一種利用半主動制導武器進行協同防空的驗證方法

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展，反艦導彈和先進作戰飛機逐漸被世界上較多國家所擁有，水面作戰艦艇面臨的作戰環境日益嚴苛，特別是在以超聲速反艦導彈、隱身作戰飛機、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境，艦艇獨立反制空中目標打擊能力面臨嚴峻挑戰[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同攔截反導技術，實現對來襲目標的協同探測，盡遠打擊，提升單艦在編隊協同護衛下的戰場生存能力。

1 協同防空作戰優勢分析

1)提高艦艇對抗敵方進攻扇區內的抗飽和攻擊能力

現代海上作戰模式下，進攻方一般會在艦艇編隊某個方向發起進攻，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

現代海戰環境下，敵方發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“致盲”如圖2所示。

圖2 雷達畫面掩護式干擾扇區

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，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，因而利用編隊協同探測信息，未受干擾的B艦將目標數據通過數據鏈傳遞給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，拓寬防空攔截縱深，增加攔截次數

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，借助地球曲率規避艦艇雷達探測，同時，對低空目標的發現距離還受至于雷達在艦上的架高，根據式(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，受海雜波等環境因素影響，對15～30 m高反艦導彈雷達發現距離約要近一些。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揮最大作戰效能，甚至出現由于發射距離過近，喪失二次攔截補射的機會，嚴重壓縮了單艦防御縱深。

在艦艇編隊協同方位過程中，一是可以利用布陣優勢，前出哨艦為后方艦艇編隊彌補低空探測盲區，拓寬防御范圍，提高對高威脅目標的攔截次數；二是后方艦艇利用哨艦協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術指揮、調整、實施贏得時間。

2 協同防空關鍵技術

艦艇編隊協同防空是一項復雜的系統工程，涉及到目標探測、信息傳遞、數據處理、導彈制導控制、編隊指揮流程等多個方面。

1) 信息融合技術

艦艇編隊協同制導防空需要對多平臺，多傳感器，多指揮、制導系統的數據信息進行融合，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來的目標信息轉換到統一的坐標系下，并補償數據傳遞的時延；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目標數據的壓縮與差值，濾波和融合，生成編隊統一的目標態勢圖。

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，多雷達組網動態組合及控制技術，多雷達協同探測、目標識別、輔助制導技術，多雷達協同干擾源交叉定位技術等。

3) 協同防空總體技術[4]

協同防空總體技術涉及艦艇之間協同探測跟蹤、數據共享、發射控制、導彈制導等多個方面，需要綜合目標態勢，對編隊進行協同防衛。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協同防空，在編隊應用中一般采用以下幾種模式：①A艦探測、B艦發射、B艦制導；②A艦探測、B艦發射、A艦制導；③A艦探測、B艦發射、B艦制導、A艦接力制導。

3 協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艦發射，B艦制導的可行性，主要驗證以下兩方面的內容：一是協同探測數據鏈路傳輸的時延誤差和精度誤差；二是半主動制導武器制導回路對目標的跟蹤穩定性[5-6]。

實際海上校飛驗證試驗態勢如圖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據鏈傳輸給B艦，B艦為發射制導艦，利用A艦發送過來的目標數據進行解算，并模擬發射導彈，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艦雷達目標跟蹤數據經過艦艇間數據傳輸鏈路發送給B艦，B艦對接收的數據經過坐標系變換、時間修正(時延補償)以及數據處理后發送給半主動武器武控系統解算。上述數據處理過程中，以靶機加裝設備測量為真值，以B艦收到的目標數據完成數據處理后為測量值，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，經過數據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定，數據積累一段時間后，經過時延和數據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，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艦發送的數據處理完成后發送給武控系統，武控解算后向跟飛電子艙裝訂目標數據，并引導制導雷達對準目標，模擬發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跟蹤，檢驗制導回路跟蹤的穩定性，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據與系統向電子艙裝訂的數據基本一致，并隨著跟蹤逐漸穩定，兩者之間的角度誤差趨于0。表明：利用協同探測數據，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，并穩定跟蹤，制導回路可以消除協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艦發射、B艦制導的方式下，驗證了編隊協同防空的可行性。同理，可對A艦探測、B艦發射、A艦制導； A艦探測、B艦發射、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，驗證武器協同防空能力。