飛行器航路規劃技術性能考核方法研究

劉維國 莊錦程

（91550部隊91分隊大連116023）

飛行器航路規劃技術性能考核方法研究

劉維國 莊錦程

（91550部隊91分隊大連116023）

飛行器航路規劃性能優劣是評價戰術應用軟件功能重要組成部分。在進行航路優劣考核評價時，需要綜合考慮影響航路性能的各項因素，依據影響航路綜合性能的指標權重，完成對綜合指標的計算、航路的選優，評價飛行器在對抗性環境中完成任務的能力。

飛行器；航路規劃；考核；方法

Class NumberV249

1 引言

飛行器航路規劃軟件決策，具有影響因素多、信息量大、決策模型復雜、決策過程繁雜等特點。在進行飛行器航路規劃軟件功能的考核時，必須綜合考慮各種決策、各種因素間的交互影響，如目標散布范圍探測及估算、目標誤差散布圓顯示；飛行器航路距離和發射時機計算；飛行器各航路特征點的選擇范圍；飛行器航路特征點有效性判斷；計算飛行器可攻入射角范圍；飛行器火分基準方向的選擇與確定、飛行器末制導雷達開鎖點的選擇與導彈捕捉概率預測等要素［1］。

2 飛行器發射點與第一個航路點間距約束考核

飛行器發射后，要越過己方區域后，再進行降高進入低空突防段；同時由于飛行器發射之后，飛行器的姿態、航向均存在較大的偏差，需要一定的時間調整飛行的姿態和航向；因此，在航路規劃過程中，在一定的航程內不能插入航路點。根據目標協同作戰戰術要求，可以得出進入安全降高至低空突防段的距離；按照導彈的性能參數，可以得知導彈進入預定飛行狀態需要的時間和飛行的距離。由此可以以飛行器的發射方向作為初始方向，將初始段的調整距離作為航路段長度，根據Bowring公式及當前飛行器載體平臺所在的位置，可以直接計算出第一個航路關鍵點的坐標位置。設約束要求為：間距≤γ。

在戰術應用軟件中，設置發射點A與目標點B之間間距S公里，由戰術應用軟件規劃直接攻擊后，插入經計算后的航路點A′坐標。航路點A′與發射點A的距離S′=γ，此時可規劃出航路結果。改變導彈射向后重新計算新的航路點A′的坐標，重復檢驗。當改變A′坐標重新插入航路點而使得A′與發射點A的距離S＜γ時，戰術應用軟件應不可規劃出航路結果。

3 飛行器航路點間距約束的考核

在低空突防段的連續兩個航路轉彎點之間，飛行器在前一個航路點進行轉彎后，向下一個航路轉彎點飛行的過程中，與機動性能的約束類似，同樣由于飛行器的性能限制，需要一定的時間調整飛行的姿態和航向才能穩定。因此，戰術應用軟件必須對兩個航路轉彎點之間的距離進行約束［3］。利用第一個航路點距離考核時的航路設計，可以再插入經計算后的第二個航路點A″（A″插入符合航路點間距要求），對本約束條件進行考核。當重新計算后，改變航路點A′與發射點A的距離S，當S小于間距要求時，戰術應用軟件應不可規劃出航路結果。

4 飛行器機動性能約束的考核

機動性能約束包括水平機動約束、垂直機動約束和縱向機動約束，分別從水平方向、垂直方向和縱向限制了航路規劃算法的搜索空間。在水平平面內，機動性能約束主要體現為導彈的最小轉彎半徑；在垂直平面內，機動性能約束主要體現為導彈的最大爬升角和最大下滑角；在縱向上，機動性能約束則主要體現為飛行速度的變化范圍。

4.1 最小轉彎半徑約束

在過點轉彎和不過點轉彎兩種方式下，導彈在任何一個航路關鍵點處轉彎至下一個航路關鍵點時，兩個航路關鍵點的設置應滿足：

式中：KAK是兩個航路關鍵點之間的距離，一般由Bowring公式求得；θ是轉彎角度；rmin是最小轉彎半徑。如圖3所示。

4.2 最大爬升/下滑角約束

假設最大爬升與下滑角分別是αu和αd，T1和T2分別代表某一控制周期的起始狀態和終止狀態，Δd表示導彈T2狀態時偏離T1狀態飛行方向的距離【9】，如圖4所示。

為滿足最大爬升角限制，須使：

同理，進行下滑機動時應滿足：

其中，||T1T2是一個控制周期內導彈的飛行距離。

4.3 考核方法

由于受導彈機動性能的限制，戰術應用軟件在航路規劃時，不能隨意以任意角度進行轉向設計，必須充分考慮導彈的性能參數進行約束【12】。飛行器除了需要考慮攻擊海上目標時繞島飛行的水平方向機動性能約束外，還需考慮越島飛行或攻擊陸上目標時而進行的垂直和縱向機動性能的約束。水平方向機動約束考核可以通過設計目標點進行規劃考核；垂直和縱向機動性能考核則需要通過設計臨近地形的高程規劃，結合越障能力進行考核。設導彈射向α，允許最大轉彎角β，目標點航向為α+180°。

自發射點A經過轉彎點A′轉角度θ攻擊目標點B′。AA′（發射點A與轉彎點A′之間距離）和A′B（轉彎點A′與目標點位置2之間距離）滿足戰術應用軟件規劃要求（在最大射程和最小可規劃射程之間），A′B′與A′B之間的夾角θ′為目標點從位置B′運動到位置B時航路轉彎角的變化值。

將目標點B設定為有速目標，航向為垂直A′B線段指向B″（目標點位置3），航向可由導彈射向α與最大轉彎角β計算得出。目標點位于B′點時，戰術應用軟件可規劃出航路結果；當目標點經過B點后，由于轉彎角度超過最大轉彎要求，戰術應用軟件應不可規劃出航路結果［7］。

5 飛行器主攻角、攻擊差角的考核

水面艦艇的防空能力往往受射界和通道數量的限制，選擇導彈的進入方向，一方面可以實現飽和攻擊，另一方面可以增大導彈從目標防空較薄弱的方向或盲區進入的概率，從而提高導彈的突防概率。另外，由于目標的散布具有一定的方向性，根據目標散布選擇導彈從橢圓的長軸方向進入將有利于增大導彈對打擊目標的捕捉概率。

5.1 航路點計算檢驗模型考核

1）目標散布橢圓長軸與敵我連線重合

最簡單的情況：導彈航路可能經過的區域內沒有島嶼、禁飛區、敵超低空反導火力區等需要規避的障礙，且目標散布橢圓長軸與敵我連線重合，如圖6所示。

由于飛行器沿目標散布橢圓長軸方向進入具有較高的捕獲概率，在已知目標散布橢圓長軸方位Ba的情況下，一般取目標散布橢圓長軸方向為導彈的主攻擊角（導彈攻擊角：為從真北方向開始沿順時針旋轉到接敵段導彈理論飛行方向所形成的夾角。導彈攻擊角以真北方向為起點，順時針為正，值域范圍［0°，360°］。其余航路則在第一條航路的基礎上向左向右依次增加攻擊差角β（β以敵我連線為基線，順時針為正，逆時針為負）。

2）目標散布橢圓長軸與敵我連線不重合

此時，通常應盡可能選擇目標散布橢圓長軸方向為導彈主攻擊角方向。航路解算方法同上所述。

5.2 主攻角、攻擊差角考核方法

確定飛行器攻擊進入方向（即攻擊角）是航路規劃的重要問題。因此，主攻角、攻擊差角計算的正確性、合理性至關重要。在海圖上，選取不同目標類型和不同種類的目標散布，通過不斷變換目標隊形，分別選取目標散布橢圓長軸與敵我連線重合、目標散布橢圓長軸與敵我連線不重合的各種組合［4］。檢驗航路規劃主攻角是否選擇在目標散布橢圓長軸方向，攻擊差角是否在第一條航路的基礎上向左向右依次增加攻擊差角，即檢驗主攻角、攻擊差角計算的正確性、合理性；在選擇齊射時各枚導彈的攻擊進入方向時，導彈攻擊進入方向和雷達捕捉模式是有效攻擊編隊中指定目標的關鍵因素，要綜合考慮以下因素：一是考慮是否選擇敵防空薄弱方向或聯合作戰規定的協同攻擊方向作為導彈攻擊進入方向；二是考慮是否適應戰術需要，即各導彈攻擊進入方向能否形成多方向攻擊的態勢，以分散敵方的抗擊［12］；三是考慮在確定正確的攻擊進入方向后的導彈航路規劃功能，以及使用不同的捕捉模式，實現對編隊內指定目標的打擊能力［6］。

6 導彈飛躍障礙物自動規避考核

6.1 障礙物（敵防空火力圈）自動規避檢驗模型考核

自動規避檢驗算法可以采用導彈航路與障礙物相交/相切的判定算法，亦可采用其它算法。對導彈飛行航路上的障礙物（含島嶼、禁飛區、目標防空火力區域等）進行自動規避檢驗，以障礙物為一四邊形島嶼和一半徑為R的敵防空火力圈為例進行說明，坐標轉換后敵我態勢（主攻擊角為0）如圖7所示。

6.2 島嶼多邊形或禁飛區與航路關系判定

多邊形島嶼各頂點的命名規則：以最左邊靠上點為第一點、順時針排列。由于飛行器發射位置經緯度、目標位置經緯度、障礙及威脅火力圈圓心經緯度、島嶼多邊形各頂點經緯度是已知的，設坐標轉換后敵我態勢如圖7所示［11］。以我艦艇位置為原點的大地坐標系內，被攻擊目標的坐標為(xt，yt)，敵防空火力圈圓心坐標為(xR，yR)，多邊形各頂點坐標為(x1，y1)、(x2，y2)、(x3，y3)、(x4，y4)。

根據相對坐標建立直線方程或圓方程：

求取直線OM與直線B1B2的交點，即聯解方程組：

1）如果無實數解，則判定直線OM與直線B1B2不相交，則繼續判斷直線OM與直線B2B3的交點情況。

2）如果直線OM與直線B1B2有交點，設交點為()

jx1，jy1，判斷下面的條件是否成立：

注：列寫此條件之前要先判斷x1，x2、y1，y2的大小，將坐標值小的列寫在前面。如果上式不成立，即交點(jx1，jy1)沒在島嶼多邊形或我艦位置與目標艦的范圍內，說明線段OM與線段B1B2沒有交點，則應繼續以同樣的方法判斷線段OM與線段B2B3是否相交［2］。

如果上式成立，說明線段OM與線段B1B2有交點，即導彈航路與島嶼相交，則終止計算，舍棄該條航路。

3）如果線段OM與島嶼多邊形任意一條邊相交，則終止計算，舍棄該條航路。

6.3 敵防空火力圈與航路關系判定

如圖7所示，判斷線段OM是否與圓R相交，即判斷下式是否成立：

1）如果上式不成立，說明直線OM與圓R無交點，即導彈航路與敵超低空反導火力圈不遭遇；

2）如果上式成立，說明直線OM與圓R有交點，然后繼續判斷交點是否在導彈航路上，即判斷該點是否在線段OM上。

求取直線OM與圓R的交點，即聯解方程組

顯然，方程組至少有一組解，不妨設有兩組解(xp1，yp1)、(xp2，yp2)，然后判斷以下條件是否成立：

以上任意一個條件成立，說明線段直線OM與圓R有交點，則舍棄該條航路。

6.4 障礙物及敵防空火力圈自動規避檢驗考核

1）在電子海圖上，設置多個障礙物與敵防空火力圈，對于自動規劃出的導彈飛行航路，可以通過讀取障礙物及敵防空火力圈幾何圖形地理坐標，采用導彈航路與障礙物相交/相切的判定算法進行逐一檢驗［10］。

2）通過不斷放大電子海圖的比例尺，檢驗自動規劃的導彈飛行航路上是否存在障礙物。

3）在電子海圖上設置威脅源（坐標可知），設計導彈飛行航路，測算航路與威脅源最短距離Ri，若Ri大于威脅源火力攻擊距離（雷達探測距離），則航路規劃合理，否則不合理；設計不同的威脅源，進行上述方法的反復檢驗；同時設計多個鄰近威脅源構成威脅網，檢驗導彈航路設計規避中的的威脅度［5］。

4）在電子海圖上設置威脅源（坐標可知），設計導彈飛行航路，設計不同的威脅源，進行上述方法的反復檢驗；同時設計多個鄰近威脅源構成威脅網，檢驗導彈航路設計規避中的的威脅度。

5）利用數字地形高程數據，檢查生成的航跡是否可以自動進行地形回避，并利用地形進行威脅回避。

6）設置不同組合的威脅信息（包括威脅的位置、類型、覆蓋范圍、信息傳輸能力等）進行威脅目標的排序檢查，檢查目標排序變化合理性［8］。

7 結語

戰術應用軟件航路規劃是指根據戰場態勢和已知約束條件通過科學的預先設計，使導彈沿著一條優化、安全、隱蔽的航路飛向預定的目標區。通過精心設計導彈武器系統的攻擊計劃與飛行航線，可以充分發揮導彈的飛行性能，提高其飛行安全性，要導引巡航導彈盡量避開敵人的各種防空威脅，滿足飛行的各種物理約束，使巡航導彈具有較高的生存能力和命中精度。有效地提高導彈突防能力和生存能力，以獲取較高的作戰效能。

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Research of Assessment Method for Function of Air Route Planning for Aerobat

LIU WeiguoZHUANG Jincheng
（Unit 91，No.91550 Troops of PLA，Dalian116023）

The function of air route planning for the aerobat is the important component for the tactics of software.In the evaluation for the air route planning，all factors are demanded to be accounted.According to the weight of the index of the function of the air route，the count of the index and better choose of air route are accomplished.And the capacity of aerobat in antagoni smsurroundings is evaluated.

aerobatair，route planning，assessment，method

V249

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.06.006

2016年12月11日，

2017年1月27日

劉維國，男，博士，高級工程師，研究方向：導彈武器系統試驗及作戰使用。