空艦導彈雷達導引頭搜索區邊界決策研究

2020-10-09 11:07:45王培源高健沈培志

理論與創新 2020年15期

王培源高健沈培志

【摘? 要】針對搜索區參數決策問題，分析了空艦導彈雷達導引頭開機后搜索水面艦艇目標的一般過程，給出了搜索區邊界的主要參數;綜合考慮水面艦艇目標機動、空艦導彈自控誤差、氣象對雷達導引頭性能影響等因素，確定了搜索區邊界約束，建立了綜合導彈自控終點散布、目標機動、目標指示等累積誤差圓半徑模型，以及雨量影響下雷達導引頭作用距離模型，提出了雷達搜索區邊界參數計算方法和決策的基本流程，為空艦導彈作戰使用中的參數決策提供了定量依據。

【關鍵詞】決策;搜索區邊界;雷達導引頭;空艦導彈;雨量影響

引言

空艦導彈具有射程遠、速度快、命中精度高、毀傷效果好等諸多優勢，是打擊水面艦艇目標的重要武器。雷達制導的空艦導彈具有較遠的作用距離、較大的搜索扇面，搜索方式多樣的特點，是普遍采用的一種制導方式。

雷達制導空艦導彈在作戰使用過程中，其搜索參數的設置至關重要，尤其是雷達導引頭開機時的搜索區邊界，對能否發現預定的水面艦艇目標具有重要的影響。

當前國內外圍繞空艦導彈的射擊方法、航路規劃算法、突防能力的研究較多，也針對其打擊水面艦艇編隊目標、小型目標、島礁區水面艦艇目標等問題展開了研究。較為豐富的研究成果為本文的研究提供了參考和借鑒，尤其是關于空艦導彈雷達搜索圖、雷達開機點與開機距離、搜索范圍的確定與優化等方面的成果，但研究中考慮氣象環境、導引頭作用距離等因素影響下的參數決策問題較少。本文針對搜索區邊界決策問題，通過建立數學模型，為空艦導彈雷達導引頭搜索參數決策提供參考。

1.空艦導彈雷達導引頭搜索過程

空艦導彈從搭載平臺發射后，需要經過一段時間的飛行，到達自控終點時雷達導引頭開機，根據發射前裝訂的搜索參數進行搜索，如圖1所示。

圖1中，點O為導彈發射位置，點M′為裝訂的水面艦艇目標位置坐標（點M為對應時刻水面艦艇的真實位置坐標）;理論自控終點為D0點，而點D′為實際的自控終點，也就是雷達導引頭實際開機點，此時水面艦艇目標已經從點M運動到了點M（t）。

雷達導引頭開機后就在搜索區近界、遠界、左邊界和右邊界確定的區域內開始搜索目標，搜索區左、右邊界主要根據雷達搜索扇面中心角確定。這些搜索區的參數時在發射前裝訂到導彈上的，對雷達導引頭搜索發現目標的概率有決定性的影響。

2.空艦導彈雷達導引頭搜索區域邊界決策建模

空艦導彈自控終點散布、目標機動、目標指示誤差等因素的影響，雷達導引頭第一次開機點和目標真實位置均難以確定，而是在一定范圍內隨機分布。若雷達搜索區太小，則可能無法覆蓋目標，導致開機后搜不到目標;若雷達搜索區過大，則覆蓋的目標或態勢將會增加，造成選捕困難。因此，雷達搜索區決策時，應在確保完全覆蓋目標可能存在范圍的同時，盡可能減小搜索區范圍。

2.1模型假設

從接收到目標指示信息至空艦導彈雷達導引頭開機這段時間內，目標航向、航速均可能改變，目標機動誤差推算困難，基于最大可能原則，目標機動誤差根據其采用最大航速、隨機航向進行計算?；谝陨戏治?，在模型建立前作如下假設：

（1）目標可能分布范圍僅受終點散布、目標機動、目標指示誤差影響;

（2）自控終點散布僅受慣導誤差影響;

（3）目標機動誤差用目標最大航速計算;

（4）誤差用圓概率誤差表示。

2.2搜索區邊界約束

如圖2所示，為空艦導彈雷達導引頭第一次開機距離，為雷達搜索區遠界，為雷達搜索區近界，為雷達搜索區中心角，為自控終點散布、目標機動、目標指示等累積誤差圓半徑。

圖2，將水面艦艇目標誤差圓左右移動，總會找到一個位置，使得圓與雷達搜索扇面左右邊界相切。假設長為，搜索區左右最大搜索距離為，則雷達搜索扇面向前搜索時需保證完全包含圓的同時盡量減小搜索扇面中心角，表達式如下：

2.3累積誤差圓半徑模型

設空艦導彈慣導誤差為，目標最大速度為，從接收到目標指示信息至導彈雷達導引頭開機的時長為T，目標指示誤差為，則

2.4雨量影響下的雷達導引頭作用距離

空艦導彈雷達導引頭在晴天的作用距離通常較遠，但在下雨天其作用距離會減小，減小的程度因雨量的大小而變化，可查雷達導引頭作用距離受雨量影響表得到。

設導引頭發射功率為，天線增益為，則單位立體角的發射功率為。設經雨衰減至處功率為，分貝計算基準功率為，每公里衰減分貝數為，根據分貝公式，則

設目標雷達反射面積為，則處目標接收到的功率為，目標單位立體角內輻射功率為，經雨衰減至導引頭接收天線功率為，根據式（5）方法計算，得

通常，雷達導引頭發射功率為導引頭所能發射的最大功率，天線接收功率應為滿足目標識別靈敏度的最低功率，即、為固定值。

針對特定的某型目標，雷達導引頭在晴天和雨天的作用距離分別為和，設、分別表示晴天、雨天的大氣衰減，帶入式（8），得

上式中，雷達導引頭晴天作用距離可通過查導引頭探測能力表獲得，、根據雷達導引頭作用距離受雨量影響表獲取，然后可利用MATLAB軟件中的solve（）函數解算。

2.5雷達搜索區邊界參數模型

由圖2可看出，時，雷達導引頭對目標可能范圍圓存在盲區，可能出現搜索不到目標的情況，因此，全覆蓋目標可能范圍時只能。

由式（1）知，越大，越小，搜索區越小，因此取，則搜索區中心角：

因受雷達導引頭波束搜索范圍的約束，搜索區中心角范圍通常限定在彈軸左右一定角度范圍內，設其取值區間為內的整數，所以搜索區中心角最終決策的取值為

式中，表示取不小于該值的最小整數。

由式（2）、（3），盡量減小搜索區，則搜索遠界、近界為

受雷達導引頭的作用距離等因素的制約，搜索區遠界、近界的取值范圍通常限定在范圍內，其取值一般為整數，單位為千米。由式（2）、（3），可得搜索遠界、近界決策值，為

3.空艦導彈雷達導引頭搜索區域邊界決策基本流程

根據以上分析，現將空艦導彈雷達搜索區決策流程歸納如下三個步驟。

步驟1：根據式（4）求，其中空艦導彈慣導誤差根據慣導性能參數表和空艦導彈飛行距離求取;水面艦艇目標最大速度根據敵情資料獲得;從接收目標指示信息至導彈雷達導引頭開機的時長T，是根據導彈飛行時間加決策時間計算得出;目標指示誤差由目標信息獲取源提供。

步驟2：根據式（10）求對應雨量天氣下的，其中白天雷達導引頭作用距離和大氣衰減、由雷達導引頭作用距離受雨量影響表查取。

步驟3：將、帶入式（12）、（15）和（16）求搜索區中心角和搜索近界、遠界，進而確定搜索區參數。

4.結束語

空艦導彈是空中平臺打擊敵方水面艦艇目標的主要武器之一。在實施空艦導彈攻擊過程中，搜索區邊界的設置是發射前需進行決策并裝訂到導彈上的重要參數，制約著空艦導彈雷達導引頭開機后能否發現目標。本文建立的空艦導彈雷達導引頭搜索區邊界決策模型，為定量確定搜索區參數提供了一種有效的方法，對空艦導彈的作戰使用具有重要的意義。

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