反舰导弹突击岛礁区舰船末制导雷达开机距离和角度研究*

陈 榕,沈培志,张海峰

(海军航空工程学院,山东烟台 264001)

反舰导弹突击岛礁区舰船末制导雷达开机距离和角度研究*

陈 榕,沈培志,张海峰

(海军航空工程学院,山东烟台 264001)

为从战术层面提高雷达制导反舰导弹导引头截获岛礁区舰船的能力,在分析雷达导引头截获岛礁区舰船必要条件的基础上,建立了导弹、目标舰船与岛礁的位置关系模型,推导得到末制导雷达开机距离、攻击方位同岛目距离差、角度差的关系表达式,为判断是否满足截获条件提供了依据,并进行了仿真分析。研究成果为优化雷达制导反舰导弹攻击岛礁区目标舰船的作战使用奠定了基础。

岛礁区舰船;攻击方位;末制导雷达开机距离;距离分辨力;角度分辨力

0 引言

随着战场形势的变化,近岸精确打击开始成为反舰导弹担负的一项重要使命。而中远程、高速反舰导弹打击岛礁区敌舰船,具有反应迅速、打击精确、效费比高等优点。由于岛礁区的近岸海域与陆岸相邻,陆岸复杂地物背景对雷达制导反舰导弹的使用影响很大,主要体现在目标识别和测角精度等方面[1]。同国外采用雷达成像导引头技术的反舰导弹相比,国内雷达制导反舰导弹的距离分辨力和角度分辨力相对要低[2]。如何在距离、角度分辨力有限的不利条件下,采取合理的战术手段加以弥补,提高雷达制导反舰导弹捕捉岛礁区目标的能力,是现实而重要的问题。

1 反舰导弹雷达导引头截获岛礁区目标舰船技、战术分析

对于雷达导引头而言截获岛礁区目标舰船比截获开阔海区目标舰船难度要大得多。提高雷达导引头对岛礁区舰船截获能力的方法不外乎技术措施和战术措施两种。

从技术上而言,保证雷达制导反舰导弹有效截获岛礁区舰船的关键在于先进的末制导技术,及目标搜索、识别、跟踪等技术。其中,岛礁区(近岸)目标的搜索与识别又是重中之重。手段之一就是抑制岛岸杂波,如美国捕鲸叉Block II反舰导弹综合利用GPS位置信息和弹载计算机存储的海岸线数据,实现了对岛岸雷达反射回波的忽略,大大提高了岛礁区舰船的搜索、识别效率[2]。手段之二为雷达成像技术。如通过设计合理的算法,可实现多辐射源的分辨;采用波形选择方法实现雷达导引头抗角反射器、岛岸干扰等;尤其是毫米波雷达成像技术,适应性更强,探测精度更高,具备更高的距离、角度分辨力[4-6]。

从战术上而言,提高雷达导引头对岛礁区舰船截获能力的措施主要有合理选择自导距离(对应末制导雷达开机距离)、捕捉扇面角以及目标选择方式(捕控模式)[3,7-11]。

虽然从技术上和战术上均可提高末制导雷达截获岛礁区舰船的能力。但是相应的技术措施要求高,应用于实际装备是一个复杂的系统工程。而立足现有技术水平,研究采取合理的战术手段,对有效发挥导弹装备的效能具有重要的现实意义。

2 反舰导弹雷达导引头截获岛礁区目标舰船必要条件

由于岛礁(海岸)的影响,自导雷达极易捕捉到岛礁(海岸),因此为确保导弹对目标的捕捉概率,只能攻击离岸一定距离的敌方舰船[3]。不妨假定导弹雷达导引头的距离分辨力和角度分辨力分别为Δd0和Δθ0,末制导雷达开机时,目标舰船与岛礁的相对位置关系如图1所示(为便于研究,在分析问题和建立模型时将岛礁和舰船看成质点)。

图1 目标舰船与岛礁的相对位置关系

图1中,D点为末制导雷达开机时的导弹位置,T0为该时刻目标舰船的位置,I为岛礁位置,DT0为导弹飞行方向,目标舰船与岛礁的距离差和角度差分别为Δd1和Δθ1。

则为确保导引头对目标舰船的有效捕捉,目标舰船与岛礁的相对位置关系应满足式(1)所示的约束条件。

Δd1≥Δd0∩Δθ1≥Δθ0

(1)

3 导弹、目标舰船与岛礁位置关系模型

通常情况下岛礁区海域岛礁较多,为将问题描述清楚,先考虑一个岛礁的情况。

假设目标和岛礁同时位于导弹的搜索范围内,且两者处于同一截获窗口内时,导弹将很难进行正确分辨,因而必须避免两者位于同一截获窗口。假定敌舰发现来袭导弹后,为最大限度利用岛礁背景干扰,迅速由初始位置T0向岛礁机动,导弹末制导雷达开机时,导弹、目标和岛礁的位置关系如图2所示。

图2 导弹、目标和岛礁位置关系模型

图2中D、T、I含义与图1同。假定导弹的飞行方向指向目标初始位置。无论目标位置在何处,末制导雷达总是以导弹飞行方向为中心进行扇扫,因而产生了如图所示的角度差Δθ和距离差Δd。以正北方向为Y轴,正东方向为X轴建立坐标系(假定由于态势所限,导弹只能从目标西面一侧攻击)。已知目标初始位置T0的坐标(xt0,yt0),岛礁I的坐标为(xi,yi),T0I=d0。导弹攻击方位角,即DT0与Y轴的夹角为θ,DT与Y轴的夹角为θ1,DI与Y轴的夹角为θ2。末制导雷达开机距离DT0=Dld。设末制导雷达开机前目标机动距离T0T=Dtjd,不妨令导弹攻击航路距离为Dhl,航路飞行平均速度为Vhl,目标指示信息延迟时间为Ttzy,目标机动速度为Vt,则导弹自控飞行距离为:

Dzk=Dhl-Dld

(2)

末制导雷达开机前目标机动距离为:

(3)

由图2可知:

d0=((xt0-xi)2+(yt0-yi)2)1/2

(4)

D点的坐标为:

(5)

末制导雷达开机时,目标位置T的坐标为:

(6)

θ1、θ2分别为:

(7)

(8)

根据余弦定理可得θ3为:

(9)

由式(4)～式(9)可得角度差Δθ和距离差Δd:

Δd=(d0-Dtjd)|cosθ3|

(10)

Δθ=|θ1-θ2|

(11)

联立式(1)、式(10)、式(11),在其他相关参数已知时,即可判断不同的导弹末制导雷达开机距离、攻击方位条件下,目标舰船与岛礁的相对位置关系是否满足雷达导引头截获目标的条件。

4 攻击岛礁区目标舰船仿真分析

假定目标舰船所在海区有4个岛礁,目标舰船与4个岛礁的坐标如表1所示。

表1 目标舰船及相关岛礁的坐标

确定导弹参数如下:导弹飞行航路距离Dhl=270 km,航路飞行平均速度Vhl=310 m/s,末制导雷达开机距离Dld=5～40 km,导引头距离分辨力Δd0=120 m、角度分辨力Δθ0=5°,航向搜索范围±30°,目标机动速度为Vt=30 kn,目标指示信息时延为Ttzy=3 min。

目标舰船与各岛礁的相对位置关系如图3所示。

图3 目标舰船与各岛礁的相对位置关系

由表1可知,目标舰船与岛礁1的距离最近,且其航向指向岛礁1。经计算目标舰船机动过程中,与其他岛礁的距离都满足导弹导引头距离分辨力的要求。因此,影响导弹导引头开机距离和攻击方位的因素主要为:目标舰船与岛礁1相对导弹自控终点的距离和角度、目标舰船与其他岛礁相对导弹自控终点的角度。

假定由于态势所限,导弹只能从目标西面一侧攻击(即攻击方位角为0°～180°)。仿真分析可知导弹攻击方位、末制导雷达开机距离与岛礁1的距离差Δd的关系如图4所示。

图4 攻击方位、末制导雷达开机距离与距离差Δd(与岛礁1)的关系

导弹攻击方位、末制导雷达开机距离与岛礁1～4的角度差Δθ的关系如图5～图8所示。

图5 攻击方位、末制导雷达开机距离与角度差Δθ(与岛礁1)的关系

图6 攻击方位、末制导雷达开机距离与角度差Δθ(与岛礁2)的关系

综合图5～图8仿真结果可知,为保证导引头从角度上分辨岛目,导弹攻击方位与末制导雷达开机适宜距离上限的关系如图9所示。

由图4可知,当攻击方位为0°～180°时,目标舰船与岛礁的距离满足末制导雷达距离分辨力的要求。但是由图9可知,当攻击方位为58.2°～180°时,若末制导雷达开机距离过大,则目标舰船与岛礁的角度差不能满足末制导雷达分辨力的要求。

图7 攻击方位、末制导雷达开机距离与角度差Δθ(与岛礁3)的关系

图8 攻击方位、末制导雷达开机距离与角度差Δθ(与岛礁4)的关系

图9 导弹攻击方位与末制导雷达开机适宜距离上限关系

由此可见,导弹攻击方位为0°～58.2°时,可根据需要在5～40 km范围内任意选择末制导雷达开机距离。但是当攻击方位为58.2°～180°时,其末制导雷达开机距离不宜超过图9中各曲线的下限值。

若岛礁区存在多艘(2艘以上)舰船,只需将非目标舰船视为具有机动能力的“岛礁”,考虑其机动方

向和速度,建立导弹末制导雷达开机时,非目标舰船的位置模型,同样可仿真分析目标舰船与非目标舰船的距离差和角度差是否满足雷达导引头截获条件。

5 结束语

文中基于导引头一定的距离和角度分辨力,在建立导弹、目标舰船与岛礁位置关系模型基础上,得到了导弹末制导雷达开机距离、攻击方位同岛目距离差、角度差的关系,并进行了仿真分析,为下一步综合考虑末制导雷达开机距离、攻击方位、搜索扇面角、目标捕捉方式等因素,优化雷达制导反舰导弹攻击岛礁区目标舰船的作战使用奠定了基础。

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Research on Terminal Guidance Radar Starting Distance and Angle of ASM Attacking Island Area Ship

CHEN Rong,SHEN Peizhi,ZHANG Haifeng

(Navy Aeronautical and Astronautical University, Shandong Yantai 264001, China)

In order to improve the ability of capturing ship in coral islands or reefs area for radar homing head of ASM from tactical level, the position relationship mode of missile, target ship and islands were established based on the analysis of the necessary condition of radar seaker capturing ship in coral islands or reefs area. The distance and angle expressions of ship and island based on different radar homing head opening distance and angle were deduced. The expressions provide criterions for capturing or not under different conditions, and simulation analysis was carried out. This research provided foundation for optimization of ASMs attacking ships in coral islands or reefs area.

island area ship; attack position; terminal guidance radar starting distance; range resolution; angle resolution

2016-01-26

海军航空工程学院青年基金资助

陈榕(1984-),男,江西新余人,讲师,博士,研究方向:海军兵种战术。

TJ761.1

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