半主动式舰空导弹协同制导交接方法*

赵永涛，王义冬，郭强

(1 中国人民解放军92228部队，北京 100072；2 北京机械设备研究所，北京 100039)

0 引言

为对抗反舰导弹的饱和攻击，舰空导弹要具备超视距拦截低空反舰导弹的能力，以扩大舰空导弹的作战空域，使拦截次数增加，从而提高对来袭目标的拦截概率[1-6]。对于半主动寻的制导体制的舰空导弹，超视距拦截时，由于目标在发射平台的视距之外，发射平台的舰载雷达无法探测到目标，同时发射平台的照射器也无法照射到目标。需要协同制导平台与发射平台相互协作，即由协同平台舰载雷达探测跟踪目标，并控制照射器照射目标，发射平台发射导弹后，将导弹引入到协同平台照射器的直波信号区域，将制导权交给协同平台，转入照射制导。

如何确保制导权的可靠成功交接，是实现超视距拦截能力的关键技术[5-10]。文献[10]针对主动式舰空导弹超视距制导交接问题，设计了接力切换式制导交接方案，但由于半主动式舰空导弹的制导机制与主动式制导机制有本质区别，此交接方案不适用于半主动式舰空导弹超视距拦截模式。本文通过研究半主动式舰空导弹超视距拦截流程和无线电通信的工作机制，结合程序弹道解算技术，提出了直接式和交互式2种协同制导交接方法，并对设计的交接方法进行了详细的可行性论证，给出了制导交接的关键技术和实现方案。

1 舰舰协同制导作战流程

舰舰协同制导作战想定为：在作战海域，舰艇A和舰艇B组成协同制导作战舰艇编队，编队间通过数据链进行实时通讯与数据传输，在目标来袭方向上舰艇B处于编队的前方，目标为低空飞行的反舰导弹，处于舰艇编队的视距外。

舰舰协同制导作战流程为：目标低空高速向舰艇编队飞行，随着时间的推移，首先处于舰艇B的视距内；舰艇B发现跟踪目标，并通过编队数据链将火控级的目标信息传送给舰艇A，同时控制照射器对目标实施连续波照射；舰艇A依据接收的目标数据完成舰空导弹的发射；导弹飞入舰艇B照射器直波信号和目标反射回波信号区域，导弹导引头接收直波和目标回波信号，转入末制导飞行段，导弹按末制导控制指令朝向目标飞行，实现对来袭目标的超视距拦截。舰舰协同制导作战如图1所示。

图1 舰舰协同制导示意图Fig.1 Sketch map of ship-ship collaborative guidance handover

2 制导交接方法设计

2.1 直接式交接方法设计

直接式交接方法是指导弹发射后由初制导程序弹道直接飞向平台B照射器直波信号和目标反射回波的波束宽度内，半主动导引头进行直波锁定和回波锁定，从而转入半主动末制导飞行段，实现对目标的拦截。相对于单舰半主动制导，直接式交接就是增加了导弹初制导段的飞行距离，将导弹制导直接交给平台B的照射器，其流程如图2所示。

图2 直接式交接方法流程图Fig.2 Flow chart of direct handover method

由图2，直接式交接方法的具体步骤为：

步骤1：平台B照射器连续照射目标，并通过数据链向平台A实时传送平台B位置速度及时间信息、目标位置速度信息、平台B照射器波束指向信息，并传送照射器照射频率和编码频率。

步骤2：平台A通过数据链实时接收平台B传送的信息，并对接收的信息进行时空一致性处理，平台A火控系统根据自身平台位置速度信息、平台B位置速度信息、目标位置速度信息、平台B照射器波束指向信息，解算导弹初制导程序弹道参数，包括预置装订角和转弯时间参数，使导弹在t=tz-t0时刻(t为导弹飞行时间，tz为导弹初制导转弯所需时间，t0为设定的固定时间)处于平台B照射器直波信号和目标反射信号的波束宽度内。

步骤3：导弹发射后按装订的程序弹道飞行，平台A通过数据链向平台B传送停止数据链信息传送信号,平台B接收信号，停止向平台A传送信息。

步骤4：导弹弹上计算机实时对交接形势进行判断，满足交接条件，启动交接程序。

步骤5:导弹导引头进行直波锁定，完成直波调谐，实现直波跟踪，为导引头提供直波频率基准。

步骤6：导弹导引头进行回波锁定和跟踪，导弹转入末导引控制指令飞行阶段，交接结束。

可见，采用直接式交接方法时，发射平台完成导弹发射后不做任何操作，平台和导弹之间没有信息交互，导弹由弹上计算机控制进行交接形势判断与交接控制。

2.2 交互式交接方法设计

交互式交接方法是指平台A发射导弹后，实时与导弹进行信息交互，对交接过程进行控制，保证导引头对平台B照射器直波信号和目标反射回波信号的锁定跟踪，其流程如图3所示。

由图3，交互式交接方法的具体步骤为：

步骤1：平台B照射器连续照射目标，并通过数据链向平台A实时传送平台B位置速度及时间信息、目标位置速度信息、平台B照射器波束指向信息,并传送照射器照射频率和编码频率。

步骤2：平台A通过数据链实时接收平台B传送的信息，并对接收的信息进行时空一致性处理，平台A火控系统根据自身平台位置速度信息、平台B位置速度信息、目标位置速度信息，解算导弹初制导程序弹道参数。

步骤3：导弹发射后按初制导控制指令飞行，当t=tz时，初制导结束。

步骤4：平台A向导弹发送无线电指令，包括询问信号和制导指令，同时，导弹接收应答机回发应答信号，并根据接收的制导信息生成中制导指令，导弹按中制导控制指令飞行。

步骤5：平台A进行交接形势判断，满足交接条件时启动交接程序。

图3 交互式交接方法流程图Fig.3 Flow chart of interactive handover method

步骤6：平台A向导弹发送开始直波锁定交接信号，导弹导引头开始直波锁定，并将直波锁定状态发送给平台A。

步骤7：导弹导引头开始直波锁定t0时间后，导引头开始回波锁定，并将回波锁定状态发送给平台A。

步骤8：导弹导引头完成回波锁定，导弹转入末导引控制指令飞行，平台A停止发送无线电指令。

步骤9：平台A通过数据链实时向平台B传送交接状态信号，当平台B接收到交接成功信号后,停止向平台A传送信息，交接结束。

相对于单舰半主动制导，交互式交接在导弹的飞行过程中增加了中制导段，导弹按照中制导控制指令朝向目标飞行，发射平台A和导弹之间有信息交互，平台实时掌握交接状态，并对交接进行控制，可靠性高。

3 制导交接方法可行性论证

3.1 直接式交接方法可行性论证

由2.1节可见，实现直接式交接方法，需要解决4项关键技术：实时数据链传送技术、时空一致性转换技术、协同制导程序弹道解算技术和交接形势判断与控制技术。数据链传送和一致性转换技术相关研究也比较成熟[11-13]，本节只对协同制导程序弹道解算技术和交接形势判断与控制技术的实现进行研究。

(1) 协同制导程序弹道解算技术

协同制导程序弹道解算技术的设计方案如图4所示。

图4 协同制导程序弹道解算技术设计方案Fig.4 Scheme of program trajectory solution technology for collaborative guidance

由图4，协同制导程序弹道解算技术的设计思路就是通过装订不同的姿态角和转弯时间，使导弹在初制导段飞入不同的照射器直波信号区域。相对于单舰程序弹道解算技术，协同制导程序弹道解算的转弯时间参数随两平台相对位置信息和目标信息而变化。

设导弹的速度特性一定，装订不同的俯仰角ϑz和转弯时间tz，考虑导弹为一阶延迟环节，初始俯仰角为89°，仿真得出导弹在初制导段的飞行轨迹如图5所示。

图5 导弹初制导段飞行轨迹Fig.5 Flight path of missile in initial guidance stage

从图5可见，装订不同的姿态角和转弯时间，导弹在初制导段可飞入不同的空域，协同制导程序弹道解算技术是可实现的。

(2) 直接式交接形势判断与控制技术

交接形势判断与控制技术的设计思路为：

导弹发射后按装订的程序弹道飞行，当飞行时间t=tz-t0时导引头进行直波锁定，完成直波调谐，实现直波跟踪，为导引头提供直波频率基准；

导弹飞行时间t=tz时，导引头进行回波锁定和跟踪，转入末导引控制指令飞行，交接结束。

可见，导弹弹上计算机依据装订的转弯时间，按照时间序列对交接形势进行判断和交接控制：当t=tz-t0时启动交接程序；当t=tz时进行回波锁定跟踪，同时进行导弹自毁条件判断，交接结束。

3.2 交互式交接方法可行性论证

实现交互式交接方法，需要解决无线电指令发送/接收技术和交接形势判断与控制技术。

(1) 无线电指令发送/接收技术

导弹初制导结束后转入中制导段，平台A将目标位置、速度等制导信息和询问信号发送给导弹，导弹回发应答信号，平台依据接收的应答信号识别、截获导弹，进而测出导弹的位置参数，完成对导弹的跟踪；平台A和导弹通过无线电指令发送/接收技术传送交接信号以实现对交接程序的启动和交接过程的控制。

实现无线电指令发送/接收技术，需要在平台上加装无线电指令发送/应答接收系统设备，在导弹上加装接收应答机[14-15]。

(2) 交接形势判断与控制技术

导弹发射后，平台A根据导弹位置、平台B时空信息、平台B照射器波束指向，对交接形式进行判断，满足交接条件时启动交接程序，并对交接过程进行控制。

交互式交接形势判断技术设计方案如图6所示。

图6 交互式交接形势判断技术设计方案Fig.6 Scheme of the estimation for the interactive guidance handover situation

由图6知交接形势判断技术的设计思路为：

在中制导段，平台A根据两平台的位置速度信息、照射器波束指向和旁瓣宽度，实时解算平台B照射器的直波信号可接收区域，通过平台A跟踪雷达提供的导弹位置信息，实时判断导弹是否飞入照射器的直波信号可接收区域，当判断导弹进入直波信号可接收区域后，考虑导弹位置误差和直波信号可接收区域解算误差，可延时一定时间启动交接程序。

交接控制技术设计方案如图7所示。

图7 交互式交接控制技术设计方案Fig.7 Scheme of interactive handover control technology

由图7，交接控制通过平台与导弹之间发送/接收交接控制信号实现。

3.3 制导交接方法对比分析

直接式交接方法的优点在于其交接控制过程简单，导弹硬件不做任何改动，只需改动导弹弹上计算机飞行控制软件中的直波锁定开始程序，易于实现。然而，由于在导弹发射后，初制导控制指令飞行时间较长，平台和导弹之间无信息交互，平台无法掌握交接状态，不能对交接逻辑进行控制，可靠性低。

交互式交接方法除了要改动导弹弹上计算机飞行控制软件中的直波锁定开始程序、增加回波锁定状态监控程序，还需要导弹加装接收应答机，导弹硬件改变较大。然而，由于引入了中制导段，初制导结束后平台和导弹之间通过无线电指令发送/接收系统进行信息交互，平台实时掌握交接状态，并对交接逻辑进行控制，可靠性高。

4 结束语

本文针对舰舰协同制导半主动式舰空导弹超视距拦截目标时的制导交接问题，首次提出了直接式和交互式2种交接方法，并进行了详细的可行性论证，通过对设计交接方法优缺点的综合比较，建议采用交互式制导交接方法来实现制导权的交接，为舰艇编队实现超视距拦截能力奠定了一定的理论基础。