(空軍工程大學(xué) 導(dǎo)彈學(xué)院，陜西 三原 713800)

1 引 言

在“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”理念指導(dǎo)下，美陸軍將“愛國者”與其它防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)混編部署，采用交叉定位或時差定位方式對空中干擾源進(jìn)行加權(quán)定位，增強(qiáng)了系統(tǒng)生存能力[1～3]；美海軍發(fā)展“協(xié)同作戰(zhàn)系統(tǒng)”(CEC)，實現(xiàn)艦隊內(nèi)各平臺的防空協(xié)同作戰(zhàn),對艦空導(dǎo)彈進(jìn)行發(fā)射、中段制導(dǎo)和末端照射控制[4]。因此，基于網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)和協(xié)同作戰(zhàn)能力協(xié)同制導(dǎo)技術(shù),在各火力平臺共享戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,通過多個制導(dǎo)平臺的協(xié)同及交接變換來對防空導(dǎo)彈進(jìn)行精確制導(dǎo)，最終獲取協(xié)同制導(dǎo)能力必然是防空導(dǎo)彈組網(wǎng)的發(fā)展趨勢。這種組網(wǎng)模式下，各個防空火力平臺可實現(xiàn)對導(dǎo)彈接力協(xié)同制導(dǎo)，多個火力平臺間可實現(xiàn)火力支援和火力協(xié)同。導(dǎo)彈飛行中制導(dǎo)段能夠接收傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的目標(biāo)信息實施導(dǎo)引和控制,直至導(dǎo)彈順利進(jìn)入末制導(dǎo)[5，6]。實現(xiàn)協(xié)同作戰(zhàn)能力協(xié)同制導(dǎo)需要解決傳感器和導(dǎo)彈專用通用指令系統(tǒng)技術(shù)、多枚導(dǎo)彈區(qū)分及識別技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)指令優(yōu)選技術(shù)、精密彈載定位導(dǎo)航等關(guān)鍵技術(shù)。本文針對網(wǎng)絡(luò)制導(dǎo)過程的指令優(yōu)選技術(shù)進(jìn)行建模分析，為網(wǎng)絡(luò)制導(dǎo)的技術(shù)實現(xiàn)奠定理論基礎(chǔ)，為網(wǎng)絡(luò)制導(dǎo)工程實現(xiàn)提供決策依據(jù)。

2 防空導(dǎo)彈網(wǎng)絡(luò)制導(dǎo)的體系結(jié)構(gòu)

美陸軍將“愛國者”與其它防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)混編組網(wǎng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示[1，2]，仍然屬于有中心節(jié)點網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通過數(shù)據(jù)鏈解決了所有火力平臺互聯(lián)互通問題。美海軍協(xié)同作戰(zhàn)能力(CEC)通過數(shù)據(jù)鏈實現(xiàn)了多個制導(dǎo)平臺的協(xié)同及交接變換，但仍然是平臺與平臺間鉸鏈，平臺與導(dǎo)彈間信息通道沒有打通。

圖1 美陸軍防空炮兵組網(wǎng)Fig.1 US anti-aircraft forces networking topology

網(wǎng)絡(luò)制導(dǎo)要求打通導(dǎo)彈與雷達(dá)網(wǎng)之間的信息通道，給各防空導(dǎo)彈火力平臺制導(dǎo)站、導(dǎo)彈加裝數(shù)據(jù)鏈端機(jī)，使得導(dǎo)彈戰(zhàn)斗飛行的每一段，尤其是中制導(dǎo)段，相關(guān)制導(dǎo)站(傳感器)對目標(biāo)探測跟蹤信息都能通過數(shù)據(jù)鏈發(fā)送給導(dǎo)彈，實現(xiàn)火力平臺發(fā)射后不管，實現(xiàn)導(dǎo)彈的網(wǎng)絡(luò)制導(dǎo)，實現(xiàn)防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)，對應(yīng)的無中心節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 防空導(dǎo)彈網(wǎng)絡(luò)制導(dǎo)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.2 Network-centric guiding AMWS networking topology

3 網(wǎng)絡(luò)制導(dǎo)導(dǎo)引過程分析

中遠(yuǎn)程防空導(dǎo)彈一般采用“程序+指令+尋的”制導(dǎo)體制，其網(wǎng)絡(luò)制導(dǎo)過程主要是指中段制導(dǎo)段采用網(wǎng)絡(luò)制導(dǎo)體制，其它制導(dǎo)指令取自傳感器網(wǎng)絡(luò)，彈載計算機(jī)負(fù)責(zé)指令分析計算，采取最優(yōu)指令實施導(dǎo)引控制。某個指令周期，導(dǎo)彈依次接收網(wǎng)絡(luò)制導(dǎo)指令序列，對命令序列分析判斷，實施指令優(yōu)選，形成最優(yōu)指令作為有效指令；測量相關(guān)轉(zhuǎn)動角速度，同時彈載傳感器測量相關(guān)轉(zhuǎn)動角速度及導(dǎo)彈狀態(tài)信息，控制系統(tǒng)按照比例導(dǎo)引方法控制指定策略動作，比例導(dǎo)引法形成指令控制導(dǎo)彈飛行。網(wǎng)絡(luò)中制導(dǎo)流程如圖3所示。

圖3 網(wǎng)絡(luò)制導(dǎo)流程Fig.3 Flow of network-centric guiding

4 網(wǎng)絡(luò)制導(dǎo)指令優(yōu)選分析與建模

制導(dǎo)站對目標(biāo)測量一般采用站心極坐標(biāo)系，以制導(dǎo)站位置為原點，目標(biāo)的斜距為R，目標(biāo)斜距在切平面的投影與正北方向的夾角為方位角β，目標(biāo)斜距與其在切平面上投影的夾角為高低角ε，則(R,ε,β)表示目標(biāo)在空中的位置。單個制導(dǎo)站對于導(dǎo)彈制導(dǎo)指令一般包含目標(biāo)的位置信息及目標(biāo)的速度信息，而通過網(wǎng)絡(luò)制導(dǎo)過程的目標(biāo)信息必須轉(zhuǎn)換為絕對坐標(biāo)，因此在轉(zhuǎn)換過程中必然引入多種誤差源，包括制導(dǎo)站的標(biāo)定誤差、制導(dǎo)站的系統(tǒng)誤差、制導(dǎo)站的測量誤差、多站之間的時間同步誤差等，因此網(wǎng)絡(luò)制導(dǎo)指令必須將這些誤差信息發(fā)送給飛行中的導(dǎo)彈。因而，網(wǎng)絡(luò)制導(dǎo)指令信息內(nèi)容包含位置信息、速度信息、發(fā)送時刻標(biāo)記以及指令質(zhì)量因子，其中，質(zhì)量因子應(yīng)該包括位置質(zhì)量因子、速度質(zhì)量因子以及時間質(zhì)量因子[7]。

令指令矢量信息為

(1)

式中，i表示指令號，xi、yi、zi分別表示目標(biāo)位置信息，vxi、vyi、vzi分別表示目標(biāo)速度信息，ti表示指令發(fā)射時刻，e1i、e2i、e3i分別表示目標(biāo)位置、速度以及時間質(zhì)量因子。

假設(shè)在導(dǎo)彈第n個制導(dǎo)周期內(nèi)，時間段內(nèi)Tn-1～Tn接收的網(wǎng)絡(luò)制導(dǎo)指令序列共有kn條指令，因此指令集可表示為

Ω={Mi|ti+1>ti,i∈[1,2,…，kn]}

(2)

(3)

因此，可推理出制導(dǎo)指令預(yù)測可知目標(biāo)位置定位精度：

(4)

式中：

同理可得σy′、σz′。假設(shè)σxi=σyi=σzi，σvxi=σvyi=σvzi，則：

(5)

σM*=min {σMi},i=1,2,…,kn

(6)

5 實例仿真計算

下面以3個同型制導(dǎo)站三角部署對1個目標(biāo)實施跟蹤探測，按照前面建立的模型實施分析形成制導(dǎo)指令，通過指令優(yōu)選得到目標(biāo)位置定位精度分析。假設(shè)制導(dǎo)指令質(zhì)量因子如表1所示，各種偏差均為均方根誤差，仿真結(jié)果如圖4和圖5所示。

表1 指令質(zhì)量因子等級信息Table 1 Quality rank of guiding instructions

參與制導(dǎo)的3部制導(dǎo)站及飛行的目標(biāo)具體參數(shù)如表2所示。

表2 仿真參數(shù)Table 2 Simulation parameters

圖4 多個制導(dǎo)站單站指令目標(biāo)定位精度及質(zhì)量等級Fig.4 Quality rank and GDOP of single radar guiding instructions

圖5 網(wǎng)絡(luò)制導(dǎo)指令目標(biāo)定位精度及質(zhì)量等級Fig.5 Quality rank and GDOP of network-centric guiding instructions

從仿真結(jié)論可以看出：

(1)制導(dǎo)站的制導(dǎo)指令幾何質(zhì)量取決于制導(dǎo)站的部署位置、目標(biāo)來襲方向、目標(biāo)運動特性等因素，對于同一批目標(biāo)，多個制導(dǎo)站可能在各自一定范圍內(nèi)有較好的制導(dǎo)指令幾何質(zhì)量；

(2)通過網(wǎng)絡(luò)制導(dǎo)指令優(yōu)選，可以生成高質(zhì)量的制導(dǎo)指令，由圖4和圖5可以看出，網(wǎng)絡(luò)制導(dǎo)指令對目標(biāo)的定位精度夠在400～1 000 m，A、B、C三站在目標(biāo)不同的飛行時間段指令精度變化較大，起始點至P1處，A站指令最優(yōu)；P1至P2處，C站最優(yōu)；P2至終點,B站最優(yōu)，指令質(zhì)量等級最大為7；

(3)通過網(wǎng)絡(luò)制導(dǎo)，對于目標(biāo)飛行的每一段，都具有指令冗余，A、B、C三站只要有1個工作正常，系統(tǒng)都能實現(xiàn)對目標(biāo)連續(xù)的跟蹤和對導(dǎo)彈的連續(xù)制導(dǎo)。

6 結(jié) 論

構(gòu)建導(dǎo)彈與制導(dǎo)(傳感器)網(wǎng)信息通道，組成無中心制導(dǎo)的網(wǎng)絡(luò)，使導(dǎo)彈獲得協(xié)同制導(dǎo)能力，是防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)組網(wǎng)的前沿課題，網(wǎng)絡(luò)指令優(yōu)選是影響網(wǎng)絡(luò)制導(dǎo)實現(xiàn)的重要關(guān)鍵技術(shù)。通過仿真驗證分析可以認(rèn)為，處于中制導(dǎo)段的導(dǎo)彈可以通過指令優(yōu)選得到制導(dǎo)指令，優(yōu)選后的網(wǎng)絡(luò)制導(dǎo)指令比單站制導(dǎo)指令質(zhì)量有了很大的提升。初步表明，網(wǎng)絡(luò)指令優(yōu)選模型在網(wǎng)絡(luò)制導(dǎo)中具有很強(qiáng)的適用性，但指令優(yōu)選準(zhǔn)則未考慮目標(biāo)特性，而對于指令的位置、速度、時間質(zhì)量因子標(biāo)準(zhǔn)化以及網(wǎng)絡(luò)制導(dǎo)的戰(zhàn)術(shù)運用將是進(jìn)一步研究的問題。

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