謝曉方，何 凡，孫 濤

（海軍航空大學(xué)，山東 煙臺(tái) 264000）

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代空戰(zhàn)具有信息化、網(wǎng)絡(luò)化等特點(diǎn)，作戰(zhàn)平臺(tái)能發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)、精確打擊，掌握戰(zhàn)場(chǎng)主動(dòng)權(quán)，提升綜合作戰(zhàn)能力［1-4］。在信息化、網(wǎng)絡(luò)化條件下，可充分利用遠(yuǎn)程目指信息，完成對(duì)空目標(biāo)打擊任務(wù)，這樣不僅實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)，同時(shí)避免了載機(jī)雷達(dá)因探測(cè)能力有限，而無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的問題［5-6］。

就目前公開發(fā)表的文獻(xiàn)而言，關(guān)于遠(yuǎn)程目標(biāo)指示信息的使用問題，在指揮引導(dǎo)層面，理論研究較為成熟［7-9］，但在火力控制層面，理論成果較少。文獻(xiàn)［10-12］研究了利用遠(yuǎn)程目標(biāo)指示對(duì)水面艦艇超視距攻擊的方法，但相比于水面目標(biāo)，打擊空中目標(biāo)要求用于火控解算的目指信息頻率更高，準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性更好，雷達(dá)、數(shù)據(jù)鏈通信、數(shù)據(jù)融合、火力控制等相關(guān)技術(shù)以及武器系統(tǒng)性能等都需進(jìn)一步發(fā)展。但就現(xiàn)狀而言，在對(duì)空目標(biāo)進(jìn)行打擊時(shí)，遠(yuǎn)程目指只能用于指揮引導(dǎo)，而無法用于火控層面。

針對(duì)上述問題，為盡快適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化空戰(zhàn)需求，本文從工程應(yīng)用實(shí)際出發(fā)，提出了一種火控新模式。

1 現(xiàn)有火控模式分析

根據(jù)武器種類、發(fā)射平臺(tái)、打擊目標(biāo)和打擊方式不同，可對(duì)火控模式加以區(qū)分，就空空導(dǎo)彈而言，可分為近距導(dǎo)彈火控模式、中距導(dǎo)彈火控模式、多目標(biāo)攻擊火控模式等，本文以某作戰(zhàn)飛機(jī)發(fā)射某型中距空空導(dǎo)彈為例進(jìn)行研究。

圖1 火控系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)流程

在中距空空導(dǎo)彈火控模式下，火控系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)流程如圖1 所示。指揮平臺(tái)發(fā)送遠(yuǎn)程指令，引導(dǎo)載機(jī)進(jìn)入目標(biāo)區(qū)，隨后載機(jī)沿最佳航路接近目標(biāo)；機(jī)載雷達(dá)開機(jī)，搜索、識(shí)別、跟蹤目標(biāo)，測(cè)量目標(biāo)及飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)；任務(wù)機(jī)獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行火控解算，并將射擊參數(shù)裝訂到導(dǎo)彈上；待滿足導(dǎo)彈發(fā)射條件之后，由飛行員發(fā)射導(dǎo)彈；在中制導(dǎo)過程中，使用捷聯(lián)慣導(dǎo)加無線電修正指令引導(dǎo)導(dǎo)彈，直到末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)。其中，在導(dǎo)彈發(fā)射之前，參數(shù)測(cè)量、火控解算和參數(shù)裝訂重復(fù)循環(huán)，在此過程中，系統(tǒng)內(nèi)信息流如圖2 所示。

圖2 現(xiàn)有火控模式下系統(tǒng)信息流

2 機(jī)載雷達(dá)工作模式

在火控系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)過程中，機(jī)載雷達(dá)截獲目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)火控計(jì)算、打擊目標(biāo)的前提，一般作戰(zhàn)飛機(jī)上裝有雷達(dá)和光電雷達(dá)，雷達(dá)工作狀態(tài)如圖3 所示。雷達(dá)開機(jī)后，由靜默狀態(tài)進(jìn)入到搜索狀態(tài)；若連續(xù)多次探測(cè)到目標(biāo)，雷達(dá)進(jìn)入到穩(wěn)定跟蹤狀態(tài)；在此過程中，如果雷達(dá)丟失目標(biāo)，則重新進(jìn)入搜索狀態(tài)。光電雷達(dá)工作狀態(tài)如圖4 所示。光電雷達(dá)開機(jī)后，進(jìn)入到大區(qū)搜索狀態(tài)，此時(shí)會(huì)在屏顯上形成一個(gè)波門；在波門內(nèi)選定需要跟蹤的目標(biāo)后，進(jìn)入到小區(qū)搜索狀態(tài)，波門范圍減少；再一次選定需要跟蹤的目標(biāo)，進(jìn)入到跟蹤狀態(tài)；在此過程中，若丟失目標(biāo)則重新進(jìn)入大區(qū)搜索狀態(tài)。

圖3 雷達(dá)工作狀態(tài)

圖4 光電雷達(dá)工作狀態(tài)

為了充分發(fā)揮雷達(dá)和光電雷達(dá)各自優(yōu)勢(shì)，通常情況下雷達(dá)和光電雷達(dá)會(huì)協(xié)同工作，因雙雷達(dá)工作模式繁多，本文僅研究某模式下，任務(wù)機(jī)工作流程，如下頁圖5 所示。當(dāng)載機(jī)進(jìn)入作戰(zhàn)區(qū)域后，機(jī)載雷達(dá)開機(jī)，雷達(dá)和光電雷達(dá)會(huì)根據(jù)遠(yuǎn)程目指信息定向搜索，瞄準(zhǔn)軸迅速對(duì)準(zhǔn)指示的目標(biāo)方位，可增大截獲目標(biāo)的概率。當(dāng)雷達(dá)進(jìn)入跟蹤狀態(tài)后，雷達(dá)將目標(biāo)參數(shù)發(fā)送給任務(wù)機(jī)進(jìn)行火控解算。當(dāng)雷達(dá)丟失目標(biāo)，任務(wù)機(jī)停止火控解算，若此時(shí)光電雷達(dá)處于跟蹤狀態(tài)，光電雷達(dá)將目標(biāo)方位信息發(fā)送給任務(wù)機(jī)，雷達(dá)從任務(wù)機(jī)獲取目標(biāo)方位信息后進(jìn)行定向搜索。若雷達(dá)和光電雷達(dá)均未跟蹤目標(biāo)，雷達(dá)和光電雷達(dá)都進(jìn)入搜索狀態(tài)。所以一旦雷達(dá)脫離跟蹤狀態(tài)，任務(wù)機(jī)將無法解算。

3 中制導(dǎo)控制指令形成方式

圖5 任務(wù)機(jī)工作流程

在中制導(dǎo)階段，導(dǎo)彈制導(dǎo)方式采用捷聯(lián)慣導(dǎo)［13］加無線電指令修正復(fù)合制導(dǎo)，可以保證導(dǎo)引頭發(fā)射機(jī)開機(jī)后能可靠截獲目標(biāo)，從而有效攻擊目標(biāo)。在導(dǎo)彈準(zhǔn)備階段，載機(jī)會(huì)檢查無線電修正通道是否正常。在中制導(dǎo)階段，系統(tǒng)信息流如圖6 所示。任務(wù)機(jī)將目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)傳送給機(jī)載雷達(dá)，雷達(dá)按一定的時(shí)間間隔，將目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)以無線電信號(hào)的形式發(fā)送給導(dǎo)彈。導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)參數(shù)由彈上捷聯(lián)慣導(dǎo)導(dǎo)航系統(tǒng)獲得。彈上飛控組件根據(jù)導(dǎo)彈和目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，按照中制導(dǎo)導(dǎo)引規(guī)律計(jì)算出控制指令，控制導(dǎo)彈接近目標(biāo)。

圖6 中制導(dǎo)段系統(tǒng)信息流

4 基于遠(yuǎn)程目指信息的理想火控模式

在現(xiàn)有火控模式下，遠(yuǎn)程指揮平臺(tái)將作戰(zhàn)飛機(jī)引導(dǎo)至作戰(zhàn)空域后，將不再發(fā)送作戰(zhàn)指令，由作戰(zhàn)飛機(jī)單獨(dú)執(zhí)行任務(wù)［14］，但機(jī)載雷達(dá)可能無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)：一是作戰(zhàn)飛機(jī)機(jī)載雷達(dá)探測(cè)性能的限制，只能感知戰(zhàn)場(chǎng)局部態(tài)勢(shì)信息，即使光電雷達(dá)遠(yuǎn)距離發(fā)現(xiàn)了目標(biāo)，也只能提供角度信息，不能提供距離信息，無法完成火控解算；二是敵方作戰(zhàn)平臺(tái)機(jī)動(dòng)、隱身能力不斷增強(qiáng)；三是機(jī)載雷達(dá)探測(cè)空域電磁環(huán)境日益復(fù)雜，抗干擾性能差［15］。針對(duì)上述問題，在現(xiàn)代信息化、網(wǎng)絡(luò)化空戰(zhàn)環(huán)境下，考慮到一些遠(yuǎn)程平臺(tái)（如前出無人機(jī)、戰(zhàn)斗機(jī)、預(yù)警機(jī)、指揮所）探測(cè)能力、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，作戰(zhàn)飛機(jī)可通過數(shù)據(jù)鏈，利用這些平臺(tái)提供的目指信息，實(shí)現(xiàn)火力控制。

為了便于分析比較，首先作如下假設(shè)：一是遠(yuǎn)程平臺(tái)能穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)；二是遠(yuǎn)程目指數(shù)據(jù)滿足火控解算要求；三是作戰(zhàn)飛機(jī)機(jī)載雷達(dá)始終處于靜默狀態(tài)；四是遠(yuǎn)程平臺(tái)與導(dǎo)彈建立穩(wěn)定的無線電修正通道［16］?；谏鲜黾僭O(shè)條件，下面給出一種理想的對(duì)空目標(biāo)打擊火控模式，其任務(wù)執(zhí)行流程與現(xiàn)有火控模式基本一致。載機(jī)進(jìn)入到作戰(zhàn)區(qū)域后，通過戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈，獲取遠(yuǎn)程平臺(tái)提供的目指信息，傳送給任務(wù)機(jī)實(shí)現(xiàn)火控解算，并將射擊參數(shù)裝訂到導(dǎo)彈上。待滿足導(dǎo)彈發(fā)射條件之后，由飛行員發(fā)射導(dǎo)彈。在中制導(dǎo)過程中，遠(yuǎn)程平臺(tái)通過無線電修正通道，將目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)直接發(fā)送給導(dǎo)彈，完成無線電指令修正制導(dǎo)，直至末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)。在此過程中，作戰(zhàn)飛機(jī)、導(dǎo)彈和遠(yuǎn)程平臺(tái)之間信息流如圖7 所示。

圖7 理想火控模式下平臺(tái)間信息流

理想火控模式和現(xiàn)有火控模式主要區(qū)別在于：一是用于火控解算的目指信息由遠(yuǎn)程平臺(tái)提供，而不是機(jī)載雷達(dá)；二是導(dǎo)彈中制導(dǎo)過程中，無線電修正指令（目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)）由遠(yuǎn)程平臺(tái)發(fā)送給導(dǎo)彈。這種模式不僅解決了載機(jī)雷達(dá)無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的問題，而且通過雷達(dá)靜默增強(qiáng)了載機(jī)的隱蔽性，并且可真正實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)飛機(jī)“發(fā)射后不管”。這種模式理論上可行，但在工程實(shí)際中難以應(yīng)用，原因有以下幾點(diǎn)：

1）遠(yuǎn)程目指無法滿足各方面需求。一是精度不夠，目指信息是相對(duì)于遠(yuǎn)程平臺(tái)本身測(cè)得的，數(shù)據(jù)本身存在較大誤差，而且需要轉(zhuǎn)換到相應(yīng)坐標(biāo)系下才能完成火控解算和中制導(dǎo)，誤差會(huì)進(jìn)一步放大；二是實(shí)時(shí)性難以保證，通過數(shù)據(jù)鏈傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)存在延時(shí)；三是數(shù)據(jù)率不夠，遠(yuǎn)程平臺(tái)提供的目指信息無法滿足火控解算需求。

2）武器裝備改動(dòng)大。一是要改動(dòng)作戰(zhàn)飛機(jī)機(jī)載雷達(dá)，機(jī)載雷達(dá)開機(jī)、搜索并鎖定目標(biāo)是火控解算、導(dǎo)彈發(fā)射的必要條件，而且在中制導(dǎo)過程中，無線電修正指令由機(jī)載雷達(dá)以直波信號(hào)的形式發(fā)送給導(dǎo)彈，這都與假設(shè)的雷達(dá)靜默條件不符；二是要改動(dòng)遠(yuǎn)程平臺(tái)雷達(dá)，遠(yuǎn)程目指的數(shù)據(jù)率往往無法滿足火控解算的需求，并且無法保證發(fā)送的無線電修正指令有足夠高的能量，讓彈上天線識(shí)別、接收；三是要建立遠(yuǎn)程平臺(tái)與導(dǎo)彈之間的無線電修正通道，保證信道匹配，用于實(shí)現(xiàn)中制導(dǎo)。

3）作戰(zhàn)職能改動(dòng)大。遠(yuǎn)程平臺(tái)不僅需要實(shí)現(xiàn)預(yù)警探測(cè)和指揮決策，還需要完成火控解算以及導(dǎo)彈制導(dǎo)，繁重的作戰(zhàn)任務(wù)增大了平臺(tái)上設(shè)備以及工作人員負(fù)擔(dān)。

5 基于遠(yuǎn)程目指信息的火控新模式

在理想火控模式中，由于對(duì)武器裝備構(gòu)成和作戰(zhàn)職能改動(dòng)較大，在短時(shí)間內(nèi)難以有效解決，下文基于現(xiàn)有武器裝備，從軟件設(shè)計(jì)層面出發(fā)，給出一種火控新模式的實(shí)現(xiàn)途徑，以盡快適應(yīng)現(xiàn)代信息化、網(wǎng)絡(luò)化空戰(zhàn)需求。針對(duì)新模式中可能存在的遠(yuǎn)程目指數(shù)據(jù)精度問題，鑒于篇幅限制，將另撰文討論。

在火控新模式下，任務(wù)機(jī)工作過程如圖8 所示。機(jī)載雷達(dá)開機(jī)后，任務(wù)機(jī)獲取遠(yuǎn)程目指，并將目指信息傳送給雷達(dá)和光電雷達(dá)，雙雷達(dá)進(jìn)行定向搜索。當(dāng)雷達(dá)進(jìn)入跟蹤狀態(tài)后，雷達(dá)將目標(biāo)參數(shù)發(fā)送給任務(wù)機(jī)進(jìn)行火控解算，若雷達(dá)沒有跟蹤目標(biāo)，任務(wù)機(jī)利用遠(yuǎn)程目指進(jìn)行火控解算。在雷達(dá)丟失目標(biāo)的過程中，若光電雷達(dá)處于跟蹤狀態(tài)，光電雷達(dá)將目標(biāo)方位信息發(fā)送給任務(wù)機(jī)，雷達(dá)從任務(wù)機(jī)獲取目標(biāo)方位信息后進(jìn)行定向搜索，若光電雷達(dá)均未跟蹤目標(biāo)，任務(wù)機(jī)將遠(yuǎn)程目指發(fā)送給雙雷達(dá)，雙雷達(dá)進(jìn)入定向搜索。在火控新模式下，無論雷達(dá)是否跟蹤目標(biāo)，任務(wù)機(jī)一直處于解算狀態(tài)。

火控新模式既不同于現(xiàn)有火控模式，也不同于理想火控模式，與現(xiàn)有火控模式主要區(qū)別在于：當(dāng)機(jī)載雷達(dá)未截獲目標(biāo)時(shí)，任務(wù)機(jī)可利用遠(yuǎn)程目指進(jìn)行火控解算，并且雷達(dá)可根據(jù)遠(yuǎn)程目指進(jìn)行定向搜索。新模式與理想火控模式區(qū)別在于：一是在作戰(zhàn)過程中，機(jī)載雷達(dá)開機(jī)；二是中制導(dǎo)指令由載機(jī)發(fā)送給導(dǎo)彈，這兩點(diǎn)均與現(xiàn)有火控模式一致。由于這種模式僅需在軟件層面改動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)，所以，可以盡快適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化空戰(zhàn)。

圖8 火控新模式下任務(wù)機(jī)工作過程

6 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種基于遠(yuǎn)程目指的對(duì)空目標(biāo)打擊火控新模式。該模式在保證遠(yuǎn)程目指信息滿足任務(wù)機(jī)火控解算需求的前提下，對(duì)現(xiàn)有武器裝備在任務(wù)機(jī)軟件層面進(jìn)行邏輯修改，即可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)。火控新模式的提出，為我軍武器裝備快速實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化、網(wǎng)絡(luò)化空戰(zhàn)提供了理論支撐。