一種利用半主動制導武器進行協(xié)同防空的驗證方法

劉麗龍，劉 釗，隋大鵬，陳世豪，曹 杰，高王升

(上海機電工程研究所，上海 201109)

隨著科技的進步和軍事技術的發(fā)展，反艦導彈和先進作戰(zhàn)飛機逐漸被世界上較多國家所擁有，水面作戰(zhàn)艦艇面臨的作戰(zhàn)環(huán)境日益嚴苛，特別是在以超聲速反艦導彈、隱身作戰(zhàn)飛機、先進無人機等為代表的空中武器及平臺打擊下，往往需要同時應對敵方的超低空突防、隱身攻擊、視距外飽和打擊、電磁干擾等一系列復雜環(huán)境，艦艇獨立反制空中目標打擊能力面臨嚴峻挑戰(zhàn)[1-3]。因此，需要借助編隊綜合探測和空中預警支援信息，研究編隊防空武器協(xié)同攔截反導技術，實現(xiàn)對來襲目標的協(xié)同探測，盡遠打擊，提升單艦在編隊協(xié)同護衛(wèi)下的戰(zhàn)場生存能力。

1 協(xié)同防空作戰(zhàn)優(yōu)勢分析

1)提高艦艇對抗敵方進攻扇區(qū)內的抗飽和攻擊能力

現(xiàn)代海上作戰(zhàn)模式下，進攻方一般會在艦艇編隊某個方向發(fā)起進攻，而艦艇編隊利用遠程信息支援，可提前若干時間獲得敵情，按照目標來襲扇面方向進行艦艇機動合理布陣，采取最有利角度、最多火力通道數(shù)量、按照防御距離遠近梯次進行軟硬武器攔截。

圖1 菱形編隊防導作戰(zhàn)分析

本文以四艦組成的菱形編隊為例，在實際航渡過程中，若A艦在某個時間段在某扇區(qū)遭受敵方反艦導彈飽和攻擊時，可請求編隊中具有空閑火力通道的艦艇進行火力支援，對抗來襲的飽和攻擊目標。

2)提升艦艇對抗電磁干擾能力

現(xiàn)代海戰(zhàn)環(huán)境下，敵方發(fā)起攻擊時通常會對艦艇編隊實施一定的電磁干擾，比較典型方式為在連續(xù)來襲的反艦導彈中夾雜一枚攜帶彈載有源干擾的反艦導彈，掩護前后的同伴，造成局部扇區(qū)“致盲”如圖2所示。

圖2 雷達畫面掩護式干擾扇區(qū)

從圖2可知，彈載隨隊掩護式干擾在目標雷達艦艇上形成干擾扇區(qū)，造成目標艦艇喪失在來襲方向上的探測能力，進而喪失攔截能力。

由于隨隊式彈載干擾具有一定的方向性，使得其無法覆蓋艦艇編隊所有艦艇，因而利用編隊協(xié)同探測信息，未受干擾的B艦將目標數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)鏈傳遞給A艦，A艦可對干擾方向進行防空攔截。

3)彌補單艦防空探測盲區(qū)，拓寬防空攔截縱深，增加攔截次數(shù)

典型反艦導彈在進攻過程中一般采用超低空突防模式，掠海飛行，借助地球曲率規(guī)避艦艇雷達探測，同時，對低空目標的發(fā)現(xiàn)距離還受至于雷達在艦上的架高，根據(jù)式(1)計算

(1)

式中，D為雷達與目標視距(m)；H為艦載雷達天線架高(m)；h為目標的飛行高度(m)。

圖3 視距受地球曲率影響示意圖

如圖3所示，假定目標飛行高度為15 m，雷達天線架高25 m。通過公式計算，艦載雷達與目標的理論視距約為36.55 km，實際條件下，受海雜波等環(huán)境因素影響，對15～30 m高反艦導彈雷達發(fā)現(xiàn)距離約要近一些。即使艦空導彈能夠在更遠的距離對來襲低空目標攔截，但仍然會受雷達的視距影響不能發(fā)揮最大作戰(zhàn)效能，甚至出現(xiàn)由于發(fā)射距離過近，喪失二次攔截補射的機會，嚴重壓縮了單艦防御縱深。

在艦艇編隊協(xié)同方位過程中，一是可以利用布陣優(yōu)勢，前出哨艦為后方艦艇編隊彌補低空探測盲區(qū)，拓寬防御范圍，提高對高威脅目標的攔截次數(shù)；二是后方艦艇利用哨艦協(xié)同探測信息或空中支援信息為前方哨艦提供火力支援，提高哨艦的多目標攔截能力；三是為后方編隊進行戰(zhàn)術指揮、調整、實施贏得時間。

2 協(xié)同防空關鍵技術

艦艇編隊協(xié)同防空是一項復雜的系統(tǒng)工程，涉及到目標探測、信息傳遞、數(shù)據(jù)處理、導彈制導控制、編隊指揮流程等多個方面。

1) 信息融合技術

艦艇編隊協(xié)同制導防空需要對多平臺，多傳感器，多指揮、制導系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息進行融合，涉及多傳感器的大批量目標信息的綜合處理，主要包括：①多傳感器之間的時空修正技術，即對不同位置傳感器發(fā)來的目標信息轉換到統(tǒng)一的坐標系下，并補償數(shù)據(jù)傳遞的時延；②目標同一性識別技術，即對不同傳感器探測的目標信息進行一致性識別，剔除重復目標，建立目標唯一的航跡信息；③目標數(shù)據(jù)的壓縮與差值，濾波和融合，生成編隊統(tǒng)一的目標態(tài)勢圖。

2) 多雷達組網技術

水面艦艇編隊中，一般配置不同頻段、不同體制的多型雷達協(xié)同工作，用于提高對低小慢目標、隱身目標、高速大機動目標探測和跟蹤能力，以及艦艇編隊的抗干擾、抗摧毀能力。多雷達組網研究的關鍵技術包括多雷達點跡融合技術，多雷達組網動態(tài)組合及控制技術，多雷達協(xié)同探測、目標識別、輔助制導技術，多雷達協(xié)同干擾源交叉定位技術等。

3) 協(xié)同防空總體技術[4]

協(xié)同防空總體技術涉及艦艇之間協(xié)同探測跟蹤、數(shù)據(jù)共享、發(fā)射控制、導彈制導等多個方面，需要綜合目標態(tài)勢，對編隊進行協(xié)同防衛(wèi)。通常情況下，只有具備遠射程、大捷徑、特定制導模式的導彈才能實現(xiàn)協(xié)同防空，在編隊應用中一般采用以下幾種模式：①A艦探測、B艦發(fā)射、B艦制導；②A艦探測、B艦發(fā)射、A艦制導；③A艦探測、B艦發(fā)射、B艦制導、A艦接力制導。

3 協(xié)同防空制導回路海上校飛驗證

本文以半主動制導武器為例，驗證A艦探測，B艦發(fā)射，B艦制導的可行性，主要驗證以下兩方面的內容：一是協(xié)同探測數(shù)據(jù)鏈路傳輸?shù)臅r延誤差和精度誤差；二是半主動制導武器制導回路對目標的跟蹤穩(wěn)定性[5-6]。

實際海上校飛驗證試驗態(tài)勢如圖4所示。試驗過程中，A艦和B艦縱距約10 km，靶機(加裝真值測量設備)飛行高度約200 m，A艦為探測艦，負責對目標的探測跟蹤，并將目標位置通過數(shù)據(jù)鏈傳輸給B艦，B艦為發(fā)射制導艦，利用A艦發(fā)送過來的目標數(shù)據(jù)進行解算，并模擬發(fā)射導彈，對跟飛電子艙進行制導控制，檢驗對目標的跟蹤情況。

圖4 海上校飛驗證態(tài)勢圖

1)驗證項目一

實施條件：靶機從距離B艦30 km外進入，從B艦右前方約50°方向進入，航捷約6 km，航速約8 kn，A、B艦等速直行。

在該試驗條件下，A艦雷達目標跟蹤數(shù)據(jù)經過艦艇間數(shù)據(jù)傳輸鏈路發(fā)送給B艦，B艦對接收的數(shù)據(jù)經過坐標系變換、時間修正(時延補償)以及數(shù)據(jù)處理后發(fā)送給半主動武器武控系統(tǒng)解算。上述數(shù)據(jù)處理過程中，以靶機加裝設備測量為真值，以B艦收到的目標數(shù)據(jù)完成數(shù)據(jù)處理后為測量值，處理結果如圖5、6所示。

圖5 距離對比圖

圖6 方位對比圖

上兩幅圖中，綠色線為目標真值，紫色線為測量值。

從距離圖上可以看出，經過數(shù)據(jù)處理后的目標跟蹤距離與真值一致性較好，初始階段距離誤差略大，測量值在真值上方，兩者有較明顯誤差，隨著靶機進入航路穩(wěn)定，數(shù)據(jù)積累一段時間后，經過時延和數(shù)據(jù)處理的測量值與真值近乎貼合。

從方位圖上看，在初始階段測量值方位誤差較大，但與距離對比圖基本保持一致，整體看方位誤差始終處在收斂的趨勢范圍內[7]。

2)驗證項目二

實施條件：模擬真實導彈的電子艙設備架設在B艦艦艏，艙體為固定狀態(tài)，為避免目標進入過程中回波接收天線限位卡死，電子艙朝向右舷約45°方向，通過喇叭接收制導照射直波信號。

B艦收到A艦發(fā)送的數(shù)據(jù)處理完成后發(fā)送給武控系統(tǒng)，武控解算后向跟飛電子艙裝訂目標數(shù)據(jù)，并引導制導雷達對準目標，模擬發(fā)射后電子艙接收機開機，搜索回波信號，制導雷達對目標進行照射，跟飛電子艙截獲目標信號后對目標進行連續(xù)跟蹤，檢驗制導回路跟蹤的穩(wěn)定性，結果如圖8-10所示。

圖7 電子艙目標截獲信號允許目標截獲信號

從跟飛結果可以看出，在回波失鎖(允許截獲)信號出現(xiàn)后，AGC信號跌落，電子艙開始跟蹤目標；在全程跟飛過程中，電子艙跟蹤目標的方位角和高低角度數(shù)據(jù)與系統(tǒng)向電子艙裝訂的數(shù)據(jù)基本一致，并隨著跟蹤逐漸穩(wěn)定，兩者之間的角度誤差趨于0。表明：利用協(xié)同探測數(shù)據(jù)，半主動制導武器能夠引導制導雷達對準照射目標，跟飛電子艙能夠正確搜索截獲目標信號，并穩(wěn)定跟蹤，制導回路可以消除協(xié)同探測新增時空修正誤差的影響。

圖8 位標器俯仰和偏航誤差

圖9 方位和高低跟蹤角度

圖10 電子艙跟蹤角度誤差

4 結束語

本文基于半主動制導武器在A艦探測、B艦發(fā)射、B艦制導的方式下，驗證了編隊協(xié)同防空的可行性。同理，可對A艦探測、B艦發(fā)射、A艦制導； A艦探測、B艦發(fā)射、B艦制導、A艦接力制導；以及主動制導、指令制導等不同體制的武器設計海上校飛試驗，進行制導回路驗證，驗證武器協(xié)同防空能力。