基于“火分代碼法”的導(dǎo)彈選擇目標(biāo)能力仿真分析＊

江言林，陳圣秋

（海軍兵種指揮學(xué)院，廣州 510430）

0 引言

反艦導(dǎo)彈的目標(biāo)識別選擇性能是影響其打擊精度的關(guān)鍵因素。早期的反艦導(dǎo)彈由于射程較近，主要通過裝訂末制導(dǎo)雷達(dá)搜索圖對目標(biāo)進(jìn)行捕捉選擇，其對艦艇編隊(duì)預(yù)定目標(biāo)的選擇能力十分有限。隨著導(dǎo)彈制導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展，反艦導(dǎo)彈目標(biāo)識別選擇技術(shù)得到很大發(fā)展[1]，其中“火分代碼法”是目前新型反艦導(dǎo)彈使用較多的一種目標(biāo)識別技術(shù)。所謂“火分代碼法”是指將艦艇編隊(duì)內(nèi)每一個(gè)目標(biāo)的位置與雷達(dá)反射面積等信息參數(shù)變換成相應(yīng)的狀態(tài)代碼，在導(dǎo)彈發(fā)射前，將雷達(dá)相應(yīng)搜索圖和要攻擊目標(biāo)的特定狀態(tài)代碼同時(shí)裝訂到彈上計(jì)算機(jī)，當(dāng)導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)搜索相關(guān)海域時(shí)，根據(jù)裝訂的狀態(tài)代碼，錄取滿足一定規(guī)則要求的目標(biāo)。文中通過建立導(dǎo)彈“火分代碼法”識別選擇模型進(jìn)行相關(guān)定量分析，研究各種因素對導(dǎo)彈選擇能力的影響及提高反艦導(dǎo)彈選擇能力的方法。

1 火分代碼法對目標(biāo)選擇分析模型

1.1 目標(biāo)編隊(duì)和導(dǎo)彈運(yùn)動模型

目標(biāo)編隊(duì)航行時(shí)，其隊(duì)形一般是保持不變的，即編隊(duì)內(nèi)各目標(biāo)的航向、航速相同。為了描述導(dǎo)彈與目標(biāo)的相對運(yùn)動位置，需建立地面坐標(biāo)系 （O，X，Y，Z）。此時(shí)，以反艦導(dǎo)彈發(fā)射時(shí)刻艦艇所在的位置點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以O(shè)X 軸指向正東方向，以O(shè)Y軸指向正北方向，OZ軸按右手規(guī)則確定。在地面坐標(biāo)系中可根據(jù)編隊(duì)特征（編隊(duì)間距、編隊(duì)類型、編隊(duì)航向），確定編隊(duì)內(nèi)各目標(biāo)相對于編隊(duì)中心點(diǎn)的位置。假設(shè)t時(shí)刻編隊(duì)中心點(diǎn)的位置為Mt（Xmt，Ymt），編隊(duì)由n個(gè)目標(biāo)組成，其在地面坐標(biāo)系中相對于編隊(duì)中心點(diǎn)的位置分別為（Xm1，Ym1），（Xm2，Ym2），…，（Xmi，Ymi），…，（Xmn，Ymn）。t時(shí)刻編隊(duì)中目標(biāo)i在地面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為：

當(dāng)反艦導(dǎo)彈到達(dá)自控飛行終點(diǎn)時(shí)，在地面坐標(biāo)系中編隊(duì)目標(biāo)中心相應(yīng)的概略前置點(diǎn)[2]位置為：

而當(dāng)反艦導(dǎo)彈到達(dá)自控飛行終點(diǎn)時(shí)，在地面坐標(biāo)系中導(dǎo)彈的位置為：

式中：Tzk為導(dǎo)彈自控飛行時(shí)間；Xm1、Ym1為編隊(duì)中心點(diǎn)概略前置點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)；Xm0，Ym0為編隊(duì)中心點(diǎn)理論前置點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)；vm為編隊(duì)目標(biāo)航速；Cm為編隊(duì)目標(biāo)航向；vd為導(dǎo)彈飛行速度；Cd為導(dǎo)彈攻擊目標(biāo)時(shí)進(jìn)入方位；t0為武器通道延遲時(shí)間；σc為編隊(duì)目標(biāo)航向誤差；σv為編隊(duì)目標(biāo)航速誤差；R為目標(biāo)定位誤差；ξcm為目標(biāo)編隊(duì)航向誤差，（°）；ξvm為目標(biāo)編隊(duì)航速誤差，m／s；ξxm為目標(biāo)編隊(duì)定位誤差，m；ξzm為目標(biāo)編隊(duì)橫向誤差，m；Xd1、Yd1為反艦導(dǎo)彈到達(dá)自控飛行終點(diǎn)時(shí)位置的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)；Xd0、Yd0為反艦導(dǎo)彈發(fā)射點(diǎn)位置的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)；Rf為導(dǎo)彈到達(dá)自控飛行終點(diǎn)時(shí)的飛行散布誤差。

1.2 導(dǎo)彈錄取目標(biāo)模型

為描述導(dǎo)彈對目標(biāo)的捕捉過程，需建立導(dǎo)彈捕捉坐標(biāo)系。導(dǎo)彈捕捉坐標(biāo)系原點(diǎn)位置為導(dǎo)彈彈體質(zhì)心O0，O0X0軸與彈體縱軸重合，指向?qū)楊^部為正，O0Z0軸在彈體縱向?qū)ΨQ平面內(nèi)與O0X0軸垂直，O0Z0向上為正，OY0軸按右手規(guī)則確定。當(dāng)導(dǎo)彈到達(dá)自控飛行終點(diǎn)，末制導(dǎo)雷達(dá)開始搜索和錄取目標(biāo)。在捕捉坐標(biāo)系中，當(dāng)導(dǎo)彈采用“火分代碼法”對目標(biāo)進(jìn)行識別選擇時(shí)，只要某個(gè)mi目標(biāo)滿足[3]：

這個(gè)目標(biāo)即被保留，并記錄下目標(biāo)相對導(dǎo)彈的距離、角度。式中：α為末制導(dǎo)雷達(dá)方位搜索半寬度；β為末制導(dǎo)雷達(dá)波束半寬；θi為目標(biāo)mi在捕捉坐標(biāo)系中的角度；ri為目標(biāo)mi在捕捉坐標(biāo)系中的距離；rmin為末制導(dǎo)雷達(dá)搜索波門近界；rmax為末制導(dǎo)雷達(dá)搜索波門遠(yuǎn)界。

1.3 導(dǎo)彈選擇目標(biāo)模式

當(dāng)反艦導(dǎo)彈采用“火分代碼法”時(shí)，主要有“選方位中間”、“選左邊”、“選右邊”、“選最近”和“選最遠(yuǎn)”5種目標(biāo)選擇模式。

選中間目標(biāo)的判別模型：

式中：θmin為末制導(dǎo)雷達(dá)捕捉到目標(biāo)角度的最小值；θmax為末制導(dǎo)雷達(dá)捕捉到目標(biāo)角度的最大值；n為末制導(dǎo)雷達(dá)捕捉到的目標(biāo)總數(shù)。選左邊目標(biāo)的判別模型[4]為：

選右邊目標(biāo)的判別模型：

選最近目標(biāo)的判別模型：

選最遠(yuǎn)目標(biāo)的判別模型：

2 仿真計(jì)算流程

導(dǎo)彈采用“火分代碼法”對目標(biāo)進(jìn)行選擇的仿真流程如圖1所示。

圖1 導(dǎo)彈火分目標(biāo)選擇仿真流程圖

計(jì)算仿真次數(shù)，若沒有超過設(shè)定的仿真總次數(shù)，開始當(dāng)次仿真，若超過設(shè)定的仿真總次數(shù)，則結(jié)束仿真，并輸出仿真結(jié)果。此時(shí)，可得導(dǎo)彈選中預(yù)選目標(biāo)的次數(shù)n，該次數(shù)與總模擬次數(shù)N的比值即為導(dǎo)彈對預(yù)選目標(biāo)的選擇概率，即：

3 仿真實(shí)例與分析

初始態(tài)勢[5]：武器通道延遲時(shí)間100s；導(dǎo)彈飛行速度0.8 Ma，導(dǎo)彈射程取250km；末制導(dǎo)雷達(dá)搜索遠(yuǎn)界30km，搜索近界5km，搜索扇面±30°，導(dǎo)彈自控飛行終點(diǎn)散布誤差3km，導(dǎo)彈選擇向“編隊(duì)中心概略前置點(diǎn)”射擊；遠(yuǎn)程探測平臺測得的編隊(duì)目標(biāo)航向?yàn)?°，編隊(duì)目標(biāo)航速為20kn，編隊(duì)目標(biāo)為5個(gè)目標(biāo)組成的環(huán)形隊(duì)，編隊(duì)隊(duì)形如圖2所示，1＃、2＃、3＃、4＃、5＃分別代表編隊(duì)中的1～5號目標(biāo)；仿真次數(shù)10000次。

圖2 環(huán)形編隊(duì)隊(duì)形

3.1 目標(biāo)引導(dǎo)數(shù)據(jù)精度對導(dǎo)彈目標(biāo)選擇性的影響

參數(shù)輸入：目標(biāo)艦間間距為20cab，目標(biāo)選擇模式選擇“選中間目標(biāo)”。當(dāng)引導(dǎo)數(shù)據(jù)取不同精度時(shí)，導(dǎo)彈從不同方位進(jìn)入對5＃目標(biāo)的選擇概率如圖3（0°～90°范圍內(nèi)）所示，表1為導(dǎo)彈對5＃目標(biāo)攻擊的導(dǎo)彈有效選擇角度（導(dǎo)彈有效選擇角度指導(dǎo)彈從此角度進(jìn)入攻擊目標(biāo)，能以較高概率選擇到預(yù)定目標(biāo)，文中設(shè)當(dāng)目標(biāo)選擇概率大于0.85時(shí)，導(dǎo)彈進(jìn)入角度為有效選擇角度）。

圖3 不同引導(dǎo)精度時(shí)，導(dǎo)彈從不同方位進(jìn)入對5＃目標(biāo)的選擇概率

表1 不同引導(dǎo)數(shù)據(jù)精度對導(dǎo)彈選擇5＃目標(biāo)有效選擇角度的影響

3.2 編隊(duì)目標(biāo)間距對導(dǎo)彈目標(biāo)選擇性的影響

參數(shù)輸入：目標(biāo)航向均方差為3°，航速均方差為1.5kn，目標(biāo)定位誤差為3km，目標(biāo)選擇模式選擇“選中間目標(biāo)”。

當(dāng)編隊(duì)目標(biāo)間距d取不同數(shù)值時(shí)，導(dǎo)彈從不同方位進(jìn)入對5＃目標(biāo)的選擇概率如圖4所示。

3.3 仿真結(jié)果分析

通過對不同條件下，采用“火分代碼法”，導(dǎo)彈從不同方位進(jìn)入對預(yù)選目標(biāo)的選擇概率進(jìn)行計(jì)算，得出如下結(jié)論：

1）導(dǎo)彈進(jìn)入方位對導(dǎo)彈目標(biāo)選擇性影響明顯。同一火分目標(biāo)選擇模式，導(dǎo)彈從不同方位進(jìn)入，選擇概率明顯不同，應(yīng)盡量從導(dǎo)彈有效選擇角度進(jìn)入，以提高導(dǎo)彈對特定目標(biāo)的識別選擇概率。

2）引導(dǎo)數(shù)據(jù)的精度對導(dǎo)彈識別選擇性能影響很大。引導(dǎo)數(shù)據(jù)精度越高，導(dǎo)彈的目標(biāo)選擇性越好，導(dǎo)彈的有效選擇角度也越大。

3）編隊(duì)目標(biāo)艦間間距對導(dǎo)彈目標(biāo)選擇性影響很大。編隊(duì)艦間間距越大，導(dǎo)彈的目標(biāo)選擇性就越好。

4）導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)搜索區(qū)域的大小，直接影響到導(dǎo)彈識別選擇性能。導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)搜索區(qū)域越小，目標(biāo)選擇性越好。應(yīng)在確保導(dǎo)彈對目標(biāo)有效捕捉的條件下，適當(dāng)縮小導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)的搜索區(qū)域，以提高導(dǎo)彈的目標(biāo)選擇能力。

5）在其他條件相同的情況下，采用適當(dāng)?shù)幕鸱执a，能夠提高識別選擇出艦艇編隊(duì)中特定攻擊目標(biāo)的概率。

圖4 不同編隊(duì)間距時(shí)，導(dǎo)彈從不同方位進(jìn)入對5＃目標(biāo)的選擇概率

4 結(jié)論

通過對采用“火分代碼法”導(dǎo)彈的選擇能力仿真分析可知，此種方法對編隊(duì)目標(biāo)的選擇能力與引導(dǎo)數(shù)據(jù)精度、編隊(duì)目標(biāo)間距、編隊(duì)目標(biāo)運(yùn)動方向、末制導(dǎo)雷達(dá)搜索區(qū)域設(shè)置和火分代碼選擇等諸多因素有關(guān)。因此，必須在掌握多種目標(biāo)和導(dǎo)彈信息參數(shù)的基礎(chǔ)上，綜合設(shè)計(jì)導(dǎo)彈的目標(biāo)搜索選擇方案，以充分利用“火分代碼法”的目標(biāo)選擇性能，提高導(dǎo)彈對編隊(duì)特定目標(biāo)的打擊精度。

[1]顏仲新，楊祖快，劉鼎臣.反艦導(dǎo)彈搜捕方式的變革與發(fā)展[J].飛航導(dǎo)彈，2002（9）：48－51.

[2]劉輝建，江言林.基于航路規(guī)劃的導(dǎo)彈“概略前置點(diǎn)”射擊方式研究[J].軍事運(yùn)籌與系統(tǒng)工程，2008（2）：45－49.

[3]王光輝，趙建軍，嚴(yán)建鋼，等.反艦導(dǎo)彈對編隊(duì)預(yù)選目標(biāo)捕捉概率模擬算法[J].海軍航空工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，16（4）：481－484.

[4]嚴(yán)建鋼，王光輝，楊曉華.末制導(dǎo)雷達(dá)目標(biāo)選擇模式研究[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)，2004，24（4）：132－135.

[5]紀(jì)永清，董文洪，唐金國.海軍兵種武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估[M].北京：海潮出版社，2000.