空舰导弹雷达导引头搜索区边界决策研究

2020-10-09王培源高健沈培志

理论与创新 2020年15期

关键词：决策

王培源高健沈培志

【摘要】针对搜索区参数决策问题，分析了空舰导弹雷达导引头开机后搜索水面舰艇目标的一般过程，给出了搜索区边界的主要参数;综合考虑水面舰艇目标机动、空舰导弹自控误差、气象对雷达导引头性能影响等因素，确定了搜索区边界约束，建立了综合导弹自控终点散布、目标机动、目标指示等累积误差圆半径模型，以及雨量影响下雷达导引头作用距离模型，提出了雷达搜索区边界参数计算方法和决策的基本流程，为空舰导弹作战使用中的参数决策提供了定量依据。

【关键词】决策;搜索区边界;雷达导引头;空舰导弹;雨量影响

引言

空舰导弹具有射程远、速度快、命中精度高、毁伤效果好等诸多优势，是打击水面舰艇目标的重要武器。雷达制导的空舰导弹具有较远的作用距离、较大的搜索扇面，搜索方式多样的特点，是普遍采用的一种制导方式。

雷达制导空舰导弹在作战使用过程中，其搜索参数的设置至关重要，尤其是雷达导引头开机时的搜索区边界，对能否发现预定的水面舰艇目标具有重要的影响。

当前国内外围绕空舰导弹的射击方法、航路规划算法、突防能力的研究较多，也针对其打击水面舰艇编队目标、小型目标、岛礁区水面舰艇目标等问题展开了研究。较为丰富的研究成果为本文的研究提供了参考和借鉴，尤其是关于空舰导弹雷达搜索图、雷达开机点与开机距离、搜索范围的确定与优化等方面的成果，但研究中考虑气象环境、导引头作用距离等因素影响下的参数决策问题较少。本文针对搜索区边界决策问题，通过建立数学模型，为空舰导弹雷达导引头搜索参数决策提供参考。

1.空舰导弹雷达导引头搜索过程

空舰导弹从搭载平台发射后，需要经过一段时间的飞行，到达自控终点时雷达导引头开机，根据发射前装订的搜索参数进行搜索，如图1所示。

图1中，点O为导弹发射位置，点M′为装订的水面舰艇目标位置坐标（点M为对应时刻水面舰艇的真实位置坐标）;理论自控终点为D0点，而点D′为实际的自控终点，也就是雷达导引头实际开机点，此时水面舰艇目标已经从点M运动到了点M（t）。

雷达导引头开机后就在搜索区近界、远界、左边界和右边界确定的区域内开始搜索目标，搜索区左、右边界主要根据雷达搜索扇面中心角确定。这些搜索区的参数时在发射前装订到导弹上的，对雷达导引头搜索发现目标的概率有决定性的影响。

2.空舰导弹雷达导引头搜索区域边界决策建模

空舰导弹自控终点散布、目标机动、目标指示误差等因素的影响，雷达导引头第一次开机点和目标真实位置均难以确定，而是在一定范围内随机分布。若雷达搜索区太小，则可能无法覆盖目标，导致开机后搜不到目标;若雷达搜索区过大，则覆盖的目标或态势将会增加，造成选捕困难。因此，雷达搜索区决策时，应在确保完全覆盖目标可能存在范围的同时，尽可能减小搜索区范围。

2.1模型假设

从接收到目标指示信息至空舰导弹雷达导引头开机这段时间内，目标航向、航速均可能改变，目标机动误差推算困难，基于最大可能原则，目标机动误差根据其采用最大航速、随机航向进行计算。基于以上分析，在模型建立前作如下假设：

（1）目标可能分布范围仅受终点散布、目标机动、目标指示误差影响;

（2）自控终点散布仅受惯导误差影响;

（3）目标机动误差用目标最大航速计算;

（4）误差用圆概率误差表示。

2.2搜索区边界约束

如图2所示，为空舰导弹雷达导引头第一次开机距离，为雷达搜索区远界，为雷达搜索区近界，为雷达搜索区中心角，为自控终点散布、目标机动、目标指示等累积误差圆半径。

图2，将水面舰艇目标误差圆左右移动，总会找到一个位置，使得圆与雷达搜索扇面左右边界相切。假设长为，搜索区左右最大搜索距离为，则雷达搜索扇面向前搜索时需保证完全包含圆的同时尽量减小搜索扇面中心角，表达式如下：

2.3累积误差圆半径模型

设空舰导弹惯导误差为，目标最大速度为，从接收到目标指示信息至导弹雷达导引头开机的时长为T，目标指示误差为，则

2.4雨量影响下的雷达导引头作用距离

空舰导弹雷达导引头在晴天的作用距离通常较远，但在下雨天其作用距离会减小，减小的程度因雨量的大小而变化，可查雷达导引头作用距离受雨量影响表得到。

设导引头发射功率为，天线增益为，则单位立体角的发射功率为。设经雨衰减至处功率为，分贝计算基准功率为，每公里衰减分贝数为，根据分贝公式，则

设目标雷达反射面积为，则处目标接收到的功率为，目标单位立体角内辐射功率为，经雨衰减至导引头接收天线功率为，根据式（5）方法计算，得

通常，雷达导引头发射功率为导引头所能发射的最大功率，天线接收功率应为满足目标识别灵敏度的最低功率，即、为固定值。

针对特定的某型目标，雷达导引头在晴天和雨天的作用距离分别为和，设、分别表示晴天、雨天的大气衰减，带入式（8），得

上式中，雷達导引头晴天作用距离可通过查导引头探测能力表获得，、根据雷达导引头作用距离受雨量影响表获取，然后可利用MATLAB软件中的solve（）函数解算。

2.5雷达搜索区边界参数模型

由图2可看出，时，雷达导引头对目标可能范围圆存在盲区，可能出现搜索不到目标的情况，因此，全覆盖目标可能范围时只能。

由式（1）知，越大，越小，搜索区越小，因此取，则搜索区中心角：

因受雷达导引头波束搜索范围的约束，搜索区中心角范围通常限定在弹轴左右一定角度范围内，设其取值区间为内的整数，所以搜索区中心角最终决策的取值为

式中，表示取不小于该值的最小整数。

由式（2）、（3），尽量减小搜索区，则搜索远界、近界为

受雷达导引头的作用距离等因素的制约，搜索区远界、近界的取值范围通常限定在范围内，其取值一般为整数，单位为千米。由式（2）、（3），可得搜索远界、近界决策值，为

3.空舰导弹雷达导引头搜索区域边界决策基本流程

根据以上分析，现将空舰导弹雷达搜索区决策流程归纳如下三个步骤。

步骤1：根据式（4）求，其中空舰导弹惯导误差根据惯导性能参数表和空舰导弹飞行距离求取;水面舰艇目标最大速度根据敌情资料获得;从接收目标指示信息至导弹雷达导引头开机的时长T，是根据导弹飞行时间加决策时间计算得出;目标指示误差由目标信息获取源提供。

步骤2：根据式（10）求对应雨量天气下的，其中白天雷达导引头作用距离和大气衰减、由雷达导引头作用距离受雨量影响表查取。

步骤3：将、带入式（12）、（15）和（16）求搜索区中心角和搜索近界、远界，进而确定搜索区参数。

4.结束语

空舰导弹是空中平台打击敌方水面舰艇目标的主要武器之一。在实施空舰导弹攻击过程中，搜索区边界的设置是发射前需进行决策并装订到导弹上的重要参数，制约着空舰导弹雷达导引头开机后能否发现目标。本文建立的空舰导弹雷达导引头搜索区边界决策模型，为定量确定搜索区参数提供了一种有效的方法，对空舰导弹的作战使用具有重要的意义。

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