徐國亮，張 遜，王 勇

(中國船舶重工集團公司江蘇自動化研究所，江蘇 連云港 222006)

1 反艦導(dǎo)彈的發(fā)展

1.1 反艦導(dǎo)彈朝著高速、高機動方向發(fā)展

反艦導(dǎo)彈是一種可以利用空中、陸地、海上和水下多種平臺從防區(qū)外發(fā)射、對水面艦艇實施打擊的精確制導(dǎo)武器，已成為當(dāng)今海戰(zhàn)的主要攻擊武器[1]。

為提高反艦導(dǎo)彈突防能力，各國建立反艦導(dǎo)彈體系的側(cè)重點不盡相同，反艦導(dǎo)彈朝著高速、高機動的方向發(fā)展。主要有下列三種代表性的發(fā)展思路：

1) 以美國為代表的，重點對亞音速導(dǎo)彈的機動、隱身、抗干擾、超遠(yuǎn)程等性能方面進(jìn)行改進(jìn)，反艦導(dǎo)彈大量采用末端躍升俯沖等大機動飛行彈道，如美國的“捕鯨叉”、法意聯(lián)合研制的“奧托馬特”系列、中國臺灣的“雄風(fēng)2”[2]等，這大幅度降低艦艇防御系統(tǒng)的跟蹤預(yù)測精度，降低了其被攔截的概率；

2) 以俄羅斯為代表的、更注重導(dǎo)彈超音速(Supersonic)飛行特性，降低艦艇防御系統(tǒng)可用反應(yīng)時間而提高其突防概率，如俄羅斯的“白蛉”導(dǎo)彈、中國臺灣的“雄風(fēng)3”、印俄聯(lián)合的“布拉莫斯”[3]等導(dǎo)彈；

3) 俄羅斯和美國正在研發(fā)的速度大于 5Ma的超高音速(Hypersonic)反艦導(dǎo)彈，具有作戰(zhàn)空間大、非接觸打擊、高殺傷效果等特點而備受軍事科學(xué)界重視。如俄羅斯的 X-15C型反艦導(dǎo)彈的飛行速度已達(dá)到5Ma，美國研制的X-51導(dǎo)彈速度大于5Ma，這使得艦艇防御系統(tǒng)未來發(fā)展面臨更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

1.2 反艦導(dǎo)彈機動樣式

重點分析“雄風(fēng)”、“布拉莫斯”、“白蛉”及“捕鯨叉”等典型高速機動反艦導(dǎo)彈飛行攻擊特性可知，反艦導(dǎo)彈從巡航到攻擊艦艇整個過程中主要包括等速、加速、比例導(dǎo)引、蛇形、躍升俯沖、降高等運動模式的組合。為實現(xiàn)相應(yīng)的戰(zhàn)術(shù)目的，在攻擊時采用如下戰(zhàn)術(shù)意圖的攻擊彈道，包括：① 低空掠海飛行，② 末端躍升俯沖攻擊；③比例導(dǎo)引攻擊；④水平面蛇形機動；⑤ 可編程迂回。圖1為模擬的典型高速機動反艦導(dǎo)彈航路軌跡。

圖1 高速機動反艦導(dǎo)彈飛行軌跡特征

高速(超音速、超高音速)、高機動(比例導(dǎo)引、躍升俯沖等)是反艦導(dǎo)彈主要戰(zhàn)術(shù)攻擊特點。艦艇近程防御系統(tǒng)應(yīng)充分考慮其特點，有針對性地采取攔截措施。

2 艦艇近程防御系統(tǒng)的發(fā)展

2.1 發(fā)展現(xiàn)狀

作為反導(dǎo)防御最后一道屏障的近程防御系統(tǒng)一直受到各國海軍的高度重視，國外已發(fā)展了多型近程防御系統(tǒng)，如“守門員”、“密集陣”、“海上衛(wèi)士”、“卡什坦”等[4]，國內(nèi)也自主研發(fā)了相應(yīng)的近程反導(dǎo)防御系統(tǒng)。為有效攔截高速、高機動反艦導(dǎo)彈，國外近程防御武器發(fā)展的趨勢是采用彈炮結(jié)合和制導(dǎo)炮彈，其中比較有代表性的是美國“海拉姆”(Sea RAM)導(dǎo)彈防御系統(tǒng)、俄羅斯“卡什坦”彈炮合一近程反導(dǎo)武器系統(tǒng)[5]和意大利76mm艦炮DART駕束制導(dǎo)武器[6]等。

2.2 發(fā)展方向

反艦導(dǎo)彈戰(zhàn)術(shù)性能的不斷改進(jìn)提高，使得水面艦艇對反艦導(dǎo)彈的防御變得更為困難[7]。在現(xiàn)代海戰(zhàn)條件下，水面艦艇對反艦導(dǎo)彈防御的基本原則是組織多層次的攔截，做到?？战Y(jié)合，即水面艦艇編隊的防御與空中防御相結(jié)合；遠(yuǎn)近結(jié)合，即遠(yuǎn)程防御武器與中、近程防御武器相結(jié)合；軟硬結(jié)合，即使用電子干擾的軟殺傷武器與硬殺傷武器相結(jié)合，以構(gòu)成相互協(xié)調(diào)，縱深、梯次和多種手段相結(jié)合的防御體系。

近程防御（通常在15km以內(nèi)）系統(tǒng)目前包括：近程防空導(dǎo)彈、近程反導(dǎo)艦炮武器系統(tǒng)和電子戰(zhàn)武器系統(tǒng)等。隨著反艦導(dǎo)彈性能的提高，分析近程防御系統(tǒng)的發(fā)展方向有以下幾點：

1) 應(yīng)用火控新機理、新算法，提高系統(tǒng)瞄準(zhǔn)精度和快速反應(yīng)能力；

2) 提高艦炮發(fā)射率和彈丸初速度，發(fā)展新型制導(dǎo)彈藥，提高對導(dǎo)彈的毀傷效果；

3) 研制“彈炮結(jié)合”反導(dǎo)武器系統(tǒng)，綜合控制多種類型反導(dǎo)武器，擴大縱深防御層次，提高抗飽和攻擊的能力；

4) 研制如艦載激光武器系統(tǒng)等新概念艦載近程反導(dǎo)武器系統(tǒng)，對付未來超高音速反艦導(dǎo)彈。

2.3 機動目標(biāo)跟蹤技術(shù)的發(fā)展

機動目標(biāo)跟蹤和預(yù)測在艦艇防御系統(tǒng)，尤其是近程反導(dǎo)艦炮武器系統(tǒng)中是一個永恒的課題。40多年來，人們對機動目標(biāo)的統(tǒng)計模型和卡爾曼濾波的自適應(yīng)算法進(jìn)行了大量研究[8-16]，提出最小方差濾波算法、交互式多模型算法[11]、中值濾波、小波濾波、魯棒H∞濾波[12]、區(qū)間濾波、粒子濾波[13]等不同的算法。這些濾波算法發(fā)展的突出特點是：

1)濾波算法：時域濾波向時頻域結(jié)合方向發(fā)展；

2)信號的建模：由常規(guī)的一致平穩(wěn)高斯信號向非線性、非高斯、非平穩(wěn)信號方向轉(zhuǎn)變；

3)噪聲統(tǒng)計量：由低階一維向高階多維方向發(fā)展；

4)運動模型：從單一模型向多模型轉(zhuǎn)變；

5)模型的自適應(yīng)能力：向具有模糊控制、魯棒控制等智能方向發(fā)展。

本文后續(xù)討論內(nèi)容更關(guān)注于用于艦艇末端防御的近程反導(dǎo)艦炮武器系統(tǒng)[17]。

3 面臨的突出問題

隨著新一代超音速、末端有意機動的反艦導(dǎo)彈的發(fā)展及使用，現(xiàn)役近程防御系統(tǒng)已無法滿足作戰(zhàn)需求，其效能將大幅度降低。下面從系統(tǒng)反應(yīng)時間和精度等主要性能指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)分析。

3.1 系統(tǒng)反應(yīng)時間

新一代的超音速反艦導(dǎo)彈大都采用低空飛行，使得水面艦艇難于在遠(yuǎn)距離發(fā)現(xiàn)來襲導(dǎo)彈。以搜索傳感器在10km左右發(fā)現(xiàn)目標(biāo)為例，對不同速度的來襲目標(biāo)，可供系統(tǒng)使用的時間關(guān)系如圖2所示。當(dāng)目標(biāo)速度大于3Ma后，對大多數(shù)近程防御系統(tǒng)來說已沒有足夠的時間對目標(biāo)實施攔截，最終導(dǎo)致攔截失敗。

圖2 目標(biāo)速度與可供系統(tǒng)使用時間關(guān)系圖

近程反導(dǎo)艦炮武器系統(tǒng)的反應(yīng)時間，主要分為情報處理反應(yīng)時間和火控系統(tǒng)反應(yīng)時間兩部分。情報處理反應(yīng)時間除了受建航算法收斂時間影響外，主要還受到搜索雷達(dá)轉(zhuǎn)速制約，因而依靠搜索傳感器提高轉(zhuǎn)速可顯著縮短系統(tǒng)反應(yīng)時間。火控系統(tǒng)反應(yīng)時間可進(jìn)一步分為跟蹤器調(diào)轉(zhuǎn)、捕獲轉(zhuǎn)跟蹤時間和火控解算反應(yīng)時間?？赏ㄟ^接收三坐標(biāo)目標(biāo)指示的方式一定程度縮短搜索捕獲時間，而火控解算反應(yīng)時間主要受濾波收斂時間的制約。

3.2 有效攔截區(qū)段射彈數(shù)

國內(nèi)外近程反導(dǎo)艦炮武器系統(tǒng)對反艦導(dǎo)彈的最佳攔截區(qū)段通常都在2km以內(nèi)，在對亞音速目標(biāo)射擊時，可以保證一定射彈數(shù)，但是，當(dāng)反艦導(dǎo)彈飛行速度越來越快后，在同樣的有效攔截區(qū)段內(nèi)火炮能夠發(fā)射的彈數(shù)將越來越少。以達(dá)到每分鐘萬發(fā)的“卡什坦”武器系統(tǒng)對不同速度來襲目標(biāo)為例，在最佳攔截區(qū)段內(nèi)可射彈數(shù)以及系統(tǒng)為保證一定命中概率所需射彈數(shù)的關(guān)系如圖3所示。對超音速反艦導(dǎo)彈，在有效攔截區(qū)段內(nèi)射彈數(shù)的減少必然會降低近程反導(dǎo)艦炮武器系統(tǒng)的攔截成功概率。

圖3 目標(biāo)速度與射彈數(shù)關(guān)系圖

為了提高在系統(tǒng)有效攔截區(qū)段內(nèi)的射彈數(shù)，提高火炮的射速是一種非常有效的技術(shù)措施。美國的“密集陣”Block 1B型發(fā)射率為4500發(fā)/分；俄羅斯的AK630發(fā)射率為 4200～4800發(fā)/分；而“卡什坦”彈炮結(jié)合武器系統(tǒng)發(fā)射率可達(dá)10000發(fā)/分，在相同的攔截區(qū)段內(nèi)射彈數(shù)可以提高一倍。

3.3 系統(tǒng)跟蹤預(yù)測精度

反艦導(dǎo)彈的高速機動飛行，特別是末端有意機動，將導(dǎo)致火控解算精度的大幅度降低。由于艦炮武器發(fā)射的彈丸與目標(biāo)相遇需要飛行一段時間，所以在彈丸飛行時間內(nèi)對超音速和末端有意機動的反艦導(dǎo)彈運動規(guī)律的準(zhǔn)確預(yù)測，是決定武器命中精度最為關(guān)鍵的因素。從反導(dǎo)艦炮火控系統(tǒng)精度分解來看，預(yù)測誤差占火控系統(tǒng)誤差的60%～75%以上，對于末端有意機動的反艦導(dǎo)彈所占比例更大。仿真計算表明，反艦導(dǎo)彈的末端躍升俯沖，將使得近程反導(dǎo)艦炮武器系統(tǒng)的諸元解算誤差增大3倍以上（如圖4），單純從數(shù)學(xué)上進(jìn)行濾波預(yù)測的精度無法滿足艦炮武器系統(tǒng)對付高速機動反艦導(dǎo)彈的要求。

圖4 目標(biāo)作末端躍升俯沖機動高低射擊諸元誤差曲線

4 改進(jìn)技術(shù)措施

4.1 命中彈幕體制

傳統(tǒng)火炮射擊方式是以目標(biāo)預(yù)測的未來點為中心，發(fā)射大量彈丸。但是，當(dāng)高射速火炮面對高速機動反艦導(dǎo)彈時，以這種傳統(tǒng)方式實施射擊存在著以下問題：火炮隨動系統(tǒng)跟蹤目標(biāo)非常困難；對目標(biāo)未來點的預(yù)測精度不可能無限提高，因此難以獲得高精度的射擊諸元。就單次射擊而言，彈丸散布可以看作集中在預(yù)測的未來點附近且散布很小的正態(tài)分布，尤其對于高精度小口徑火炮。當(dāng)目標(biāo)出現(xiàn)在預(yù)測未來點附近時，目標(biāo)受彈數(shù)可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過毀傷所需的實際彈數(shù)，而當(dāng)目標(biāo)偏離預(yù)測命中點較遠(yuǎn)時，則難以毀傷目標(biāo)。

采用彈幕（也有的稱為未來空域窗體制[18]），將傳統(tǒng)對目標(biāo)未來點的預(yù)測轉(zhuǎn)換成數(shù)個在空間上成一定排列的命中點，而彈丸在形成的未來空域窗內(nèi)的散布近似為均勻分布。這種體制可克服傳統(tǒng)射擊體制下火炮射擊高速、高機動反艦導(dǎo)彈目標(biāo)預(yù)測不準(zhǔn)確等缺陷，大大提高了高射速火炮射擊此類目標(biāo)的能力。

未來空域窗的彈幕命中體制需要根據(jù)系統(tǒng)精度、火炮射擊密集度等綜合確定彈幕的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、彈幕分布區(qū)域建模及優(yōu)化、基于彈幕的火控預(yù)測控制方法。同時需要分析構(gòu)建彈幕命中體制時對艦炮射速的需求。俄羅斯的“卡什坦”彈炮結(jié)合系統(tǒng)采用兩門6管30毫米口徑速射炮，在交叉火力點附近形成高達(dá)每秒萬發(fā)，基本形成彈幕命中體制。在對付更為高速機動反艦導(dǎo)彈時，可以考慮多門速射炮集火射擊，以形成萬發(fā)以上的高射速彈幕。

4.2 提高快速反應(yīng)能力

上面分析了大多數(shù)艦艇近程防御系統(tǒng)沒有足夠的時間來攔截來襲高速反艦導(dǎo)彈。武器效能發(fā)揮的前提是能夠?qū)δ繕?biāo)實施打擊，因此充分利用資源縮短系統(tǒng)反應(yīng)時間是項重要研究工作。從下面幾個方面分析：

1) 信息資源的利用

在實施攔截的前端，可以考慮將系統(tǒng)解算時間前伸到近程防御系統(tǒng)接收到目標(biāo)指示信息，即研究如何將目標(biāo)位置、速度等指示信息用于目標(biāo)運動參數(shù)求解的粗跟蹤處理。當(dāng)跟蹤傳感器目標(biāo)跟蹤好后，再進(jìn)入精跟蹤處理。在精、粗跟蹤處理的轉(zhuǎn)接過程中，可以選取不同的火控濾波模型或參數(shù)，加快目標(biāo)運動參數(shù)求解收斂時間。

除了能較好地進(jìn)行目標(biāo)位置測量外，有的跟蹤傳感器還能進(jìn)行多普勒徑向速度、瞄準(zhǔn)線的俯仰、滾動和側(cè)向的角速度測量?？梢匀缦率降玫侥繕?biāo)相對瞄準(zhǔn)線坐標(biāo)系的速度矢量[19-20]。

速度測量的使用一方面可增加濾波器傳遞函數(shù)的零點，加快濾波收斂時間，降低濾波的動態(tài)誤差，還可縮短機動檢測時間，另一方面還有專門快速解算的角速率火控算法。但目前多數(shù)跟蹤傳感器給出的目標(biāo)速度量測還不能滿足實用的要求。

2) 高速機動目標(biāo)快速解算策略

以對來襲目標(biāo)打擊效能最大為目標(biāo)，綜合系統(tǒng)精度、命中體制、解算方案等因素，制定系統(tǒng)反應(yīng)時間控制策略。理論上說，在一定時間和精度情況下，解算時間越長諸元解算精度越高。簡單地說，如果系統(tǒng)有足夠可用的反應(yīng)時間，就可以使用高精度解算算法；而如果時間不夠用，則使用精度略低的快速解算算法。這樣可以制定多套解算方法，靈活控制系統(tǒng)解算時間，因為只有進(jìn)行打擊才有命中毀傷效能可言。另一方面根據(jù)系統(tǒng)精度情況可選擇彈幕或其他命中體制進(jìn)行攔截的方法。

4.3 多模型適應(yīng)機動[16]

傳統(tǒng)機動目標(biāo)跟蹤方法是建立匹配目標(biāo)運動模型的獨立濾波器，這種方法存在模型本身誤差無法克服的缺陷，盡管在單模型單濾波器的基礎(chǔ)上提出了許多自適應(yīng)濾波算法，但仍無法解決與真實模型的匹配問題。單一模型難以有效解決機動目標(biāo)跟蹤問題已成為普遍共識，尤其反艦導(dǎo)彈速度范圍、機動方式越來越大，多模型估計方法[11,14,16]為機動目標(biāo)跟蹤提供了有效的解決手段。從兩個、三個，甚至逐步出現(xiàn)五、六個模型同時使用的情況。交互多模型算法是目前多模型算法研究的熱點之一，在廣義偽貝葉斯算法基礎(chǔ)上，各模型之間滿足馬爾可夫切換系數(shù)?；谀Ｐ推ヅ湓瓌t，有針對性地深入分析反艦導(dǎo)彈對艦艇的典型攻擊樣式，結(jié)合目標(biāo)物理及運動特性，選取可供使用的多模型集合，建立諸如比例導(dǎo)引運動、俯沖攻擊和蛇形機動等模型，使各模型能較好地適應(yīng)相應(yīng)的機動方式。

1) 末端躍升俯沖攻擊建模

根據(jù)反艦導(dǎo)彈在飛行末段進(jìn)行躍升俯沖攻擊的典型運動特征進(jìn)行建模。反艦導(dǎo)彈接近目標(biāo)一定距離后，在近程火炮的有效攔截區(qū)段，導(dǎo)彈按其所能承受的最大過載以一定角度和角速度迅速爬升到一定高度，然后導(dǎo)彈彈頭急速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)過一定角度后，以較大的俯沖角度俯沖攻擊目標(biāo)。這種攻擊樣式，會造成火控的預(yù)測誤差急劇增大，從而導(dǎo)致防御系統(tǒng)毀傷概率的大幅度降低。

末端躍升俯沖攻擊的主要戰(zhàn)術(shù)特征參數(shù)包括：起始躍升距離、躍升角、躍升高度、俯沖角和高度方向過載力。

2) 比例導(dǎo)引規(guī)律攻擊建模

比例導(dǎo)引法在導(dǎo)彈導(dǎo)向目標(biāo)過程中，導(dǎo)彈的速度向量的旋轉(zhuǎn)角速度與目標(biāo)視線的旋轉(zhuǎn)角速度成正比，比例系數(shù)即為導(dǎo)引系數(shù)，通常取3～5。

在導(dǎo)引做比例導(dǎo)引過程中往往還采用變系數(shù)比例導(dǎo)引法，在導(dǎo)彈距離目標(biāo)較遠(yuǎn)時導(dǎo)引系數(shù)取較小值。在攻擊末端選取較大導(dǎo)引系數(shù)可獲得較好的彈道特性。在變比例導(dǎo)引系數(shù)的過程中，將比例導(dǎo)引系數(shù)采取平滑過渡，可降低由于系數(shù)變化帶來的抖動。

3) 水平面蛇形機動運動建模

反艦導(dǎo)彈在水平面內(nèi)的蛇形機動運動主要是為了規(guī)避艦艇防御系統(tǒng)的攔截。導(dǎo)彈發(fā)射并進(jìn)入自導(dǎo)段后，在預(yù)裝訂好的機動開始時刻到來時，通過等幅等頻的航向舵偏指令來控制反艦導(dǎo)彈的蛇形飛行彈道，主要體現(xiàn)為航向角和水平面內(nèi)法向加速度的反復(fù)變化。其中，航向舵偏的最大幅值受反艦導(dǎo)彈側(cè)向最大允許過載及最大側(cè)滑角的限制。

運動建模時需要充分利用反艦導(dǎo)彈末段可能的機動開始時間、機動周期、機動次數(shù)、機動結(jié)束時間及過載等特征。

4) 超低空掠海飛行建模

反艦導(dǎo)彈的掠海飛行高度很低，壓低導(dǎo)彈在末段導(dǎo)引時的飛行高度，難以被艦艇火控雷達(dá)探測到。在命中艦艇時，可在吃水線附近直接貫穿艦艇，引爆并破壞重要的部位。反艦導(dǎo)彈的末段掠海高度可根據(jù)戰(zhàn)時海情加以選擇，以達(dá)到最理想的攻擊效果。運動建模時需充分綜合導(dǎo)彈掠海飛行時海雜波影響。

4.4 機動檢測與綜合識別[15]

機動目標(biāo)跟蹤既要估計目標(biāo)運動狀態(tài)，還要及時檢測出目標(biāo)機動。一旦發(fā)現(xiàn)目標(biāo)機動發(fā)生，則進(jìn)一步對目標(biāo)狀態(tài)估計模型或參數(shù)做出調(diào)整，以便更好地適應(yīng)機動。檢測和識別目標(biāo)運動模式及其機動變化對目標(biāo)精確跟蹤和預(yù)測有著重要作用。

1) 聯(lián)合檢測機制[15,21]

由于濾波新息和加速度估計直接反映了模型匹配性和目標(biāo)機動大小，建立基于新息統(tǒng)計量和加速度估計量的聯(lián)合檢測機制，提高對目標(biāo)機動檢測的置信度。

2) 基于特征參數(shù)的目標(biāo)運動模式識別

根據(jù)反艦導(dǎo)彈目標(biāo)在各個運動模式段的特征，結(jié)合不同運動模式段內(nèi)的特征信息統(tǒng)計特性，檢測目標(biāo)在對應(yīng)飛行過程內(nèi)的運動模式，包括通過檢測速度、高度變化確定相應(yīng)的巡航參數(shù)；建立檢測參考軸，通過檢測目標(biāo)是否往返穿越視線軸且超出一定閾值來確定其蛇形規(guī)避參數(shù)；通過檢測目標(biāo)躍升速度來確定躍升俯沖段運動模式。

3) 基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)類型綜合識別

貝葉斯推理也稱為置信因果推理，指的是基于概率分析和圖論的一種不確定性知識的表示和推理模型。一般是由貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和條件概率表集合兩部分構(gòu)成，它以節(jié)點表示系統(tǒng)變量，用條件概率表示兩個節(jié)點間的因果關(guān)系。

把反艦導(dǎo)彈攻擊過程分為一些相對獨立的運動子過程，將加速度大小、方向、距離區(qū)段等特征信息與目標(biāo)運動模式之間建立貝葉斯網(wǎng)絡(luò)節(jié)點關(guān)系，按照必然性及似然性等規(guī)律特性，根據(jù)預(yù)判、檢測、確認(rèn)或舍棄等推理過程，更新貝葉斯網(wǎng)絡(luò)節(jié)點概率，經(jīng)過一序列的運動模式發(fā)生過程后，在末端選取概率最大的導(dǎo)彈運動模式和類型。

4.5 改進(jìn)預(yù)測方法

以往求取目標(biāo)未來點一般采用線性或二次預(yù)測。實質(zhì)上反艦導(dǎo)彈的末端機動能力在逐步加強，因此在攻擊艦艇的末端制導(dǎo)過程中，加速度并不是恒定不變的，相反是按照一定導(dǎo)引規(guī)律變化的，因此應(yīng)根據(jù)機動目標(biāo)的動力學(xué)特性對目標(biāo)進(jìn)行合理預(yù)測。因為即使濾波求取的目標(biāo)位置、速度和加速度量很精確，若預(yù)測方法選取不適當(dāng)對解命中同樣帶來一定的誤差。使用機動目標(biāo)當(dāng)前“統(tǒng)計”(CS)模型濾波殘差較小時，可選擇按CS模型進(jìn)行預(yù)測；當(dāng)能夠較為準(zhǔn)確地識別出反艦導(dǎo)彈發(fā)生比例導(dǎo)引機動時，可按照比例導(dǎo)引規(guī)律進(jìn)行預(yù)測；當(dāng)能夠識別出躍升俯沖機動時，則按躍升俯沖預(yù)測。下面分別說明。

1) 基于CS模型的預(yù)測

將CS模型離散化[10]可得加速度關(guān)系式為

式(3)相比來說可以一定程度可降低 CS模型加速度估計的靈敏度[14]。

2) 基于躍升俯沖的預(yù)測

對艦艇自防御系統(tǒng)來說，反艦導(dǎo)彈的最終戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)是攻擊我艦，其躍升后必然進(jìn)行俯沖。導(dǎo)彈在躍升俯沖過程中，受到舵偏指令的控制，高度方向的運動模式主要是勻速、勻加速、減速再到勻速等運動模式的序貫組合。如圖5所示，在A點按直線預(yù)測未來點在A1，而實際未來點在A0，B點類似。即從數(shù)學(xué)上按照當(dāng)前運動模式的濾波估計進(jìn)行直線或比例導(dǎo)引規(guī)律預(yù)測均難于符合實際過程，必然產(chǎn)生較大的模型預(yù)測誤差。

圖5 末端躍升俯沖預(yù)測示意圖

基于此提出的預(yù)測思想是：利用反艦導(dǎo)彈的躍升俯沖機動意圖及特征參數(shù)，對于躍升段和俯沖段進(jìn)行分段預(yù)測，重點是俯沖段預(yù)測。假設(shè)(DM,HM)為預(yù)估的躍升俯沖特征參數(shù)(最大躍升高度對應(yīng)的距離和高度)。則預(yù)測一個彈丸飛行時間后的水平距離Dktf。，比較Dktf和DM的大小，對高度及其速度估計按照躍升和俯沖進(jìn)行分段處理。

5 結(jié)束語

反艦導(dǎo)彈的迅速發(fā)展，對艦炮適應(yīng)現(xiàn)代海戰(zhàn)提出了新的作戰(zhàn)需求，機動目標(biāo)跟蹤這一難題必須進(jìn)一步得到解決。而艦炮彈丸飛行時間較長這一不利因素的客觀存在，使得控制艦炮對機動目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確射擊比控制雷達(dá)天線對機動目標(biāo)進(jìn)行跟蹤要困難得多。根據(jù)理論分析及工程實踐，我們清楚地認(rèn)識到，機動目標(biāo)跟蹤的解決是一個系統(tǒng)性問題，單純依靠數(shù)學(xué)算法是不能解決的。

本文從系統(tǒng)反應(yīng)時間和精度著手，在改進(jìn)攔截體制、靈活快速反應(yīng)、多模型建立、機動檢測和識別及改進(jìn)預(yù)測方法等方面提出了改進(jìn)思路。當(dāng)然除此之外，還有炮射制導(dǎo)彈藥[22]在反導(dǎo)中的應(yīng)用，以及諸如激光武器等新概念武器的利用都可能成為未來反導(dǎo)領(lǐng)域中的研究重點。本文希望拋磚引玉，為艦艇近程防御系統(tǒng)的后續(xù)發(fā)展提供技術(shù)參考和研究方向。

[1]世界導(dǎo)彈大全[M].北京：軍事科學(xué)出版社，1987.

[2]巡撫.攔截雄風(fēng)反艦導(dǎo)彈[J].艦載武器,2004(4): 31-34.

[3]莫雨,王莉.布拉莫斯超聲速導(dǎo)彈的最新進(jìn)展[J].飛航導(dǎo)彈，2009(6): 1-2.

[4]《國外反導(dǎo)艦炮武器系統(tǒng)》編委會.國外反導(dǎo)艦炮武器系統(tǒng)[M].北京: 國防工業(yè)出版社，1995.

[5]劉鄭國,周介群.艦載近程彈-炮結(jié)合反導(dǎo)武器系統(tǒng)(CIWS)淺析[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2003,25(2): 3-10.

[6]STRALES–76mm Guided Ammunition System and DART Ammunition [EB/OL].www.otomelara.it.

[7]李浩源.艦艇防御系統(tǒng)向何處去[J].現(xiàn)代軍事,2003,(6):32-34.

[8]Singer R A.Estimating optimal tracking filter performance for manned maneuvering targets[J].IEEE Transactions on Aerospace and Electronic System,1970,6(4):473-483.

[9]H.W.Sorenson.Least-squares estimation: from Gauss to Kalman[J].IEEE Spectrum,1970(7): 63-68.

[10]周宏仁，敬忠良，王培德.機動目標(biāo)跟蹤[M].北京:國防工業(yè)出版社，1991.

[11]Bar-Shalom Y,Blom H A P.Tracking a maneuvering target using input estimation versus the interacting multiple model algorithm[J].IEEE Transactions on Aerospace and Electronic System,1989,25(2): 296-300.

[12]S.O.Reza Moheimani,Andrey V.Savkin,Ian R.Petersen.Robust Filtering, Prediction, Smoothing, and Observability of Uncertain Systems[J].IEEE Transactions on Circuits and Systems-I: Fundamental Theory and Applications,45(4): 446-457,April 1998.

[13]M.S.Arulampalam,S.Maskell,N.Gordon,T.Clapp.A tutorial on particle filters for online nonlinear/non-Gaussian Bayesian tracking[J].IEEE Trans.Signal Processing,50(2): 174–188,Feb.2002.

[14]X.R.Li,V.P.Jilkov.Survey of maneuvering target tracking-part I: dynamic models[J].IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,39(4): 1333-1364,October 2003.

[15]X.R.Li,V.P.Jilkov.A survey of maneuvering target tracking-Part IV: decision-based methods[C].Proc.2002 SPIE Conf.Signal and Data Processing of Small Targets,Vol.4728-60,Orlando,FL,April 2002.

[16]X.R.Li,V.P.Jilkov.Survey of maneuvering target tracking-part V: multiple-model methods[J].IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,41(4):1255-1321,October 2005.

[17]徐國亮，王海川，任元林.對艦炮火控系統(tǒng)中機動目標(biāo)跟蹤問題的探討研究[C].艦炮武器裝備發(fā)展研討會論文集，2000: 81-87.

[18]胡金春，郭治，未來空域窗的數(shù)學(xué)描述[J].兵工學(xué)報，1998,19(4): 293-297.

[19]王基組.艦炮火控系統(tǒng)原理[M].北京：海潮出版社，1999.

[20]張學(xué)軍，劉丕德.角速率火控原理研究[J].火力與指揮控制，1994,19(3): 28-33.

[21]徐國亮，鄧雅娟.機動目標(biāo)建模及機動檢測算法研究[J].情報指揮控制系統(tǒng)與仿真技術(shù)，2005,27(4): 81-83.

[22]祁載康.制導(dǎo)彈藥技術(shù)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2002.