孟祥宇　孫　翼

(1.海軍大連艦艇學院訓練部　大連　116018)(2.海軍大連艦艇學院研究生一隊　大連　116018)

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基于兼容空域的電子戰(zhàn)目標優(yōu)選*

孟祥宇1孫翼2

(1.海軍大連艦艇學院訓練部大連116018)(2.海軍大連艦艇學院研究生一隊大連116018)

摘要在復雜的海上綜合態(tài)勢下，如何為電子戰(zhàn)系統(tǒng)選取最優(yōu)的抗擊目標，充分發(fā)揮電子戰(zhàn)箔條質(zhì)心干擾的防御能力，實現(xiàn)艦載軟硬武器協(xié)同反導最大效能，保護艦艇安全是一個新的問題。論文以此為研究重點，提出了基于兼容空域的電子戰(zhàn)目標優(yōu)選方法，根據(jù)電子戰(zhàn)質(zhì)心干擾原理建立了兼容空域下電子戰(zhàn)干擾目標的優(yōu)選準則，隨后依據(jù)此原則建立電子戰(zhàn)干擾目標優(yōu)選流程，最后利用實例對優(yōu)選方法進行了驗證，其結(jié)果可以為部隊訓練和作戰(zhàn)提供一定的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞兼容空域; 電子戰(zhàn); 防空反導; 目標優(yōu)選

Class NumberE917

1引言

在海上實際作戰(zhàn)中艦艇需要面對來自不同平臺進行的多批次多航路攻擊，給艦艇安全帶來了嚴重的威脅，電子戰(zhàn)箔條質(zhì)心干擾作為艦艇末端防御的重要手段在防空反導中具有重要作用。但箔條質(zhì)心干擾與硬武器使用存在一定的干擾情況，不合理分配電子戰(zhàn)抗擊目標會降低艦艇硬武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能甚至無法使用，這就需要艦艇結(jié)合軟硬武器的使用需求對來襲目標進行火力分配。電子戰(zhàn)系統(tǒng)所分配的抗擊目標滿足多個需求，一方面在硬武器系統(tǒng)給定抗擊目標后所布放的箔條質(zhì)心干擾彈不會影響硬武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)使用；另一方面，所布放的干擾箔條質(zhì)心干擾彈能夠較好地對反艦導彈進行干擾到達保護艦艇安全的目的。本文就以此為重點分析研究基于兼容空域的電子戰(zhàn)目標優(yōu)選問題。

2概述

艦艇質(zhì)心干擾系統(tǒng)與艦空導彈系統(tǒng)的兼容空域是指艦艇運用軟硬武器協(xié)同抗擊反艦導彈時在艦艇周圍存在一個空域，當艦艇在該空域內(nèi)布放質(zhì)心干擾彈時，可以確保在整個抗擊反艦導彈的過程中該干擾誘餌不會進入艦空導彈跟蹤雷達的照射范圍內(nèi)，從而對艦艇的艦空導彈系統(tǒng)構(gòu)成干擾，實現(xiàn)箔條質(zhì)心干擾和艦空導彈系統(tǒng)協(xié)同使用，提高艦艇整體抗擊反艦導彈的攔截概率，達到保存艦艇生命力的目的。

兼容空域范圍內(nèi)電子戰(zhàn)目標優(yōu)選是指艦艇在抗擊多批次導彈攻擊時必須為每一批目標分配武器單元進行抗擊，在此情況下必須首先計算出所有硬武器系統(tǒng)抗擊目標的兼容空域，并根據(jù)電子戰(zhàn)質(zhì)心干擾的原理定量計算出在何種態(tài)勢下布放箔條質(zhì)心干擾彈能使所電子戰(zhàn)系統(tǒng)所抗擊的目標與目標艦艇的距離最大，則選取該目標為兼容空域內(nèi)電子戰(zhàn)優(yōu)選目標。

3基于兼容空域的電子戰(zhàn)目標優(yōu)選方法

3.1運動模型

3.1.1艦艇運動模型

艦艇為勻速直線運動，其運動模型如下

(1)

式(1)中，t代表反導時刻(t=0為箔彈成云時刻)，TC代表艦艇的真航向，Vs代表艦艇的運動速度，(xs(t)，ys(t))表示艦艇的質(zhì)心點的坐標。

圖1　艦艇、導彈、干擾誘餌運動態(tài)勢圖

3.1.2導彈運動模型

1)反艦導彈的初始位置(即箔條干擾你彈成云時刻)，其初始位置模型為

(2)

式(2)中，Dsm為初始時刻反艦導彈到艦艇之間的距離，φm為反艦導彈來襲舷角。

2)反艦導彈的運動方程:

首先需要確定目標艦艇與箔條干擾云所形成的質(zhì)心點，設末制導雷達波束角為θM，目標艦艇與干擾云對末制導雷達的張角為θ，質(zhì)心點與目標艦艇對末制導雷達張角為θ1，干擾云與質(zhì)心點對末制導雷達的張角為θ2，其關(guān)系可以表示為

(3)

質(zhì)心點的坐標取決于目標艦艇與干擾云的有效雷達反射面積σ1、σ2。其比例關(guān)系與所對應的質(zhì)心點與目標艦艇、質(zhì)心點與干擾云的距離關(guān)系為

(4)

其次，依據(jù)上述關(guān)系可以求出質(zhì)心點的坐標:

(5)

再根據(jù)三角函數(shù)分別求出目標艦艇與導彈距離Dsm(t)，干擾云與導彈距離Drm(t)，質(zhì)心點與導彈距離Dcm(t)，目標艦艇與干擾云距離Dsr(t):

(6)

質(zhì)心干擾成功反艦導彈跟蹤干擾云，其運動方程為

(7)

3.1.3干擾誘餌運動模型

箔條云的運動模型主要考慮箔條云的布放初始位置和戰(zhàn)場風向、風速對其影響，因此箔條云的運動方程比較簡單，表達式如下:

1)箔條云的初始位置:

(8)

式(8)中，Dsc表示箔條云與艦艇之間的距離，φc表示箔條云的布放舷角，(xc(0),yc(0))為箔條云的初始坐標。

2)箔條云的運動方程:

(9)

式(9)中，vw表示海戰(zhàn)場的風速，φw表示海戰(zhàn)場的風向，(xc(t),yc(t))表示箔條云t時刻隨風向風速變化的坐標。

3.2目標優(yōu)選準則

3.2.1軟硬武器兼容使用準則

設艦艇周圍空域為AS，其表達式為

AS={φ1,φ2,φ3,…,φI,…,φ360}

(10)

任意布放方案條件下在任意時刻t，其沖突預測公式為

(11)

式(11)中，當It=0時，判定為沖突，當I=1時判斷為不沖突，θMSC表示艦艇與反艦導彈中心線到艦艇與箔條質(zhì)心干擾云中線夾角，θ0.5表示艦空導彈制導雷達半波束角，θR表示箔條干擾云遮蔽角。

AφM={φI|φI=1，0≤I≤360}

(12)

3.2.2威脅目標與艦艇距離最大準則

反艦導彈都具有一定的殺傷范圍，為確保艦艇安全在進行電子戰(zhàn)質(zhì)心干擾時必須使反艦導彈與艦艇的最小距離大于這個殺傷范圍，質(zhì)心干擾的目的是在攔截過程中盡可能使干擾云艦艇拉開距離。距離最大準則就是在一定的戰(zhàn)場態(tài)勢下為電子戰(zhàn)系統(tǒng)優(yōu)選干擾目標時，根據(jù)電子戰(zhàn)質(zhì)心干擾的原理計算出對每一批目標進行抗擊時，在作戰(zhàn)時間范圍內(nèi)目標與艦艇的最小距離。然后對各目標與艦艇的最小距離進行比較，其中最小距離最大目的標作為優(yōu)選目標。設威脅目標群Ti:

Ti={T1,T2,T3,…,Tn}

(13)

目標群Ti與艦艇的最小距離表示為

Di={D1,D2,D3,…,Dn}

(14)

則目標群Ti中與艦艇的最小距離最大的目標為優(yōu)選目標，其表達式為

T優(yōu)=min{D1，D2,D3，…，Dn}

(15)

4兼容空域范圍內(nèi)電子戰(zhàn)目標優(yōu)選模擬仿真

4.1仿真流程

下面根據(jù)兼容空域電子戰(zhàn)目標優(yōu)選準則制定模擬仿真流程，具體如圖2。

4.2仿真模擬

根據(jù)海戰(zhàn)場的實際情況進行模擬仿真，依據(jù)制定目標初選以及優(yōu)選的原則對目標進行篩選，并最后為電子戰(zhàn)系統(tǒng)選取最優(yōu)目標進行抗擊。

戰(zhàn)場態(tài)勢設定:我水面艦艇航行速度vs=10m/s，戰(zhàn)場風舷角φw=30°，風速vw=6m/s，干擾彈布放距離200m，箔條干擾云半徑100m。

圖2　沖突預測流程圖

電子戰(zhàn)候選干擾目標設定見表1。

表1　電子戰(zhàn)候選干擾目標設定

1)計算各目標的協(xié)同反導兼容空域

1號目標的協(xié)同反導兼容空域:從圖1可知2號目標兼容空域A2為:67°～350°；2號目標的協(xié)同反導兼容空域:從圖3可知3號目標兼容空域A3為:67°～290°；3號目標的協(xié)同反導兼容空域:從圖4可知6號目標兼容空域A6為:1°～6°∪166°～360°；4號目標的協(xié)同反導兼容空域:從圖5可知9號目標兼容空域A9為:1°～6°∪232°～360°。

圖3　1號目標協(xié)同反導兼容空域

圖4　2號目標協(xié)同反導兼容空域

圖5　3號目標協(xié)同反導兼容空域

圖6　4號目標協(xié)同反導兼容空域

2)計算各目標的綜合協(xié)同反導兼容空域

通過計算對每一批目標求解兼容空域，對四批目標的兼容空域求交集得出綜合反導兼容空域A綜合:

(16)

A綜合=A2∩A3∩A16∩A9={x|232°≤x≤290°}

計算綜合系協(xié)同反導兼容空域，如圖7所示。

3)計算各批目標與艦艇的最小距離

在360°空域范圍內(nèi)布放箔條干擾彈對各目標實施質(zhì)心干擾，計算反艦導彈與目標艦艇最小距離。

圖7　綜合協(xié)同反導兼容空域

從圖8～圖11可知，1號目標質(zhì)心干擾彈最佳布放方位為295°，其所對應的最大距離為396.95m，導彈到達時間為62s；2號目標質(zhì)心干擾彈最佳布放方位為289°，導彈到達時間為54s，其所對應的最大距離為635.36m；3號目標質(zhì)心干擾彈最佳布放方位為201°，導彈到達時間為39s，其所對應的最大距離為742.38m；4號目標質(zhì)心干擾彈最佳布放方位為201°，導彈到達時間為39s，其所對應的最大距離為742.38m。

4)綜合兼容空域范圍內(nèi)求解最佳目標

計算在綜合兼容空域范圍內(nèi)各目標與艦艇的距離:

圖8　1號目標與艦艇的距離

圖9　2號目標與艦艇的距離

圖10　3號目標與艦艇的距離

圖11　4號目標與艦艇的距離

圖12　2號目標與艦艇的距離

圖13　3號目標與艦艇的距離

從圖12～圖15可知，1號目標在綜合兼容空域范圍內(nèi)質(zhì)心干擾彈最佳布放方位為290°，其所對應的反艦導彈最大距離為403.99m，導彈到達時間為64s；2號目標在綜合兼容空域范圍內(nèi)質(zhì)心干擾彈最佳布放方位為289°，其所對應的反艦導彈最大距離為635.36m，導彈到達時間為54s；3號目標在綜合兼容空域范圍內(nèi)質(zhì)心干擾彈最佳布放方位為232°，其所對應的反艦導彈最大距離為497.95m，導彈到達時間為39s；4號目標在綜合兼容空域范圍內(nèi)質(zhì)心干擾彈最佳布放方位為290°，其所對應的反艦導彈最大距離為613.06m，導彈到達時間為44s。

圖14　6號目標與艦艇的距離

圖15　9號目標與艦艇的距離

4.3仿真分析

通過仿真最后可以得出在綜合兼容空域范圍內(nèi)各目標的最佳干擾方案如表2。

表2　戰(zhàn)場環(huán)境仿真目標設定

通過表2可以看出，在綜合兼容空域范圍內(nèi)布放質(zhì)心干擾彈對3號目標具有最好的干擾效果，此時反艦導彈與我目標艦艇的最大距離達到635.36m，然后是9號目標，導彈最大距離613.06m，再次是6號目標，導彈最大距離97.95m，最后是2號目標，導彈最大距離403.99m。

根據(jù)目標與艦艇距離原則對目標進行排序如表3。

表3　戰(zhàn)場環(huán)境仿真目標設定

通過目標優(yōu)選準則的最后判定，2號目標為最終電子戰(zhàn)系統(tǒng)的優(yōu)選目標。

5結(jié)語

本文以水面艦艇軟硬武器協(xié)同反導為作戰(zhàn)背景，重點研究基于軟硬武器兼容空域的電子戰(zhàn)目標優(yōu)選問題。通過本文的研究，提出了電子目標優(yōu)選的判定準則，依據(jù)準則構(gòu)建了目標優(yōu)選的理論計算模型，并依此設計了目標優(yōu)選的仿真模擬流程，在實戰(zhàn)情況下對電子戰(zhàn)目標優(yōu)選方法進行了仿真，利用電子戰(zhàn)目標優(yōu)選模型和準則對所有電子戰(zhàn)干擾候選目標進行優(yōu)選，計算出最優(yōu)干擾目標。本文所研究的內(nèi)容可以為部隊作戰(zhàn)和訓練提供有力的理論依據(jù)。

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Electronic Warfare Preferably Based on Compatible Airspace

MENG Xiangyu1SUN Yi2

(1.Training Department, Dalian Naval Academy of PLA， Dalian116018)(2.No.1 Brigade of Graduate Student, Dalian Naval Academy of PLA， Dalian116018)

AbstractIn the comprehensive situation under complex sea, how to select the best system for electronic warfare against target, give full play to the electronic warfare chaff centroid jamming capability, achieve shipboard hard weapon cooperation anti missile maximum efficiency and protection of ship safety is a new problem. Based on this principle, the optimization method of the electronic warfare target is proposed, which is based on the principle of centroid jamming, and the optimization process of the target is set up.

Key Wordscompatible airspace, electronic warfare, air defense anti missile, objective optimization

* 收稿日期：2015年11月7日,修回日期：2015年12月26日

作者簡介：孟祥宇，男，碩士，工程師，研究方向：數(shù)據(jù)控掘。孫翼，男，碩士，研究方向：海軍指揮信息系統(tǒng)作戰(zhàn)與使用。

中圖分類號E917

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.05.006