陳偉，何志杰，李書成

（陜西中天火箭技術(shù)股份有限公司，陜西西安，710025）

0 引言

對機載武器發(fā)射后截獲的作戰(zhàn)模式來說，導引頭截獲概率是一個關(guān)鍵性的指標，且受到各種因素包擴視場狀態(tài)、彈道參數(shù)、載機雷達以及彈載測量裝置的測量精度、目標機動能力等。其中視場狀態(tài)又包括距離、視場大小、形狀及搜索方式等方面。為提高導引頭截獲目標的概率，需要設(shè)計出更大的視場角，然而視場角增大時，進入導引頭視場的背景輻射也必然更加復雜，從而導致導引頭的作用距離減小和抗干擾能力下降。另一方面，光學導引頭視場大小也受到光學成像質(zhì)量及探測器能力的限制，難以實現(xiàn)視場和測角精度的統(tǒng)一。為解決視場過小目標截獲困難的矛盾，導引頭光學系統(tǒng)通常會進行空間搜索，用小的視場獲得盡可能高的探測概率，這就需要對導引頭視場及其搜索策略進行研究。張曉陽等人以紅外成像導引頭為例研究了不同視場形狀和搜索策略[1]，計算了不同搜索軌跡下的視場角面積，并研究了搜索場中不同點在截獲場中的停留時間。徐丹等人在方形和圓形搜索軌跡的基礎(chǔ)上提出了六邊形軌跡的搜索策略，比較了方形、圓形和六邊形搜索方式的優(yōu)劣[2]。對于激光導引頭，鄧蕾等人僅從概率分布角度，用彈道仿真的方法分析了影響激光導引頭的截獲概率的主要因素[3]，但沒有對搜索方式進行深入分析。本文將以激光導引頭為例，對導引頭對地掃描時的特性進行分析，再對比不同搜索方式的差異。

1 激光導引頭對地搜索模型

1.1 截獲視場

激光制導武器攻擊地面目標時，由于彈道彎曲通常呈俯沖狀態(tài)，導引頭搜索目標時視線角并不垂直于目標平面，導引頭圓形截獲視場在目標平面上的投影為橢圓形，橢圓長軸沿視線方向，短軸基本垂直視線方向，因此垂直視線方向覆蓋區(qū)域較小。

圖1 中m 為導引頭，C 為視場中心，h 為導彈飛行高度；C 為視場中心，R 為彈目視場中心斜距。導引頭視線角為q，圓視場角半徑為θ。此時地面視場投影縱深為[4]：

圖1 導引頭視場投影側(cè)視圖

視場寬度為：

視場邊緣上任意一點F，距離視場中心的夾角即為截獲視場角，設(shè)其在導引頭視場平面的轉(zhuǎn)角為γ，F(xiàn) 點在目標平面上的投影點坐標（Px、Pz）可表示為：

假設(shè)某彈道視線角30°，導引頭半視場角5°時，截獲視場投影如圖2 所示。

圖2 導引頭視場投影示意圖

圖3 特征點視場停留示意

1.2 搜素過程停留時間

導引頭視場在搜素過程中持續(xù)移動，當視場按圓軌跡移動過程中，搜索視場中任意一點在截獲視場中停留的時間與導引頭掃描半徑和搜索角速度相關(guān)，O 為搜索視場中心，T為目標點，O1、O2 為T 剛進入和離開時的截獲視場中心。

假設(shè)搜索過程中以穩(wěn)定速度掃描，則目標T 在市場中停留的時間為：

式中，?t為單點在掃描過程中視場內(nèi)的停留時間，R1為掃描半徑，R2為半視場角，x為T 偏離截獲視場中心的角度，ω0為平均搜索角速度。顯然，當x 大于R2時，?t為0，離截獲視場中心越接近，停留時間越長。當掃描半徑無限大時，即掃描方式變?yōu)椤耙弧弊中纹綊撸Ａ魰r間變成：

2 搜索方式比較

2.1 單點駐留搜索方式

考慮到導引頭的識別過程需要一段時間，在需要的搜索區(qū)域內(nèi)，搜索速度不能過快，為導引頭識別目標提供必要的停留時間，同時搜索周期不能過長，過長的搜索周期會導致造成截獲太晚。在滿足導引頭識別時間的前提下避免重復搜索，提高搜索效率。

根據(jù)綜合位置誤差中各項誤差的分布規(guī)律，可以推斷出指向誤差分布規(guī)律應(yīng)該是一個方向上平均分布、位置大小近似正態(tài)的分布，因此截獲概率最大的區(qū)域應(yīng)該在參考區(qū)域中心。由于誤差方向的平均分布特點，搜索起始點無需特別指定，挑選與指向中心最為接近的掃描點即可，考慮到導引頭視場區(qū)域的橢圓特征，利用橢圓長軸方向上視場覆蓋大的特點，起始掃描點設(shè)在橫向?？紤]單點停留的方式搜索，也稱為步進凝視掃描[5]，比較“口”字形、“一”字形、“◇”形搜索路徑，在不同彈道條件下各搜索路徑所形成的搜索區(qū)域，如圖4 所示。

圖4 30°視線角掃描區(qū)域

可以看出，在30°視線角下，“一”字形搜索即可很好覆蓋400m 的參考區(qū)域，且掃描區(qū)域基本可以達到半徑500m；“口”字形搜索也可滿足參考區(qū)域要求，但在橫向上余量較小，掃描角度越大，中心點存在漏掃區(qū)域，“◇”形搜索具有相對最優(yōu)的區(qū)域覆蓋性能。

60°視線角下，同樣的搜索方式形成的搜索區(qū)域見圖5。

圖5 60°視線角掃描區(qū)域

60°視線角條件下，“◇”形和“口”字形搜索可完全覆蓋參考區(qū)域，“一”字形搜索無法完全覆蓋參考區(qū)域?！啊蟆毙嗡阉髟谥行膮^(qū)域有較好的重疊區(qū)域，隨著掃描角度的變大，“口”字形可能出現(xiàn)中心漏掃，“◇”形比“口”字形有著更好搜索覆蓋性，因此單點駐留模式下，“◇”字形對地搜索策略更合適。

2.2 連續(xù)移動搜索方式

取常用的連續(xù)圓周掃描搜索方式進行比較，在視線角不垂直目標平面的情況下，圓周掃描形成的掃描區(qū)域呈橢圓形，即便掃描的半錐角與截獲視場角相等，掃描圓周前后半周的視場會部分重疊，視線角越小，重疊情況越嚴重。

圖6 60°與30°視線角圓周搜索覆蓋區(qū)域示意圖

相比單點駐留的搜素方式，連續(xù)圓周掃描的覆蓋區(qū)域較為規(guī)則，在掃描幅度相同的條件下，掃描范圍更大。尤其在視線角較小時，縱向掃描范圍可以很大，在銜尾追擊地面高速移動目標時非常有益于目標捕獲。

2.3 搜索周期

在單點駐留搜索方式中，導引頭視場需在各點上停留規(guī)定時間，該時間一般由導引頭目標最短識別時間決定，假設(shè)該時間為0.4s，加上導引頭在各點間轉(zhuǎn)動的時間，取導引頭在駐留點間轉(zhuǎn)動的角速度均值為30°/s，則同等掃描角度下，駐留搜索方式下掃描一周的時間見表1。

表1 不同搜索路徑的搜索周期

圓周掃描條件下，如果按視場邊緣停留時間0.4s，則搜索周期很長，不符合使用要求，也不滿足實際情況，按導引頭視場中心停留時間0.4s 計算，則搜索角速度會根據(jù)掃描角度變化，掃描半徑3°和4°時搜索周期分別為0.86s 和1.2s，此時視場邊緣的停留時間降低至0.18s 和0.19s。當視場邊緣附近點（邊緣內(nèi)1°）的停留時間也設(shè)定為0.4s 時，整體搜索周期增加至1.9s 和2.4s。

3 結(jié)論

“一”字形搜索受彈道條件約束，不適用于視線傾角較大的情況，在空地大俯沖角彈道下，該搜索方式不再適用。

“口”字形搜索基本可以覆蓋各種彈道條件下的目標位置誤差參考區(qū)域，且區(qū)域內(nèi)各點視線駐留時間基本一致，缺點在于中心容易漏掃，同時搜索周期較長。

“◇”形搜索下參考區(qū)域的覆蓋情況與“口”字形相近，駐留時間也相當，但沒有中心漏掃區(qū)，同等掃描角度下搜索時間略短于“口”字形搜索。

圓周搜索也可覆蓋各種彈道條件下的目標位置誤差參考區(qū)域，且參考區(qū)各方向覆蓋情況和停留時間較為平均，搜索周期稍短于“◇”字形搜索，缺點在于區(qū)域內(nèi)各點停留時間不一致，邊緣位置時間略短，中心處的時間相對較長，當放慢搜索速度，將邊緣位置的停留時間增長至與“◇”字形搜索相當時，整體搜索周期也將與“◇”字形相當。