艦空導彈武器系統高海情試驗設計研究

單時卓，張 艷

（解放軍92941部隊，遼寧 葫蘆島 125001）

0 引言

武器裝備的日益發展和戰場環境的復雜多樣化，使武器裝備在復雜環境下的作戰性能成為試驗鑒定關注的焦點。其中，高海情條件下艦空導彈武器系統的作戰性能直接影響戰斗力的生成，成為試驗鑒定關注的重點和難點之一[1-2]。飛行試驗可以全面檢驗高海情條件下的武器系統作戰性能，但由于試驗條件的不可控性和導彈成本的昂貴性，不可能僅依賴于進行飛行試驗，并且有限的飛行試驗也不具有統計特性，不能據此完成作戰性能評估。因此，必須依靠其他試驗手段獲取足夠多的試驗信息，以支撐高海情條件下的武器系統作戰性能評估[3-4]。

為了使高海情條件下的武器系統作戰性能試驗鑒定更加全面、充分，本文基于高海情對艦空導彈武器系統從目指、發射、到殺傷目標等各作戰使用環節的影響分析，結合試驗保障現狀，針對受影響因素進行高海情試驗設計，為靶場開展高海情試驗方案設計、試驗方法研究等提供技術支撐。

1 高海情對艦空導彈武器系統作戰性能的主要影響

高海情條件下，艦空導彈武器系統作戰性能會受到一定影響，主要包括艦艇搖擺對雷達性能的影響，艦艇搖擺對導彈發射的影響，風速對導彈發射和飛行的影響，以及海浪對導彈飛行和命中的影響等，這些影響最終體現在武器系統的制導精度和導彈對目標的殺傷概率上。下面，對艦空導彈武器系統作戰使用環節在高海情條件下的主要受影響因素進行分析[5-8]。

1.1 對雷達跟蹤精度的影響

當艦艇運動而發生搖擺時，雷達天線波束指向必然受到影響，這種影響也直接反映到雷達對目標的跟蹤精度上。假設在搖擺情況下，雷達回轉中心位置不變，即艦速為0，且先橫搖后縱搖，如圖1所示。

圖1 艦艇搖擺對雷達的影響

坐標系O—X0Y0Z0為雷達測量坐標系；坐標系O—X1Y1Z1為搖擺情況下雷達測量坐標系。兩者的關系可用公式表示：

雷達測量的目標參數一般用方位角α，俯仰角β、斜距R表示，可用公式表示為：

艦艇搖擺后，將引入目標的測量誤差，即方位角誤差Δα，俯仰角誤差Δβ和斜距誤差ΔR。上述分析過程是假定條件下進行的，在惡劣海況下的真實作戰過程中，還要考慮航速、搖擺周期、搖擺同步性等因素，另外，還要考慮艦艇測量設備（計程儀、平臺羅經等）反應周期、雷達預測模型準確性和機械響應時間對雷達跟蹤目標的影響，所以造成的影響更為復雜和明顯。

1.2 對導彈初始裝訂參數精度的影響

火控系統接收雷達目標數據、導航系統運動參數、氣象參數等，自動連續地計算出導彈武器系統的發射控制參數，進行導彈初始制導參數的裝訂。影響火控系統輸出的射擊諸元參數精度的輸入參數除了雷達測量的目標數據，還包括載艦運動參數（載艦航速、航向、縱搖及橫搖等）。

在正常海情下，載艦運動參數受環境影響較小，變化幅度小，規律性強；在高海情條件下，載艦運動參數受環境影響明顯，主要表現在艦艇搖擺幅度大，周期不穩定，進而導致載艦航速、航向、縱搖及橫搖等參數在導彈火控系統接收周期內變化幅度大，計算裝訂參數的各項數據滯后，直接影響到導彈初始裝訂參數的精度[9]。

1.3 對導彈發射的影響

艦空導彈發射時，彈上滑塊沿軌道滑行一段距離后脫離滑軌，導彈獲得一定的出筒姿態和速度，導彈的出筒姿態和速度是保證導彈制導控制系統可靠工作的重要前提，導彈出筒姿態與艦船的橫搖、縱搖、垂蕩和彈射力等因素均相關，其中艦船橫搖及縱搖影響較大，垂蕩影響較小。在高海情條件下發射導彈，導彈在出筒過程中會形成由艦艇搖擺帶來的較大的出筒擾動，可能對導彈在初制導段的穩定性及控制精度等產生影響。

1.4 對導引頭探測的影響

海面對導引頭的影響可以分為兩部分，一是海面對目標信號的鏡面反射造成的多路徑的影響，二是海面對導引頭發射信號進行漫反射造成的海雜波的影響。高海況條件下，海面起伏較大，鏡面反射顯著減小，漫反射效應顯著增強。因此，高海情條件下多路徑效應對導引頭的截獲和跟蹤能力影響小于非高海情條件，高海情條件下對導引頭性能的影響應以海雜波為主[10-11]。

1.5 對引信啟動的影響

對于無線電引信，當海雜波信號頻譜落入無線電引信信號處理通帶，且信號足夠強時，會使引信早炸；即使雜波信號頻率不能進入信號處理通帶，但強雜波可能使引信接收機飽和，從而使引信失去對較小目標回波信號的放大作用，導致引信瞎火；此外，海雜波的出現，改變了引信輸入與接收機輸出的信雜比，從而使引信的啟動特性受到破壞，降低引戰配合效率。對于激光引信，當導彈攔截超低空目標時，飛行高度越來越低，引信開機工作后，海面及海浪對激光波束的反射信號會進入到引信的接收視場中，可能使引信接收機飽和，也可能改變了信雜比，更有可能降低對目標的測量精度。因此，無論采用哪種引信，在高海情下，艦空導彈攔截超低空目標時，引信都會受到海浪或海雜波的干擾而影響引信性能。

2 高海情試驗設計

2.1 總體設計思路

高海情試驗總體設計思路是采用綜合試驗模式，充分利用各種試驗手段獲得試驗信息，對高海情條件下武器系統的性能指標進行綜合評估；以真實高海情條件下的完全高海情試驗為基礎，結合進行非完全高海情試驗，全面檢驗武器系統在高海情條件下的作戰性能。其中，完全高海情試驗是指在真實高海情條件下進行的全武器系統試驗，對武器系統作戰使用各個環節進行檢驗。非完全高海情試驗是指在真實或模擬的高海情條件下，進行的非全武器系統試驗，僅能夠對武器系統作戰使用的一個或幾個環節進行檢驗[12-13]。

針對高海情對艦空導彈武器系統作戰性能的主要影響，結合試驗保障現狀，對艦空導彈武器系統高海情試驗進行總體設計如圖2所示。

圖2 艦空導彈武器系統高海情試驗總體設計框圖

高海情條件下的作戰性能主要受影響因素與試驗方法對照表如表1所示。

2.2 試驗內容及方法

2.2.1 系統校飛試驗

系統校飛試驗主要檢查高海情條件下，目指雷達的跟蹤性能，制導雷達對導彈的截獲、跟蹤和指令傳輸性能，以及半主動雷達的指向精度等[14]。

綜合考慮雷達性能、武器系統制導體制、殺傷區、海情條件等因素，進行試驗方案設計。試驗實施包括兩種形式，一是在高海情條件下，用飛機或可回收靶機模擬來襲目標，進行目標支路性能檢查；二是通過在飛機上加載導彈接收應答機與載艦背離飛行，模擬導彈飛行，進行導彈支路性能檢查。系統校飛試驗示意圖，如圖3所示。

表1 主要受影響因素與試驗方法對照表

圖3 系統校飛試驗示意圖

2.2.2 導引頭探測性能檢查試驗

導引頭探測性能檢查試驗是在高海情條件下，將導引頭安裝于飛機掛載的吊艙內，對低空飛行的靶機進行探測，主要對導引頭截獲距離、跟蹤穩定性等進行檢查。

綜合考慮導引頭作用距離、跟蹤視場、試驗安全等因素，進行試驗方案設計。試驗中，導引頭掛載飛機與靶機形成對飛態勢，模擬彈目逐漸接近過程。其中，飛機掛載導引頭沿布魯斯特角進入，靶機飛行航線沿導引頭天線法線的海面投影方向，并保持最低安全高度飛行，靶機退出點在保證飛行安全的情況下應盡可能靠近導引頭。導引頭探測性能動態檢查試驗示意圖見下頁圖4。

由于受氣象條件、靶標供靶保障等因素限制，導引頭探測性能檢查試驗實施難度較大，當不具備實施條件或是試驗效費比較低時，則主要通過半實物仿真試驗和實彈打靶驗證高海情對導引頭探測性能的影響。

2.2.3 引信啟動性能檢查試驗

圖4 導引頭探測性能檢查試驗示意圖

引信啟動性能檢查試驗主要包括造波池試驗和低空掛飛試驗，主要對引信啟動特性、距離波門壓縮性能、海雜波抑制能力等進行檢查。低空掛飛試驗受氣象條件制約，在高海情條件下的實施難度較大，因此，當低空掛飛試驗不具備實施條件時，主要通過造波池試驗和實彈打靶驗證高海情對引信啟動性能的影響。

造波池試驗是依據速度縮比原理進行的一種低速模擬試驗，在模擬高海情條件下，對引信在海背景下的工作性能進行檢查。首先，選定典型低空彈道進行仿真計算，根據仿真計算結果裝訂引信與目標的交會姿態（方位角、俯仰角、橫滾角、掠海角），利用造波機模擬海面，在模擬海面上吊裝模擬目標，然后軌道跑車帶動引信以一定的速度俯沖下來掠過模擬海面進行低速交會運動，同時采集多普勒回波信號、相對位置信號和浪高儀所測信號，按速度縮比原理進行增速分析，獲得真實速度下的回波信號，由回波信號增速分析引信在海背景下的工作性能。

低空掛飛試驗是在真實高海情條件下，以海雜波為探測對象，對引信在海背景下的工作性能進行檢查。掛飛試驗可通過直升機掛載試驗吊艙的方式實施，引信天線安裝時要下視海面，直升機進入航路后，按平飛-俯沖-平飛的過程進行飛行控制。

2.2.4 半實物仿真試驗

半實物仿真試驗是在實驗室模擬高海情條件下，利用仿真計算機、飛行轉臺、目標模擬器等仿真設備，接入導引頭、彈上信息處理器、舵機等導彈系統的實物部件形成仿真回路，對制導控制系統工作性能進行檢查。半實物仿真試驗示意圖如圖5。

圖5 半實物仿真試驗示意圖

綜合考慮某型艦空導彈武器系統主要作戰對象類型、作戰對象典型目標特性、武器系統殺傷區等因素，以低空彈道為主進行試驗方案設計。在目標模擬器中加入RCS起伏噪聲和角閃爍噪聲，仿真系統除釋放目標信號外，另增加一路雜波信號源，根據海雜波模型實時計算并控制生成雜波信號，通過陣列向導引頭輻射，檢查制導控制系統在高海情條件下的工作性能。其中，海雜波系數模型應具備模擬5級～6級海況的能力。

2.2.5 虛擬射擊試驗

虛擬射擊試驗是在實際高海情和虛擬靶標條件下，通過實彈射擊試驗，對武器系統高海情條件下的發射適應性、初制導性能、飛行控制性能、指令線和導彈截獲性能等進行檢查。

試驗前，裝訂彈道控制程序，導彈發射后按預先裝訂程序飛行，飛過理論遭遇點后，彈上戰斗部起爆，導彈自毀。試驗時，導彈可以不安裝導引頭，而選用配重件代替；飛行彈道設置應選擇大射程，大射程時導彈飛行時間長，可兼顧對導彈的氣動特性、彈體結構性能及彈上設備工作性能進行檢查。

2.2.6 實彈打靶

實彈打靶是全面檢驗武器系統高海情環境作戰性能的必要手段，在實際應用中，要充分利用出現的高海情天氣，采用真實打靶的方式，對武器系統在高海情條件下的作戰性能進行驗證。實彈打靶是以導彈武器系統在高海情條件下的作戰性能驗證為目標，綜合考慮高海情條件下作戰性能主要受影響因素、殺傷空域、制導方式、海情條件等因素進行試驗設計。試驗方案設計框圖如下頁圖6所示。

試驗空域點選擇應以低遠彈道為主，攔截目標應以適應于高海情條件下供靶的典型飛機類和導彈類目標為主。

3 應用實例

以某型艦空導彈武器系統高海情試驗為例進行試驗方案設計。

圖6 實彈打靶試驗方案設計框圖

3.1 系統校飛試驗方案

系統校飛試驗包括目指雷達跟蹤性能試驗和制導雷達對導彈的截獲跟蹤性能試驗，其中，目指雷達跟蹤性能試驗主要對高海情條件下的雷達跟蹤性能和導彈初始制導參數裝訂精度進行檢查，制導雷達對導彈的截獲跟蹤性能試驗主要對高海情條件下制導雷達的導彈截獲、跟蹤和指令傳輸性能進行檢查。試驗方案如表2所示。

表2 系統校飛試驗方案

實施要求：

1）序號3在飛機上加載導彈接收應答機；

2）試驗海況應大于4級海況或在正常海況下（3級～4級為宜），通過載艦“減搖鰭”裝置模擬高海情環境。

3.2 導引頭探測性能檢查試驗方案

導引頭探測性能檢查試驗主要通過導引頭掛飛的方式對高海情條件下的導引頭截獲距離和跟蹤穩定性進行檢查。試驗方案如表3所示。

實施要求：

1）飛機掛載導引頭沿布魯斯特角進入；

2）具備空中靶標GPS位置引導手段；

3）試驗海況應大于4級海況。

3.3 引信啟動性能檢查試驗方案

引信啟動性能檢查試驗包括造波池試驗和低空掛飛試驗。主要對高海情條件下引信啟動特性、距離波門壓縮性能、海雜波抑制能力等進行檢查。

表3 導引頭探測性能檢查試驗方案

造波池試驗方案如表4所示。

表4 造波池試驗方案

實施要求：

1）軌道長度應滿足試驗需求，所需長度根據試驗引信最大作用距離、最小脫靶量、目標長度、軌道跑車穩定速度等計算；

2）造波池應具備模擬4級以上海況的能力。

低空掛飛試驗方案如表5所示。

表5 引信低空掛飛試驗方案

實施要求：

試驗海況應大于4級海況。

3.4 半實物仿真試驗方案

半實物仿真試驗主要通過在半實物仿真系統中釋放目標信號和一路雜波信號源的方式，對制導控制系統在模擬高海情條件下的制導精度、導引頭截獲距離、導引頭跟蹤穩定性進行檢查。試驗方案如下頁表6所示。

表6 半實物仿真試驗方案

實施要求：

海雜波系數模型應具備模擬5級～6級海況的能力。

3.5 虛擬射擊試驗方案

虛擬射擊試驗通過實彈射擊對武器系統高海情條件下的發射適應性、初制導性能、指令線和導彈載獲性能、飛行控制性能等進行檢查。試驗方案如表7所示。

表7 虛擬射擊試驗方案

實施要求：

1）導彈狀態為獨立回路遙測彈狀態；

2）試驗海況應大于4級海況。

3.6 實彈打靶方案

實彈打靶是對導彈武器系統在高海情條件下的作戰性能進行驗證，受武器系統考核需求及試驗彈數限制，一般選取一個試驗序號進行高海情試驗驗證。試驗方案如表8所示。

表8 實彈打靶試驗方案

實施要求：

1）試驗海況應大于4級海況或在正常海況下（3級～4級為宜），通過載艦“減搖鰭”裝置模擬高海情環境；

2）如果試驗彈數充足，則進行備份序號實彈打靶。

4 結論

本文針對試驗鑒定需求，在對高海情條件下艦空導彈武器系統作戰性能受影響因素進行分析的基礎上，提出了高海情試驗設計思路及試驗方法，并以某型艦空導彈武器系統高海情試驗為例進行了試驗方案設計，為高海情條件下的艦空導彈武器系統性能鑒定提供了有效支撐。考慮到受高海情條件出現的時機、試驗保障條件及試驗安全等因素的限制，試驗實施時的試驗海況一般在4級～5級，因此，通常對5級以下海況下武器系統作戰性能的評估可主要依賴于本文提出的實彈打靶、系統校飛試驗、導引頭探測性能檢查試驗、引信啟動性能檢查試驗等試驗項目獲得的數據；對于5級以上海況下武器系統作戰性能的評估則主要采用理論分析計算、仿真驗證、同類已列裝產品類比等方法進行綜合評估。