岛礁环境下空舰导弹搜索航向优选

王培源，高 锐，王艳娜，王俊敏

（1.海军航空大学，山东烟台264001；2.32182部队，北京100000；3.91001部队，北京100089）

空舰导弹具有射程远、命中精度高、毁伤效果好等特点，是打击水面舰艇目标的重要手段，对海上作战的胜负发挥着举足轻重的作用[1-5]。在岛礁环境中，空舰导弹的攻击效果受到了岛礁的严重影响[6-7]。选择合适的搜索航向，提高空舰导弹对岛礁区舰船目标的搜捕概率[8-9]，这是克服岛礁影响的重要方面之一。

目前，针对空舰导弹作战的研究成果较为丰富，空舰导弹航路规划[10]、攻击参数[11-13]优化、搜捕能力[14]等方面有深入研究。关于岛礁环境下的作战问题，重点研究了打击方法[15]、制导技术[16]、搜索参数[17]、背景抑制方法[18]等问题，相关成果为本文研究提供了借鉴和基础。

1 空舰导弹搜索航向与岛礁的影响

空舰导弹发射后，通常沿着预先规划的航路飞行，最终将转向目标[19-20]。当满足开机距离后，开启弹载末制导雷达，按照设定的搜索图对海区实施搜索。此时，导弹飞行航向定义为搜索航向，如图1所示。

图1 空舰导弹搜索航向示意图Fig.1 Search course schematic diagram of air-to-ship missile

导弹目标两者连线，与搜索航向之间的夹角，定义为导弹攻击角。

空舰导弹从A 点发射，打击位于岛礁外侧T 点的水面舰艇目标。图1 给出了2 条可能的飞行航路，Q1Q2与P3P4为搜索航向。显然，搜索航向影响末制导雷达开机时的搜索范围。如果设置不合理，打击目标、岛礁可能同时落入其搜索范围。

假设岛礁最小外切圆半径为R岛，水面舰艇目标与岛礁外切圆的最小距离为d目岛；空舰导弹末制导开机时的搜索航向为ψ弹，如图2所示。

图2 打击岛礁区水面舰艇目标时导弹搜索航向划分Fig.2 The division of missile search course for attacking surface ship targets in the island area

通过航路规划，理论上可使ψ弹的取值为0°～360°。如果将ψ弹的起点平移至目标点，则可将ψ弹的取值区间划分为如图2所示的4个区间。目标与岛礁外切圆的2条切线，将区域划分为4部分。

1）若ψ弹取值位于1 区或3 区（图2 中所示的ψ弹值位于1区），即水面舰艇目标位于岛礁的侧方（1区即目标位于岛礁右侧、3 区则为左侧），选择合适的捕获方式（如果位于1区，则捕获方式设置为“选右”，位于3区则设置为“选左”）等，可以实现较高的概率截获预定目标；

2）若ψ弹取值位于2 区，则导弹、岛礁、水面舰艇目标位于一条线上，即目标位于岛礁后方，当导弹末制导开机时，水面舰艇目标“躲在”岛礁的雷达波“阴影”内难以被发现，导弹将搜捕到岛礁。因此，必须力图避免使得ψ弹值落入此区间；

3）若ψ弹取值位于4 区，则导弹、水面舰艇目标、岛礁位于一条线上，即目标位于岛礁的前方，如果目标与岛礁距离d目岛过小，将导致水面舰艇目标的雷达回波湮没于岛礁的回波，因而难以识别出水面舰艇目标；但如果d目岛较大时，可以选择合适的捕获方式（设置为“选近”）等，也能以较高的概率截获预定目标。

因此，当导弹搜索航向位于1区或3区时，应根据导弹末制导雷达开机位置，合理选择搜索航向，降低岛礁的影响。

2 空舰导弹搜索航向建模

水面舰艇目标位于岛礁左侧或右侧，其分析方法类似。因此，以右侧为例进行分析，此时空舰导弹末制导搜索航向位于1区。

2.1 目标与岛礁距离约束

如果水面舰艇目标与岛礁距离较近，一旦末制导雷达开机，岛礁和目标都将进入导引头的探测范围。此时，只要雷达导引头能分辨出岛礁、水面舰艇，且满足方向上的间隔角度要求，通过“选右”模式，即可捕捉到预定的目标。

所谓间隔角度，是指导弹与岛礁外切圆的切线、导弹与目标连线，两者的夹角。

但是，如果间隔角度φ 不满足雷达导引头方向上的最小间隔角度φmin的要求，就极易出现将岛礁视为目标进行攻击，如图3所示。

当雷达导引头开始搜索时，必须满足

因此，有

式（2）中，dDM表示导引头开机搜索时刻空舰导弹与水面舰艇目标的距离。

图3 水面舰艇目标位于岛礁右侧时雷达导引头开机搜索扇面Fig.3 Radar searching sector when the target of surface ship is on the right side of the reef

综上分析，当水面舰艇目标位于岛礁右侧时，只要满足式（2），则依据“选右”模式即可避开岛礁的影响视线，正确捕捉水面舰艇目标。

2.2 弹载雷达导引头搜索扇面要求

空舰导弹末制导水平波束角，决定了最小间隔角度φmin的大小。水面舰艇目标恰好位于导引头搜索扇面的近界Rnear、远界Rfar这2个临界值时，可得到此时的最小d目岛随着最小间隔角度φmin而变化的结果，如表1所示。

表1 最小间隔角变化时的最小d目岛Tab.1 Minimum d目岛with the change of the minimum spacing angle

由表1可知，若目标与岛礁的距离小于350 m（角度分辨力为1°的雷达导引头，搜索扇面远界最小值20 km 时所能分辨的距离）或1.74 km（角度分辨力为5°的雷达导引头，搜索扇面远界最小值20 km 时所能分辨的距离），则难以正确捕捉预定的水面舰艇目标。

2.3 搜索航向的计算模型

设水面舰艇目标位置固定、其与岛礁的最近点为E 点，当空舰导弹开机距离R开机一定时，B 点与岛礁外切圆相切于E 点，则只有当空舰导弹从图4所示的B 点进入，才可以使得φ 取到最大值，有

图4 开机距离一定时导引头方向上的最大间隔角度Fig.4 Maximum spacing angle in the seeker direction when the boot distance is fixed

1）设雷达导引头搜索扇面为左右各ψ扇面，若φmax>ψ扇面时，空舰导弹的搜索航向按照下式计算：

式中，ψ目岛表示目标指向岛礁中心的方位角，可根据目标和岛礁的坐标解算得出。

此时，岛礁将不会落入导弹雷达导引头的搜索扇面范围内，因而有很高概率搜捕到预定的水面舰艇目标。

2）若φmax<ψ扇面时，空舰导弹的搜索航向可按照下式计算：

此时，岛礁将落入空舰导弹雷达导引头的搜索扇面内，可以通过设置“选右”模式，将岛礁排除，从而以较高的概率搜捕预定的水面舰艇目标。

3 仿真示例

假定水面舰艇位于岛礁附近西南侧，距岛礁海岸线的距离为1 km。岛礁近似为圆形，直径为500 m。目标与岛礁中心连线的方位ψ目岛为15°。空舰导弹搜索扇面为左右各10°，即ψ扇面=10°。

为了打击目标，必须选择合适的搜索航向、空舰导弹开机点等诸元，从而提高正确搜捕水面舰艇目标的概率。

1）最大间隔角的变化。当空舰导弹开机距离R开机为15 km 时，随着d目岛取值的变化，可得φmax的变化如表2所示。

表2 开机距离15 km 时不同d目岛的最大间隔角φmaxTab.2 Maximum spacing angle φmax with different d目岛when the startup distance is 15 km

由表2 可知，若d目岛的值不到0.26 km，则最大间隔角将不超过1.0°，要求雷达导引头的角度分辨率不大于1°时，才可能捕捉到预定目标；若雷达导引头角度分辨率为5°，则d目岛的值须不小于1.3 km。

当开机距离从20 km 逐步减少到5 km 时，可得结果如图5所示。

图5 最大间隔角随目岛距离的变化趋势Fig.5 Variation trend of the maximum spacing angle with the distance between the target and the island

由图5可知，随着开机距离的逐渐减小，最大间隔角φmax在逐步增加。也就是说，通过减小开机距离，可以增大最大间隔角，从而降低捕捉岛礁的概率，提高正确搜捕水面舰艇目标的概率。以1°、5°为界，可得如表3所示的计算结果。

由表3可知，对于分辨率不超过1°的雷达导引头角度，即使水面舰艇目标与岛礁的距离有349 m，只要开机距离小于20 km，即有较高搜捕概率；而对于分辨率5°的导引头，在目岛距离不到436 m 时，若开机距离5 km 以上，便难以准确搜捕预定目标。

表3 最大间隔角1°和5°时的目岛距离Tab.3 The distance between the target and the reef at the maximum spacing angle of 1° and 5°

2）搜索航向计算。首先，分辨出水面舰艇目标与岛礁的要求；然后，仿真计算得出不同开机距离下的最大间隔角度，见图6。可见，若雷达导引头角度分辨率为5°，则当前情况下开机距离不能大于11.47 km。

图6 开机距离影响下的最大间隔角Tab.6 Maximum spacing angle under the influence of boot distance

若导弹开机距离5 km，则最大间隔角为11.4°，大于ψ扇面，故搜索航向为ψ弹=ψ目岛+90+ψ扇面=115°。∘

若设置导弹开机距离为10 km ，则最大间隔角φmax为5.7°，小于ψ扇面。因此，搜索航向为：

为提高搜捕概率，此时须要将导弹的捕获方式设置为“选右”模式，以排除岛礁的干扰。

4 结束语

空舰导弹是打击水面舰艇目标的利器，但岛礁的存在给打击作战带来了挑战。为提高打击岛礁区水面舰艇目标的能力，本文在定性分析空舰导弹搜索航向影响的基础上，建立搜索航向计算模型，为空舰导弹作战使用中，搜索航向的优化提供依据，为降低岛礁影响、提高正确搜捕水面舰艇目标的能力提供参考。