对陆攻击导弹人在回路延时误差修正方法∗

张华英 董受全 隋先辉 王少平

（海军大连舰艇学院 大连 116018）

1 引言

水面舰艇具备对陆攻击能力是目前各国海军发展的主要趋势，装备舰载对陆攻击巡航导弹是远海作战以海制陆实施精确打击的重要手段。由于舰载对陆攻击导弹射程远、要求精度高，采用的制导方式也不断向高精度、抗干扰、智能化方向发展。目前各国装备的对陆攻击导弹，其巡航段普遍采用实时高精度的惯性导航系统，并采用卫星导航、地形匹配、景象匹配及红外成像等方式对惯导误差进行修正，目前发展较为先进、受到各国青睐的末制导方式主要是红外成像末制导［1］。在红外成像制导技术中，对目标的识别主要分为人在回路制导和自动目标识别（ATR）两大方向，随着相应技术的成熟发展，研究也越来越广泛［2］。如杨俊彦、吴建东等分析了红外成像制导的发展现状及趋势，总结了制导发展的关键技术［3］；宋福志就ATR与人在回路的选择做出了相关阐述，并分析了各自的优缺点［4］；刘冬、鲜勇等建立了弹地人在回路末制导时延补偿改进模型［5］。本文对自动目标识别与人在回路对比分析，针对人在回路时间延迟造成的误差提出一种解决方法。

2 人在回路的工作过程与特点

人在回路制导通过人工参与的方式对接近目标的导弹进行控制，使导弹精确捕捉目标后稳定跟踪，直至命中；自动目标识别技术通过成像传感器传回的图像，经图像处理软件准确、迅速地识别目标。自动目标识别技术虽然可实现导弹武器系统的智能化，但对成像质量、战场环境和气候条件等要求较高，对复杂背景下的陆地目标及实施红外干扰的目标还难以有效识别，而人在回路制导精度高、适应性强、成本低，因此采用人在回路制导方式是目前红外成像对陆攻击导弹的首选。人在回路末制导工作过程：导弹进入末制导阶段后，导引头开机，获取战场区域的实时红外图像，并通过上行数据链将图像传输至发射平台，由平台的数据接收设备接收红外图像，操作手通过屏幕搜索、识别目标，对特定的瞄准点锁定，之后再通过下行数据链将导弹控制指令传送至导弹，驱动导引头对目标进行跟踪，逐步减小导引头视线误差角，使导引头光轴最终与目标视线重合，一旦导引头锁定目标，弹载计算机图像处理系统将锁定的目标红外图像作为模板保存起来，接下来通过图像匹配的方式对目标实施跟踪，直至精确命中目标。在导弹自动跟踪目标过程中，一旦目标丢失，还可以通过人在回路的方式重新对目标搜索、识别、跟踪，并可以对毁伤效果进行评估［6］。

人在回路的优势：识别正确率高，虚警率低；对复杂背景下的目标、伪装目标、复杂目标的适应性强；可识别非连续场景中的目标，对图像的质量要求适中；可并行处理多模成像传感器的多波段图像；可攻击移动目标；对于瞬息万变的战场态势，具有对任务重新规划、重新选择目标、重新建立打击的能力；可实时获取战场态势及毁伤图像，为进行有效的战场毁伤评估提供依据［7］。

人在回路的劣势：人在回路制导方式需要人工干预操作，增加了武器操作员的工作负担；弹载发射与接收设备容易受到敌方干扰，特别是对于远程对陆攻击巡航导弹；制导、组织指挥过程复杂；数据链远距离传输会对制导指令造成一定的时间延迟［8］。

3 人在回路延时修正方法

在对陆攻击巡航导弹末段采用红外成像+人在回路末制导实施攻击时，由于传感器摄取的红外图像经解压缩、卫星数据链传输、数据加解密、人工操作、控制指令运算等过程，指挥系统向导弹发送的目标指示信息会有一定的时间延迟，因此，有必要对人在回路时延造成的目标误差进行修正［9］。人在回路引起的时延包含两部分，一是人工操作、反应造成的人工捕控时延，二是由红外图像、制导指令经数据链传输而产生的图像/指令传输及处理时延［10］。

以采用人在回路制导方式的红外成像对陆攻击导弹为背景，对人在回路造成的时间延迟进行研究，并引入二次时间延迟修正方法：由于舰载对陆攻击巡航导弹在巡航段飞经海面、陆地多种地形，航路规划较为复杂，因此惯性导航系统随时间的累计误差逐渐增大，导引头光轴与目标视线偏离逐渐增大，需要对初始导引量进行一次延时修正，预测经时间Δt后导引头光轴与目标视线夹角并修正，为达到充分减小延时误差的目的，以一次修正后的误差角为初始导引量进行二次修正，并通过三角函数计算修正后的弹着点与目标之间的误差。在一维情况下，分别对水平误差ssw和高度误差sgw计算，可得到导弹命中误差sw。在此种修正方法中，做出如下两点假设：

第一，当导弹进入末制导阶段后，导弹在收到导引指令前与执行完指令后将沿直线飞行；

第二，由于惯导短时精度高，所以惯导测出Δt时间内的导弹相对位置距离等于导弹真实的相对位置距离。

导弹自位置A传回红外图像，经时间Δt目标指示信息传回导弹数据接收设备并控制执行机构，导弹飞至位置B。AD为导引头视场中心线，DE为视场在目标平面内的半宽，A͂为导弹初始时刻惯导测量位置，B͂为经Δt后惯导测量位置。φ1为导弹在位置A时刻的导引量，φ2为导弹在位置B时刻的导引量，s1为位置A与位置B之间的相对距离，s2为在位置B时导弹在导引头视场中心线上的位置与经过目标的纵平面的垂直距离，s3即DM为导引头视场中心线与目标间的水平距离（即导弹落点的横向误差）； s4与s5分别为导弹在位置B与位置A时刻距目标的距离，如图1所示。

导弹在位置A回传信息至发射平台与在位置B收到目标的指示信息之间的延迟时间大约为0.1s～1.0s之间，所以可以将ᾶ看成小量，从而得到=α［11］。如图 1 所示，可得到近似公式如下：͂= φ1，=s1

由图中三角关系解算，可得导弹在位置B的导引量为

其中s5、φ1可直接测得，s1可根据导弹速度与Δt求得。

经一次误差修正后导弹落点距目标的水平误差为

在一次修正的基础上，以修正后的导引量为初始导引量，进行二次修正：

求得目标水平误差ssw，以提高人在回路控制的精度。采用本延时修正方法计算出导弹在高度上的误差，并进行二次修正得到目标高度误差sgw，然后通过下式得到导弹落点距目标的误差：

4 人在回路误差修正仿真

用Matlab进行了仿真。仿真条件如下：导弹初始导引量=3°，速度 v=250m/s，导弹在末端的加速度为3g，时间延迟Δt=1s，给定初始导弹惯导测量位置离目标的距离为0km～20km。［12］

4.1 初始导引量对误差的影响

当导弹距目标的真实距离不变时，初始导引量与目标水平误差关系如图2所示。

由图2可知，在水平方向上的初始导引量越大，目标水平误差越大，而经过二次延时修正后，目标水平误差基本为零。同理可知目标高度误差及目标命中误差经二次延时修正后，误差基本为零，二次延时修正方法对不同初始导引量下的目标命中误差有较好的修正效果。

4.2 弹目真实距离对误差的影响

当导弹与目标距离小于1km时，二次延时修正方法随着距离的减小，惯导测量误差对精度的影响比重会越来越大，从而导致目标横向偏差增大。

当导目真实距离在1000m以下时，不再进行二次延时修正方法修正，主要考虑以下原因：二次延时修正在仿真计算中至少需要2s以上的时间，即大约需要560m的方法解算距离，且根据仿真结果距离小于850m时误差有突变趋势，所以在1000m以下时使用延时修正方法解算目标命中误差已经没有实际意义，如图3所示。

当初始导引量不变时，导弹距目标真实距离s5与目标水平误差关系如图4、5所示。

由图4、图5可以看出，随着导弹与目标真实距离的增大，未加延时修正时目标水平误差随着导弹与目标距离的增大由0m～1000m以上，经一次延时修正后，误差小于3m并保持稳定，经二次延时修正后，目标水平误差基本为0。由此可见，经二次延时修正法修正后，目标命中误差明显变小，导弹的命中精度显著提高。

5 结语

本文以舰载对陆攻击导弹为研究背景，分析红外成像条件下的人在回路制导工作过程，针对人在回路数据传输及处理存在时间延迟的问题提出了二次延时误差修正方法，使用Matlab对此方法进行仿真，得到修正后初始导引量与目标命中误差的关系，以及弹目距离与导弹命中误差的关系，并将一次修正与二次修正对比分析，一次修正后误差小于3m，二次修正后误差基本为0，可见该方法在距目标一定范围之外能够对时延误差有效补偿。本文在仿真模型假设条件方面与实际武器装备性能还存在一定差别，需要进一步验证，但二次时间延迟修正方法对提高舰载对陆攻击导弹命中概率具有一定借鉴意义。

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［3］杨俊彦，吴建东等.红外成像制导技术发展展望［J］.红外，2016（8）：1-6.

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