洪 俊,張輝武,沈振華

(1.海軍大連艦艇學(xué)院,遼寧 大連 116018;2.91526部隊(duì),廣東 湛江 524064)

遠(yuǎn)程精確打擊對衛(wèi)星信息時(shí)效的需求研究

洪 俊1,張輝武2,沈振華2

(1.海軍大連艦艇學(xué)院,遼寧 大連 116018;2.91526部隊(duì),廣東 湛江 524064)

針對導(dǎo)彈遠(yuǎn)程精確打擊作戰(zhàn)對新型遠(yuǎn)程目標(biāo)指示手段需求,提出了以偵察衛(wèi)星信息作為遠(yuǎn)程目標(biāo)指示的構(gòu)想。梳理了偵察衛(wèi)星信息支援海上遠(yuǎn)程精確打擊作戰(zhàn)過程,提出了偵察衛(wèi)星信息時(shí)效的定義,建立了約束條件下基于導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)搜索區(qū)的偵察衛(wèi)星信息時(shí)效和導(dǎo)彈捕捉概率計(jì)算方法,并選擇相關(guān)彈型進(jìn)行了數(shù)據(jù)計(jì)算,獲取了不同射程、末制導(dǎo)方式下的捕捉概率。研究結(jié)果表明:在可接受區(qū)間內(nèi),偵察衛(wèi)星信息的時(shí)效能夠滿足海上遠(yuǎn)程精確打擊的目標(biāo)指示需求。

遠(yuǎn)程精確打擊; 衛(wèi)星偵察信息; 捕捉概率; 信息時(shí)效

張輝武(1977-),男,本科。

沈振華(1985-),男,碩士。

目前,反艦導(dǎo)彈超視距攻擊是實(shí)現(xiàn)海上遠(yuǎn)程精確打擊的主要手段之一,通常采用預(yù)警機(jī)、預(yù)警直升機(jī)、無人偵察機(jī)和微波超視距雷達(dá)等作為目標(biāo)指示途徑,存在探測距離有限、留空時(shí)間短、信息要素不全等缺點(diǎn),在遠(yuǎn)海作戰(zhàn)中不能為導(dǎo)彈提供持續(xù)穩(wěn)定的遠(yuǎn)程目標(biāo)指示信息。目前航天偵察系統(tǒng)發(fā)展進(jìn)入了新階段,偵察衛(wèi)星已成為探測、跟蹤、監(jiān)視海洋機(jī)動(dòng)目標(biāo)的重要手段[1]。其中成像偵察衛(wèi)星單幅覆蓋范圍可達(dá)300km,電子偵察衛(wèi)星的星下點(diǎn)覆蓋半徑在2000km以上,且多星組網(wǎng)偵察對目標(biāo)重訪周期短、探測距離遠(yuǎn)、定位精度高,可長時(shí)間、大范圍地連續(xù)獲取目標(biāo)信息。如何將偵察衛(wèi)星的信息優(yōu)勢與反艦導(dǎo)彈的遠(yuǎn)程目標(biāo)指示需求結(jié)合起來,對發(fā)揮新型反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)能力至關(guān)重要。

1 偵察衛(wèi)星信息時(shí)效研究的必要性

現(xiàn)在已有學(xué)者對偵察衛(wèi)星信息支援海上遠(yuǎn)程攻擊領(lǐng)域進(jìn)行了研究:王建江等建立了基于衛(wèi)星偵察信息精度的導(dǎo)彈命中概率計(jì)算模型,分析了衛(wèi)星偵察信息精度對導(dǎo)彈命中概率的影響[2]。汪新剛等通過分析導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)搜索區(qū)域,分析了導(dǎo)彈自控終點(diǎn)誤差對導(dǎo)彈命中概率的影響[3]。李建等分析了目標(biāo)指示信息延遲對反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)作戰(zhàn)使用的影響[4]。海上遠(yuǎn)程精確打擊作戰(zhàn)中,由于目標(biāo)距離遠(yuǎn)、機(jī)動(dòng)不可控,導(dǎo)彈飛行時(shí)間長,對信息情報(bào)依賴度高。偵察衛(wèi)星支援海上遠(yuǎn)程精確打擊作戰(zhàn)時(shí),由于受衛(wèi)星工作模式、傳輸能力、指揮決策效率等影響,其信息滯后性直接影響作戰(zhàn)效能,本文基于此研究衛(wèi)星信息時(shí)效需求及對導(dǎo)彈捕捉概率的影響。

2 偵察衛(wèi)星信息時(shí)效和導(dǎo)彈捕捉概率模型

2.1 問題描述和約束條件

反艦導(dǎo)彈通常采用“自控+自導(dǎo)”制導(dǎo)體制,衛(wèi)星偵察支援海上遠(yuǎn)程精確打擊一般過程為:衛(wèi)星偵察獲取目標(biāo)信息,連續(xù)跟蹤監(jiān)視、解算處理傳輸,發(fā)射平臺獲得衛(wèi)星信息作為遠(yuǎn)程目標(biāo)指示;為導(dǎo)彈裝訂目標(biāo)指示信息,導(dǎo)彈發(fā)射按照預(yù)定彈道飛行,到達(dá)自控終點(diǎn);末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)后搜索截獲目標(biāo),進(jìn)入自導(dǎo)跟蹤,實(shí)施末端機(jī)動(dòng)直到命中。如圖1所示[5]。

圖1 偵察衛(wèi)星支援海上遠(yuǎn)程精確打擊作戰(zhàn)示意圖

偵察衛(wèi)星的信息時(shí)效定義為:從衛(wèi)星對目標(biāo)偵察定位瞬間,到信息發(fā)送至海上作戰(zhàn)平臺形成遠(yuǎn)程目標(biāo)指示、導(dǎo)彈發(fā)射為止的時(shí)間間隔。因此信息時(shí)效性差,增大了目標(biāo)機(jī)動(dòng)散布區(qū),導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)搜索區(qū)覆蓋目標(biāo)散布范圍減小,捕捉概率降低。本文設(shè)立約束條件如下:1)導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)搜索區(qū)覆蓋目標(biāo)位置即可視為雷達(dá)截獲捕捉到目標(biāo);2)衛(wèi)星初始定位精度誤差包含在目標(biāo)機(jī)動(dòng)散布區(qū)內(nèi);3)不考慮導(dǎo)彈自控終點(diǎn)散布、單艦定位精度及末制導(dǎo)雷達(dá)搜索扇面邊界對捕獲概率的影響。

2.2 衛(wèi)星偵察信息時(shí)效計(jì)算模型

從偵察衛(wèi)星對目標(biāo)偵察定位,至導(dǎo)彈按照航路規(guī)劃飛至末制導(dǎo)雷達(dá)預(yù)定開機(jī)點(diǎn),目標(biāo)艦艇已脫離初始位置,形成了以最大機(jī)動(dòng)距離為半徑的散布圓。設(shè)目標(biāo)航向、航速不定,以目標(biāo)機(jī)動(dòng)引起的位置變化最不利于導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)搜索區(qū)覆蓋目標(biāo)散布區(qū),即目標(biāo)航向垂直于導(dǎo)彈攻擊方位進(jìn)行分析,目標(biāo)散布區(qū)與末制導(dǎo)雷達(dá)搜索扇面的關(guān)系如圖2所示[6-7]。

圖2 導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)搜索范圍與目標(biāo)散布區(qū)示意圖

圖2中,α為末制導(dǎo)雷達(dá)搜索半扇面,單位為°;d為導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)搜索帶半寬,單位km;Vd為導(dǎo)彈巡航飛行速度,單位m/s;Rgj為導(dǎo)彈射程,單位km;Rzk為導(dǎo)彈自控飛行距離,單位km;Rkj為導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)預(yù)定開機(jī)搜索距離,單位km;Rjd為目標(biāo)散布區(qū)半徑,單位km;Vtarget為目標(biāo)航速,單位kn(1kn=1n mile/h≈0.5m/s)。

導(dǎo)彈自控飛行時(shí)間Tzk:

(1)

目標(biāo)機(jī)動(dòng)時(shí)間Tjd：

Tjd=Tsx+Tzk

(2)

目標(biāo)位置散布圓是以機(jī)動(dòng)距離Rjd為半徑的圓形區(qū)域，如下：

Rjd=VtargetTjd

(3)

末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)搜索帶半寬d可表示為：

d=Rkj×tanα

(4)

則艦艇運(yùn)動(dòng)脫離末制導(dǎo)搜索區(qū)的時(shí)間Tjd為：

(5)

據(jù)式(1)-(5)可得衛(wèi)星信息時(shí)效需求為：

(6)

2.3 基于信息時(shí)效的導(dǎo)彈捕捉概率模型

反艦導(dǎo)彈捕捉概率是指末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)后，目標(biāo)落入雷達(dá)搜索區(qū)域并被捕捉到的概率。假設(shè)目標(biāo)位于末制導(dǎo)雷達(dá)搜索區(qū)域就能夠被捕捉到，那么反艦導(dǎo)彈的捕捉概率就是末制導(dǎo)雷達(dá)搜索區(qū)域覆蓋目標(biāo)位置散布區(qū)的概率[8]。如果末制導(dǎo)雷達(dá)搜索扇面完全覆蓋目標(biāo)區(qū)域，則捕捉概率為1。由圖2所示，末制導(dǎo)雷達(dá)搜索扇面覆蓋目標(biāo)區(qū)域的面積為直線AB、CD和弧線BC、AD圍成的區(qū)域面積設(shè)為SABCD，則

(7)

(8)

則導(dǎo)彈捕捉概率Pbz為

3 計(jì)算分析

3.1 設(shè)置參數(shù)

為便于比對分析,設(shè)置導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)采用兩種型號,Ⅰ型搜索扇面為±20°,首次開機(jī)距離25km,Ⅱ型搜索扇面為±40°、首次開機(jī)距離為50km,導(dǎo)彈飛行速度取高0.85、Ma=2.5。計(jì)算結(jié)果如表1所示。

3.2 目指信息時(shí)效計(jì)算結(jié)果分析

1)亞音速導(dǎo)彈采用Ⅰ、Ⅱ型末制導(dǎo)雷達(dá)時(shí),攻擊不同距離、不同航速目標(biāo)的目標(biāo)指示信息時(shí)效指標(biāo)分別為1.4～22.9、1.7～17.1、0～5.6min和17.9～39.5、12.1～33.8、6.4～28.5min。

2)射程超過400km,目標(biāo)航速25kn以上時(shí),亞聲速導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)搜索區(qū)將無法覆蓋目標(biāo)位置散布區(qū),目標(biāo)指示時(shí)效不能滿足作戰(zhàn)要求;超聲速導(dǎo)彈采用Ⅰ型末制導(dǎo)雷達(dá)時(shí),攻擊不同距離、不同航速目標(biāo)的目標(biāo)指示信息時(shí)效指標(biāo)分別為11.7～33.2、9.7～31.2、7.8-27.3min。

3)超聲速導(dǎo)彈采用Ⅱ型末制導(dǎo)雷達(dá)時(shí),對偵察衛(wèi)星信息時(shí)效需求降低,最高指標(biāo)為7.8min,最低指標(biāo)為69.4min,實(shí)際上超過一定時(shí)限的低指標(biāo)值已不具備遠(yuǎn)程目標(biāo)指示能力,只能作為遠(yuǎn)程偵察引導(dǎo)。

表1 偵察衛(wèi)星目標(biāo)指示信息時(shí)效需求對照表(單位:min)

注：導(dǎo)彈參數(shù)依次為射程(km)、搜索扇面角(°)、末制導(dǎo)雷達(dá)預(yù)定開機(jī)距離(km)、飛行速度Ma。

3.3 導(dǎo)彈捕捉概率分析

根據(jù)前述結(jié)果,選擇某型導(dǎo)彈采用Ⅱ型末制導(dǎo)雷達(dá)、超聲速飛行時(shí),打擊不同航速目標(biāo)時(shí)的捕捉概率計(jì)算如圖3～圖5所示。

1)目標(biāo)距離300km,Pbz≥0.95時(shí)，對不同航速目標(biāo)的目標(biāo)指示信息時(shí)效分別為7.4min、4.5min、2min,Pbz≥0.85時(shí)對不同航速目標(biāo)的目指信息時(shí)效分別為13min、9.5min、6.5min。

圖3 目標(biāo)距離300km時(shí)導(dǎo)彈捕捉概率

2)目標(biāo)距離400km,Pbz≥0.95時(shí)對不同航速目標(biāo)的目標(biāo)指示信息時(shí)效分別為3.8min、0.5min、0min,Pbz≥0.85時(shí)對不同航速目標(biāo)的目指信息時(shí)效分別為12.5min、6.8min、2min。

圖4 目標(biāo)距離400km時(shí)導(dǎo)彈捕捉概率

3)目標(biāo)距離500km,目指信息時(shí)效為0分鐘時(shí)Pbz為0.85,即打擊遠(yuǎn)距離目標(biāo)對偵察衛(wèi)星情報(bào)時(shí)效要求極高;在目指信息時(shí)效5min時(shí),導(dǎo)彈對不同航速目標(biāo)的捕捉概率分別為0.84、0.83、0.8。在偵察衛(wèi)星保障導(dǎo)彈遠(yuǎn)程精確打擊作戰(zhàn)中,要根據(jù)目標(biāo)機(jī)動(dòng)特性、導(dǎo)彈捕捉概率綜合決策如何選擇導(dǎo)彈實(shí)施打擊,在先敵打擊和精確打擊之間取得合理平衡點(diǎn),力爭獲得較大的戰(zhàn)果。

圖5 目標(biāo)距離500km時(shí)導(dǎo)彈捕捉概率

4 結(jié)束語

通過研究衛(wèi)星信息支援遠(yuǎn)程精確打擊作戰(zhàn)應(yīng)用下的時(shí)效指標(biāo)和導(dǎo)彈捕捉概率表明，衛(wèi)星信息時(shí)效在可接受區(qū)間內(nèi),能夠滿足對海上時(shí)間敏感目標(biāo)的遠(yuǎn)程精確打擊需求。

事實(shí)上,海上遠(yuǎn)程精確打擊作戰(zhàn)中,偵察衛(wèi)星的重訪周期、初始定位精度、射擊方式、導(dǎo)彈自控終點(diǎn)散布等因素對遠(yuǎn)程精確打擊作戰(zhàn)均存在影響。因此在實(shí)際運(yùn)用中必須予以全面考慮,在現(xiàn)有能力基礎(chǔ)上通過體系升級和實(shí)射驗(yàn)證,以提升偵察衛(wèi)星信息系統(tǒng)支援海軍遠(yuǎn)程打擊作戰(zhàn)的實(shí)用性和實(shí)戰(zhàn)能力。

[1] 王勇平.空間信息支援作戰(zhàn)[M].北京:國防大學(xué)出版社,2014:145-150.

[2] 王建江,徐培德,王慧林,等.導(dǎo)彈打擊海上移動(dòng)目標(biāo)中的衛(wèi)星偵察信息精度影響分析[J].國防科技大學(xué)學(xué)報(bào),2013,35(1):181-184.

[3] 汪新剛.反艦導(dǎo)彈目標(biāo)捕捉概率模型分析[J].戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈控制技術(shù),2006,7(3):104-106.

[4] 李建,范輝,劉鐵,等.目標(biāo)指示信息延遲對反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)參數(shù)裝訂的影響分析[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào),2013,33(1):176-178.

[5] 洪俊.航母編隊(duì)遠(yuǎn)海作戰(zhàn)對航天遠(yuǎn)程預(yù)警體系的能力需求研究[R].海軍大連艦艇學(xué)院,2016(3):145-147.

[6] 程曉雪.對海中遠(yuǎn)程精確打擊體系[J].指揮信息系統(tǒng)與技術(shù),2015,6(1):16-21.

[7] 盧代軍,夏學(xué)知，張子鶴，等.目標(biāo)信息的時(shí)效性分析[J].火力與指揮控制,2007,32(1):38-41.

[8] 高源.基于空間信息系統(tǒng)的時(shí)間敏感目標(biāo)打擊[J].指揮信息系統(tǒng)與技術(shù),2014,5(4):10-13，62.

Time Efficacy of Satellite Reconnaissance Information for Long-distance Accurate Strike by Anti-surface Missile

HONG Jun1,ZHANG Hui-wu2,SHEN Zhen-hua2

(1.Dalian Naval Academy,Dalian 116018；2.Unit 91526 of PLA,Zhanjiang 524064,China)

The impact of satellite reconnaissance information time efficacy on long-distance accurate strike is investigated,which is significant for improving the operational efficiency of anti-surface missiles.According to the operational process of satellite reconnaissance information supporting on long-distance accurate strike by the sea,both the calculating model of satellite reconnaissance information time efficacy and missile catching probability are established.The calculating and analyzed results prove that in the acceptable range,the time efficacy of satellite reconnaissance information can meet the demand for long-distance accurate strike.

long-distance accurate strike; satellite reconnaissance information; catching probability; time efficacy

V474； E925

A

10.3969/j.issn.1673-3819.2017.05.002

1673-3819(2017)05-0009-03

2017-04-21

2017-07-27

洪 俊(1982-),男,浙江金華人,博士,講師,研究方向?yàn)榕炤d雷達(dá)預(yù)警探測和作戰(zhàn)指揮。