直升機武器系統誤差分析

邱忠圍，李 雷，李晨陽

（中國直升機設計研究所，江西 景德鎮 333000）

0 引言

武裝直升機憑借其火力強、隱蔽性好、機動性強、貼地飛行等優點，廣泛活躍在現代戰爭中，被軍事專家稱為“超低空殺手”和樹梢高度的威懾力量。

武裝攻擊直升機可搭載航炮、火箭彈、機槍吊艙、空空導彈、空地導彈等武器，實現對地面目標進行打擊。武裝直升機可采用航炮、機槍吊艙對地面進行火力壓制；采用火箭彈對地面目標進行火力覆蓋；采用空地導彈對地面點目標（坦克、裝甲車、火力點、碉堡）進行精確打擊；采用空空導彈對低空低、小、慢等類型目標進行有效打擊。直升機武器系統誤差特性直接影響各類武器的命中精度和各類武器的設計復雜程度。本文從直升機平臺的特性出發，給出載機平臺的武器系統誤差計算方法，并通過空地導彈系統為例進行誤差分析，給直升機武器系統誤差分析提供參考。

1 武器系統誤差影響因素

直升機進行武器攻擊時分為本機獨立攻擊狀態和協同攻擊狀態：本機獨立攻擊時采用本機傳感器對目標進行定位，使用本機攜帶武器進行攻擊；協同攻擊時接收它機（地面）傳感器對目標的定位信息使用本機武器對目標進行攻擊，下面從本機獨立攻擊和協同攻擊兩個方面，對直升機武器系統誤差源進行分析［1-6］。

1.1 本機獨立攻擊主要誤差源

搜索瞄準指示系統：測距誤差，瞄準線位置報告誤差；

組合導航系統：方位誤差，俯仰角誤差，衛星定位誤差；

掛架系統：隨動誤差；

直升機載機平臺的各設備的安裝誤差。

1.2 協同攻擊主要誤差源

1）本機誤差源

組合導航系統：方位誤差，俯仰角誤差，衛星定位誤差；

搜索瞄準指示系統：測距誤差，瞄準線位置報告誤差；

掛架系統：隨動誤差；

直升機載機平臺的各設備的安裝誤差。

2）它機誤差源

組合導航系統：方位誤差，俯仰角誤差，衛星定位誤差；

搜索瞄準指示系統：測距誤差，瞄準線位置報告誤差；

載機平臺的安裝誤差。

3）數據傳輸誤差

數據傳輸延遲誤差。

2 直升機武器系統誤差分析

本機獨立攻擊時主要誤差源為搜索瞄準指示系統、組合導航系統、隨動掛架系統和載機平臺的安裝誤差。搜索瞄準指示系統和隨動掛架系統為硬連接，直升機出廠時按要求完成校靶，載機平臺誤差很小，組合導航系統精度很高。進行武器攻擊時，本機攻擊的系統誤差和協同攻擊時的系統誤差相比小很多，本節考慮協同攻擊時的系統誤差，本機獨立攻擊誤差為協同攻擊時的簡化計算，本文不再詳細介紹。

2.1 方位角偏差（3σ）

式中，ω為攻擊機方位角偏差值，ω1攻擊機方位角誤差，α攻為攻擊機組合導航系統在方位方向的航向角偏差值，α照為照射機組合導航系統在方位方向的航向角偏差值，L攻為攻擊機和目標距離，L照為照射機和目標距離，D攻為攻擊機組合導航系統的CEP定位精度，D照為照射機組合導航系統的CEP 定位精度，Vmax為目標在方位方向的最大速度。

2.2 俯仰角偏差（3σ）

式中，β攻為攻擊機組合導航系統俯仰方向的姿態角精度，β照為照射機組合導航系統俯仰方向的姿態角精度，L攻為攻擊機和目標距離，L照為照射機和目標距離，h為照射機絕對起亞高度誤差值，ο為隨動掛架系統俯仰誤差，φ1為載機的俯仰角誤差。

2.3 距離誤差（3σ）

其中，ΔL為攻擊機在航向上與目標間的距離誤差，φ照為照射機載俯仰方向的角度誤差。

3 空地導彈導引頭捕獲區域建模

武裝直升機通常利用地形、地物隱蔽自己，采用“一樹之高”對目標進行攻擊。假設直升機發射空地導彈的高度為20 m～200 m，當前直升機載空地導彈最大射程一般為8 km（地獄火空地導彈），對相對近距離攻擊彈道為先爬升-俯沖攻擊（如圖1 所示），對于遠距離攻擊是彈道為先爬升-平飛-俯沖攻擊。

圖1 激光制導拋物線導彈

導引頭捕獲區域空間模型如下頁圖2 所示。

圖2 建立的坐標系中，坐標原點O取導彈發射點在地球表面上的投影位置，Ox軸過原點與地球表面相切，指向目標為正；Oy軸與地平面垂直，向上為正；Oz軸垂直于Oxy平面，方向按右手直角坐標系確定，由于導彈射程較近，平面Oxz可看作是地平面。

圖2 導引頭瞬時捕獲域空間模型

導彈在Oxy平面運動，某瞬時導彈位置為O'（d-x 向運動距離，h -高度，zi=0），導引頭瞬時視場是以O'為頂點的圓錐，圓錐方程為：

其中，a0（正）、b0、c0由導彈俯仰姿態角決定。圓錐與地平面交線為abcd 區域，方程為：

目標要在以O'為球心，導引頭作用距離為半徑（R0）的球內，球面方程為：

該球面與地平面的交線為曲線ef，交線方程為：

導引頭的瞬時捕獲域如圖2 中abhgd 的閉合區域，數學模型為：{（x，y，z）|z2＜c0（x-d）h-a0（x-d）2-b0h2，z2＜-h2-（x-d）2}。

捕獲域仿真分析：導彈發射后導彈軸指向目標，導彈導引頭探測距離5 000 m，導引頭視場角15°，導彈俯仰角為低頭2°（根據導彈控制率可自行設置），導彈發射后1 000 m 距離分別達到100 m 高度、200 m 高度導引頭捕獲域，如圖3 和圖4 所示。

圖3 導彈100 m 高度捕獲域

圖4 導彈200 m 高度捕獲域

4 仿真分析

由于方位角誤差、俯仰角誤差、距離誤差相互獨立，都滿足導彈使用要求時導彈才可準確命中目標，俯仰角誤差對空地導彈影響甚微，在此不進行仿真。選取導彈在100 m 高度時的捕獲域，圖5 給出直升機平臺探測目標的方位角誤差（取最大誤差）轉化成平面中目標位置誤差示意圖，距離誤差折算后和方位角誤差類似，本文不再仿真描述。

圖5 方位角轉化的目標定位誤差

由仿真結果得出：針對激光制導空地導彈，導彈導引頭完全涵蓋載機系統誤差，就當前空地導彈發展的現狀來看，直升機平臺武器系統誤差能完全被空地導彈性能涵蓋。

5 結論

本文從直升機平臺出發，給出影響直升機平臺武器系統精度的誤差源，分析了協同攻擊過程中目標相對攻擊機的方位角、俯仰角、位置誤差，構建了空地導彈的導引頭捕獲域模型，對直升機武器系統進行仿真計算。由分析過程得出，直升機平臺通過對各系統誤差的累計，得出整個武器系統方位誤差、俯仰誤差、位置誤差，以實現整個直升機平臺武器系統誤差。后續工程實踐過程中，需從頂層需求出發，分解直升機系統誤差，限制各分系統誤差、平臺制造誤差等提高武器系統命中精度。希望本文中的觀點能對直升機武器系統的誤差分析提供幫助。