基于導(dǎo)彈機(jī)動(dòng)的反艦導(dǎo)彈目標(biāo)搜索方法

隋先輝， 胡 海， 董受全， 劉 億

（海軍大連艦艇學(xué)院 導(dǎo)彈與艦炮系，遼寧 大連116018）

0 引言

在盡可能遠(yuǎn)的距離上實(shí)施對海面目標(biāo)的打擊，是反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)使用中的一項(xiàng)重要原則，為此，新型反艦導(dǎo)彈的射程不斷增加。隨之而來的問題：反艦導(dǎo)彈飛行時(shí)間增加，目標(biāo)機(jī)動(dòng)規(guī)避來襲導(dǎo)彈效果增強(qiáng)，當(dāng)反艦導(dǎo)彈導(dǎo)引頭開始目標(biāo)搜索時(shí)，目標(biāo)很可能已經(jīng)逃離了反艦導(dǎo)彈的搜索探測區(qū)域。因此，如何提高對遠(yuǎn)距離機(jī)動(dòng)目標(biāo)的搜索捕捉能力，是中遠(yuǎn)程反艦導(dǎo)彈戰(zhàn)斗使用中亟待解決的迫切問題。

1 反艦導(dǎo)彈目標(biāo)搜索的一般過程

現(xiàn)有反艦導(dǎo)彈目標(biāo)搜索的一般過程：導(dǎo)彈火控系統(tǒng)解算出導(dǎo)彈射擊諸元，即導(dǎo)彈初始飛行姿態(tài)、飛行時(shí)間和飛行彈道的控制參數(shù)。這些參數(shù)的計(jì)算均是基于以下兩個(gè)假設(shè)：

a）一是導(dǎo)彈飛行到末制導(dǎo)頭開始搜索目標(biāo)的位置點(diǎn)時(shí)，目標(biāo)最好應(yīng)處于導(dǎo)彈的正前方，即在方位上沒有誤差；

b）二是目標(biāo)與導(dǎo)彈的距離恰好是導(dǎo)引頭所設(shè)定的探測距離上，即在距離上沒有誤差。

導(dǎo)彈在導(dǎo)引頭開機(jī)前的飛行稱之為自控飛行，這段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈采用的多是慣性導(dǎo)航和方案制導(dǎo)等方式，飛行過程中導(dǎo)彈與目標(biāo)不發(fā)生任何聯(lián)系。形象地說就是閉著眼睛飛行。導(dǎo)引頭開機(jī)后，也就是睜開眼睛的時(shí)候，此時(shí)導(dǎo)彈的飛行為自導(dǎo)飛行。如果目標(biāo)處在導(dǎo)彈的“視野”內(nèi)，導(dǎo)彈便能夠發(fā)現(xiàn)并捕捉目標(biāo)，形成導(dǎo)引信號控制導(dǎo)彈轉(zhuǎn)彎飛向并命中目標(biāo)；反之，導(dǎo)彈將保持航向航速不變，沿直線飛行的方式不斷搜索，搜索預(yù)定時(shí)間后仍沒有發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，則導(dǎo)彈墜?；蜃詺?。

2 反艦導(dǎo)彈提高目標(biāo)搜索發(fā)現(xiàn)概率傳統(tǒng)方法

現(xiàn)有反艦導(dǎo)彈大多采用增大末制導(dǎo)導(dǎo)引頭搜索探測范圍、提高反艦導(dǎo)彈自控飛行終點(diǎn)精度和多枚導(dǎo)彈齊射協(xié)同搜索的方法來解決上述問題。

2．1 增加導(dǎo)引頭的搜索范圍

由于目標(biāo)機(jī)動(dòng)逃離反艦導(dǎo)彈搜索區(qū)導(dǎo)致對目標(biāo)的失捕，其中一項(xiàng)主要原因是反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)搜索區(qū)范圍不能夠有效覆蓋目標(biāo)機(jī)動(dòng)散布區(qū)，無疑增大導(dǎo)引頭的搜索范圍是解決這一問題的有效的途徑之一。

不過，單純增大導(dǎo)引頭的搜索探測范圍，不能夠真正有效解決該問題：

a）一是受到制導(dǎo)體制和導(dǎo)引頭技術(shù)的限制，導(dǎo)引頭的搜索范圍不能無限制地?cái)U(kuò)大，而導(dǎo)彈的射程卻在不斷的增加；

b）二是目前的導(dǎo)引頭搜索覆蓋區(qū)大多是扇形搜索區(qū)，越是靠近導(dǎo)彈自控飛行終點(diǎn)的方向上，搜索區(qū)域越小，因此目標(biāo)完全可以采用與導(dǎo)彈來襲方向成小角度高速機(jī)動(dòng)的方式來規(guī)避，從而逃離導(dǎo)引頭的搜索區(qū)；

c）三是反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能的發(fā)揮，不僅僅是發(fā)現(xiàn)捕捉目標(biāo)，更為重要的是打擊戰(zhàn)術(shù)價(jià)值大、威脅大的目標(biāo)，從多個(gè)目標(biāo)中選出預(yù)定打擊目標(biāo)，即目標(biāo)選擇能力。

研究發(fā)現(xiàn)：目標(biāo)選擇能力和目標(biāo)搜索能力存在某種程度的相關(guān)性，單純擴(kuò)大目標(biāo)搜索區(qū)會在一定程度上損失目標(biāo)選擇能力［1］。

2．2 提高自控飛行終點(diǎn)精度

由反艦導(dǎo)彈搜索目標(biāo)的一般過程可知，反艦導(dǎo)彈能夠搜索到目標(biāo)的另一個(gè)關(guān)鍵問題是末制導(dǎo)頭開機(jī)搜索時(shí)，目標(biāo)與導(dǎo)彈的相對位置關(guān)系如何，是否滿足反艦導(dǎo)彈對目標(biāo)搜索的精度要求。該精度的核心組成是導(dǎo)彈自控飛行終點(diǎn)的散步誤差，誤差越大導(dǎo)彈搜索區(qū)與目標(biāo)散布區(qū)的交集越小，目標(biāo)發(fā)現(xiàn)概率越?。环粗嗳??？梢?，提高導(dǎo)彈自控飛行終點(diǎn)精度，減少散布誤差是提高導(dǎo)彈對目標(biāo)搜索發(fā)現(xiàn)能力的重要手段。

不過，上述方法在導(dǎo)彈射程比較近時(shí)，目標(biāo)的機(jī)動(dòng)時(shí)間較少，目標(biāo)的機(jī)動(dòng)能力有限，很難逃出導(dǎo)引頭的搜索范圍，因此近程反艦導(dǎo)彈大多不考慮目標(biāo)機(jī)動(dòng)對搜索概率的影響。但對于中遠(yuǎn)程反艦導(dǎo)彈來說，導(dǎo)彈的自控飛行時(shí)間較長，目標(biāo)完全有可能通過機(jī)動(dòng)逃離導(dǎo)引頭的搜索覆蓋范圍，從而躲避導(dǎo)彈。

2．3 多枚導(dǎo)彈齊射，分區(qū)搜索目標(biāo)

在一枚導(dǎo)彈不足以覆蓋目標(biāo)可能的位置散布區(qū)域時(shí)，自然會想到采用多枚導(dǎo)彈平行搜索或從多個(gè)方向搜索的方式來提高對目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)概率。這種方法的效果較好，實(shí)現(xiàn)起來也比較容易，可是有一個(gè)最為致命的缺點(diǎn)是導(dǎo)彈的消耗量較大。

現(xiàn)有水面艦艇所載的導(dǎo)彈一般為十幾枚到幾十枚不等。對于除英、美等西方發(fā)達(dá)國家水面艦艇外的其他國家而言，水面艦艇的載彈量都較少。

3 基于導(dǎo)彈機(jī)動(dòng)的反艦導(dǎo)彈目標(biāo)搜索方法

上述所講到的方法多是將提高目標(biāo)搜索發(fā)現(xiàn)概率的立足點(diǎn)定位于反艦導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)上，而對于反艦導(dǎo)彈的其它系統(tǒng)考慮較少。實(shí)際上，除了制導(dǎo)系統(tǒng)的改進(jìn)可以提高目標(biāo)搜索概率外，導(dǎo)彈動(dòng)力系統(tǒng)的改進(jìn)也是提高搜索概率的一個(gè)切實(shí)可行、行之有效的方法。

這就是充分利用導(dǎo)彈自身的機(jī)動(dòng)能力，在目標(biāo)散布區(qū)進(jìn)行某種特定的機(jī)動(dòng)，通過導(dǎo)彈的運(yùn)動(dòng)來克服目標(biāo)運(yùn)動(dòng)造成的搜索概率降低的問題，以運(yùn)動(dòng)應(yīng)對運(yùn)動(dòng)。

通過對現(xiàn)有反艦導(dǎo)彈的分析可以知道，導(dǎo)彈的最大有效射程通常小于導(dǎo)彈的動(dòng)力航程。以國外某型反艦導(dǎo)彈為例，其最大有效射程為260 km，而其動(dòng)力航程為410 km，兩者之差足足有150 km的距離。這部分距離對于具有航路點(diǎn)規(guī)劃能力的導(dǎo)彈來講主要用于飛行彈道的選擇對射程損耗的補(bǔ)償。

如果將部分動(dòng)力航程用于導(dǎo)彈在目標(biāo)散布區(qū)上的機(jī)動(dòng)搜索，便可以極大的提高反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)頭搜索區(qū)對目標(biāo)散布區(qū)的覆蓋，增加反艦導(dǎo)彈對目標(biāo)的搜索發(fā)現(xiàn)概率。這種方法充分利用導(dǎo)彈機(jī)動(dòng)能力克服導(dǎo)彈末制導(dǎo)頭的技術(shù)能力不足。

3．1 圓形航向搜索法

圓形航向搜索法是指反艦導(dǎo)彈在對目標(biāo)的搜索過程中，采取圓形航向機(jī)動(dòng)，搜索的區(qū)域?yàn)閳A形區(qū)域，結(jié)合通過直航與圓形航向機(jī)動(dòng)結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的搜索發(fā)現(xiàn)，如圖1所示。

圖1 圓形航向搜索法示意圖

它只要反艦導(dǎo)彈飛臨目標(biāo)散布區(qū)，導(dǎo)彈適時(shí)給出固定舵角即可。圓形航向搜索法的搜索區(qū)域大小取決于搜索者機(jī)動(dòng)時(shí)所采取的固定舵角的大小，同時(shí)還取決于搜索者所采用的探測器的搜索扇面大小。該方法實(shí)現(xiàn)形式比較簡單，但是搜索的區(qū)域面積比較有限，難以滿足高速機(jī)動(dòng)目標(biāo)的搜索需求，同時(shí)由于搜索有一定的規(guī)律性，因此目標(biāo)容易規(guī)避。

3．2 螺旋航向搜索法

螺旋航向搜索法是指搜索者根據(jù)與目標(biāo)相遇點(diǎn)的軌跡所連成的螺旋線為航向而實(shí)現(xiàn)的對目標(biāo)的搜索。它適合應(yīng)用于已知目標(biāo)某一時(shí)刻的位置數(shù)據(jù)，而且搜索者的速度高于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度［2］。

在螺旋航向搜索中，目標(biāo)航速可能在V0min≤V0≤V0max之間，而航向應(yīng)該在0到2π之間是等概率的。通常情況下，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的初始位置誤差是服從平面上圓形正態(tài)分布的，其密度函數(shù)可以表示為

式中：r0為目標(biāo)位置對搜索者的距離；σ為目標(biāo)位置誤差的均方根差，與目標(biāo)觀察者的位置精度和測定目標(biāo)的相對坐標(biāo)精度有關(guān)。

經(jīng)過時(shí)間間隔t后，目標(biāo)離原發(fā)現(xiàn)點(diǎn)的距離為v0t，由此，其密度函數(shù)可以表示為

式中：I0是虛宗量零階第一類貝塞爾函數(shù)。伴隨時(shí)間的推移，概率密度最大值逐漸從散布中心向外移動(dòng)而且減小。因此，被搜索目標(biāo)的最可能位置從開始被發(fā)現(xiàn)起，逐漸沿徑向移動(dòng)。所以，觀察者應(yīng)該在一系列半徑不斷增加的圓上進(jìn)行繼續(xù)搜索，如圖2所示。

圖2 螺旋航向搜索法示意圖

螺旋航向搜索對目標(biāo)發(fā)現(xiàn)的可能性大大提高，但由于其航向的不斷變化，需要不斷地調(diào)整舵角從而完成機(jī)動(dòng)動(dòng)作，這給控制系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)提出了較高的要求。此外，搜索的初始階段航向變化較快，轉(zhuǎn)彎半徑較小對導(dǎo)彈的彈體有比較高的要求，要求彈體可承受的過載滿足這些需要。

3．3 改進(jìn)的螺旋航向搜索法

為了減小導(dǎo)彈不斷轉(zhuǎn)向造成的對導(dǎo)彈控制系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)上的復(fù)雜性，采用以近似直線的方法，將螺旋航線搜索法進(jìn)行改進(jìn)，采用直線段代替曲線段的方法，減少反艦導(dǎo)彈轉(zhuǎn)向次數(shù)，從而簡化設(shè)計(jì)［3］。這一點(diǎn)特別是對具有航路點(diǎn)規(guī)劃能力的導(dǎo)彈而言，可以在目標(biāo)散布區(qū)設(shè)定幾個(gè)航路轉(zhuǎn)向點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)在不改變導(dǎo)彈原有設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，提高反艦導(dǎo)彈對機(jī)動(dòng)目標(biāo)的搜索發(fā)現(xiàn)概率，如圖3所示。

圖3 改進(jìn)螺旋航向搜索法示意圖

圖中，A0、A1、A2、A3等為預(yù)設(shè)的導(dǎo)彈末制導(dǎo)搜索航路點(diǎn)。

4 基于導(dǎo)彈機(jī)動(dòng)的反艦導(dǎo)彈目標(biāo)搜索方法應(yīng)用

基于導(dǎo)彈機(jī)動(dòng)的反艦導(dǎo)彈目標(biāo)搜索的應(yīng)用，根據(jù)反艦導(dǎo)彈是否具有航路規(guī)劃能力采用不同的改進(jìn)方案，充分體現(xiàn)改動(dòng)小、適裝性好、效果明顯等特點(diǎn)。

4．1 不具備航路規(guī)劃能力中遠(yuǎn)程反艦導(dǎo)彈的應(yīng)用

對于射程在100 km以上，不具備航路點(diǎn)規(guī)劃能力的第三代反艦導(dǎo)彈而言，若想實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈機(jī)動(dòng)目標(biāo)搜索的難度相對較大，需要對導(dǎo)彈設(shè)備本身進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑觳拍軌驅(qū)崿F(xiàn)。單純從技術(shù)的角度講，圓形航向搜索法比較適合于這樣的導(dǎo)彈。當(dāng)導(dǎo)彈末制導(dǎo)頭在一定時(shí)間內(nèi)沒有搜索到目標(biāo)時(shí)，可以在導(dǎo)彈的控制系統(tǒng)中加入一個(gè)控制信號，自動(dòng)地使舵機(jī)偏轉(zhuǎn)一定的角度，改變導(dǎo)彈的飛行航向，使導(dǎo)彈在目標(biāo)散布區(qū)內(nèi)做圓形搜索，直到導(dǎo)彈的動(dòng)力航程用盡。這種技術(shù)改造難度不大，效果相對較好。

4．2 具有航路規(guī)劃能力的中遠(yuǎn)程反艦導(dǎo)彈的應(yīng)用

對于具有航路點(diǎn)規(guī)劃能力的反艦導(dǎo)彈，不需要對導(dǎo)彈本身進(jìn)行較大的改進(jìn)，只需在導(dǎo)彈的艦面控制系統(tǒng)中進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑?，?yīng)用改進(jìn)的螺旋航向搜索法理論，由艦面控制系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算生成目標(biāo)散布區(qū)內(nèi)搜索航路點(diǎn)，裝定到導(dǎo)彈上即可。不過，鑒于目前中遠(yuǎn)程反艦導(dǎo)彈可以設(shè)置的航路點(diǎn)較少，為了更好地應(yīng)用改進(jìn)的螺旋航向搜索方法，建議增加導(dǎo)彈的航路點(diǎn)數(shù)量。

隨著計(jì)算機(jī)小型化技術(shù)的不斷發(fā)展，在未來的導(dǎo)彈上完全可以實(shí)現(xiàn)彈載計(jì)算機(jī)。有了彈載計(jì)算機(jī)的幫助，就可以真正意義上地實(shí)現(xiàn)螺旋航向搜索法，以更高地效率實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的搜索發(fā)現(xiàn)。

此外，多枚導(dǎo)彈齊射時(shí)可以設(shè)定不同的導(dǎo)彈搜索起點(diǎn)和搜索方向，進(jìn)而更大地覆蓋目標(biāo)可能的散布區(qū)。

5 結(jié)束語

搜索和反搜索是一對矛盾，誰能夠在導(dǎo)彈設(shè)計(jì)、戰(zhàn)術(shù)使用和戰(zhàn)法演練上出其不意，革陳出新，

誰便能夠在未來的海戰(zhàn)場上更好地發(fā)揮執(zhí)掌兵器的作戰(zhàn)效能，爭得戰(zhàn)場主動(dòng)權(quán)，并最終取得戰(zhàn)爭的勝利。

［1］ 隋先輝，李曉陽．反艦作戰(zhàn)中艦機(jī)協(xié)同對海搜索研究［J］．火力與指揮控制，2003，（7）．

［2］ 王濤，曠志高，李曉陽．目標(biāo)散布下反艦導(dǎo)彈捕捉概率的計(jì)算［J］．火力與指揮控制，2003，（7）．

［3］ 張圣云，由大德，潘紅華，程屬昌．一種新的對潛應(yīng)召搜索法及其效能分析［J］．火力與指揮控制，2001，（6）．