慎 龍 隋先輝 朱鵬磊 時筱惠

(海軍大連艦艇學院1) 大連 116018)(遼寧師范大學外國語學院英語系2) 大連 116018)

1 引言

隨著世界范圍內(nèi)采用眾多高新技術(shù)的反艦導彈大量裝備各國海軍,艦空導彈作為從中遠距離硬抗擊來襲空中目標的主要手段面臨著越來越多的壓力。多層次、多批次、多方向遠距離飽和攻擊方式對于艦空導彈武器系統(tǒng)的攔截多目標能力提出了新的要求,這使得分析多通道艦空導彈武器系統(tǒng)的射擊能力顯得尤為重要。而在對多通道艦空導彈射擊能力的研究中,很多指標都與轉(zhuǎn)火射擊能力有關(guān)。文獻[1]以單面相控陣雷達制導的多通道防空導彈為例對這問題進行了討論。然而對于“多制導裝置-多目標通道”[2]艦空導彈武器系統(tǒng)其轉(zhuǎn)火能力沒有進行具體的研究。

2 轉(zhuǎn)火射擊的概念

在對同時或依次進入發(fā)射區(qū)的多批目標中的某一目標射擊完畢后,重新指示其他目標進行射擊的方法,稱為轉(zhuǎn)移火力射擊,簡稱轉(zhuǎn)火射擊[1]。在防空作戰(zhàn)中,當水面艦艇作戰(zhàn)空域內(nèi)有多個目標來襲時,在將某個目標擊毀后,或在射擊中發(fā)現(xiàn)有威脅更大的目標來襲,或者正在射擊的目標已經(jīng)逃離艦空導彈武器系統(tǒng)的發(fā)射區(qū)時,都應該進行轉(zhuǎn)火射擊。

艦空導彈射擊時,導彈武器系統(tǒng)用于跟蹤或照射目標的設備及其向?qū)椈鹂叵到y(tǒng)提供射擊目標信息的通道,稱為目標通道。在艦空導彈武器系統(tǒng)中,能夠獨立跟蹤一個目標、并能對該目標發(fā)射和制導導彈的武器控制通道,稱為艦空導彈的火力通道。在一次射擊中,一個火力通道只能對一個目標射擊。多通道艦空導彈武器系統(tǒng)是指具有多個目標通道和多個火力通道,能同時跟蹤多批目標,并同時制導多枚導彈攔截多個目標的艦空導彈武器系統(tǒng)。

對于典型的“多制導裝置-多目標通道”艦空導彈武器系統(tǒng)來說,如美國的標準Ⅱ艦空導彈等,其每個目標通道對應一個照射裝置,其轉(zhuǎn)火射擊方法分為通道內(nèi)轉(zhuǎn)火射擊和通道間轉(zhuǎn)火射擊兩種情況。在防空作戰(zhàn)中,轉(zhuǎn)火射擊能力是艦空導彈武器系統(tǒng)作戰(zhàn)能力的一項重要指標,它決定了艦空導彈武器系統(tǒng)的攔截多目標能力和對抗飽和空襲的能力。

3 轉(zhuǎn)火射擊的方法

本文以半主動雷達制導體制“多制導裝置-多目標通道”艦空導彈武器系統(tǒng)為例分析其轉(zhuǎn)火射擊能力。系統(tǒng)具有4個雷達照射制導裝置,其照射方位以及在艦艇上的配置如圖1所示。

圖1 照射制導裝置照射空域及艦艇配置圖

3.1 通道內(nèi)轉(zhuǎn)火射擊

由于“多制導裝置-多目標通道”艦空導彈武器系統(tǒng),不同于單面相控陣雷達制導的多通道艦空導彈武器系統(tǒng),其不存在扇面轉(zhuǎn)火射擊的情況。通道內(nèi)的轉(zhuǎn)火射擊相當于單通道艦空導彈武器系統(tǒng)的轉(zhuǎn)火射擊情況。其主要特點是通常在單個目標通道的作戰(zhàn)空域(如扇面l1ol4)內(nèi),有多個目標時,按照艦艇指控系統(tǒng)的目標指示截獲跟蹤一個目標,當目標被消滅后,清除此通道,并在此通道對下一批艦艇指控系統(tǒng)下達的轉(zhuǎn)火射擊目標,進行截獲跟蹤后射擊,該轉(zhuǎn)移火力的方式是相對于一個目標通道而言的。稱為通道內(nèi)轉(zhuǎn)火射擊。

通道內(nèi)轉(zhuǎn)火射擊的能力一般用一個目標通道的射擊周期來表征,它表示了艦空導彈武器系統(tǒng)的快速反應能力以及連續(xù)射擊后續(xù)目標的能力。射擊周期,是艦空導彈武器系統(tǒng)最關(guān)鍵的性能之一,對于多通道艦空導彈武器系統(tǒng)來說,射擊周期是指目標通道接收到目標指示后,照射裝置穩(wěn)定跟蹤目標,發(fā)射n發(fā)導彈對一個目標進行一次射擊所占用的時間,即從進行目標指示開始到觀察射擊效果完畢所占用的時間,用 Tsj表示。射擊周期與艦空導彈的速度特性、目標的速度、目標航路捷徑、導彈發(fā)射的時間等因素有關(guān)。

其中,tmz為火控系統(tǒng)對目標通道的目標指示時間;tzdz為目標通道的照射制導裝置調(diào)轉(zhuǎn)并穩(wěn)定跟蹤目標的時間;n為一次射擊中發(fā)射的導彈數(shù);tfs為從按下“發(fā)射”按鈕開始至導彈起飛的時間;Δ t為齊射艦空導彈時,相鄰兩發(fā)導彈的發(fā)射間隔;tf x為最后一枚導彈飛到遭遇點所用的時間;tpg為評估射擊效果所用的時間。

艦空導彈一次射擊發(fā)射導彈數(shù)一般不超過2枚。如果是單射,則n=1;如果是2發(fā)齊射,則n=2。tfx隨著射擊目標距離、目標的飛行速度、航路捷徑等參數(shù)的不同,以及發(fā)射導彈數(shù)等參數(shù)的不同,該參數(shù)是變化的。tf x是影響艦空導彈武器系統(tǒng)轉(zhuǎn)火射擊能力的關(guān)鍵參數(shù)。

多通道艦空導彈武器系統(tǒng)能否進行通道內(nèi)轉(zhuǎn)火射擊,主要取決于轉(zhuǎn)火射擊周期Tzh(即轉(zhuǎn)火射擊所需時間)和待轉(zhuǎn)火射擊目標的位置(即待轉(zhuǎn)火目標是已經(jīng)進入本目標通道的發(fā)射區(qū)內(nèi))。

從本次射擊按下導彈“發(fā)射”按鈕,到艦艇指控系統(tǒng)下達轉(zhuǎn)火射擊命令,完成轉(zhuǎn)火射擊準備并按下轉(zhuǎn)火射擊導彈的“發(fā)射”按鈕的時間間隔,稱為轉(zhuǎn)火射擊周期Tzh[4]。

轉(zhuǎn)火射擊周期Tzh取決于本次射擊時間Tlj和轉(zhuǎn)火射擊準備時間Tzhzb,即

轉(zhuǎn)火準備時間Tzhzb是指,在本次射擊完成后,組織轉(zhuǎn)火射擊所需的準備時間為

式中:tzhjc為指揮員進行轉(zhuǎn)火射擊決策并下達轉(zhuǎn)火射擊命令的時間;tmz1為艦艇指控系統(tǒng)向艦空導彈火控系統(tǒng)下達目標指示的時間;tfa為在制導裝置穩(wěn)定跟蹤目標后,操作手按下發(fā)射按鈕的時間;Tlj是指本次導彈射擊的射擊時間,即指從按下“發(fā)射”按鈕,到導彈與目標在殺傷區(qū)相遇并判斷出射擊效果。

最大通道內(nèi)轉(zhuǎn)火射擊周期Tzhmax是指對位于艦空導彈發(fā)射區(qū)遠界的目標射擊后,對轉(zhuǎn)火射擊目標在其發(fā)射區(qū)近界發(fā)射艦空導彈攔截的轉(zhuǎn)火射擊時間間隔。

上式中,Tlj max指在發(fā)射區(qū)遠界攔截目標的射擊時間。

最小通道內(nèi)轉(zhuǎn)火射擊周期Tzhmin是指對位于艦空導彈發(fā)射區(qū)近界的目標射擊后,對轉(zhuǎn)火射擊目標在其發(fā)射區(qū)近界發(fā)射艦空導彈進行攔截的轉(zhuǎn)火射擊時間。

式中:Tlj min指在發(fā)射區(qū)近界攔截目標的射擊時間。

3.2 通道間轉(zhuǎn)火射擊

通道間轉(zhuǎn)火射擊是指對于多通道艦空導彈武器系統(tǒng)中,在具有多個目標通道的作戰(zhàn)空域內(nèi)(如扇面l1ol2),出現(xiàn)的多個目標,分批進行射擊的方法。其主要特點是:當來襲目標數(shù)小于作戰(zhàn)空域內(nèi)的目標通道數(shù)時,每個照射制導雷達可按照目標指示到達的先后順序依次分別進行截獲跟蹤;而當作戰(zhàn)空域內(nèi)的目標通道均已被占用時,對后續(xù)目標的處理只能等某一目標通道空閑出來自后才能進行。當然,對于突然出現(xiàn)的重大威脅目標,或者指控系統(tǒng)要求轉(zhuǎn)火射擊另一目標時,也可清除已被占用的目標通道,優(yōu)先處理重要的目標。該轉(zhuǎn)移火力的方式是在不同的目標通道間進行的,因此稱為通道間轉(zhuǎn)火射擊。通道間的轉(zhuǎn)火射擊能力可用一個目標通道接受目標指示并搜索截獲跟蹤目標的時間Tzh時間來表示。Tzh表征了整個多通道艦空導彈武器系統(tǒng)連續(xù)射擊多目標的能力。

多通道艦空導彈武器系統(tǒng)能否進行通道間轉(zhuǎn)火射擊,主要取決于通道間轉(zhuǎn)火射擊周期 Ttzh(即通道間轉(zhuǎn)火射擊所需時間)和待轉(zhuǎn)火射擊目標的位置(即待轉(zhuǎn)火目標是已經(jīng)進入轉(zhuǎn)火射擊目標通道的發(fā)射區(qū)內(nèi))。

由于各個目標通道具有自己的照射制導裝置,多通道艦空導彈武器系統(tǒng)的通道間轉(zhuǎn)火射擊具有,轉(zhuǎn)火射擊目標的截獲跟蹤過程可與前一個目標通道射擊前一個目標的過程同時進行的特點,即各個目標通道的射擊周期可相“重疊”。因此,通道間轉(zhuǎn)火射擊周期Ttzh就是從攔截第一個目標的目標通道按下“發(fā)射”按鈕,艦艇指控系統(tǒng)下達轉(zhuǎn)火射擊命令,到轉(zhuǎn)火射擊的目標通道完成轉(zhuǎn)火射擊準備并按下轉(zhuǎn)火射擊導彈的“發(fā)射”按鈕的時間間隔。

式中,Ttzhjc為指揮員進行通道間轉(zhuǎn)火射擊決策的時間。

4 轉(zhuǎn)火射擊能力計算

4.1 導彈攔截時間的計算

假設多通道艦空導彈采用的是比例導引法的導引方法。比例導引法它是指在導彈飛向目標的過程中,導彈速度矢量轉(zhuǎn)動的角速度與彈目視線的轉(zhuǎn)動角速度成正比。其導引方程為

式中,K為比例系數(shù),建立艦空導彈攔截目標的差分方程模型[3]如下

式中,(xt,yt,zt)表示目標的空間位置,(xm,ym,zm)表示艦空導彈的空間位置,st表示目標在一個步長內(nèi)的飛行距離,sm表示艦空導彈在一個步長內(nèi)的飛行距離,c1分別表示艦空導彈到預測遭遇點的距離,c2表示目標到預測遭遇點的距離。

根據(jù)以上方程,設定目標參數(shù)等初始參數(shù),運用MATLAB進行艦空導彈攔截目標的三維彈道仿真模型,可以計算出導彈攔截時間。

4.2 轉(zhuǎn)火射擊周期計算

假設在以下條件進行計算:

1)多通道艦空導彈武器系統(tǒng)的殺傷區(qū)為遠界Rmax=40km,近界Rmin=10km,艦空導彈的平均速度為Vm=1.1km/s,艦空導彈的殺傷半徑為60m。

2)目標的飛行速度為Vt=0.42km/s,做勻速直線運動。

3)tfs平均時間 1.5s,Δ t=1s,tpg平均時間 1～3s。

4)tmz1=1s,tzhjc=1s,tfa=1s,tzdz=3s,tmz=1s,Ttzhjc=1s。

根據(jù)4.1節(jié),仿真計算出導彈在發(fā)射區(qū)遠界攔截目標時,tfxmax=21.3s,因此根據(jù)假設得出

所以當雙發(fā)齊射在殺傷區(qū)遠界攔截目標(n=2)時,Tzhmax=32.3～34.3s;當單發(fā)攔截目標時(n=1時),Tzhmin=31.3～33.3s,其仿真彈道如圖2所示。

同理,運用MATLAB仿真計算導彈在發(fā)射區(qū)近界攔截目標時,tfxmin=7.2s,因此

可得,雙發(fā)齊射在殺傷區(qū)近界攔截目標(n=2)時,Tzhmin=18.2～20.2;當單發(fā)攔截目標時(n=1時),Tzhmin=17.2～19.2s,其仿真彈道如圖3所示。

由此可知通道內(nèi)轉(zhuǎn)火射擊時,轉(zhuǎn)火射擊周期的變化范圍為

當要在對來襲的多個目標進行通道內(nèi)轉(zhuǎn)火射擊必須滿足以目標來襲間隔時間t不小于Tzhmin的條件。

根據(jù)假設條件計算,同理計算通道間轉(zhuǎn)火射擊周期可得

4.3 計算結(jié)果分析

根據(jù)以上分析計算可知,對于同時位于多通道艦空導彈武器系統(tǒng)的發(fā)射區(qū)域的多批目標,當先后兩批目標的來襲間隔時間t不小于必須的最小通道內(nèi)轉(zhuǎn)火射擊周期Tzhmin并且大于通道z時實施射擊。當先后兩批目標的來襲間隔時間t同時小于最小通道內(nèi)轉(zhuǎn)火射擊周期Tzhmin和大于通道間轉(zhuǎn)火射擊周期Ttzh時,多通道艦空武器系統(tǒng)不能進行轉(zhuǎn)火射擊。根據(jù)仿真實例可知,通道間轉(zhuǎn)火射擊時間遠小于通道內(nèi)轉(zhuǎn)火射擊時間,因此通道間轉(zhuǎn)火射擊是多通道艦空導彈火力單元的基本轉(zhuǎn)火射擊方法。

在實際的防空作戰(zhàn)中,形式復雜多變,上述計算是在理想情況下進行的,進一步分析多通道艦空導彈武器系統(tǒng)的轉(zhuǎn)火射擊能力,還應考慮到以下因素:各個目標通道的發(fā)射區(qū)域的不同以及照射裝置的實際調(diào)轉(zhuǎn)時間等。

5 結(jié)語

根據(jù)對多通道艦空導彈武器系統(tǒng)的轉(zhuǎn)火射擊能力的分析可以看出,通道內(nèi)轉(zhuǎn)火射擊與通道間轉(zhuǎn)火射擊的區(qū)別在于后者的各個目標通道間的射擊周期可以相重疊,而通道內(nèi)轉(zhuǎn)火射擊時,對轉(zhuǎn)火射擊目標的截獲跟蹤不能與射擊前一個目標的過程同時進行。本文給出了通過對艦空導彈進行三維彈道仿真的方法,精確計算多通道艦空導彈武器系統(tǒng)轉(zhuǎn)火射擊能力的方法。根據(jù)計算實例可知,通道間轉(zhuǎn)火射擊是多通道艦空導彈武器系統(tǒng)轉(zhuǎn)火射擊的基本方法。在防空作戰(zhàn)中,為了盡可能地提高系統(tǒng)的射擊能力,可以采取增加目標通道數(shù)或縮短射擊時間,或者提高指揮員以及操作人員的熟練水平的措施。另一方面,可以根據(jù)本文的轉(zhuǎn)火射擊周期的計算方法,優(yōu)化彈道仿真計算導彈攔截時間的模型,在導彈火控系統(tǒng)直接計算并實時顯示對多批目標的轉(zhuǎn)火射擊可能性。

[1]原超,金釗,徐奕航.多通道艦空導彈武器系統(tǒng)轉(zhuǎn)火射擊能力研究[J].火力與指揮控制,2007(增刊)

[2]陽曙光,李為民.多目標通道地空導彈武器系統(tǒng)抗擊效率模型[J].火力與指揮控制,2004(12)

[3]馬其東,王磊,金釗.比例導引法三維彈道仿真分析[J].戰(zhàn)術(shù)導彈技術(shù),2008(3)

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