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(中國人民解放軍92941部隊，遼寧 葫蘆島 125001)

0 引言

隨著武器裝備技術(shù)與戰(zhàn)術(shù)的發(fā)展，防區(qū)外空襲已占主導，為了提高編隊對空中威脅目標防御作戰(zhàn)的主動性，提出了新型中遠程艦空導彈武器系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)超視距作戰(zhàn)的要求，即利用多種平臺完成視距外目標的信息獲取，進而完成導彈發(fā)射，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)中遠程艦空導彈的多平臺協(xié)同制導[1]。在中遠程艦空導彈飛行試驗中，安全性是首要考慮的問題，通常根據(jù)中遠程艦空導彈制導控制特點，采取安控策略對中遠程艦空導彈進行安全控制。中遠程艦空導彈協(xié)同制導飛行試驗涉及多個導彈制導平臺，中遠程艦空導彈安全控制問題較為復(fù)雜，如何立足中遠程艦空導彈協(xié)同制導作戰(zhàn)過程，對中遠程艦空導彈安控方案進行設(shè)計，是開展中遠程艦空導彈協(xié)同制導飛行試驗亟待解決的問題。

1 艦空導彈協(xié)同制導作戰(zhàn)過程

為了提高艦艇編隊的反導縱深，充分發(fā)揮中遠程艦空導彈的射程優(yōu)勢，面臨的主要問題是協(xié)同制導作戰(zhàn)模式下對目標的探測跟蹤和導彈的制導。所謂協(xié)同制導，是指導彈在飛行過程中，為克服雷達視距限制，制導信息通過不同的制導站接力發(fā)送給導彈，從而實現(xiàn)對目標的超視距攔截，擴大艦空導彈武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)空域。在多個艦艇平臺協(xié)同制導作戰(zhàn)過程中，由于整個戰(zhàn)場信息是共享的，每艘艦艇平臺都知道其他艦艇的位置及制導能力[2]。

艦空導彈協(xié)同制導作戰(zhàn)平臺按照任務(wù)劃分可以分為協(xié)同探測平臺、導彈發(fā)射平臺和協(xié)同制導平臺。首先，由協(xié)同探測平臺上的對空傳感器對目標進行探測及精確跟蹤，穩(wěn)定跟蹤后，通過數(shù)據(jù)鏈將目標精確跟蹤數(shù)據(jù)傳送給導彈發(fā)射平臺，導彈發(fā)射平臺的武器控制系統(tǒng)根據(jù)目標精確數(shù)據(jù)實時完成攔截可行性判斷、射擊諸元解算、導彈裝訂參數(shù)計算、發(fā)射控制等。導彈發(fā)射后，進入初制導階段，艦空導彈在指定空域達到預(yù)定姿態(tài)后轉(zhuǎn)入中制導階段，導彈發(fā)射平臺實時對本平臺制導情況進行監(jiān)視，判斷導彈是否需要其它艦艇平臺進行協(xié)同制導，如果確定需要，則向協(xié)同制導平臺發(fā)出制導交班請求，協(xié)同制導平臺根據(jù)導彈發(fā)射平臺提供的導彈引導信息對導彈進行截獲，并實現(xiàn)對導彈的穩(wěn)定跟蹤，至此完成導彈制導交接，由協(xié)同制導平臺上的制導雷達接力對導彈進行中制導。當彈目相對距離達到規(guī)定值時，導彈轉(zhuǎn)入末制導控制，引導導彈飛向目標，當彈目接近到適當時機，引信開機，適時引爆戰(zhàn)斗部殺傷目標[3-5]。協(xié)同制導作戰(zhàn)過程如圖1所示。

圖1 協(xié)同制導作戰(zhàn)過程

2 中遠程艦空導彈安全控制措施

中遠程艦空導彈安全控制措施包括艦面被動安控和彈上自主安控[6]。

1)艦面被動安控。

艦面被動安控是由放置在艦面的安控計算機對導彈殘骸落點進行實時預(yù)測，當導彈飛行軌跡異常時，由指令發(fā)送系統(tǒng)向彈上發(fā)送自毀指令。具體工作流程如下：

試驗前設(shè)置安全管道，導彈發(fā)射后，安控計算機實時接收導彈探測系統(tǒng)提供的導彈位置、速度參數(shù)，并實時進行導彈安控判斷。當導彈在安全管道內(nèi)飛行時認為導彈飛行正常，當飛離安全管道后，安控計算機實時計算并顯示導彈此刻自毀時殘骸落點的散布位置，當判斷導彈殘骸落點飛離安全試驗航區(qū)并影響被保護目標安全時，由武控系統(tǒng)操作人員按下自毀按鈕，由指令發(fā)送系統(tǒng)向彈上發(fā)送自毀指令。導彈在接收到自毀指令后，將引爆命令通過引信傳遞到戰(zhàn)斗部，戰(zhàn)斗部即刻啟爆，啟爆后形成的殘骸將落入設(shè)定的安全試驗航區(qū)之內(nèi)。射向坐標系下的導彈安全試驗航區(qū)及安全管道示意圖如圖2所示。

圖2 試驗航區(qū)及安全管道示意圖

2)彈上自主安控。

彈上自主安控主要是在導彈出現(xiàn)后向飛行和飛過理論遭遇點兩種情況下實施，因此，彈上自主安控在整個安控實施中只起輔助作用。彈上自主安控可根據(jù)導彈工作特點設(shè)置不同的安控判斷依據(jù)，例如可將彈目相對速度改變符號作為判別條件，再由彈上計算機判別是否對導彈實施自毀，條件滿足后3～5 s發(fā)自毀指令。

3 安控基本方案

在中遠程艦空導彈協(xié)同制導飛行試驗中，需要由兩個以上艦艇平臺參與對導彈的制導工作，每個艦艇平臺上的安控系統(tǒng)必須進行信息交互，確保導彈飛行的全程可監(jiān)控?？紤]到彈上自主安控與導彈是否協(xié)同制導飛行無關(guān)，因此，主要針對中遠程艦空導彈被動安控基本方案進行設(shè)計。

3.1 被動安控系統(tǒng)組成

被動安控系統(tǒng)主要由導彈外彈道信息采集系統(tǒng)、指令發(fā)送系統(tǒng)、武控系統(tǒng)、發(fā)射艦安控計算機、協(xié)同制導艦安控計算機、彈上相關(guān)設(shè)備、以及相應(yīng)的通信鏈路組成，如圖3所示。

圖3 被動安控系統(tǒng)組成圖

其中，導彈外彈道信息采集系統(tǒng)實時提供導彈的位置、速度參數(shù)[7]；安控計算機為運行安控軟件的計算機，安控軟件承擔處理安控相關(guān)數(shù)據(jù)并進行導彈自毀判斷的任務(wù)，安控計算機需要分別放置在導彈發(fā)射平臺和導彈協(xié)同制導艦上。

3.2 安全管道設(shè)置及導彈自毀殘骸落點估算

安全管道即導彈在正常工作情況下飛行的區(qū)域。正常情況下，彈道水平面投影約為發(fā)射點與命中點之間的一條直線，取理論彈道水平投影為基準，根據(jù)具體試驗彈道確定安全管道長度；綜合考慮目標速度起伏、導彈初始姿態(tài)擾動、導彈飛行高度等因素確定安全管道的寬度；將相對0至最大飛行高度的一個空間區(qū)域作為安全管道的高度。

當導彈在空中自毀后，彈體結(jié)構(gòu)分解，形成總數(shù)不定、大小不等的碎片。由于碎片無規(guī)則的氣動外形，其氣動阻力系數(shù)與完整彈體相比有很大增加，其自由飛散區(qū)域?qū)⒋鬄榭s小，要準確估算碎片的飛散距離非常困難，可根據(jù)陸上飛行試驗導彈殘骸落點分布數(shù)據(jù)，使用保守估計的氣動阻力系數(shù)對殘骸落點進行估算[8]，即假設(shè)導彈自毀后斷裂為兩段，前段還保留有較為完整的氣動外型，在此基礎(chǔ)上估計其氣動阻力系數(shù)，可以認為這樣估算得到的導彈碎片飛行距離大于實際飛行距離。

3.3 被動安控工作流程

實施協(xié)同制導飛行試驗，參試的兩艦之間具備實時寬帶數(shù)據(jù)傳輸能力是必要條件。安控系統(tǒng)可借助艦間數(shù)據(jù)傳輸能力實現(xiàn)安控信息接力。此時安控基本方案為：在導彈發(fā)射平臺和導彈協(xié)同制導艦上分別布置1套安控計算機，與艦上相應(yīng)信息源建立連接。導彈發(fā)射后至協(xié)同制導之前，由發(fā)射平臺安控計算機執(zhí)行安控判斷，如需自毀由發(fā)射平臺指令發(fā)送系統(tǒng)發(fā)送自毀指令；啟動協(xié)同制導時，接力艦安控計算機從接力艦武控系統(tǒng)網(wǎng)或作戰(zhàn)信息網(wǎng)獲取彈動時刻、發(fā)射點位置、實際射向以及制導雷達跟蹤數(shù)據(jù)；接力之后，由接力艦安控計算機執(zhí)行安控判斷，如需自毀由接力艦制導雷達發(fā)送自毀指令。具體工作流程如下：

1)發(fā)射平臺武器系統(tǒng)收到目標跟蹤數(shù)據(jù)后，發(fā)射平臺安控計算機通過專用數(shù)據(jù)鏈路從武控系統(tǒng)網(wǎng)獲取目標信息；

2)發(fā)射時刻，發(fā)射平臺安控計算機從武控系統(tǒng)網(wǎng)上獲取彈動時刻、發(fā)射點位置及實際射向，形成導彈飛行安全管道(安全管道以彈動時刻導彈經(jīng)緯度為起點，指向?qū)棇嶋H射向)；

3)發(fā)射平臺安控計算機協(xié)同制導艦實時接收導彈外彈道測量數(shù)據(jù)，對導彈飛行軌跡進行實時監(jiān)測；

4)導彈發(fā)射后，協(xié)同制導艦安控計算機實時接收導彈外彈道測量數(shù)據(jù)，對導彈飛行軌跡進行實時顯示；

5)啟動導彈協(xié)同制導時，導彈彈動時刻、發(fā)射點位置及實際射向等信息通過艦間數(shù)據(jù)鏈傳送至協(xié)同制導艦武控系統(tǒng)網(wǎng)，導彈協(xié)同制導艦安控計算機從武控系統(tǒng)網(wǎng)上獲取彈動時刻、發(fā)射點位置及實際射向，形成導彈飛行安全管道；

6)當發(fā)射平臺與協(xié)同制導艦的導彈制導工作交接完成后，導彈被動安控工作交由協(xié)同制導艦繼續(xù)執(zhí)行，協(xié)同制導艦安控計算機顯示界面與發(fā)射平臺安控計算機一致，安全管道均以彈動時刻導彈經(jīng)緯度為起點，指向?qū)棇嶋H射向；

7)此時，發(fā)射平臺安控計算機仍然可以接收導彈外彈道測量數(shù)據(jù)進行安控判斷和顯示，只是僅供發(fā)射平臺上了解協(xié)同制導后導彈的飛行情況，如需自毀由協(xié)同制導艦完成；

8)在導彈飛行試驗過程中，當導彈飛行軌跡偏出安全管道時，由當前制導實施艦的安控計算機發(fā)出“危險”提示，同時開始計算導彈自毀殘骸散布區(qū)域，當實時計算的殘骸散布區(qū)域到達規(guī)定的安全區(qū)邊界時，安控計算機給出“自毀”提示，提醒指揮員及時采取自毀措施。

3.4 安控軟件方案

安控軟件運行在安控計算機上，是導彈安控的具體實現(xiàn)單元，它具有初始化功能、數(shù)據(jù)接收及處理功能、導彈殘骸落點預(yù)測功能、自毀判斷功能、人機界面顯示功能、模擬顯示與數(shù)據(jù)回放功能等。

1)初始化功能。

用戶可在軟件人機界面上對以下參數(shù)進行設(shè)置：

① 裝訂試驗方案；

② 裝訂安全管道特征點、重點保護目標坐標等；

③ 雷達的數(shù)據(jù)輸出坐標系原點與射向坐標系原點的相對位置。

2)數(shù)據(jù)接收及處理功能。

數(shù)據(jù)接收及處理功能如下：

① 接收雷達跟蹤目標數(shù)據(jù)；

② 接收導彈外彈道數(shù)據(jù)；

③ 接收發(fā)射平臺導航數(shù)據(jù)；

④ 對接收數(shù)據(jù)進行有效性判斷；

⑤ 坐標變化，將輸入數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換到射向坐標系中進行處理。

3)導彈殘骸落點預(yù)測功能。

預(yù)測導彈殘骸的落點位置、散布范圍。

4)自毀判斷功能。

給出導彈是否需要自毀的判斷結(jié)果。

5)人機界面顯示內(nèi)容。

① 顯示試驗航區(qū)電子海圖，電子海圖為矢量圖并具備編輯功能；

② 實時顯示導彈武器系統(tǒng)工作狀態(tài)；

③ 顯示安全管道位置，安全管道可根據(jù)發(fā)射點位置實時變化；

④ 實時顯示導彈、發(fā)射平臺的位置、速度以及時間等參數(shù)數(shù)據(jù)；

⑤ 實時顯示導彈殘骸的預(yù)測落點位置；

⑥ 顯示外彈道測量數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)、數(shù)據(jù)是否有效標志；

⑦ 顯示導彈自毀告警、自毀判斷等標志。

6)模擬演示與數(shù)據(jù)回放設(shè)計。

① 能夠脫機模擬導彈正常飛行和故障飛行情況、自毀報警、實時安控；

② 可事后回放。

7)數(shù)據(jù)處理流程。

安控軟件數(shù)據(jù)處理流程如圖4所示。

圖4 安控軟件數(shù)據(jù)處理流程

4 結(jié)束語

本文針對中遠程艦空導彈協(xié)同制導飛行試驗的實施安全性問題，綜合考慮中遠程艦空導彈制導控制特點、協(xié)同制導作戰(zhàn)過程、導彈安全控制措施等，對中遠程艦空導彈協(xié)同制導飛行試驗安控方案進行了初步設(shè)計。方案設(shè)計以單艦制導導彈飛行試驗安全控制實踐經(jīng)驗和中遠程艦空導彈協(xié)同制導作戰(zhàn)過程分析為基礎(chǔ)，貼近試驗工程實際，具有較好的實用價值。后續(xù)，隨著武器裝備協(xié)同制導作戰(zhàn)模式的逐漸成熟，可根據(jù)具體的制導交接方案進一步細化完善本文提出的安控設(shè)計方案，為后續(xù)中遠程艦空導彈協(xié)同制導飛行試驗的安全實施奠定基礎(chǔ)。