張安柯,孔繁峨,孫兆雨

(1 光電控制技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河南洛陽(yáng) 471000;2 中航工業(yè)洛陽(yáng)電光設(shè)備研究所,河南洛陽(yáng) 471000)

超視距空空導(dǎo)彈攻擊操作提示的兩點(diǎn)改進(jìn)*

張安柯1,2,孔繁峨2,孫兆雨2

(1 光電控制技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河南洛陽(yáng) 471000;2 中航工業(yè)洛陽(yáng)電光設(shè)備研究所,河南洛陽(yáng) 471000)

針對(duì)當(dāng)前超視距攻擊過程中火控信息存在的不足,為了提高超視距空空導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能,提出了兩點(diǎn)改進(jìn)措施:目標(biāo)機(jī)動(dòng)逃逸角提示和最佳發(fā)射傾角提示。仿真結(jié)果表明:通過增加目標(biāo)機(jī)動(dòng)逃逸角提示,能夠反映目標(biāo)逃脫導(dǎo)彈攻擊區(qū)的難易度;通過增加最佳發(fā)射傾角提示,能夠增加導(dǎo)彈最大可攻擊距離。

超視距空空導(dǎo)彈;目標(biāo)機(jī)動(dòng)逃逸角提示;最佳發(fā)射傾角提示

0 引言

超視距(beyond visual range,BVR)空戰(zhàn)是指在飛行員視距之外(10 km),通過機(jī)載搜索跟蹤系統(tǒng),探測(cè)、識(shí)別目標(biāo),完成導(dǎo)彈攻擊的一種作戰(zhàn)模式,超視距與近距格斗相比,具有攻擊的突然性、先敵攻擊、多目標(biāo)攻擊等優(yōu)點(diǎn)[1]。目前裝備的超視距空空導(dǎo)彈如AIM-120,迎頭最大可攻擊距離可達(dá)100 km左右,在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中首次亮相,截至目前共發(fā)射17枚,10枚命中目標(biāo),命中概率為60%,根據(jù)空空導(dǎo)彈在歷次戰(zhàn)爭(zhēng)中的使用數(shù)據(jù)分析,飛行員按照操作流程在滿足發(fā)射條件情況下發(fā)射導(dǎo)彈是保證命中概率的重要條件。

目前對(duì)超視距空戰(zhàn)的研究主要集中在超視距目標(biāo)分配、導(dǎo)彈效能分析等。文獻(xiàn)[2]提出了劃分超視距、近距的多機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)決策;文獻(xiàn)[3]分析了目標(biāo)機(jī)動(dòng)對(duì)導(dǎo)彈命中效能的影響;文獻(xiàn)[4]提出了一種中遠(yuǎn)程空空導(dǎo)彈射后效能評(píng)估方案,能夠?qū)Πl(fā)射后的導(dǎo)彈進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)估。對(duì)中遠(yuǎn)程空空導(dǎo)彈發(fā)射時(shí)刻輔助信息的研究目前尚無(wú)文獻(xiàn)涉及。如何在導(dǎo)彈發(fā)射時(shí)刻為飛行員提供更多有效操作提示,增強(qiáng)飛行員的空戰(zhàn)態(tài)勢(shì)感知,充分發(fā)揮導(dǎo)彈效能,是文中的主要研究?jī)?nèi)容。

1 平顯顯示

1.1 空空導(dǎo)彈攻擊區(qū)

空空導(dǎo)彈可攻擊區(qū)是指在目標(biāo)周圍存在一定區(qū)域,如果載機(jī)在此區(qū)域內(nèi)發(fā)射導(dǎo)彈,則導(dǎo)彈就能以不低于一定的概率命中目標(biāo),如果在此區(qū)域之外發(fā)射導(dǎo)彈,則命中目標(biāo)的概率繼續(xù)下降甚至為零。

空空導(dǎo)彈攻擊區(qū)模型為

Rmax=Rmax(h,hT,V,VT,qT,q,θ)

Rmin=Rmin(h,hT,V,VT,qT,q,θ)

(1)

式中:Rmax、Rmin分別表示空空導(dǎo)彈發(fā)射時(shí)刻導(dǎo)彈的最大可攻擊區(qū)、最小可攻擊區(qū);V、h、q、θ表示發(fā)射時(shí)刻載機(jī)的速度、高度、飛行偏角、飛行傾角;VT、hT、qT表示目標(biāo)在導(dǎo)彈發(fā)射時(shí)刻的速度、高度和進(jìn)入角。

通過對(duì)某型空空導(dǎo)彈攻擊區(qū)進(jìn)行大量仿真,得到如下兩個(gè)特征:

1)當(dāng)載機(jī)狀態(tài)給定時(shí),目標(biāo)進(jìn)入角對(duì)導(dǎo)彈攻擊區(qū)的影響最為顯著。在不同目標(biāo)進(jìn)入角下某型空空導(dǎo)彈的最大可攻擊距離如圖1所示,目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向的改變直接決定目標(biāo)能否擺脫導(dǎo)彈可攻擊區(qū)。

圖1 目標(biāo)進(jìn)入角對(duì)最大可攻擊距離的影響

2)當(dāng)目標(biāo)狀態(tài)一定時(shí),導(dǎo)彈發(fā)射傾角對(duì)攻擊區(qū)影響較為顯著。不同高度下導(dǎo)彈發(fā)射傾角對(duì)攻擊區(qū)的影響如圖2所示。存在一個(gè)最佳發(fā)射傾角,使得導(dǎo)彈可攻擊區(qū)距離達(dá)到最大。

圖2 發(fā)射傾角對(duì)最大可攻擊距離的影響

1.2 當(dāng)前平顯信息的不足

問題一,超視距空空導(dǎo)彈最大可攻擊距離大于100 km,導(dǎo)彈整個(gè)攻擊過程長(zhǎng)達(dá)數(shù)分鐘;在此過程中,如果目標(biāo)采取逃逸機(jī)動(dòng),就有一定的機(jī)率擺脫導(dǎo)彈的攻擊,因?yàn)槟繕?biāo)運(yùn)動(dòng)方向直接影響空空導(dǎo)彈的可攻擊距離。所以,在最大可攻擊距離內(nèi)發(fā)射的導(dǎo)彈并不一定命中目標(biāo),但目前的平顯符號(hào)中缺乏如何反應(yīng)目標(biāo)擺脫導(dǎo)彈攻擊的難易度信息。

問題二,導(dǎo)彈最大發(fā)射距離是指載機(jī)發(fā)射導(dǎo)彈時(shí)方位角和發(fā)射傾角滿足最佳發(fā)射條件時(shí)對(duì)目標(biāo)的最大發(fā)射距離。平顯中的操作誤差圓為飛行員提供最佳發(fā)射方位角信息,但平顯并沒有最佳發(fā)射傾角信息。

文中將針對(duì)這兩個(gè)問題進(jìn)行分析,提出改進(jìn)措施,提高飛行員態(tài)勢(shì)感知,充分發(fā)揮導(dǎo)彈性能。

2 改進(jìn)措施

2.1 目標(biāo)機(jī)動(dòng)逃逸角概念

由前節(jié)的分析可知,目標(biāo)進(jìn)入角(目標(biāo)飛行方向)對(duì)導(dǎo)彈最大可攻擊距離的影響十分明顯,比如某型導(dǎo)彈能夠攻擊80 km外迎頭飛行的目標(biāo),但如果目標(biāo)調(diào)整飛行方向,能很容易擺脫導(dǎo)彈攻擊。所以文中擬采用目標(biāo)機(jī)動(dòng)逃逸角來(lái)反應(yīng)目標(biāo)逃逸導(dǎo)彈攻擊區(qū)范圍的難易度,目標(biāo)機(jī)動(dòng)逃逸角的定義如下:

假設(shè)目標(biāo)當(dāng)前在導(dǎo)彈可攻擊區(qū)范圍內(nèi),如果目標(biāo)立即執(zhí)行水平轉(zhuǎn)彎后直線逃逸機(jī)動(dòng)恰好能夠擺脫導(dǎo)彈攻擊,則該水平轉(zhuǎn)彎角就為目標(biāo)機(jī)動(dòng)逃逸角,目標(biāo)機(jī)動(dòng)逃逸角用δ表示。當(dāng)目標(biāo)在導(dǎo)彈最大可攻擊距離之外時(shí),δ=0°;當(dāng)目標(biāo)在不可逃逸距離內(nèi)時(shí),目標(biāo)機(jī)動(dòng)逃逸角不存在;當(dāng)目標(biāo)在最大可攻擊距離與不可逃逸距離之間時(shí),目標(biāo)機(jī)動(dòng)逃逸角δ∈(0°,180°)。

目標(biāo)機(jī)動(dòng)逃逸角還和目標(biāo)進(jìn)入角有關(guān),因?yàn)槟繕?biāo)機(jī)動(dòng)逃逸的最大范圍是構(gòu)成置尾態(tài)勢(shì)(也就是目標(biāo)進(jìn)入角為0°)。所以當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入角q<180°時(shí),目標(biāo)機(jī)動(dòng)逃逸角δ∈(0°,q);當(dāng)q≥180°時(shí),目標(biāo)機(jī)動(dòng)逃逸角δ∈(0°,360°-q)。

2.2 目標(biāo)機(jī)動(dòng)逃逸角計(jì)算方法

目標(biāo)逃逸角計(jì)算方法如圖3所示,首先計(jì)算當(dāng)前不可逃逸攻擊距離Qbkt,與彈目距離Ddm進(jìn)行比較,如果Qbkt>Ddm,則目標(biāo)在不可逃攻擊距離內(nèi),不存在機(jī)動(dòng)逃逸角;否則計(jì)算彈當(dāng)前最大可攻擊距離Qgj,與彈目距離Ddm進(jìn)行比較,如果QgjDdm時(shí),假設(shè)目標(biāo)以δ角進(jìn)行機(jī)動(dòng);再計(jì)算Qgj,并與Ddm進(jìn)行比較,如果Qgj>Ddm則增加機(jī)動(dòng)角δ,直到Qgj

圖3 目標(biāo)機(jī)動(dòng)逃逸角計(jì)算流程

2.3 最佳發(fā)射傾角提示

第四代先進(jìn)中遠(yuǎn)程空空導(dǎo)彈采用高拋彈道,導(dǎo)彈先爬升一定高度然后俯沖攻擊目標(biāo)。以一定的傾角發(fā)射導(dǎo)彈時(shí),能夠增加導(dǎo)彈有效射程。F16中期升級(jí)計(jì)劃中首次提出了最佳發(fā)射傾角提示(loft solution cue)的概念。按照最佳發(fā)射傾角條件發(fā)射導(dǎo)彈,能夠顯著增加導(dǎo)彈可攻擊距離,因此有必要在火控解算中增加最佳發(fā)射傾角提示,從而充分發(fā)揮導(dǎo)彈效能。

最佳發(fā)射傾角提示方案是:當(dāng)目標(biāo)距離在最大動(dòng)力可攻擊射程內(nèi)時(shí),火控解算出最佳發(fā)射傾角提供給飛行員,飛行員按照提示操縱飛機(jī)并發(fā)射導(dǎo)彈。2.4 最佳發(fā)射傾角計(jì)算方法

由于火控計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力有限,火控系統(tǒng)計(jì)算導(dǎo)彈攻擊區(qū)時(shí)利用二項(xiàng)式擬合公式。根據(jù)幾十萬(wàn)條導(dǎo)彈包線數(shù)據(jù),通過擬合得到擬合公式形式如下:

Rmax=Rmax(h,hT,V,VT,qT,q,θ)=

α0+α1h+α2hT+α3V+α4VT+α5qT+α6q+α7θ+

α8h2+α9hhT+α10hV+α11hVT+α12hqT+α13hq+

α19hTq+α20hTθ+α21V2+α22VVT+α23VqT+α24Vq+

α31qTq+α32qTθ+α33q2+α34qθ+α35θ2

式中:α0,α1,α2,α3,α4,…,α34,α35為擬合系數(shù)。

在確定的空戰(zhàn)態(tài)勢(shì)下,將h0、hT0、V0、VT0、qT0、q0信息代入到擬合公式中,得到Rmax(θ)|(h0,hT0,V0,VT0,qT0,q0);根據(jù)仿真試驗(yàn)結(jié)果和發(fā)射條件的限制(瞄準(zhǔn)誤差圓限制),導(dǎo)彈的最佳發(fā)射傾角集中在(-10°,40°),等間隔取其采樣點(diǎn),并計(jì)算各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的最大可攻擊距離Rmax,從而可以判斷出最佳發(fā)射傾角θ。

3 仿真分析

3.1 目標(biāo)機(jī)動(dòng)逃逸角計(jì)算實(shí)例

假設(shè)在某次空戰(zhàn)中,我機(jī)雷達(dá)發(fā)現(xiàn)3個(gè)目標(biāo),目標(biāo)狀態(tài)信息如表1所示。經(jīng)火控解算,3個(gè)目標(biāo)都在我機(jī)所帶的超視距空空導(dǎo)彈攻擊范圍內(nèi),3個(gè)目標(biāo)的機(jī)動(dòng)逃逸角分別是:69°,不可逃,45°。

表1 目標(biāo)狀態(tài)

為了驗(yàn)證該結(jié)果的正確性,在導(dǎo)彈發(fā)射時(shí)刻,目標(biāo)1按照69°進(jìn)行逃逸機(jī)動(dòng),目標(biāo)2采取置尾逃逸機(jī)動(dòng),目標(biāo)3采取45°逃逸機(jī)動(dòng),得到彈目相對(duì)運(yùn)動(dòng)水平面軌跡如圖4所示。從圖中可以看出,當(dāng)目標(biāo)1,2,3不采取機(jī)動(dòng)時(shí),導(dǎo)彈均能命中目標(biāo);目標(biāo)1采取69°逃逸運(yùn)動(dòng)時(shí),受到導(dǎo)彈性能的限制,導(dǎo)彈不能命中目標(biāo);目標(biāo)2處在不可逃逸區(qū)內(nèi),即使做置尾逃逸機(jī)動(dòng)也不能擺脫導(dǎo)彈攻擊;目標(biāo)3采取45°逃逸機(jī)動(dòng)時(shí),導(dǎo)彈同樣不能命中目標(biāo)。

圖4 導(dǎo)彈與目標(biāo)運(yùn)動(dòng)平面軌跡

3.2 最佳發(fā)射傾角實(shí)例

假設(shè)載機(jī)高度和目標(biāo)高度均為9 000 m,載機(jī)速度400 m/s,發(fā)射偏角0°,目標(biāo)速度300 m/s,目標(biāo)進(jìn)入角180°。不同發(fā)射傾角下的最大可攻擊距離如圖5所示,發(fā)射傾角為20°時(shí),最大可攻擊距離達(dá)到最大值143 km。

圖5 不同發(fā)射傾角下的導(dǎo)彈攻擊距離

3.3 仿真結(jié)果分析

通過仿真結(jié)果可以看出:1)目標(biāo)機(jī)動(dòng)逃逸角反映目標(biāo)逃脫導(dǎo)彈攻擊區(qū)所需要機(jī)動(dòng)角度。目標(biāo)機(jī)動(dòng)逃逸角越大,代表逃脫攻擊區(qū)所需要的機(jī)動(dòng)越大,導(dǎo)彈命中目標(biāo)的可能性更大;2)最佳發(fā)射傾角能夠顯著增加導(dǎo)彈的最可攻擊距離,能夠充分發(fā)揮導(dǎo)彈性能。

4 總結(jié)

文中介紹了中遠(yuǎn)距空空導(dǎo)彈的攻擊區(qū)模型,闡述了當(dāng)前空戰(zhàn)態(tài)勢(shì)下關(guān)于導(dǎo)彈攻擊的平顯信息,結(jié)合超視距空戰(zhàn)的特點(diǎn)分析了其不足,并提出了兩點(diǎn)改進(jìn):目標(biāo)機(jī)動(dòng)逃逸角提示和最佳發(fā)射傾角提示。通過目標(biāo)機(jī)動(dòng)逃逸角提示,可以提示飛行員在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)發(fā)射導(dǎo)彈,減少導(dǎo)彈脫靶概率;通過最佳發(fā)射傾角提示,可以充分發(fā)揮導(dǎo)彈的性能,增加射程。

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Two Improvements on the Operation Tips of Beyond Visual Range Air to Air Missile Attack

ZHANG Anke1,2,KONG Fane2,SUN Zhaoyu2

(1 Science and Technology on Electro-optical Control Laboratory, Henan Luoyang 471000, China; 2 Luoyang Institute of Electro-optical Equipment, AVIC, Henan Luoyang 471000, China)

According to the existing problems of fire control information of the current beyond visual range attack process, in order to improve the efficiency of beyond visual range air to air missile combat, two improvements was put forward:the tip of target maneuvering escape angle and the cue of optimal firing angle. The simulation results showed that by increasing the target maneuvering escape angle could reflect the facility value of target escape missile attack area, and by increasing the cue of optimal firing angle, maximum distance of missile attack could be increased.

beyond visual range air to air missile; the tip of target maneuvering escape angle; the cue of optimal firing angle

2016-04-18 作者簡(jiǎn)介:張安柯(1992-),男,河南周口人,碩士研究生,研究方向:航空火力控制。

TJ762.23

A