半主動式艦空導彈協同制導交接方法*

趙永濤，王義冬，郭強

(1 中國人民解放軍92228部隊，北京 100072；2 北京機械設備研究所，北京 100039)

0 引言

為對抗反艦導彈的飽和攻擊，艦空導彈要具備超視距攔截低空反艦導彈的能力，以擴大艦空導彈的作戰空域，使攔截次數增加，從而提高對來襲目標的攔截概率[1-6]。對于半主動尋的制導體制的艦空導彈，超視距攔截時，由于目標在發射平臺的視距之外，發射平臺的艦載雷達無法探測到目標，同時發射平臺的照射器也無法照射到目標。需要協同制導平臺與發射平臺相互協作，即由協同平臺艦載雷達探測跟蹤目標，并控制照射器照射目標，發射平臺發射導彈后，將導彈引入到協同平臺照射器的直波信號區域，將制導權交給協同平臺，轉入照射制導。

如何確保制導權的可靠成功交接，是實現超視距攔截能力的關鍵技術[5-10]。文獻[10]針對主動式艦空導彈超視距制導交接問題，設計了接力切換式制導交接方案，但由于半主動式艦空導彈的制導機制與主動式制導機制有本質區別，此交接方案不適用于半主動式艦空導彈超視距攔截模式。本文通過研究半主動式艦空導彈超視距攔截流程和無線電通信的工作機制，結合程序彈道解算技術，提出了直接式和交互式2種協同制導交接方法，并對設計的交接方法進行了詳細的可行性論證，給出了制導交接的關鍵技術和實現方案。

1 艦艦協同制導作戰流程

艦艦協同制導作戰想定為：在作戰海域，艦艇A和艦艇B組成協同制導作戰艦艇編隊，編隊間通過數據鏈進行實時通訊與數據傳輸，在目標來襲方向上艦艇B處于編隊的前方，目標為低空飛行的反艦導彈，處于艦艇編隊的視距外。

艦艦協同制導作戰流程為：目標低空高速向艦艇編隊飛行，隨著時間的推移，首先處于艦艇B的視距內；艦艇B發現跟蹤目標，并通過編隊數據鏈將火控級的目標信息傳送給艦艇A，同時控制照射器對目標實施連續波照射；艦艇A依據接收的目標數據完成艦空導彈的發射；導彈飛入艦艇B照射器直波信號和目標反射回波信號區域，導彈導引頭接收直波和目標回波信號，轉入末制導飛行段，導彈按末制導控制指令朝向目標飛行，實現對來襲目標的超視距攔截。艦艦協同制導作戰如圖1所示。

圖1 艦艦協同制導示意圖Fig.1 Sketch map of ship-ship collaborative guidance handover

2 制導交接方法設計

2.1 直接式交接方法設計

直接式交接方法是指導彈發射后由初制導程序彈道直接飛向平臺B照射器直波信號和目標反射回波的波束寬度內，半主動導引頭進行直波鎖定和回波鎖定，從而轉入半主動末制導飛行段，實現對目標的攔截。相對于單艦半主動制導，直接式交接就是增加了導彈初制導段的飛行距離，將導彈制導直接交給平臺B的照射器，其流程如圖2所示。

圖2 直接式交接方法流程圖Fig.2 Flow chart of direct handover method

由圖2，直接式交接方法的具體步驟為：

步驟1：平臺B照射器連續照射目標，并通過數據鏈向平臺A實時傳送平臺B位置速度及時間信息、目標位置速度信息、平臺B照射器波束指向信息，并傳送照射器照射頻率和編碼頻率。

步驟2：平臺A通過數據鏈實時接收平臺B傳送的信息，并對接收的信息進行時空一致性處理，平臺A火控系統根據自身平臺位置速度信息、平臺B位置速度信息、目標位置速度信息、平臺B照射器波束指向信息，解算導彈初制導程序彈道參數，包括預置裝訂角和轉彎時間參數，使導彈在t=tz-t0時刻(t為導彈飛行時間，tz為導彈初制導轉彎所需時間，t0為設定的固定時間)處于平臺B照射器直波信號和目標反射信號的波束寬度內。

步驟3：導彈發射后按裝訂的程序彈道飛行，平臺A通過數據鏈向平臺B傳送停止數據鏈信息傳送信號,平臺B接收信號，停止向平臺A傳送信息。

步驟4：導彈彈上計算機實時對交接形勢進行判斷，滿足交接條件，啟動交接程序。

步驟5:導彈導引頭進行直波鎖定，完成直波調諧，實現直波跟蹤，為導引頭提供直波頻率基準。

步驟6：導彈導引頭進行回波鎖定和跟蹤，導彈轉入末導引控制指令飛行階段，交接結束。

可見，采用直接式交接方法時，發射平臺完成導彈發射后不做任何操作，平臺和導彈之間沒有信息交互，導彈由彈上計算機控制進行交接形勢判斷與交接控制。

2.2 交互式交接方法設計

交互式交接方法是指平臺A發射導彈后，實時與導彈進行信息交互，對交接過程進行控制，保證導引頭對平臺B照射器直波信號和目標反射回波信號的鎖定跟蹤，其流程如圖3所示。

由圖3，交互式交接方法的具體步驟為：

步驟1：平臺B照射器連續照射目標，并通過數據鏈向平臺A實時傳送平臺B位置速度及時間信息、目標位置速度信息、平臺B照射器波束指向信息,并傳送照射器照射頻率和編碼頻率。

步驟2：平臺A通過數據鏈實時接收平臺B傳送的信息，并對接收的信息進行時空一致性處理，平臺A火控系統根據自身平臺位置速度信息、平臺B位置速度信息、目標位置速度信息，解算導彈初制導程序彈道參數。

步驟3：導彈發射后按初制導控制指令飛行，當t=tz時，初制導結束。

步驟4：平臺A向導彈發送無線電指令，包括詢問信號和制導指令，同時，導彈接收應答機回發應答信號，并根據接收的制導信息生成中制導指令，導彈按中制導控制指令飛行。

步驟5：平臺A進行交接形勢判斷，滿足交接條件時啟動交接程序。

圖3 交互式交接方法流程圖Fig.3 Flow chart of interactive handover method

步驟6：平臺A向導彈發送開始直波鎖定交接信號，導彈導引頭開始直波鎖定，并將直波鎖定狀態發送給平臺A。

步驟7：導彈導引頭開始直波鎖定t0時間后，導引頭開始回波鎖定，并將回波鎖定狀態發送給平臺A。

步驟8：導彈導引頭完成回波鎖定，導彈轉入末導引控制指令飛行，平臺A停止發送無線電指令。

步驟9：平臺A通過數據鏈實時向平臺B傳送交接狀態信號，當平臺B接收到交接成功信號后,停止向平臺A傳送信息，交接結束。

相對于單艦半主動制導，交互式交接在導彈的飛行過程中增加了中制導段，導彈按照中制導控制指令朝向目標飛行，發射平臺A和導彈之間有信息交互，平臺實時掌握交接狀態，并對交接進行控制，可靠性高。

3 制導交接方法可行性論證

3.1 直接式交接方法可行性論證

由2.1節可見，實現直接式交接方法，需要解決4項關鍵技術：實時數據鏈傳送技術、時空一致性轉換技術、協同制導程序彈道解算技術和交接形勢判斷與控制技術。數據鏈傳送和一致性轉換技術相關研究也比較成熟[11-13]，本節只對協同制導程序彈道解算技術和交接形勢判斷與控制技術的實現進行研究。

(1) 協同制導程序彈道解算技術

協同制導程序彈道解算技術的設計方案如圖4所示。

圖4 協同制導程序彈道解算技術設計方案Fig.4 Scheme of program trajectory solution technology for collaborative guidance

由圖4，協同制導程序彈道解算技術的設計思路就是通過裝訂不同的姿態角和轉彎時間，使導彈在初制導段飛入不同的照射器直波信號區域。相對于單艦程序彈道解算技術，協同制導程序彈道解算的轉彎時間參數隨兩平臺相對位置信息和目標信息而變化。

設導彈的速度特性一定，裝訂不同的俯仰角?z和轉彎時間tz，考慮導彈為一階延遲環節，初始俯仰角為89°，仿真得出導彈在初制導段的飛行軌跡如圖5所示。

圖5 導彈初制導段飛行軌跡Fig.5 Flight path of missile in initial guidance stage

從圖5可見，裝訂不同的姿態角和轉彎時間，導彈在初制導段可飛入不同的空域，協同制導程序彈道解算技術是可實現的。

(2) 直接式交接形勢判斷與控制技術

交接形勢判斷與控制技術的設計思路為：

導彈發射后按裝訂的程序彈道飛行，當飛行時間t=tz-t0時導引頭進行直波鎖定，完成直波調諧，實現直波跟蹤，為導引頭提供直波頻率基準；

導彈飛行時間t=tz時，導引頭進行回波鎖定和跟蹤，轉入末導引控制指令飛行，交接結束。

可見，導彈彈上計算機依據裝訂的轉彎時間，按照時間序列對交接形勢進行判斷和交接控制：當t=tz-t0時啟動交接程序；當t=tz時進行回波鎖定跟蹤，同時進行導彈自毀條件判斷，交接結束。

3.2 交互式交接方法可行性論證

實現交互式交接方法，需要解決無線電指令發送/接收技術和交接形勢判斷與控制技術。

(1) 無線電指令發送/接收技術

導彈初制導結束后轉入中制導段，平臺A將目標位置、速度等制導信息和詢問信號發送給導彈，導彈回發應答信號，平臺依據接收的應答信號識別、截獲導彈，進而測出導彈的位置參數，完成對導彈的跟蹤；平臺A和導彈通過無線電指令發送/接收技術傳送交接信號以實現對交接程序的啟動和交接過程的控制。

實現無線電指令發送/接收技術，需要在平臺上加裝無線電指令發送/應答接收系統設備，在導彈上加裝接收應答機[14-15]。

(2) 交接形勢判斷與控制技術

導彈發射后，平臺A根據導彈位置、平臺B時空信息、平臺B照射器波束指向，對交接形式進行判斷，滿足交接條件時啟動交接程序，并對交接過程進行控制。

交互式交接形勢判斷技術設計方案如圖6所示。

圖6 交互式交接形勢判斷技術設計方案Fig.6 Scheme of the estimation for the interactive guidance handover situation

由圖6知交接形勢判斷技術的設計思路為：

在中制導段，平臺A根據兩平臺的位置速度信息、照射器波束指向和旁瓣寬度，實時解算平臺B照射器的直波信號可接收區域，通過平臺A跟蹤雷達提供的導彈位置信息，實時判斷導彈是否飛入照射器的直波信號可接收區域，當判斷導彈進入直波信號可接收區域后，考慮導彈位置誤差和直波信號可接收區域解算誤差，可延時一定時間啟動交接程序。

交接控制技術設計方案如圖7所示。

圖7 交互式交接控制技術設計方案Fig.7 Scheme of interactive handover control technology

由圖7，交接控制通過平臺與導彈之間發送/接收交接控制信號實現。

3.3 制導交接方法對比分析

直接式交接方法的優點在于其交接控制過程簡單，導彈硬件不做任何改動，只需改動導彈彈上計算機飛行控制軟件中的直波鎖定開始程序，易于實現。然而，由于在導彈發射后，初制導控制指令飛行時間較長，平臺和導彈之間無信息交互，平臺無法掌握交接狀態，不能對交接邏輯進行控制，可靠性低。

交互式交接方法除了要改動導彈彈上計算機飛行控制軟件中的直波鎖定開始程序、增加回波鎖定狀態監控程序，還需要導彈加裝接收應答機，導彈硬件改變較大。然而，由于引入了中制導段，初制導結束后平臺和導彈之間通過無線電指令發送/接收系統進行信息交互，平臺實時掌握交接狀態，并對交接邏輯進行控制，可靠性高。

4 結束語

本文針對艦艦協同制導半主動式艦空導彈超視距攔截目標時的制導交接問題，首次提出了直接式和交互式2種交接方法，并進行了詳細的可行性論證，通過對設計交接方法優缺點的綜合比較，建議采用交互式制導交接方法來實現制導權的交接，為艦艇編隊實現超視距攔截能力奠定了一定的理論基礎。