进入将有利于增大导弹对打击目标的捕捉概率。

5.1 航路点计算检验模型考核

1）目标散布椭圆长轴与敌我连线重合

最简单的情况：导弹航路可能经过的区域内没有岛屿、禁飞区、敌超低空反导火力区等需要规避的障碍，且目标散布椭圆长轴与敌我连线重合，如图6所示。

由于飞行器沿目标散布椭圆长轴方向进入具有较高的捕获概率，在已知目标散布椭圆长轴方位Ba的情况下，一般取目标散布椭圆长轴方向为导弹的主攻击角（导弹攻击角：为从真北方向开始沿顺时针旋转到接敌段导弹理论飞行方向所形成的夹角。导弹攻击角以真北方向为起点，顺时针为正，值域范围［0°，360°］。其余航路则在第一条航路的基础上向左向右依次增加攻击差角β（β以敌我连线为基线，顺时针为正，逆时针为负）。

2）目标散布椭圆长轴与敌我连线不重合

此时，通常应尽可能选择目标散布椭圆长轴方向为导弹主攻击角方向。航路解算方法同上所述。

5.2 主攻角、攻击差角考核方法

确定飞行器攻击进入方向（即攻击角）是航路规划的重要问题。因此，主攻角、攻击差角计算的正确性、合理性至关重要。在海图上，选取不同目标类型和不同种类的目标散布，通过不断变换目标队形，分别选取目标散布椭圆长轴与敌我连线重合、目标散布椭圆长轴与敌我连线不重合的各种组合［4］。检验航路规划主攻角是否选择在目标散布椭圆长轴方向，攻击差角是否在第一条航路的基础上向左向右依次增加攻击差角，即检验主攻角、攻击差角计算的正确性、合理性；在选择齐射时各枚导弹的攻击进入方向时，导弹攻击进入方向和雷达捕捉模式是有效攻击编队中指定目标的关键因素，要综合考虑以下因素：一是考虑是否选择敌防空薄弱方向或联合作战规定的协同攻击方向作为导弹攻击进入方向；二是考虑是否适应战术需要，即各导弹攻击进入方向能否形成多方向攻击的态势，以分散敌方的抗击［12］；三是考虑在确定正确的攻击进入方向后的导弹航路规划功能，以及使用不同的捕捉模式，实现对编队内指定目标的打击能力［6］。

6 导弹飞跃障碍物自动规避考核

6.1 障碍物（敌防空火力圈）自动规避检验模型考核

自动规避检验算法可以采用导弹航路与障碍物相交/相切的判定算法，亦可采用其它算法。对导弹飞行航路上的障碍物（含岛屿、禁飞区、目标防空火力区域等）进行自动规避检验，以障碍物为一四边形岛屿和一半径为R的敌防空火力圈为例进行说明，坐标转换后敌我态势（主攻击角为0）如图7所示。

6.2 岛屿多边形或禁飞区与航路关系判定

多边形岛屿各顶点的命名规则：以最左边靠上点为第一点、顺时针排列。由于飞行器发射位置经纬度、目标位置经纬度、障碍及威胁火力圈圆心经纬度、岛屿多边形各顶点经纬度是已知的，设坐标转换后敌我态势如图7所示［11］。以我舰艇位置为原点的大地坐标系内，被攻击目标的坐标为(xt，yt)，敌防空火力圈圆心坐标为(xR，yR)，多边形各顶点坐标为(x1，y1)、(x2，y2)、(x3，y3)、(x4，y4)。

根据相对坐标建立直线方程或圆方程：

求取直线OM与直线B1B2的交点，即联解方程组：

1）如果无实数解，则判定直线OM与直线B1B2不相交，则继续判断直线OM与直线B2B3的交点情况。

2）如果直线OM与直线B1B2有交点，设交点为()

jx1，jy1，判断下面的条件是否成立：

注：列写此条件之前要先判断x1，x2、y1，y2的大小，将坐标值小的列写在前面。如果上式不成立，即交点(jx1，jy1)没在岛屿多边形或我舰位置与目标舰的范围内，说明线段OM与线段B1B2没有交点，则应继续以同样的方法判断线段OM与线段B2B3是否相交［2］。

如果上式成立，说明线段OM与线段B1B2有交点，即导弹航路与岛屿相交，则终止计算，舍弃该条航路。

3）如果线段OM与岛屿多边形任意一条边相交，则终止计算，舍弃该条航路。

6.3 敌防空火力圈与航路关系判定

如图7所示，判断线段OM是否与圆R相交，即判断下式是否成立：

1）如果上式不成立，说明直线OM与圆R无交点，即导弹航路与敌超低空反导火力圈不遭遇；

2）如果上式成立，说明直线OM与圆R有交点，然后继续判断交点是否在导弹航路上，即判断该点是否在线段OM上。

求取直线OM与圆R的交点，即联解方程组

显然，方程组至少有一组解，不妨设有两组解(xp1，yp1)、(xp2，yp2)，然后判断以下条件是否成立：

以上任意一个条件成立，说明线段直线OM与圆R有交点，则舍弃该条航路。

6.4 障碍物及敌防空火力圈自动规避检验考核

1）在电子海图上，设置多个障碍物与敌防空火力圈，对于自动规划出的导弹飞行航路，可以通过读取障碍物及敌防空火力圈几何图形地理坐标，采用导弹航路与障碍物相交/相切的判定算法进行逐一检验［10］。

2）通过不断放大电子海图的比例尺，检验自动规划的导弹飞行航路上是否存在障碍物。

3）在电子海图上设置威胁源（坐标可知），设计导弹飞行航路，测算航路与威胁源最短距离Ri，若Ri大于威胁源火力攻击距离（雷达探测距离），则航路规划合理，否则不合理；设计不同的威胁源，进行上述方法的反复检验；同时设计多个邻近威胁源构成威胁网，检验导弹航路设计规避中的的威胁度［5］。

4）在电子海图上设置威胁源（坐标可知），设计导弹飞行航路，设计不同的威胁源，进行上述方法的反复检验；同时设计多个邻近威胁源构成威胁网，检验导弹航路设计规避中的的威胁度。

5）利用数字地形高程数据，检查生成的航迹是否可以自动进行地形回避，并利用地形进行威胁回避。

6）设置不同组合的威胁信息（包括威胁的位置、类型、覆盖范围、信息传输能力等）进行威胁目标的排序检查，检查目标排序变化合理性［8］。

7 结语

战术应用软件航路规划是指根据战场态势和已知约束条件通过科学的预先设计，使导弹沿着一条优化、安全、隐蔽的航路飞向预定的目标区。通过精心设计导弹武器系统的攻击计划与飞行航线，可以充分发挥导弹的飞行性能，提高其飞行安全性，要导引巡航导弹尽量避开敌人的各种防空威胁，满足飞行的各种物理约束，使巡航导弹具有较高的生存能力和命中精度。有效地提高导弹突防能力和生存能力，以获取较高的作战效能。

［1］叶文，范洪达，朱爱红.无人飞行器任务规划［M］.北京：国防工业出版社，2011.

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Research of Assessment Method for Function of Air Route Planning for Aerobat

LIU WeiguoZHUANG Jincheng
（Unit 91，No.91550 Troops of PLA，Dalian116023）

The function of air route planning for the aerobat is the important component for the tactics of software.In the evaluation for the air route planning，all factors are demanded to be accounted.According to the weight of the index of the function of the air route，the count of the index and better choose of air route are accomplished.And the capacity of aerobat in antagoni smsurroundings is evaluated.

aerobatair，route planning，assessment，method

V249

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.06.006

2016年12月11日，

2017年1月27日

刘维国，男，博士，高级工程师，研究方向：导弹武器系统试验及作战使用。