直升机武器系统误差分析

邱忠围，李 雷，李晨阳

（中国直升机设计研究所，江西 景德镇 333000）

0 引言

武装直升机凭借其火力强、隐蔽性好、机动性强、贴地飞行等优点，广泛活跃在现代战争中，被军事专家称为“超低空杀手”和树梢高度的威慑力量。

武装攻击直升机可搭载航炮、火箭弹、机枪吊舱、空空导弹、空地导弹等武器，实现对地面目标进行打击。武装直升机可采用航炮、机枪吊舱对地面进行火力压制；采用火箭弹对地面目标进行火力覆盖；采用空地导弹对地面点目标（坦克、装甲车、火力点、碉堡）进行精确打击；采用空空导弹对低空低、小、慢等类型目标进行有效打击。直升机武器系统误差特性直接影响各类武器的命中精度和各类武器的设计复杂程度。本文从直升机平台的特性出发，给出载机平台的武器系统误差计算方法，并通过空地导弹系统为例进行误差分析，给直升机武器系统误差分析提供参考。

1 武器系统误差影响因素

直升机进行武器攻击时分为本机独立攻击状态和协同攻击状态：本机独立攻击时采用本机传感器对目标进行定位，使用本机携带武器进行攻击；协同攻击时接收它机（地面）传感器对目标的定位信息使用本机武器对目标进行攻击，下面从本机独立攻击和协同攻击两个方面，对直升机武器系统误差源进行分析［1-6］。

1.1 本机独立攻击主要误差源

搜索瞄准指示系统：测距误差，瞄准线位置报告误差；

组合导航系统：方位误差，俯仰角误差，卫星定位误差；

挂架系统：随动误差；

直升机载机平台的各设备的安装误差。

1.2 协同攻击主要误差源

1）本机误差源

组合导航系统：方位误差，俯仰角误差，卫星定位误差；

搜索瞄准指示系统：测距误差，瞄准线位置报告误差；

挂架系统：随动误差；

直升机载机平台的各设备的安装误差。

2）它机误差源

组合导航系统：方位误差，俯仰角误差，卫星定位误差；

搜索瞄准指示系统：测距误差，瞄准线位置报告误差；

载机平台的安装误差。

3）数据传输误差

数据传输延迟误差。

2 直升机武器系统误差分析

本机独立攻击时主要误差源为搜索瞄准指示系统、组合导航系统、随动挂架系统和载机平台的安装误差。搜索瞄准指示系统和随动挂架系统为硬连接，直升机出厂时按要求完成校靶，载机平台误差很小，组合导航系统精度很高。进行武器攻击时，本机攻击的系统误差和协同攻击时的系统误差相比小很多，本节考虑协同攻击时的系统误差，本机独立攻击误差为协同攻击时的简化计算，本文不再详细介绍。

2.1 方位角偏差（3σ）

式中，ω为攻击机方位角偏差值，ω1攻击机方位角误差，α攻为攻击机组合导航系统在方位方向的航向角偏差值，α照为照射机组合导航系统在方位方向的航向角偏差值，L攻为攻击机和目标距离，L照为照射机和目标距离，D攻为攻击机组合导航系统的CEP定位精度，D照为照射机组合导航系统的CEP 定位精度，Vmax为目标在方位方向的最大速度。

2.2 俯仰角偏差（3σ）

式中，β攻为攻击机组合导航系统俯仰方向的姿态角精度，β照为照射机组合导航系统俯仰方向的姿态角精度，L攻为攻击机和目标距离，L照为照射机和目标距离，h为照射机绝对起亚高度误差值，ο为随动挂架系统俯仰误差，φ1为载机的俯仰角误差。

2.3 距离误差（3σ）

其中，ΔL为攻击机在航向上与目标间的距离误差，φ照为照射机载俯仰方向的角度误差。

3 空地导弹导引头捕获区域建模

武装直升机通常利用地形、地物隐蔽自己，采用“一树之高”对目标进行攻击。假设直升机发射空地导弹的高度为20 m～200 m，当前直升机载空地导弹最大射程一般为8 km（地狱火空地导弹），对相对近距离攻击弹道为先爬升-俯冲攻击（如图1 所示），对于远距离攻击是弹道为先爬升-平飞-俯冲攻击。

图1 激光制导抛物线导弹

导引头捕获区域空间模型如下页图2 所示。

图2 建立的坐标系中，坐标原点O取导弹发射点在地球表面上的投影位置，Ox轴过原点与地球表面相切，指向目标为正；Oy轴与地平面垂直，向上为正；Oz轴垂直于Oxy平面，方向按右手直角坐标系确定，由于导弹射程较近，平面Oxz可看作是地平面。

图2 导引头瞬时捕获域空间模型

导弹在Oxy平面运动，某瞬时导弹位置为O'（d-x 向运动距离，h -高度，zi=0），导引头瞬时视场是以O'为顶点的圆锥，圆锥方程为：

其中，a0（正）、b0、c0由导弹俯仰姿态角决定。圆锥与地平面交线为abcd 区域，方程为：

目标要在以O'为球心，导引头作用距离为半径（R0）的球内，球面方程为：

该球面与地平面的交线为曲线ef，交线方程为：

导引头的瞬时捕获域如图2 中abhgd 的闭合区域，数学模型为：{（x，y，z）|z2＜c0（x-d）h-a0（x-d）2-b0h2，z2＜-h2-（x-d）2}。

捕获域仿真分析：导弹发射后导弹轴指向目标，导弹导引头探测距离5 000 m，导引头视场角15°，导弹俯仰角为低头2°（根据导弹控制率可自行设置），导弹发射后1 000 m 距离分别达到100 m 高度、200 m 高度导引头捕获域，如图3 和图4 所示。

图3 导弹100 m 高度捕获域

图4 导弹200 m 高度捕获域

4 仿真分析

由于方位角误差、俯仰角误差、距离误差相互独立，都满足导弹使用要求时导弹才可准确命中目标，俯仰角误差对空地导弹影响甚微，在此不进行仿真。选取导弹在100 m 高度时的捕获域，图5 给出直升机平台探测目标的方位角误差（取最大误差）转化成平面中目标位置误差示意图，距离误差折算后和方位角误差类似，本文不再仿真描述。

图5 方位角转化的目标定位误差

由仿真结果得出：针对激光制导空地导弹，导弹导引头完全涵盖载机系统误差，就当前空地导弹发展的现状来看，直升机平台武器系统误差能完全被空地导弹性能涵盖。

5 结论

本文从直升机平台出发，给出影响直升机平台武器系统精度的误差源，分析了协同攻击过程中目标相对攻击机的方位角、俯仰角、位置误差，构建了空地导弹的导引头捕获域模型，对直升机武器系统进行仿真计算。由分析过程得出，直升机平台通过对各系统误差的累计，得出整个武器系统方位误差、俯仰误差、位置误差，以实现整个直升机平台武器系统误差。后续工程实践过程中，需从顶层需求出发，分解直升机系统误差，限制各分系统误差、平台制造误差等提高武器系统命中精度。希望本文中的观点能对直升机武器系统的误差分析提供帮助。