刁興華，　吳宗一，　王發(fā)威，　付小飛，　羅萬里

(1.中國人民解放軍94676部隊(duì)，上?！?02178；　2.空軍工程大學(xué)，河南 信陽　464000)

0　引言

中遠(yuǎn)程空空導(dǎo)彈技術(shù)的發(fā)展使多機(jī)協(xié)同制導(dǎo)成為可能，傳統(tǒng)的單機(jī)發(fā)射/制導(dǎo)作戰(zhàn)模式可發(fā)展為多個(gè)作戰(zhàn)平臺(tái)通過全新的作戰(zhàn)方式協(xié)作完成空空導(dǎo)彈的發(fā)射與制導(dǎo)。這引起了一些學(xué)者的關(guān)注，比如高堅(jiān)等[1]首次給出了雙機(jī)協(xié)同制導(dǎo)的過程描述，分析了雙機(jī)協(xié)同編隊(duì)制導(dǎo)的火控機(jī)理；之后肖冰松等[2]提出了制導(dǎo)優(yōu)勢的概念，建立了基于制導(dǎo)優(yōu)勢函數(shù)的協(xié)同制導(dǎo)決策模型；費(fèi)愛國等[3-4]在此基礎(chǔ)上，將制導(dǎo)優(yōu)勢擴(kuò)展為制導(dǎo)機(jī)對(duì)目標(biāo)機(jī)的制導(dǎo)優(yōu)勢以及制導(dǎo)機(jī)對(duì)空空導(dǎo)彈制導(dǎo)優(yōu)勢模型。以上研究是針對(duì)空空導(dǎo)彈制導(dǎo)權(quán)交接問題的決策研究，而且只涉及雙機(jī)接替制導(dǎo)這一種協(xié)同模式，不具有普遍意義。文獻(xiàn)[5-6]建立了協(xié)同制導(dǎo)指令的誤差源定量模型，該誤差模型實(shí)際上對(duì)于傳統(tǒng)單

機(jī)發(fā)射/制導(dǎo)模式同樣可用，并未突出體現(xiàn)協(xié)同制導(dǎo)的特點(diǎn)。

本文在前人研究成果的基礎(chǔ)上，分析了當(dāng)前研究的典型協(xié)同制導(dǎo)作戰(zhàn)模式，以及協(xié)同制導(dǎo)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵流程，重點(diǎn)對(duì)協(xié)同發(fā)射/制導(dǎo)與單機(jī)發(fā)射/制導(dǎo)中的目標(biāo)指示模型進(jìn)行對(duì)比分析，得出在協(xié)同制導(dǎo)情形下的目標(biāo)指示誤差增量，進(jìn)一步豐富、完善協(xié)同制導(dǎo)理論的研究。

1　雙機(jī)協(xié)同制導(dǎo)作戰(zhàn)模式

目前在文獻(xiàn)資料中所提出的典型協(xié)同制導(dǎo)作戰(zhàn)模式可歸結(jié)為以下3種(F1表示本機(jī)，F(xiàn)2表示他機(jī))。

1) 接替制導(dǎo)模式(模式1)。F1發(fā)射與制導(dǎo)，F(xiàn)2接替制導(dǎo)[1-7]。F1探測到目標(biāo)信息并發(fā)射導(dǎo)彈，中制導(dǎo)開始時(shí)，F(xiàn)1用機(jī)載雷達(dá)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤、照射，當(dāng)戰(zhàn)術(shù)需要(通過中繼制導(dǎo)發(fā)射遠(yuǎn)程空空導(dǎo)彈)或F1遇到威脅或其他原因必須放棄制導(dǎo)時(shí)，通過戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈，F(xiàn)1選擇F2作為接替制導(dǎo)機(jī)，迅速將導(dǎo)彈和目標(biāo)信息傳遞給F2，待制導(dǎo)權(quán)交接完成，F(xiàn)1脫離。

2) 全程委托制導(dǎo)模式(模式2)。F2目標(biāo)指示，F(xiàn)1借助F2信息發(fā)射，F(xiàn)2制導(dǎo)[8]。F2探測到目標(biāo)信息，通過機(jī)間數(shù)據(jù)鏈與F1共享。F1解算目標(biāo)信息，滿足發(fā)射條件時(shí)發(fā)射導(dǎo)彈，并將導(dǎo)彈初始參數(shù)傳遞給F2，導(dǎo)彈首先進(jìn)入初始程序制導(dǎo)段，進(jìn)入中制導(dǎo)段后，由F2進(jìn)行中制導(dǎo)，F(xiàn)1脫離。這種方式要求F2必須能夠與導(dǎo)彈建立通信，即導(dǎo)彈發(fā)射后進(jìn)入中制導(dǎo)段時(shí)，應(yīng)位于F2的制導(dǎo)區(qū)域內(nèi)。

3) 共同制導(dǎo)模式(模式3)。F2目標(biāo)指示，F(xiàn)1借助F2信息發(fā)射，F(xiàn)1制導(dǎo)[9]。F2探測到目標(biāo)信息，通過機(jī)間數(shù)據(jù)鏈與F1共享。F1解算目標(biāo)信息，滿足發(fā)射條件時(shí)發(fā)射導(dǎo)彈，并由F1對(duì)導(dǎo)彈中制導(dǎo)。這種協(xié)同制導(dǎo)方式使F1和F2均不能脫離戰(zhàn)斗；而且如果是用雷達(dá)旁瓣制導(dǎo)，則要求F1發(fā)射導(dǎo)彈后雷達(dá)開機(jī)，但必須避免雷達(dá)主瓣直接指向目標(biāo)，以免被目標(biāo)察覺[9]，隱蔽攻擊的效果不明顯，因此合作攻擊的意義不大[10]。

模式1中，F(xiàn)1，F(xiàn)2交叉制導(dǎo)，需將制導(dǎo)權(quán)由F1轉(zhuǎn)交給F2；該協(xié)同制導(dǎo)模式的關(guān)鍵在中制導(dǎo)階段，相對(duì)于初始段和末制導(dǎo)段而言，中段對(duì)導(dǎo)彈的可控時(shí)間較長，便于實(shí)施中制導(dǎo)權(quán)的交接[1]。模式1及模式2的目標(biāo)跟蹤與指令發(fā)送都由一架飛機(jī)完成，因此只需要一架飛機(jī)投入戰(zhàn)斗，其他飛機(jī)能夠自由活動(dòng)或執(zhí)行其他任務(wù)。模式2中，攻擊機(jī)F1雷達(dá)全程靜默，導(dǎo)彈發(fā)射進(jìn)入中制導(dǎo)段后，導(dǎo)彈中制導(dǎo)權(quán)不需移交，完全由F2制導(dǎo)。模式3由于將中制導(dǎo)的目標(biāo)跟蹤與指令發(fā)送分離，需要兩機(jī)協(xié)同才能完成，使得兩機(jī)均不能脫離戰(zhàn)斗。

本文主要以模式1及模式2為例進(jìn)行研究。在這兩種協(xié)同模式中，其實(shí)質(zhì)都是將導(dǎo)彈的發(fā)射與制導(dǎo)分離，分別由不同的載機(jī)實(shí)施，即導(dǎo)彈的制導(dǎo)最終由發(fā)射平臺(tái)之外的其他平臺(tái)完成，因而在中制導(dǎo)指令的生成上必然涉及到目標(biāo)量測信息在不同平臺(tái)坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換問題[5，9，11]，這也是協(xié)同制導(dǎo)能夠順利實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。

2　空空導(dǎo)彈中制導(dǎo)指令計(jì)算模型

先進(jìn)中距導(dǎo)彈的制導(dǎo)方式為捷聯(lián)慣導(dǎo)加無線電指令修正，發(fā)射導(dǎo)彈前，機(jī)載火控計(jì)算機(jī)要確定基準(zhǔn)坐標(biāo)系OXYZ，作為計(jì)算和形成無線電修正指令的基準(zhǔn)，基準(zhǔn)坐標(biāo)系OXYZ也就是導(dǎo)彈雷達(dá)位標(biāo)器天線坐標(biāo)系[12]。

為了保證中末制導(dǎo)交接時(shí)能截獲目標(biāo)，無線電指令不斷地修正導(dǎo)彈彈道，使導(dǎo)彈雷達(dá)位標(biāo)器天線指向目標(biāo)，這就是無線電指令修正的作用，其實(shí)質(zhì)是將機(jī)載雷達(dá)量測的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息(位置及速度)與預(yù)測的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息之間的偏差在基準(zhǔn)坐標(biāo)系OXYZ中的投影發(fā)送給導(dǎo)彈[12]。預(yù)測的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息也是依據(jù)量測信息生成，因此本文重點(diǎn)對(duì)目標(biāo)量測信息進(jìn)行討論。

一般情形下，目標(biāo)量測信息到制導(dǎo)指令的轉(zhuǎn)換流程如圖1所示。

圖1　目標(biāo)量測信息轉(zhuǎn)換流程

現(xiàn)分別對(duì)單機(jī)制導(dǎo)和協(xié)同制導(dǎo)情況下的目標(biāo)量測信息轉(zhuǎn)換流程進(jìn)行分析。為研究方便，制導(dǎo)機(jī)雷達(dá)坐標(biāo)系與機(jī)體坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換，以及導(dǎo)彈彈體坐標(biāo)系與導(dǎo)彈導(dǎo)引頭天線系之間的轉(zhuǎn)換，屬于載機(jī)、導(dǎo)彈自身內(nèi)部坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，本文不進(jìn)行討論。

2.1　單機(jī)發(fā)射/制導(dǎo)

圖2　單機(jī)發(fā)射/制導(dǎo)下的制導(dǎo)信息矢量圖Fig.2　The vectors of the guiding information undersingle-fighter launching/guidance

則tj時(shí)刻，位置矢量S′可表示為

(1)

式中：RD為慣性系下發(fā)射機(jī)到目標(biāo)的距離；Tjp,gp為從機(jī)體坐標(biāo)系到慣性坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣。

設(shè)tj時(shí)刻導(dǎo)彈在導(dǎo)彈慣性坐標(biāo)系內(nèi)的位移矢量為Mj，則彈體坐標(biāo)系下，目標(biāo)相對(duì)于導(dǎo)彈的位置矢量Aj為

(2)

式中：Tgm,jm為從導(dǎo)彈慣性坐標(biāo)系到導(dǎo)彈彈體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣；Tgp,gm為從發(fā)射機(jī)慣性坐標(biāo)系到導(dǎo)彈慣性坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣。式(2)也可表示為

(3)

式中：Tgp,jm為從發(fā)射機(jī)慣性系到導(dǎo)彈彈體系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣；Tjp,jm為從發(fā)射機(jī)機(jī)體系到導(dǎo)彈彈體系的轉(zhuǎn)換矩陣。

2.2　雙機(jī)協(xié)同發(fā)射/制導(dǎo)

設(shè)在導(dǎo)彈發(fā)射時(shí)刻t0，發(fā)射機(jī)、導(dǎo)彈都位于坐標(biāo)原點(diǎn)O1，目標(biāo)位于T點(diǎn)；設(shè)友機(jī)在ti時(shí)刻開始協(xié)同制導(dǎo)，ti≥t0，此時(shí)制導(dǎo)機(jī)為友機(jī)，其位于O2點(diǎn)，如圖3所示。

圖3　雙機(jī)協(xié)同發(fā)射/制導(dǎo)下的制導(dǎo)信息矢量圖Fig.3　The vectors of the guiding information undercooperative launching/guidance

(4)

式中：Tjp2,gp2為從制導(dǎo)機(jī)機(jī)體坐標(biāo)系到制導(dǎo)機(jī)慣性坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣。設(shè)導(dǎo)彈在tj時(shí)刻在導(dǎo)彈慣性坐標(biāo)系內(nèi)的位移矢量為Mj，則彈體坐標(biāo)系下，目標(biāo)相對(duì)于導(dǎo)彈的位置矢量Aj為

Aj=Tgm,jm(Tgp1,gmD′-Mj)

(5)

式中，Tgp1,gm為從發(fā)射機(jī)慣性坐標(biāo)系到導(dǎo)彈慣性坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣；D′為tj時(shí)刻目標(biāo)在發(fā)射機(jī)慣性系中的位置矢量，即

D′=D12+Tgp2,gp1S′

(6)

式中:Tgp2,gp1為從制導(dǎo)機(jī)慣性系到發(fā)射機(jī)慣性系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣；D12為協(xié)同制導(dǎo)瞬時(shí)制導(dǎo)機(jī)在發(fā)射機(jī)所建立的慣性系中的位置矢量。式(5)可進(jìn)一步寫為

(7)

即

(8)

式中：Tgp1,jm為從發(fā)射機(jī)慣性系到導(dǎo)彈彈體系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣；Tgp2,jm為從制導(dǎo)機(jī)慣性系到導(dǎo)彈彈體系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣；Tjp2,jm為從發(fā)射機(jī)機(jī)體系到導(dǎo)彈彈體系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣。

3　協(xié)同制導(dǎo)對(duì)制導(dǎo)指令的影響分析

對(duì)比式(2)及式(7)可以看出，雙機(jī)協(xié)同制導(dǎo)與單機(jī)發(fā)射/制導(dǎo)相比，制導(dǎo)指令的計(jì)算主要有以下區(qū)別：1) 增加計(jì)算項(xiàng)，Tgm,jmTgp1,gmD12，即將協(xié)同制導(dǎo)瞬時(shí)制導(dǎo)機(jī)在發(fā)射機(jī)所建立的慣性系中的位置矢量D12轉(zhuǎn)換到導(dǎo)彈彈體坐標(biāo)系中；2) 增加坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣Tgp2,gp1，即從制導(dǎo)機(jī)慣性系到發(fā)射機(jī)慣性系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣。這對(duì)制導(dǎo)指令精度的影響主要體現(xiàn)在以下方面。

1) 位置矢量D12的測量誤差。D12的計(jì)算是由友機(jī)間數(shù)據(jù)鏈傳遞共享數(shù)據(jù)來完成，由于載機(jī)慣導(dǎo)系統(tǒng)傳感器距離測量誤差的存在，各載機(jī)均存在定位誤差。因而D12與協(xié)同制導(dǎo)時(shí)兩友機(jī)間的真實(shí)距離存在著測量誤差。

2) 載機(jī)和導(dǎo)彈的姿態(tài)測量誤差。由圖1可知，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣Tgm,jmTgp1,gm，包含Tgp1,gm和Tgm,jm，即先將位置矢量D12從發(fā)射機(jī)的慣性系轉(zhuǎn)換到導(dǎo)彈慣性坐標(biāo)系，再由導(dǎo)彈的慣性坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到導(dǎo)彈的彈體坐標(biāo)系，其誤差主要是由載機(jī)和導(dǎo)彈的慣導(dǎo)系統(tǒng)的角度測量誤差引入。

3) 發(fā)射機(jī)和制導(dǎo)機(jī)慣性坐標(biāo)系間偏轉(zhuǎn)角的測量誤差。矩陣Tgp2,gp1是在協(xié)同制導(dǎo)時(shí)，接替制導(dǎo)載機(jī)建立的慣性系和發(fā)射機(jī)發(fā)射導(dǎo)彈時(shí)建立的慣性系間的轉(zhuǎn)換矩陣，其誤差主要是載機(jī)慣導(dǎo)系統(tǒng)傳感器角度測量誤差。

由以上分析可知，當(dāng)兩機(jī)需要通過協(xié)同制導(dǎo)完成對(duì)目標(biāo)的攻擊任務(wù)時(shí)，是以犧牲了一定的制導(dǎo)精度為代價(jià)的，但同時(shí)也能有效提高載機(jī)的作戰(zhàn)效能。如在雙機(jī)協(xié)同接替制導(dǎo)作戰(zhàn)模式中，F(xiàn)1發(fā)射遠(yuǎn)程空空導(dǎo)彈，F(xiàn)2完成中繼制導(dǎo)，可顯著增大遠(yuǎn)程空空導(dǎo)彈的攻擊距離；或F1在制導(dǎo)過程中受到敵機(jī)威脅需要規(guī)避，由F2接替制導(dǎo)，在保證了對(duì)目標(biāo)攻擊的同時(shí)，F(xiàn)1可以迅速脫離，去執(zhí)行其他戰(zhàn)術(shù)任務(wù)，大大提高了戰(zhàn)機(jī)的生存力和利用率。

傳統(tǒng)的單機(jī)發(fā)射/制導(dǎo)模式中，同樣的作戰(zhàn)條件下，載機(jī)根本無法具備相應(yīng)的作戰(zhàn)能力，因此相對(duì)來說，在某種條件下，由協(xié)同制導(dǎo)帶來的作戰(zhàn)效能提升是巨大的。

4　結(jié)束語

雙機(jī)協(xié)同制導(dǎo)的實(shí)現(xiàn)依賴于機(jī)載雷達(dá)、數(shù)據(jù)鏈通訊、數(shù)據(jù)融合、火力控制等相關(guān)技術(shù)以及戰(zhàn)斗機(jī)和機(jī)載武器系統(tǒng)性能的大幅度提高，是一個(gè)極其復(fù)雜的交叉制導(dǎo)過程[1]。本文通過對(duì)典型雙機(jī)協(xié)同制導(dǎo)作戰(zhàn)模式實(shí)現(xiàn)流程的分析，得出其實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵是其他平臺(tái)對(duì)非自身發(fā)射導(dǎo)彈的制導(dǎo)，進(jìn)一步分析制導(dǎo)指令的計(jì)算模型，得到了協(xié)同制導(dǎo)實(shí)現(xiàn)過程中額外增加的制導(dǎo)精度影響因素。這些因素對(duì)制導(dǎo)精度的影響，可通過技術(shù)的逐漸發(fā)展盡量減小，但并不能完全消除，這也是實(shí)現(xiàn)協(xié)同制導(dǎo)不得不付出的“代價(jià)”。

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