1、防区外联合攻击武器火控系统分析与研究VoI.31,No.4April.2006火力与指挥控制FireControlandCommandControl第 31 卷第 4 期2006 年 4 月文章编号:1002 一 O64O(2oo6)O4001504防区外联合攻击武器火控系统分析与研究曹怀志,张安(西北工业大学电子信息学院,陕西西安 710072)摘要:从一般的空面精确制导武器系统到远射程的防区外联合攻击武器系统 ,技术更新和发展很多.针对防区外联合攻击武器系统的特点,对防区外联合攻击武器火控系统的总体技术进行了研究探讨,对其武器火控系统的组成,功能,攻击发射方式,工作流程等进行了分析,给出了
2、防区外联合攻击武器火控系统精度分析与分配的方法,并进行了仿真计算和分析,验证了精度分析的有效性.关键词:防区外,火控系统,自控段终点散步,精度分析中图分类号:TJ760.1 文献标识码:AAnalysisandStudyonFireControlSystemofStand-offMissileCA0Huaizhi,ZHANGAn(SchoolofElectricalInformation,NorthwesternPolytechnicalUniversity,xian710072,China)Abstract:Fromthedeneralairtofacemissletostandoffmis
3、sle,thetechnologythatwecancameintoisveryfew.Inthispaper,wewilldiscussthedesignofstandoffmissleSfirecontrolsystemonitsowncharacter.Wewillgivehisconstitute,everypartScapability,attackingstyle,attackingprocessetc.Finallywegiveawaythathowtoevluateandcalculatetheerrorintheautocontrolphasemadebythefirecon
4、trolsystem.TheresultsimulationshowsthatthethesystemSprecisionmethodisvalid.Keywords:standoffmissle,firecontrolsystem,terminaldispersionofautocontrolphase,accuracyanalysis引言火控系统的基本任务 L1 是要准确可靠地将导弹发射,控制到预定位置和预定航向.对白控加白导体制的导弹,就是要把导弹控制到理想的白控段终点,且导弹纵轴指向目标.待弹上末制导雷达开机时,能准确地捕捉到目标.对于具有中继制导长射程导弹,火控系统不但要把导弹发射到
5、预定位置,而且还要根据实时测量到目标位置或者导弹与目标的相对位置和导弹的飞行方向发出相应的控制信号,以改变收稿日期:200406 一 ll 修回日期:20041228*基金项目:航空科学基金资助项目(O5D53O21)作者简介:曹怀志(1962 一),男,山东聊城人,硕士,主要从事武器系统仿真与效能评估的研究.导弹航向及末制导装置的开机时间和开机位置,保证弹上末制导装置开机时,能准确,可靠地捕捉到目标.本文主要对防区外联合攻击武器火控系统进行研究.1 火控系统总体设计研究I.I 火控系统的组成及功能如下页图 1 所示防区外联合攻击武器火控系统主要用于完成对目标和载机的定位,提供弹上惯导系统进行
6、对准的基准参数,对目标参数的计算,射击诸元的解算和装定,导弹路径规划,对导弹进行射前检查和发射控制等.各部分的功能详述如下:(1)射击诸元的计算及数据处理(对已知位置的固定目标):在进入预定战区后,载机上的 INS/GPS 组合定位系统,实时给出载机的位置数据,火控计算机根据目标和载机位置数据实时计算出载机?16?(总第 31256)火力与指挥控制 2006 年第 4 期雷达十 Tl,一-l 飞行控制系统INS/GPS火控计1 导弹挂架空数据 1.算 I 速计算广一机管机 l1 防区外导弹无线电高度表二二一D-目标距离 Jq 目标方位角q】一速度;K 一飞机.w:-航向角;一飞机 1 顷_斜角
7、;8 一飞机俯仰角;J9 一偏流角;一全压;一静;一空速;H 一飞机高度图 1 防区外联合攻击武器火控系统组成框图到目标的距离和方位解算导弹的射击诸元并向导弹装定.也可以利用机载雷达跟踪在射程范围内已知坐标位置的信标机或偏置点对载机进行定位,火控计算机同样可解算导弹射击诸元并向导弹装定.(2)惯导系统的交联对准功能:机上惯导在起飞前就进行了初始对准,由于弹上惯导系统工作时间有限,需要在导弹发射前,当导弹惯导平台启动后进行动态对准,对准是以机载惯导/GPS 组合导航定位的数据为基准,采用数据传递方式对准方案,由母机提供弹上惯导平台进行初始对准用的各种位置,角度,速度信息.惯性导航系统进入导航工作
8、方式前,必须进行校准.这是因为惯导系统采用的是积分计算,在进行计算前,系统必须知道飞机的初始状态.在校准过程中,系统寻找飞机所在处的地垂线,并确定当地的真北方位,从而获得飞机的初始姿态和初始方位信息.惯性导航系统通常有两种校准方式,正常校准和快速校准(又称反转校准).(3)火控计算机是导弹火控系统的核心.导弹火控系统的设备均把其测量的参数送给火控计算机,火控计算机根据各设备的测量参数计算各种不同攻击方式的射击诸元,如目标距离和方位或计算目标的航速,航向,进而计算导弹的扇面发射角,自控飞行距离,导弹与目标的相遇距离等参数,并分别装订到导弹上或送给显示器.实际上火控计算机把导弹及其火控系统各设备连
9、接起来,在火控计算机的统一控制指挥下,形成了导弹武器系统.(4)发射装置用于支撑,存放和发射导弹,提供导弹发射所需的姿态和方位.因装载对象及支撑的导弹不同,发射装置在结构上也有较大的差别,如固定式发射装置,回转式发射装置,垂直发射装置,箱式发射装置等等,飞机上的导弹挂架也是一种发射装置.(5)电源主要指导弹专用电源,用于提供导弹发射及发射前火控系统自检和导弹射前检查所需的电源.火控系统各设备所需的特种电源,一般由各设备自行配套.(6)火控系统中还有一套传输设备(如电缆网或数字传输设备,用于各设备之间的信息和数据传输)和一套通信联络设备( 用于火控系统的作战指挥及设备各站位之间的通信联络).1.
10、2 防区外联合攻击武器攻击方式防区外联合攻击武器特别适合于攻击远距离高价值固定目标,也可以在紧急情况下对导弹实施应急投放.火控系统对应的攻击方式可分为计划攻击方式和随机攻击方式.1.2.1 计划攻击方式计划攻击方式其攻击对象为地面已知坐标的固定目标;目标定位方式为装订参数,即人工装订已知目标的地理经度,纬度和高度;载机定位方式为INS/GPS 组合定位方式.攻击过程为:首先通过侦察手段获取地面目标的特征信息,比如目标类型,目标区,目标经纬度及导弹从发射点到达目标航路区域的地形,威胁场,环境等信息.接着在地面进行任务规划,形成地形匹配系统所需各个地形匹配区的数字地图及导弹多种飞行航路,选择其中
11、1 种3 种与数字地图匹配的载机投射区和导弹飞行航路,飞行高度,载机投弹高度,速度等信息装订给载机的火控系统.载机在接受任务信息及将挂弹射前检查合格后,载机起飞抵预定攻击区域.在进入预定攻击区域后,载机上的 INS/GPS组合定位系统实时给出载机的位置数据(经度,纬度和高度),机上火控机根据已知目标位置数据(经度,纬度和高度)和载机的位置数据实时计算载机到目标的距离和方位,并采用现在点攻击瞄准方法解算导弹的射击诸元,并向导弹装订;也可以利用机载雷达跟踪在射程范围内已知坐标位置的信标机或航路点对载机进行定位,火控机同样可解算导弹的射击诸元,并向导弹装订.载机在允许发射区内,飞机按发射按钮,发控系
12、统自动完成导弹发射.导弹与载机分离,尾翼,弹翼展开,中制导系统根据发射高度,速度及弹翼,尾翼展开过程的气动性能变化自适应控制导弹的姿态无动力下滑.当导弹下滑至发动机点火高度,弹上任务计算机发出供油及点火指令,发动机点火.中制导系统根据导弹实时飞行高度和装订的巡航高度.控制导弹有动力的下滑,进入巡航段飞曹怀志,等:防区外联合攻击武器火控系统分析与研究 (总第 31257)?17?行.航向上,导弹根据中制导系统实测的实时位置及相对下一航路点的待飞航向角,将其与装订的规划航路比较,控制导弹向下一航路点飞行,直至将导弹引入中制导终点.高度上,地形跟随系统依据中制导系统输出的位置信息在弹载数字地图中找到
13、实时飞行位置,以此位置为基准,根据待飞航向读取前方一定范围内的数字地图信息,综合导弹可用过载,规划巡航高度等约束条件生成一条预定飞行高度曲线.弹上测高系统测量导弹飞行高度,控制导弹按预定飞行高度曲线随地表飞行.导弹飞行至中制导终点,任务计算机,发出红外导引头开机指令,红外导引头开机扫描获取目标及背景信息,进行相关处理,引导导弹飞向目标.侦察获取目标,地形等信息+依据侦察信息进行任务规划+向导弹装订 1 种3 种航路+载机起飞进入预定攻击区域+惯导对准,射前检查及火控解算等选择发射方式,发射顺序,组织武器通道向导弹装订选定的航路及火控计算的数据图 2 计划攻击方式 F 防区外联合攻击武器火控系统
14、工作流程图1.2.2 随机攻击方式该攻击方式是指由机载雷达与机上火控计算机交联对目标信号进行检测跟踪,对检测跟踪后的目标参数(目标距离,目标方位,目标速度,目标航向)进行计算,并采用前置点攻击瞄准方法解算相应的射击诸元向导弹装订.这种攻击方式由人工控制导引导弹飞向目标,适用于攻击活动目标及临时发现的其它目标.2 火控系统精度分析防区外联合攻击武器的攻击方式以对固定高价值目标的计划攻击方式为主,视战场情况需要也可以用随机攻击方式对导弹实行应急投放,随机攻击方式与普通空面导弹的攻击方式类似.攻击方式不同,精度分析的方法也不同,本文针对计划攻击方式设备恢复 I撤出战斗图 3 随机工作方式下防区外联合
15、攻击武器火控系统工作流程图进行分析.防区外联合攻击武器射程远,必须要采用路径规划技术才能实现防区外发射的目的并保证整个武器系统能自动引导导弹飞向目标.路径规划大都采用地形匹配技术,根据射程和精度要求制作 3 块5块数字地图装订到导弹系统上,第一块数字地图要求比较大精度不要求高,以保证导弹能进入规划的航路,最后一块地图要求精度高,以保证导引头能捕捉并命中目标.正是防区外联合攻击武器的这种特点,其火控系统的设计于一般空面精确制导武器火控系统的设计有很大区别.防区外联合攻击武器火控系统对发射后的导弹能否进入事先规划好的路径负责,其导弹系统对导弹能否按照事先规划好的路径飞行负责.火控系统产生的自控段终
16、点的位置偏差和弹体纵轴对准目标的偏差或者中继指令的精度,将影响导弹的捕捉概率,进而影响导弹的命中概率.导引头确定以后,影响防区外联合攻击武器末制导开机捕捉概率的是自控段终点的位置偏差.因而,火控系统的精度可反应为自控段终点的位置偏差.2.1 火控系统精度指标的确定火控系统精度设计工作】大体上可分为两种类型.第一种类型是导弹系统和火控系统同时开展研制工作此时导弹系统和火控系统的精度指标可根据使用方提出的最基本战术技术指标单发命中概率 P(或圆概率偏差 CEP)的数值来确定 .P 可用下式表示:毒一一一一一一一?18?(总第 31258)火力与指挥控制 2006 年第 4 期P 一 PPP防区外联
17、合攻击武器系统的精度设计,就是在保证使用方提出的导弹武器系统单发命中概率指标下,合理地分配系统的可靠性概率 P,导弹捕捉概率P 和导弹自导命中概率 P 三项概率指标的值.第二种类型是当导弹已基本研制成功或已鉴定时,导弹中制导飞行的精度已基本确定.此时,火控系统的精度指标只需根据导弹中制导飞行的精度指标,以及导弹武器系统总体分配的导弹捕捉概率下限 P.来确定.2.2 自控段终点散布上面两种情况之下给出的指标都提到捕捉概率,那么自控段终点的位置偏差和捕捉概率的关系又如何呢.文献1给出了一种算法表述自控段终点的位置偏差与捕捉概率的关系.3 数值仿真及说明用上述方法对防区外联合攻击武器计划攻击方式下火
18、控系统造成的自控段终点时刻的位置偏差进行了计算,以评价火控系统的精度.首先计算自控段终点允许的侧向散布.假设导引头在纵向是一定可以捕捉到目标的,自导距离为15km,导引头波门半宽为 4.(大视场),水平搜索扇面角为 8.,捕获概率为 0.98,计算可得自控段终点允许的侧向散步不超过 1332.8m.这个数据表明导弹飞到自控段终点时侧向位置偏差不超过 1332.8m,导引头能以 0.98 的概率捕获到目标.假设导弹系统工作正常,火控系统的数学模型采用的是文献2中的数学模型,计算中采用的其它数据如下:自导距离:585km;巡航速度:0.8MHz;载机经度误差:0.00229.;载机航向误差:0.0
19、0229.;蒙特卡洛法仿真次数:200 次.采用蒙特卡洛方法,计算后得出自控段终点时刻的位置偏差如下(地理坐标系中):自控段终点 X 轴方向位置偏差(m)=142.7945650721O1自控段终点 y 轴方向位置偏差(m)一 142.794583349O91自控段终点 z 轴方向位置偏差 (m)=428.383l50047274上述结果就是既定火控系统造成自控段终点时刻的位置偏差,虽然其数值小于 1332.8m,但是并不能说明末制导开机时导引头就能以 0.98 的概率捕捉到目标.这个误差与导弹系统本身造成的自控段终点位置偏差合成后,再和允许的自控段侧向散布比较才能判断导引头开机时能否以要求的捕捉概率捕获目标.4 结束语防区外联合攻击武器是 21 世纪各军事大国主要的武器装备,为满足国防和我空军新时期战略转
