舰空导弹拦截机动目标仿真试验分析

冷述振，才晓峰

（中国人民解放军91851部队，辽宁 葫芦岛 125000）

0 引言

目前国外主流的超声速反舰导弹（如俄制马斯基特导弹、俱乐部亚超结合导弹）均在弹道末端采用了蛇行机动突防技术，极大提高了导弹突防能力，成为舰艇生存的致命威胁，对舰艇防空反导提出了更高要求。对抗末端机动突防反舰导弹能力已成为衡量舰空导弹性能的重要指标之一［1－2］。作为检验测试防空武器反导能力的靶弹在舰空武器反导试验中，扮演着不可或缺的“对抗”角色，逼真模拟舰空导弹的作战对象——飞机或各类反舰导弹的战术机动性能是对防空反导靶标的基本要求。因此，提供具备超声速掠海飞行、蛇行机动突防弹道技术的靶弹成为靶场供靶能力建设的现实目标。基于反舰导弹机动能力分析和防空反导攻防对抗仿真，本文对靶弹末端蛇行机动突防对舰空导弹命中概率的影响进行了分析。

1 靶弹蛇行机动弹道模型

1.1 蛇行机动过程

靶弹采用蛇行机动弹道模拟对舰空导弹实施主动规避突防，其基本过程如下。

a）模拟攻击段，靶弹按预定航路模拟反舰导弹攻击导弹飞行；

b）机动段，在满足机动开始条件下，由攻击转入机动规避，即按设计的机动周期Tm、机动次数Ns，通过等幅等频的航向舵偏指令控制靶弹作蛇行机动飞行；

c）攻击段，在满足机动结束条件下，由机动飞行转入攻击目标飞行态势。

1.2 靶弹蛇行机动影响因素及相关参数取值

影响靶弹蛇行机动能力的主要因素有机动过载、飞行速度、机动周期和幅值、机动起止时刻等。

1.2.1 机动过载

靶弹机动过载是靶弹机动能力的重要标志，可直接影响防空导弹对导弹的跟踪和制导，对突破敌方防空导弹拦截有重要意义。受弹体结构强度和反舰导弹升力特性限制，一般反舰导弹蛇行机动过载为5g～20g，多数不大于10g。

1.2.2 飞行速度

靶弹的机动飞行速度，特别是防空导弹与靶弹接近时的双方合速度，直接影响防空导弹对靶弹的跟踪视线角及靶弹从防空导弹视场逃逸速度。速度越大逃逸时间越短，需要的防空导弹过载和速度就越大。机动飞行时的靶弹速度受靶弹推力和机动飞行段的气动阻力制约，一般以3Ma飞行的导弹，其在以5g机动时速度将下降至2.6Ma～2.7Ma。

1.2.3 机动周期和机动幅值

在飞行速度一定条件下，机动周期和机动幅值直接决定靶弹的侧向机动过载。机动周期短、幅值大，靶弹付出的侧向机动过载大，反之，过载则小。一般，靶弹通过机动周期和机动幅值调节机动过载。对以2Ma飞行的导弹，一般选用的机动幅值为100～200m，机动周期约10～20s，创造的机动过载可达5g～15g。

1.2.4 机动起止时刻

过早机动因防空导弹还未发射或弹目距离尚远，防空导弹视线角偏转不大，不能实现逃逸防空导弹跟踪区或诱导防空导弹进行超出自身能力的机动的目的。机动结束点不应影响反舰导弹对敌方舰艇的跟踪与攻击。如机动结束时间过晚，可能使导弹的飞行方向或飞行位置与实际攻击范围偏差过大，影响导弹末制导雷达对目标舰跟踪或攻击。因此，一般反舰导弹仅在末端执行有限的蛇行机动，攻击前适当时间或距离处解除机动，采用直飞方式进行最后打击。参考国外超声速反舰导弹的机动段设计，在仿真靶弹蛇行机动时，机动突防时机一般选择距目标舰10～30s范围内。

1.3 靶弹蛇行机动弹道建模

建立靶弹蛇行机动模型时，作如下假设：靶弹保持速度不变；靶弹视为可控质点；仅考虑水平面内的侧向机动，纵向保持平飞。

靶弹－目标舰艇相对运动几何关系如图1所示。

靶弹与舰艇相对运动方程为

图1 靶弹与目标间比例导引法运动几何关系

靶弹侧向运动学方程为

aMN按以下规律变化：

a）准备攻击阶段，按程序设定航路飞行；

b）机动规避阶段，aMN＝±aMNmax（tb≤t≤tb＋NsTm），每隔Tm／2切换1次，；

考虑法向过载限制aMNmax，则法向加速度指令

2 舰空导弹反导拦截模型

考虑影响舰空导弹拦截效能的主要因素有：系统反应时间、齐射间隔时间；杀伤区、发射区；飞行速度；机动能力，主要是指法向过载限制（可用法向过载）；导引规律，主要影响需用法向过载；制导系统动态特性；制导扰动和误差；战斗部作用方式和威力。其中机动能力和制导系统动态特性是影响最大的两项因素。

目前舰空导弹多采用半主动雷达寻的比例导引（PN制导）。建立舰空导弹反导概念模型时采用比例导引规律，有

式中：Kn为比例导引系数，一般取3～6。

在模型中假设：舰载雷达总能可靠发现并跟踪进入雷达视距内的反舰导弹；舰空导弹总能被可靠引入并能截获目标；舰空导弹视为可控质点；舰空导弹在飞行中速度不变；纵向、侧向运动分开考虑，因反舰导弹蛇行机动在水平面内进行，纵向保持平飞，在此仅考虑水平面内的侧向运动。

a）运动几何关系

PN制导中，舰空导弹与目标（反舰导弹）的运动几何关系如图1类似。

b）相对运动方程

c）舰空导弹运动学方程

式中：aIN为舰空导弹飞行实际达到的法向加速度，由法向加速度与导弹制导系统动态特性进行综合得到，且受可用法向过载的限制。

d）制导干扰及误差模拟

主要包括：航向误差，任意给定时刻导弹实际航向角与理想航向角间的差值；导引头误差，包括由于导引头安装误差、伺服迟滞、加工缺陷或制造公差等原因而产生的系统误差，以及热噪声、目标回波起伏、多路径等原因引起的随机误差。

e）脱靶量提取

f）毁伤评估

做简化处理：若Rtb≤Re（此处Re为战斗部杀伤半径），则认为毁伤目标，拦截成功；若Rtb＞Re，则拦截失败。

3 拦截仿真验证及分析

根据目前舰空导弹和反舰导弹技术性能，设置了一组对抗的舰空导弹和靶弹的机动能力和制导系统动态特性参数进行仿真计算。

设靶弹的基本性能指标为飞行Ma＝2.2；供靶区段LD＝25km；平飞高度H＝15m；侧向机动能力10g；取机动开始时间tb＝8s；机动结束时间te＝28s；机动周期Tm分别为4.0，5.0s。

设舰空导弹的基本性能指标为飞行Ma＝3.0；杀伤区远界25km，近界5km；系统反应时间7.5s；战斗部杀伤半径20m；可能发射时间区间为（0.0s，21.8s）。

舰空导弹机动能力及制导系统动态特性参数Ti作为反映其性能的主要变量考虑。

仿真结果表明舰空导弹发射时机对其拦截脱靶量有显著影响，并表现出一定的规律性。不同遭遇时间的脱靶量如图2所示。由图可知：脱靶量随遭遇时间的周期性变化与靶弹舵面切换周期（Tm／2）对应，即在靶弹舵面切换时（法向过载变号）脱靶量达到最大，而在靶弹维持等过载转弯时脱靶量最小。不同的遭遇点对应不同的舰空导弹发射时机，脱靶量随发射时机也呈周期变化。舰空导弹机动能力50g时，舰空导弹不同发射时机的脱靶量如图3所示。由图可知：脱靶量随发射时机的不同以约4s为周期变化。理论上，只要舰空导弹选择了适宜的发射时机，就能使舰空导弹脱靶量达到最小值，提高拦截成功概率。对单发舰空导弹来说，掌握适宜发射时机的难度较大，但如采取一定时间间隔连发进行拦截，靶弹规避突防的成功概率必将降低。

图2 不同遭遇时间舰空导弹脱靶量及其与靶弹法向过载的对应关系Fig.2 Miss distance of ship to curimissile with various time and its relation ship with normal acceleration of target missle

4 结束语

本文对舰空导弹拦截机动目标仿真中靶弹的末端蛇行机动进行了研究。根据理论分析和仿真验证结果，可得以下结果：超声速靶弹采用蛇行机动的主动规避技术能显著提高其对舰空导弹的突防能力，对检验舰空导弹对抗机动突防导弹的能力指标有意义；舰空导弹对抗蛇行机动目标与对抗匀速直线运动目标试验不能等同对待，试验中须充分考虑被试品的作战使用性能，科学制定试验方案。

［1］ 曲宝忠.海军战术导弹试验与鉴定［M］.北京：国防工业出版社，2005.

［2］ 于剑桥.战术导弹总体设计［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2010.