超視距空戰中目標機動意圖評估

王利芳， 李 莉， 聶志強

(中國航空工業洛陽電光設備研究所，河南洛陽 471009)

0 引言

在超視距空戰中，當作戰雙方飛機和機載武器性能相當時，誰先敵發現，誰先占據有利攻擊位置，誰就能取得制勝的先決條件。為了占據有利攻擊位置，正確評估目標機動意圖、把握目標機動路線顯得非常重要，它是實現占位機動的決策依據。

目標機動意圖的評估跟其他領域的評估問題不同，即目標存在對抗，目標為掩蓋其真實機動意圖而做出一些帶有欺騙性質的戰術行為，給目標機動意圖準確評估帶來困難。從國內外研究情況來看，這方面的工作很少有人涉及，因此在目標做出欺騙行為的前提下，機動意圖評估的準確方法是目標機動意圖評估問題的主要研究方向。本文提出了一種有效的評估算法，并通過仿真驗證了該算法的正確性，對工程應用有很大的參考價值。

1 目標機動意圖評估算法

目標機動意圖評估可以根據測量、估計的目標速度、加速度等運動參數，建立評估模型來實現，一般包括信息獲取、特征提取、意圖推理等步驟。

針對超視距空戰，本文提出一種比較實用的目標機動意圖評估算法，該方法的前提假設［1－2］是:1)空戰區域在本機的前半球(傳感器探測區)展開;2)不論目標機是否發現本機，均認為目標機動都是有目的的機動。

目標機動意圖評估算法［3－4］模型如圖1所示。

圖1 目標機動意圖評估模型Fig.1 The assessment model of target maneuvering intention

1.1 目標特征提取

目標特征變量提取主要為目標方位角ψ，目標進入角q，目標航跡角η和目標距離R。其中:目標航跡角η和進入角q預示目標未來可能的運動軌線;目標方位角ψ和目標距離R預示著目標未來的可能意圖，即目標欲形成有利于自身的空戰態勢。參數幾何意義如圖2所示，具體定義如表1所示。目標方位角和航跡角如圖3、圖4所示。

圖2 目標機動特征參數的幾何意義Fig.2 The geometric meaning of target maneuvering characteristic parameters

表1 特征變量定義Table 1 The definition of charcteristic parameters

圖3 目標方位角示意圖Fig.3 The sketch map of target azimuth angle

圖4 目標航跡角示意圖Fig.4 The sketch map of target flight path angle

獲得目標方位信息后，判斷目標相對本機的大致位置，如圖5所示。

圖5 目標相對本機的位置圖Fig.5 The target's relative position

1.2 目標運動預測

要評估目標的機動意圖，首先要預測目標的運動參數，文中采用了交互式多模型算法［5－6］(IMM)。

在IMM算法中，采用3個勻速轉彎模型，一個主模型，兩個對稱分布的子模型。其中，當前主模型的角速度ω(k)為此時刻估計出來的法向加速度值與切向速度值相除。

以位置、速度、加速度為狀態變量，勻速轉彎模型對應的二維離散時間系統表達式為

IMM算法的基本框架如圖6所示。

圖6 IMM算法框圖Fig.6 IMM algorithm

1.3 目標攻擊威脅判斷

本機指揮控制系統識別出目標為作戰目標后，計算目標特征參數，根據目標特征參數計算結果判斷，進行攻擊威脅判斷［3－4］。

1)目標進入角。提取當前時刻t前后的5個進入角信息，若滿足|q－180°|＜10°，則判斷目標有可能攻擊本機。

2)目標航跡角。提取當前時刻t前后的5個航跡角信息，若目標機相對本機的航跡角逐漸減小，則目標機有可能攻擊本機;當目標對本機無進攻趨勢時，其航跡與本機的夾角逐漸增大，甚至超過90°。

3)相對距離。提取當前時刻t前后的5個距離信息，若目標機與本機的相對距離逐漸減小，則判斷目標有可能攻擊本機;當目標與本機的相對距離小于目標機的有效攻擊范圍時，則可認為目標機要實施攻擊。

只要滿足上述條件之一，則認為該目標存在威脅攻擊;否則認為不存在威脅。

1.4 目標機動意圖評估

依據1.3節的判斷結果，若目標對本機有攻擊威脅，則進一步評估目標的機動意圖，如圖7所示。目標機動意圖大致分為下列9種:a為迎頭逼近;b為左垂直機動擺脫;c為側向包抄;d為同向擺脫;e為右垂直機動擺脫;f為前側逼近;g為前側擺脫;h為前側包抄;i為后側包抄。

圖7 目標機動意圖定義Fig.7 The definition of target maneuvering intention

2 仿真結果與分析

為驗證目標機動意圖算法的正確性，進行了仿真，仿真軟件流程如圖8所示。

圖8 目標機動意圖評估流程Fig.8 Flow chart of target maneuvering intention assessment

仿真初始條件:本機做勻速直線運動，Ma數為0.8，航向角為 180°，飛行高度為 5 km，在橫軸方向上距離目標130 km，即本機的初始位置為Xm0=130000 m，Ym0=5000 m，Zm0=0 m;目標機的初始飛行Ma數為0.8，航向角為0°，初始位置為 Xm0=0 m，Ym0=5000 m，Zm0=20000 m。

在本仿真中，目標按照空戰中常用的迎頭規避側向攻擊的戰術機動。將仿真過程劃分為A、B、C、D、E、F 6個階段:A段對應時間1～20 s，目標做直線運動，機動意圖為迎頭逼近;B段對應時間21～28 s，目標向左做大機動轉彎，機動意圖為迎頭左垂直機動;C段對應時間29～50 s，目標做直線運動，機動意圖為左垂直機動擺脫;D段對應時間51～55 s，目標向右做大機動轉彎，機動意圖為右垂直機動;E段對應時間56～86 s，目標做直線運動，機動意圖為前側逼近;F段對應時間87～99 s，目標向右做小機動轉彎，機動意圖為側向包抄，仿真畫面如圖9所示，仿真結果見表2。

表2 仿真評估結果Table 2 The assessment results of simulation

由表2可看出，目標實際機動意圖與評估結果相符合，驗證了該目標機動意圖評估算法的正確性，對工程應用有一定的參考價值。

圖9 目標與本機飛行軌跡Fig.9 Flight paths of the two sides'aircraft

3 結論

目標機動意圖評估算法結合測量、估計的目標運動速度、角速度和機動特征，判斷目標機動運動屬于哪一種機動意圖，通過仿真驗證了該算法的正確性，對工程應用有很大的參考價值。

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