數據鏈遠程目標指示位置誤差計算方法研究

2014-04-12 00:00:00張鑫博楊曉萍

現代電子技術 2014年2期

摘要：數據鏈是現代武器平臺廣泛裝備的無線數據通信系統，通過與各種傳感器交聯，使各類平臺獲得強大的戰場態勢共享和感知能力。目標指示是數據鏈系統的基本功能，武器平臺可以通過探測平臺數據鏈目標指示信息，實現對目標的超視距精確打擊。在此以艦載直升機為驅逐艦作目標指示為例，提出了一種通過組織試驗獲得目標指示誤差數據，然后根據制導武器工作原理，綜合評估分析，獲得數據鏈目標指示是否滿足導彈攻擊精度要求的方法。該遠程目標指示綜合位置誤差計算方法可以應用于數據鏈系統相關功能作戰使用能力評估。

關鍵詞：遠程目標指示；試飛；誤差計算；數據鏈系統

中圖分類號： TN964?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）02?0013?03

0 引言

現代大型導彈驅護艦上都裝有遠程艦?艦導彈（射程100 km以上），但受到視距限制，艦載雷達無法直接探測遠距離海面的敵艦目標。在沒有得到目標準確位置信息的情況下，無法使用遠程艦?艦導彈直接對敵目標實施攻擊。

數據鏈被稱為“戰爭中作戰能力的倍增器”[1]，通過它戰場各平臺可實現高度的信息共享和感知，其是信息化戰爭中的“數字化戰場中樞系統”。隨著裝備信息化進程的加速，目前國內外各種武器平臺大都加裝了數據鏈系統，而擁有數據通信機群的作戰效能遠高于不具備數據通信的機群[2]。現代大型導彈驅護艦均搭載有艦載直升機，使用直升機作為探測節點，與載艦通過數據鏈組網。艦載直升機在離載艦一定距離的上空，使用直升機搜索與跟蹤雷達，測得遠距敵艦信息，然后由直升機綜合戰術處理系統解算出敵艦的實時位置、航向、航速等信息。直升機通過數據鏈路，將這些敵艦信息數據傳輸給載艦，進行遠程目標指示。母艦根據目指信息裝訂目標發射艦?艦導彈，從而實現母艦對敵目標的超視距攻擊，這種方法即“中繼法”[3]。美軍諸如LINK11、LINK16等數據鏈均具備此類功能。遠程目指功能如圖1所示[4]。

由于艦?艦導彈末端制導能力存在差異，對遠程目標指示精度的要求并不相同。為了解各型艦?艦導彈在艦載直升機的遠程目標指示下，能否完成對敵目標艦的精確遠程打擊，就需要對目指信息的綜合位置誤差進行計算，從而研究遠程目標指示能否滿足各型艦?艦導彈攻擊要求。

1 目標指示綜合位置誤差計算

目標指示綜合位置誤差的主要來源有直升機雷達測距和測向誤差，直升機慣導定位誤差和航向誤差，直升機綜處解算誤差，綜合數據鏈傳輸延遲誤差等多個誤差源。這里只考慮最終對目標指示的影響，因此不分析各誤差源的影響。

艦艦導彈是根據目標位置、航速和航向做預置點方式攻擊的，這就可以確定，目標指示綜合位置誤差是目標定位誤差、航速誤差和航向誤差的綜合。

艦?艦導彈實際攻擊中，從母艦裝訂目標攻擊到導彈飛到末端制導雷達啟動捕獲目標這段時間可稱為滯后時間T。滯后時間視主要導彈飛行速度和射程而定，從幾分鐘到十幾分鐘甚至更長。該時間內，目標艦仍是運動的，在目標定位、航速、航向均存在誤差這種情況下，目標指示綜合位置誤差如圖2陰影區所示的散布區域。

該區域可用目標散布區的外接橢圓近似來表示，由于航速誤差和航向誤差相互獨立且均可認為是正態分布，因此認為目標指示綜合位置誤差服從于二維正態分布，橢圓長短軸分別為目標航速、航向誤差均方差分別為：σV=ΔVT，σK=ΔKVT。式中：ΔV為目標速度誤差（1σ）；T為導彈飛行時間；ΔK為目標航向誤差（1σ，rad）；V為目標速度。

將目標航速、航向誤差導致的目標運動位置誤差與目標定位誤差合成，形成目標指示綜合位置誤差為：

[σx=σ2WZx+σ2V12] （1）

[σy=σ2WZy+σ2K12] （2）

在此，用50%圓概率誤差（CEP）表示目標指示綜合位置誤差。接下來從誤差的分布特性開始，推導CEP的算法。

[f（x，y）=12πσxσy1-ρ2e-12（1-ρ2）·[（x-μx）2σ2x-2ρ（x-μx）（y-μy）σxσy+（y-μy）2σ2y]] （3）

[f（x，y）=12πσxσye-12·[（x-μx）2σ2x+（y-μy）2σ2y]] （4）

[P（R）=CR12πσxσye-12·[（x-μx）2σ2x+（y-μy）2σ2y]dxdy=0.5] （5）

式中CR為x2+y2=R2。

假設均值[μx=μy=0]，則

[P（R）=CR12πσxσye-12·[x2σ2x+y2σ2y]dxdy=0.5] （6）

積分得[CEP=R=F（σx，σy）]。

在[σx=σy=σ]的情況下，則：

[P（R）=GR12πσ2e-12σ2（x2+y2）dxdy=0.5] （7）

CEP=R=1.177σ。

在[σx≠σy]的情況下，進行近似積分：

[CEP=R=1.177σx+σy2=0.59（σx+σy）] （8）

根據公開的外軍數據鏈資料顯示，數據鏈遠程目指指示的內容可能有兩種：提供目標位置參數（經度、緯度），目標運動參數未知；提供目標位置參數（經度、緯度）和目標運動參數（航速、航向）。如果目標指示的數據全面，包括目標的位置參數和運動參數，而且這些參數的誤差為0，則目標位置散布區為一確定點，即目標所在點。如果目標指示數據不全面，或者目標指示數據的精度較差，則存在目標散布區域。例如目標速度Vm=150 m/s，而目標的航向未知，假設滯后時間T=10 min，則目標在滯后時間內的運動距離S=90 km，則目標散布區域是以目標指示點的坐標點為圓心，以90 km為半徑的圓。

下面根據目指提供的內容，分兩種情況進行分析。

（1）目指提供目標位置參數，目標運動參數未知[5]。

如圖3所示，這種情況下目標散布區是以目標位置坐標點A為圓心，以R′=T×Vmax為半徑的圓。其中Vmax為目標最大可能速度。再考慮由于目標指示位置誤差給目標位置散布區帶來的誤差，則R=R′+ΔR，因此目標散布區域為圖3所示的圓形陰影區。

該遠程目標指示條件下，艦?艦導彈實施現在點攻擊方式，對應的誤差為指示位置誤差與目標運動誤差的綜合。該方差服從二維正態分布，隨機點落在3倍均方差圓內的概率幾乎是必然的，因此可確定遠程目指位置綜合誤差均方差為：

[σMZx=σMZy=（σWZ+σVmax）12] （9）

式中，σVmax=Vmax[T3，]Vmax為目標最大可能速度，T為滯后時間。

圖3 目標散布區域為圓形陰影區

下面使用虛擬數據進行仿真計算：

假設導彈飛行距離約100 km，導彈速度900 km/h，則獲得T≈6.7 min，Vmax=15 m/s。

σVmax=Vmax[T3]=2 000 m，計算GPS位置誤差，統計得到σWZ=300 m。

σx=σy=（σ2WZ+σ2Vmax）[12]=2 022 m，CEP=R=1.177σ=2 381 m。

（2）目指提供目標位置和運動參數。

如圖2所示，在這種情況下，由于航向誤差和速度誤差會造成散布區域，如圖中的陰影區所示。

該遠程目標指示條件下，艦?艦導彈實施預測點攻擊方式。對應的誤差為指示位置誤差與指示航速、航向誤差的綜合，可以用目標散布區外接橢圓的均方差來表示，該方差服從于二維正態分布，其中遠程目標指示航速、航向參數對應的橢圓均方差分別為：σV=ΔVT，σK=ΔKVT。式中，ΔV為目指速度誤差（1σ），T為滯后時間，ΔK為目指航向誤差（1σ，rad），V為目指獲得的目標速度。將目標指示航速、航向誤差導致的目標運動位置誤差進行相應的坐標轉換，并與目標指示位置誤差合成，形成綜合誤差為：

[σMZx=（σ2WZx+σ2V）12σMZy=（σ2WZy+σ2K）12] （10）

通過虛擬數據進行仿真計算：

導彈飛行距離約為80 km，導彈速度為900 km/h，則獲得T≈6.7 min，V=10 m/s。ΔV=0.5 m/s，ΔK=0.1 rad。

則：σV=ΔVT=0.5T=200 m，σK=ΔKVT=0.1VT=400 m。

計算GPS位置誤差，統計得到σWZ=300 m。則：

[σx=σ2WZx+σ2V12=360 mσy=σ2WZy+σ2K12=500 mCEP=0.59σx+σy=508 m]

2 結論

遠程目標指示作為數據鏈的一項通用的重要功能應用，廣泛使用在國外各類武器平臺，其作戰使用性能日益受到各國海軍的重視。本文初步探討了進行遠程目標指示綜合位置誤差計算的方法，可應用于有關的技術評估。

參考文獻

[1] 孫義明，楊麗萍.信息化戰爭中的戰術數據鏈[J].北京郵電大學出版社，2005.

[2] 吳德偉，高曉光，陳軍.戰術數據鏈的建設與發展[J].火力與指揮控制，2004（1）：10?13.

[3] 盧江濤，楊露菁，段立.一種應用于超視距目標指示的誤差分析方法[J].指揮控制與仿真，2007（2）：88?91.