遲 彤 郭傳福 傅學慶

（1.海軍裝備部裝備保障大隊 北京 100080）（2.海軍大連艦艇學院艦船指揮系 大連 116001）

1 引言

箔條質(zhì)心干擾與艦空導(dǎo)彈均為水面艦艇末端防御的重要手段，二者協(xié)同使用將會提升艦艇的綜合反導(dǎo)效能[1]。若使用不當，箔條質(zhì)心干擾所形成的箔條云在干擾敵方反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達的同時可能會對艦空導(dǎo)彈作戰(zhàn)過程中所用的傳感器造成一定的影響，從而降低艦空導(dǎo)彈的作戰(zhàn)效能[2]。

目前已有部分文獻對軟硬武器協(xié)同使用問題進行論述，文獻[3～6]從定性的角度對軟硬武器使用可能存在的沖突及解決辦法進行了詳細的闡述，但缺少定量分析的過程，其結(jié)論可用性受到一定制約。文獻[7～11]以箔條干擾和需要本艦照射雷達制導(dǎo)的艦空導(dǎo)彈為例，提出了沖突判斷的基本原則，建立了相關(guān)模型，并進行了仿真驗證。隨著艦空導(dǎo)彈的不斷發(fā)展，其制導(dǎo)體制也發(fā)生了很大改變，部分判斷模型在二維坐標系下建立，并不能夠充分說明雷達波束與箔條云的遮擋關(guān)系，導(dǎo)致結(jié)果與實際存在一定偏差。本文以箔條質(zhì)心干擾和采用被動微波/紅外雙模制導(dǎo)方式的艦空導(dǎo)彈為研究對象，對其可能存在的沖突問題進行分析。

2 影響機理分析

2.1 艦空導(dǎo)彈發(fā)射條件

對于采用被動微波/紅外雙模制導(dǎo)方式的艦空導(dǎo)彈，當導(dǎo)彈導(dǎo)引頭接收到反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達的微波信息且目標處于導(dǎo)彈發(fā)射區(qū)內(nèi)時，導(dǎo)彈可以發(fā)射，初段采用被動微波制導(dǎo)，末段采用紅外制導(dǎo)[12]。

2.2 影響機理

導(dǎo)彈導(dǎo)引頭中的微波接收器接收的電磁信號頻域與箔條云的干擾頻域存在沖突，當箔條云遮擋住反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達電軸方向時，電磁波經(jīng)過衰減、反射，會使得導(dǎo)彈導(dǎo)引頭無法接收到敵方導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達信號，導(dǎo)致艦空導(dǎo)彈無法正常發(fā)射。

3 使用影響模型

由于水面艦艇、箔條云及反艦導(dǎo)彈三者的相對位置關(guān)系實時發(fā)生變化，所以分別對其建立運動模型。

3.1 建立坐標系

取箔條彈發(fā)射時刻為0時刻，0時刻艦艇位置O為坐標原點，取正東方向為X軸，正北方向為Y軸，過原點垂直于水平面為Z軸，建立地理坐標系。

3.2 艦艇運動模型

艦艇機動分為預(yù)機動和實時機動，實時大角度機動對硬武器射擊具有一定的影響，所以本文不考慮艦艇航向的改變，即艦艇已提前完成預(yù)機動。

艦艇在地理坐標系下的運動方程為

式中：[Xs(t)，YS(t)，0]為艦艇在t時刻的坐標。

艦空導(dǎo)彈發(fā)射架在地理坐標系下的坐標為[Xs(t)，YS(t)，H0]，H0為導(dǎo)彈發(fā)射架高度。

3.3 箔條云運動模型

箔條彈發(fā)射后在距離艦艇一定距離爆炸形成箔條云，箔條云在形狀計算上按照球體進行計算。在風速的作用下，水平方向看作按照風向做勻速直線運動；垂直方向，由于箔條云的質(zhì)量較輕，不考慮風向、風速在垂直方向的分量，在重力和空氣阻力的作用下看作近似勻速下降，艦艇在初始時刻發(fā)射箔條彈，經(jīng)過系統(tǒng)反應(yīng)時間和成云時間后，箔條云中心的位置變化模型為

式中：[XB(t)，YB(t)，ZB(t)]為箔條云在 t時刻的坐標；RB為箔條云水平發(fā)射距離；α為箔條彈發(fā)射角度，即艦艇艏與炮管指向間的夾角，艦艇右舷發(fā)射為正，左舷發(fā)射為負；α'為α在坐標系XOY中所對應(yīng)的角度；Vf為風速；Tf為沖淡干擾系統(tǒng)反應(yīng)及成云時間θf為風向與Y軸夾角；HB為箔條云形成時的高度；TB為箔條云留空時間。

3.4 反艦導(dǎo)彈運動模型

本文假設(shè)敵方反艦導(dǎo)彈采用比例導(dǎo)引方式，飛行高度保持不變。質(zhì)心干擾對抗反艦導(dǎo)彈過程中，反艦導(dǎo)彈對目標跟蹤的過程較為復(fù)雜，質(zhì)心未形成時，艦艇跟蹤艦艇；當質(zhì)心形成時，導(dǎo)彈轉(zhuǎn)而跟蹤艦艇與箔條云形成的能量質(zhì)心；艦艇率先完成切割效應(yīng)后，導(dǎo)彈跟蹤箔條云能量中心。

艦空導(dǎo)彈在實施箔條質(zhì)心干擾后使用是為了在敵方使用抗干擾措施后，艦艇仍然可以對目標進行攔截，所以計算過程中假設(shè)反艦導(dǎo)彈始終跟蹤艦艇。

反艦導(dǎo)彈運動方程為

式 中 ：（XM(t) ，YM(t)）、（XM(t-λ) ，YM(t-λ)）、（XS(t)、YS(t) ）、（XS(t-λ)、YS(t-λ)）為前后兩個時刻反艦導(dǎo)彈和艦艇在坐標系XOY中的坐標；λ為步長；k為比例導(dǎo)引系數(shù)；β(t)與β（t-λ）為上述兩組坐標所對應(yīng)的彈目視線角度；θD(t)與θ（Dt-λ）為反艦導(dǎo)彈前后兩個時刻所對應(yīng)的攻擊舷角。

3.5 空域沖突判斷模型

艦艇、箔條云、艦空導(dǎo)彈的相對位置關(guān)系如圖1所示。其中S，B，M分別表示艦艇、箔條云和反艦導(dǎo)彈；θBM為箔條云和艦艇的相對位置矢量與艦艇和反艦導(dǎo)彈連線之間的夾角；δB為箔條云中心點和箔條云邊界相對于艦艇的夾角。

式中：[XB(t)，YB(t)，ZB(t)]、[XS(t)，YS(t)，ZS(t)]為箔條云中心和艦艇的坐標點；(XBS，YBS，ZBS)和(XMS，YMS，ZMS)分別為箔條云中心點和反艦導(dǎo)彈對于艦艇的相對位置，分別由箔條云中心點和反艦導(dǎo)彈在空間中的位置矢量與艦艇的位置矢量作差而得；DB為箔條云的半徑。

由圖可知，當θBM＜δB時，箔條云遮擋住艦艇與目標連線方向，會對HQ-10導(dǎo)彈發(fā)射造成影響。

3.6 沖突區(qū)域計算模型

由于反艦導(dǎo)彈距離艦艇較遠且進入末制導(dǎo)飛行階段飛行高度較低，所以艦空導(dǎo)彈發(fā)射架與反艦導(dǎo)彈連線可以看作以導(dǎo)彈發(fā)射架高度為基準的一條平行于海平面的直線，如圖2所示，該連線與箔條云左右邊界交于點A、C，O為AC中點，DAO為沖突區(qū)域半徑，箔條云與艦空導(dǎo)彈使用的沖突區(qū)域即為θ∈[θB-Δθ，θB+Δθ]。

沖突區(qū)域計算方程為

式中：θB為箔條云中心相對于艦艇水平方位；DAO為沖突區(qū)域半徑；H為艦空導(dǎo)彈發(fā)射架高度。

圖1 艦艇、箔條云、反艦導(dǎo)彈三維空間位置示意圖

圖2 沖突區(qū)域示意圖

4 仿真實驗

4.1 仿真條件

已知艦艇航向0°，航速10m/s，作戰(zhàn)海區(qū)風向為東風，風速5m/s，艦載雷達發(fā)現(xiàn)有兩批掠海飛行的空中目標高速駛向我艦，各目標位置和運動參數(shù)如表1所示。

表1 來襲反艦導(dǎo)彈目標參數(shù)

假設(shè)當前時刻電子偵察系統(tǒng)偵收到敵方反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達信號，艦艇立即對目標1001實施箔條質(zhì)心干擾，箔條彈按照右舷125°發(fā)射，在實際作戰(zhàn)過程中，一次發(fā)射3發(fā)箔條干擾彈干擾效果最佳，所形成的箔條云半徑約為100m。按照相關(guān)參數(shù)進行仿真。

4.2 結(jié)果分析

4.2.1 沖突判斷結(jié)果分析

由圖3可知，在當前仿真條件下，箔條彈發(fā)射后7.3s至反艦導(dǎo)彈命中我艦，箔條云中心與目標1002相對于艦艇夾角小于臨界角度，箔條云對艦艇與目標1002連線方向發(fā)生遮擋，影響艦空導(dǎo)彈微波導(dǎo)引頭對敵方反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達信號的正常偵收，導(dǎo)致導(dǎo)彈無法通過被動微波的制導(dǎo)方式正常發(fā)射。實施箔條質(zhì)心干擾后7.3s，目標距艦艇12.8km大于艦空導(dǎo)彈的發(fā)射區(qū)遠界，導(dǎo)彈無法對目標1002進行抗擊。

圖3 右舷128°發(fā)射箔條彈時θBM與δB的關(guān)系

箔條云中心與目標1001相對于艦艇夾角始終大于臨界角度，所以按照右舷125°發(fā)射的箔條彈所形成的箔條云不會對艦艇與目標1001連線方向發(fā)生遮擋，艦空導(dǎo)彈可以對目標1001實施攔截。

由于質(zhì)心干擾對箔條彈發(fā)射角度有嚴格的控制，在當前想定情況下，經(jīng)計算箔條彈只有在右舷125°～155°之間發(fā)射才能滿足質(zhì)心干擾的成功條件，此時將箔條彈的發(fā)射角度調(diào)整至155°，觀察仿真結(jié)果，如圖4所示。

圖4 右舷155°發(fā)射箔條彈時θBM與δB的關(guān)系

由結(jié)果可得，在箔條彈按照155°發(fā)射時，箔條云與兩枚反艦導(dǎo)彈艦艇相對于艦艇的夾角均大于遮擋臨界角，箔條云不會對艦艇與導(dǎo)彈連線方向產(chǎn)生遮擋，艦空導(dǎo)彈可以完成對兩個目標的攔截。

4.2.2 沖突區(qū)域結(jié)果分析

由于箔條云、艦艇和反艦導(dǎo)彈是實時運動的，所以箔條云與艦空導(dǎo)彈使用沖突區(qū)域也隨時間不斷變化，以當前想定為例，箔條彈按照125°發(fā)射時，箔條云與艦空導(dǎo)彈的沖突區(qū)域變化情況如圖5所示。

箔條彈成云后，初始時刻箔條云與艦空導(dǎo)彈的沖突區(qū)域為129°～148°，仿真結(jié)束時刻箔條云與艦空導(dǎo)彈的沖突區(qū)域為140°～156°。箔條云高度隨時間的增加而降低，在箔條云中心位于艦艇與導(dǎo)彈連線上方時，沖突區(qū)域半徑隨時間增大；在箔條云中心位于艦艇與導(dǎo)彈連線下方時，沖突區(qū)域半徑隨時間減小；同時沖突區(qū)域受箔條云中心點與艦艇距離影響，艦艇與箔條云中心點距離越大，沖突區(qū)域越小。在實施質(zhì)心干擾后14s時，沖突區(qū)域達到最大為131°～157°，在14s前干擾半徑的增大對沖突區(qū)域的大小起到主要作用，造成沖突區(qū)域的增加；14s后艦艇與箔條云中心點距離對沖突區(qū)域的大小起到主要作用，造成沖突區(qū)域的減小。

圖5 右舷125°發(fā)射箔條彈時箔條云與艦空導(dǎo)彈沖突區(qū)域

根據(jù)文獻[13]提出的艦艇實施箔條干擾一般原則，來襲目標方向為正橫前時，向垂直于目標來襲方向附近同舷發(fā)射箔條彈，艦艇異舷轉(zhuǎn)向；來襲目標方向為正橫后時，向垂直于目標來襲方向附近異舷發(fā)射箔條彈，艦艇同舷轉(zhuǎn)向。根據(jù)這一原則，箔條彈向正橫后區(qū)域發(fā)射符合相應(yīng)的戰(zhàn)術(shù)原則，箔條彈發(fā)射存在系統(tǒng)反應(yīng)及成云時間的延遲，所以選取箔條彈發(fā)射方向左右舷80°～160°，每隔20°進行仿真，觀察箔條彈在不同發(fā)射角度下，沖突區(qū)域的變化情況。根據(jù)仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)初始時刻沖突區(qū)域只與箔條彈發(fā)射角度有關(guān)，箔條彈發(fā)射角度越大，沖突區(qū)域更加靠近艦艉；隨著艦艇、箔條云運動，沖突區(qū)域更加向艦艉方向運動，沖突區(qū)域大小總體在箔條云剛形成時增大，隨后不斷減小。

4.2.3 協(xié)同使用決策

指揮員可通過干擾目標優(yōu)選和控制干擾彈發(fā)射角度的方法避免箔條質(zhì)心干擾對艦空導(dǎo)彈使用產(chǎn)生影響。

當艦艇面臨單方向目標威脅時，箔條彈的發(fā)射角度與目標威脅角度相差較大，不會影響艦空導(dǎo)彈的使用；當艦艇面臨同舷多目標時，實施質(zhì)心干擾的目標盡量選擇正橫后來襲目標，異舷發(fā)射箔條彈，此時箔條質(zhì)心干擾不會對艦空導(dǎo)彈的使用產(chǎn)生影響；當艦艇面臨艦艏異舷多目標威脅時，按照可干擾效果最佳的目標實施質(zhì)心干擾，箔條彈向垂直目標來襲方向附近正橫后方發(fā)射，同理箔條質(zhì)心干擾不會對艦空導(dǎo)彈的使用產(chǎn)生影響；當艦艇面臨艦艏尾異舷多目標威脅時，選擇艦艉目標實施干擾，此時箔條質(zhì)心干擾不會對艦空導(dǎo)彈的使用產(chǎn)生影響；當艦艇面臨艦艉異舷多目標威脅時，盡量在干擾彈可發(fā)射方位內(nèi)，拉大與干擾彈發(fā)射方向同舷目標的方位或向干擾彈發(fā)射方向同舷目標后方發(fā)射干擾彈，保證箔條云向艦艉運動時不會對艦艇與目標連線方向產(chǎn)生遮擋。如果艦艉目標較多，無法實現(xiàn)箔條質(zhì)心干擾與艦空導(dǎo)彈協(xié)同使用，則放棄實施干擾，優(yōu)先保證艦空導(dǎo)彈發(fā)射。

圖6 箔條質(zhì)心與艦空導(dǎo)彈協(xié)同使用決策圖

5 結(jié)語

艦艇軟硬武器協(xié)同反導(dǎo)將是未來反導(dǎo)作戰(zhàn)的主要樣式，本文分析了箔條質(zhì)心干擾對被動微波/紅外雙模制導(dǎo)艦空導(dǎo)彈使用影響問題，并通過干擾目標優(yōu)選和控制干擾彈發(fā)射角度的方法避免了沖突的發(fā)生，研究成果可使艦艇指揮員優(yōu)化反導(dǎo)決策，提升反導(dǎo)作戰(zhàn)效能。