舰空导弹武器系统高海情试验设计研究

单时卓，张 艳

（解放军92941部队，辽宁 葫芦岛 125001）

0 引言

武器装备的日益发展和战场环境的复杂多样化，使武器装备在复杂环境下的作战性能成为试验鉴定关注的焦点。其中，高海情条件下舰空导弹武器系统的作战性能直接影响战斗力的生成，成为试验鉴定关注的重点和难点之一[1-2]。飞行试验可以全面检验高海情条件下的武器系统作战性能，但由于试验条件的不可控性和导弹成本的昂贵性，不可能仅依赖于进行飞行试验，并且有限的飞行试验也不具有统计特性，不能据此完成作战性能评估。因此，必须依靠其他试验手段获取足够多的试验信息，以支撑高海情条件下的武器系统作战性能评估[3-4]。

为了使高海情条件下的武器系统作战性能试验鉴定更加全面、充分，本文基于高海情对舰空导弹武器系统从目指、发射、到杀伤目标等各作战使用环节的影响分析，结合试验保障现状，针对受影响因素进行高海情试验设计，为靶场开展高海情试验方案设计、试验方法研究等提供技术支撑。

1 高海情对舰空导弹武器系统作战性能的主要影响

高海情条件下，舰空导弹武器系统作战性能会受到一定影响，主要包括舰艇摇摆对雷达性能的影响，舰艇摇摆对导弹发射的影响，风速对导弹发射和飞行的影响，以及海浪对导弹飞行和命中的影响等，这些影响最终体现在武器系统的制导精度和导弹对目标的杀伤概率上。下面，对舰空导弹武器系统作战使用环节在高海情条件下的主要受影响因素进行分析[5-8]。

1.1 对雷达跟踪精度的影响

当舰艇运动而发生摇摆时，雷达天线波束指向必然受到影响，这种影响也直接反映到雷达对目标的跟踪精度上。假设在摇摆情况下，雷达回转中心位置不变，即舰速为0，且先横摇后纵摇，如图1所示。

图1 舰艇摇摆对雷达的影响

坐标系O—X0Y0Z0为雷达测量坐标系；坐标系O—X1Y1Z1为摇摆情况下雷达测量坐标系。两者的关系可用公式表示：

雷达测量的目标参数一般用方位角α，俯仰角β、斜距R表示，可用公式表示为：

舰艇摇摆后，将引入目标的测量误差，即方位角误差Δα，俯仰角误差Δβ和斜距误差ΔR。上述分析过程是假定条件下进行的，在恶劣海况下的真实作战过程中，还要考虑航速、摇摆周期、摇摆同步性等因素，另外，还要考虑舰艇测量设备（计程仪、平台罗经等）反应周期、雷达预测模型准确性和机械响应时间对雷达跟踪目标的影响，所以造成的影响更为复杂和明显。

1.2 对导弹初始装订参数精度的影响

火控系统接收雷达目标数据、导航系统运动参数、气象参数等，自动连续地计算出导弹武器系统的发射控制参数，进行导弹初始制导参数的装订。影响火控系统输出的射击诸元参数精度的输入参数除了雷达测量的目标数据，还包括载舰运动参数（载舰航速、航向、纵摇及横摇等）。

在正常海情下，载舰运动参数受环境影响较小，变化幅度小，规律性强；在高海情条件下，载舰运动参数受环境影响明显，主要表现在舰艇摇摆幅度大，周期不稳定，进而导致载舰航速、航向、纵摇及横摇等参数在导弹火控系统接收周期内变化幅度大，计算装订参数的各项数据滞后，直接影响到导弹初始装订参数的精度[9]。

1.3 对导弹发射的影响

舰空导弹发射时，弹上滑块沿轨道滑行一段距离后脱离滑轨，导弹获得一定的出筒姿态和速度，导弹的出筒姿态和速度是保证导弹制导控制系统可靠工作的重要前提，导弹出筒姿态与舰船的横摇、纵摇、垂荡和弹射力等因素均相关，其中舰船横摇及纵摇影响较大，垂荡影响较小。在高海情条件下发射导弹，导弹在出筒过程中会形成由舰艇摇摆带来的较大的出筒扰动，可能对导弹在初制导段的稳定性及控制精度等产生影响。

1.4 对导引头探测的影响

海面对导引头的影响可以分为两部分，一是海面对目标信号的镜面反射造成的多路径的影响，二是海面对导引头发射信号进行漫反射造成的海杂波的影响。高海况条件下，海面起伏较大，镜面反射显著减小，漫反射效应显著增强。因此，高海情条件下多路径效应对导引头的截获和跟踪能力影响小于非高海情条件，高海情条件下对导引头性能的影响应以海杂波为主[10-11]。

1.5 对引信启动的影响

对于无线电引信，当海杂波信号频谱落入无线电引信信号处理通带，且信号足够强时，会使引信早炸；即使杂波信号频率不能进入信号处理通带，但强杂波可能使引信接收机饱和，从而使引信失去对较小目标回波信号的放大作用，导致引信瞎火；此外，海杂波的出现，改变了引信输入与接收机输出的信杂比，从而使引信的启动特性受到破坏，降低引战配合效率。对于激光引信，当导弹拦截超低空目标时，飞行高度越来越低，引信开机工作后，海面及海浪对激光波束的反射信号会进入到引信的接收视场中，可能使引信接收机饱和，也可能改变了信杂比，更有可能降低对目标的测量精度。因此，无论采用哪种引信，在高海情下，舰空导弹拦截超低空目标时，引信都会受到海浪或海杂波的干扰而影响引信性能。

2 高海情试验设计

2.1 总体设计思路

高海情试验总体设计思路是采用综合试验模式，充分利用各种试验手段获得试验信息，对高海情条件下武器系统的性能指标进行综合评估；以真实高海情条件下的完全高海情试验为基础，结合进行非完全高海情试验，全面检验武器系统在高海情条件下的作战性能。其中，完全高海情试验是指在真实高海情条件下进行的全武器系统试验，对武器系统作战使用各个环节进行检验。非完全高海情试验是指在真实或模拟的高海情条件下，进行的非全武器系统试验，仅能够对武器系统作战使用的一个或几个环节进行检验[12-13]。

针对高海情对舰空导弹武器系统作战性能的主要影响，结合试验保障现状，对舰空导弹武器系统高海情试验进行总体设计如图2所示。

图2 舰空导弹武器系统高海情试验总体设计框图

高海情条件下的作战性能主要受影响因素与试验方法对照表如表1所示。

2.2 试验内容及方法

2.2.1 系统校飞试验

系统校飞试验主要检查高海情条件下，目指雷达的跟踪性能，制导雷达对导弹的截获、跟踪和指令传输性能，以及半主动雷达的指向精度等[14]。

综合考虑雷达性能、武器系统制导体制、杀伤区、海情条件等因素，进行试验方案设计。试验实施包括两种形式，一是在高海情条件下，用飞机或可回收靶机模拟来袭目标，进行目标支路性能检查；二是通过在飞机上加载导弹接收应答机与载舰背离飞行，模拟导弹飞行，进行导弹支路性能检查。系统校飞试验示意图，如图3所示。

表1 主要受影响因素与试验方法对照表

图3 系统校飞试验示意图

2.2.2 导引头探测性能检查试验

导引头探测性能检查试验是在高海情条件下，将导引头安装于飞机挂载的吊舱内，对低空飞行的靶机进行探测，主要对导引头截获距离、跟踪稳定性等进行检查。

综合考虑导引头作用距离、跟踪视场、试验安全等因素，进行试验方案设计。试验中，导引头挂载飞机与靶机形成对飞态势，模拟弹目逐渐接近过程。其中，飞机挂载导引头沿布鲁斯特角进入，靶机飞行航线沿导引头天线法线的海面投影方向，并保持最低安全高度飞行，靶机退出点在保证飞行安全的情况下应尽可能靠近导引头。导引头探测性能动态检查试验示意图见下页图4。

由于受气象条件、靶标供靶保障等因素限制，导引头探测性能检查试验实施难度较大，当不具备实施条件或是试验效费比较低时，则主要通过半实物仿真试验和实弹打靶验证高海情对导引头探测性能的影响。

2.2.3 引信启动性能检查试验

图4 导引头探测性能检查试验示意图

引信启动性能检查试验主要包括造波池试验和低空挂飞试验，主要对引信启动特性、距离波门压缩性能、海杂波抑制能力等进行检查。低空挂飞试验受气象条件制约，在高海情条件下的实施难度较大，因此，当低空挂飞试验不具备实施条件时，主要通过造波池试验和实弹打靶验证高海情对引信启动性能的影响。

造波池试验是依据速度缩比原理进行的一种低速模拟试验，在模拟高海情条件下，对引信在海背景下的工作性能进行检查。首先，选定典型低空弹道进行仿真计算，根据仿真计算结果装订引信与目标的交会姿态（方位角、俯仰角、横滚角、掠海角），利用造波机模拟海面，在模拟海面上吊装模拟目标，然后轨道跑车带动引信以一定的速度俯冲下来掠过模拟海面进行低速交会运动，同时采集多普勒回波信号、相对位置信号和浪高仪所测信号，按速度缩比原理进行增速分析，获得真实速度下的回波信号，由回波信号增速分析引信在海背景下的工作性能。

低空挂飞试验是在真实高海情条件下，以海杂波为探测对象，对引信在海背景下的工作性能进行检查。挂飞试验可通过直升机挂载试验吊舱的方式实施，引信天线安装时要下视海面，直升机进入航路后，按平飞-俯冲-平飞的过程进行飞行控制。

2.2.4 半实物仿真试验

半实物仿真试验是在实验室模拟高海情条件下，利用仿真计算机、飞行转台、目标模拟器等仿真设备，接入导引头、弹上信息处理器、舵机等导弹系统的实物部件形成仿真回路，对制导控制系统工作性能进行检查。半实物仿真试验示意图如图5。

图5 半实物仿真试验示意图

综合考虑某型舰空导弹武器系统主要作战对象类型、作战对象典型目标特性、武器系统杀伤区等因素，以低空弹道为主进行试验方案设计。在目标模拟器中加入RCS起伏噪声和角闪烁噪声，仿真系统除释放目标信号外，另增加一路杂波信号源，根据海杂波模型实时计算并控制生成杂波信号，通过阵列向导引头辐射，检查制导控制系统在高海情条件下的工作性能。其中，海杂波系数模型应具备模拟5级～6级海况的能力。

2.2.5 虚拟射击试验

虚拟射击试验是在实际高海情和虚拟靶标条件下，通过实弹射击试验，对武器系统高海情条件下的发射适应性、初制导性能、飞行控制性能、指令线和导弹截获性能等进行检查。

试验前，装订弹道控制程序，导弹发射后按预先装订程序飞行，飞过理论遭遇点后，弹上战斗部起爆，导弹自毁。试验时，导弹可以不安装导引头，而选用配重件代替；飞行弹道设置应选择大射程，大射程时导弹飞行时间长，可兼顾对导弹的气动特性、弹体结构性能及弹上设备工作性能进行检查。

2.2.6 实弹打靶

实弹打靶是全面检验武器系统高海情环境作战性能的必要手段，在实际应用中，要充分利用出现的高海情天气，采用真实打靶的方式，对武器系统在高海情条件下的作战性能进行验证。实弹打靶是以导弹武器系统在高海情条件下的作战性能验证为目标，综合考虑高海情条件下作战性能主要受影响因素、杀伤空域、制导方式、海情条件等因素进行试验设计。试验方案设计框图如下页图6所示。

试验空域点选择应以低远弹道为主，拦截目标应以适应于高海情条件下供靶的典型飞机类和导弹类目标为主。

3 应用实例

以某型舰空导弹武器系统高海情试验为例进行试验方案设计。

图6 实弹打靶试验方案设计框图

3.1 系统校飞试验方案

系统校飞试验包括目指雷达跟踪性能试验和制导雷达对导弹的截获跟踪性能试验，其中，目指雷达跟踪性能试验主要对高海情条件下的雷达跟踪性能和导弹初始制导参数装订精度进行检查，制导雷达对导弹的截获跟踪性能试验主要对高海情条件下制导雷达的导弹截获、跟踪和指令传输性能进行检查。试验方案如表2所示。

表2 系统校飞试验方案

实施要求：

1）序号3在飞机上加载导弹接收应答机；

2）试验海况应大于4级海况或在正常海况下（3级～4级为宜），通过载舰“减摇鳍”装置模拟高海情环境。

3.2 导引头探测性能检查试验方案

导引头探测性能检查试验主要通过导引头挂飞的方式对高海情条件下的导引头截获距离和跟踪稳定性进行检查。试验方案如表3所示。

实施要求：

1）飞机挂载导引头沿布鲁斯特角进入；

2）具备空中靶标GPS位置引导手段；

3）试验海况应大于4级海况。

3.3 引信启动性能检查试验方案

引信启动性能检查试验包括造波池试验和低空挂飞试验。主要对高海情条件下引信启动特性、距离波门压缩性能、海杂波抑制能力等进行检查。

表3 导引头探测性能检查试验方案

造波池试验方案如表4所示。

表4 造波池试验方案

实施要求：

1）轨道长度应满足试验需求，所需长度根据试验引信最大作用距离、最小脱靶量、目标长度、轨道跑车稳定速度等计算；

2）造波池应具备模拟4级以上海况的能力。

低空挂飞试验方案如表5所示。

表5 引信低空挂飞试验方案

实施要求：

试验海况应大于4级海况。

3.4 半实物仿真试验方案

半实物仿真试验主要通过在半实物仿真系统中释放目标信号和一路杂波信号源的方式，对制导控制系统在模拟高海情条件下的制导精度、导引头截获距离、导引头跟踪稳定性进行检查。试验方案如下页表6所示。

表6 半实物仿真试验方案

实施要求：

海杂波系数模型应具备模拟5级～6级海况的能力。

3.5 虚拟射击试验方案

虚拟射击试验通过实弹射击对武器系统高海情条件下的发射适应性、初制导性能、指令线和导弹载获性能、飞行控制性能等进行检查。试验方案如表7所示。

表7 虚拟射击试验方案

实施要求：

1）导弹状态为独立回路遥测弹状态；

2）试验海况应大于4级海况。

3.6 实弹打靶方案

实弹打靶是对导弹武器系统在高海情条件下的作战性能进行验证，受武器系统考核需求及试验弹数限制，一般选取一个试验序号进行高海情试验验证。试验方案如表8所示。

表8 实弹打靶试验方案

实施要求：

1）试验海况应大于4级海况或在正常海况下（3级～4级为宜），通过载舰“减摇鳍”装置模拟高海情环境；

2）如果试验弹数充足，则进行备份序号实弹打靶。

4 结论

本文针对试验鉴定需求，在对高海情条件下舰空导弹武器系统作战性能受影响因素进行分析的基础上，提出了高海情试验设计思路及试验方法，并以某型舰空导弹武器系统高海情试验为例进行了试验方案设计，为高海情条件下的舰空导弹武器系统性能鉴定提供了有效支撑。考虑到受高海情条件出现的时机、试验保障条件及试验安全等因素的限制，试验实施时的试验海况一般在4级～5级，因此，通常对5级以下海况下武器系统作战性能的评估可主要依赖于本文提出的实弹打靶、系统校飞试验、导引头探测性能检查试验、引信启动性能检查试验等试验项目获得的数据；对于5级以上海况下武器系统作战性能的评估则主要采用理论分析计算、仿真验证、同类已列装产品类比等方法进行综合评估。