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舰载直升机远程目标指示系统的误差分析

2021-06-12 来源:乌哈旅游
第10卷第3期2019年6月

航空工程进展

ADVANCESINAERONAUTICALSCIENCEANDENGINEERING

Vol灡10No灡3

Jun.2019

()文章编号:1674灢8190201903灢396灢05

舰载直升机远程目标指示系统的误差分析

袁大天,于芳芳,陈亮

()中国飞行试验研究院航电所,西安暋710089

摘暋要:在目标指示系统的飞行试验中,我们面临如何能在评估其指标符合性的同时,评估目标指示系统的误差对其使用能力的影响问题。为研究目标指示系统精度与使用能力的评判方法,对目标指示误差与武器打击效果的关系进行分析,建立基于水面舰艇当前点攻击和预测点攻击方式下的目标指示系统误差模型,分析不同目标指示方式下的误差分布,将目标指示误差与武器捕获概率的关系转化为目标指示误差与导弹自控终点落入指定区域概率的关系。结果表明:两种攻击方式下的目标指示误差均服从二维正态分布,当目标指示误差增大时,武器捕获概率显著下降,若需保证武器攻击效果,则对应有目标指示误差的下限值,该下限值为舰载直升机远程目指系统飞行试验方法提供了参考。

关键词:舰载直升机;远程目标指示;误差分析;捕获概率;飞行试验

:/中图分类号:V275+.1暋暋暋暋文献标识码:A暋暋暋暋暋暋DOI10.16615.cnki.1674灢8190.2019.03.014j

ErrorAnalsisofRemoteTaretIndicationSstemforygy

Shi灢basedHelicoterpp

(,,暞)AvionicsInstituteChineseFlihtTestEstablishmentXian710089,Chinag

effectoftheerroroftaretindicationsstemonitsoerationalcaabilithileevaluatintsindexconformgyppywgi灢ance.Tostudhemethodofevaluatintheprecisionandcaabilitftaretindicationsstem,therelationshiytgpyogyp,betweentaretindicationerrorandweaonstrikeeffectisanalzedandtheerrormodeloftaretindicationssgpygy灢:AbstractIntheflihttestoftaretindicationsstem,wearefacedwiththeproblemofhowtoevaluatetheggy

,,YuanDatianYuFanfanChenLianggg

tembasedoncurrentpointattackandpredictivepointattackmodeofsurfacewarshisestablished.Therelapi灢tionshietweenthetaretindicationerrorandtheweaonacuisitionprobabilitstransformedintotherelapbgpqyi灢tionshietweenthetaretindicationerrorandtheprobabilitfthemissileterminalfallinintothedesinatedpbgyoggarea.Theresultsshowthatthetaretindicationerrorsunderthetwoattackmodesobehetwodimensionalgyt灢,normaldistribution.WhenthetaretindicationerrorsincreasetheprobabilitfWeaonAcuisitiondecreasesgyopq

lonranetaretindicationsstem.gggy灢

taretindicationerror.Thelowerlimitprovidesareferencefortheflihttestmethodofshibasedhelicoterggpp灢:;;;;Keordsshibasedhelicoterremotetaretindicationerroranalsisacuisitionprobabilitflihttestppgyqygyw灢

,sinificantl.Iftheeffectofweaonattackistobeguaranteedtheremustbethecorresondinlowerlimitofgyppg

收稿日期:2018灢08灢16;暋修回日期:2018灢11灢07通信作者:袁大天,uandatian@163.comy

)基金项目:中航工业联合基金(6141B05110101

]():引用格式:袁大天,于芳芳,陈亮.舰载直升机远程目标指示系统的误差分析[J.航空工程进展,2019,103396灢400,406.

,():vancesinAeronauticalScienceandEnineerin2019,103396灢400,406.gg

,,]YuanDatianYuFanfanChenLian.Erroranalsisofremotetaretindicationsstemforshibasedhelicoter[J.Adgggygypp灢灢

第3期暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋袁大天等:舰载直升机远程目标指示系统的误差分析397

0暋引暋言

美国海军在概念,在原来cationandInteCll3iI19ge(nC87年提出编队协同作战能力的

coemm)系统的基础上为加强海上and,Control,Communi灢舰队防空/反舰能力而研制的作战指挥控制系统。

远程目标指示功能是海军作战编队协同作战能力(一项重要应用CEC,Coopera。tiv现代海战超视距导弹攻击已成为

eEngagementCapability)中的水面舰艇反舰作战的主要作战样式,但众所周知,由于受地球曲率的影响,一般的舰载雷达只能探测到海面视距范围内的目标,单独舰艇无法完成对海面目标的超视距打击,利用舰载直升机远程目标指示系统则可以建立信息通道,完成对海面目标的超视距打击,目标指示的精度直接决定反舰导弹能否

有效捕获及命中目标[1

]验主要集中在对目标指示系统精度的评估和分析,因而对目标指示系统的试

国内在远程目标指示系统领域开展了一定的

研究。刘占荣[2]

对海上远程精确攻击体系的构成、

传感器网、信息传输网、远程目标指示系统的组成以及美国和前苏联远程目标指示系统的特点进行

了分析;在导弹捕获概率方面,雷志东等[3灢7]采用在

一定的假设条件下,对雷达作用距离、惯导精度、陀螺漂移、目标运动、战区风场变化以及射击方式进行分析,建立导弹捕获概率模型,并对上述因素对

导弹捕获概率的影响进行仿真计算;张山[8]通过分

析典型超视距雷达和直升机目标定位方法的精度误差来源及构成,提出了舰载雷达和直升机在远程定位的作战使用中的战术要求,并以互瞄定位法为主,分析了舰载直升机远程定位的精度;在研究潜艇在使用目标信息来源时的导弹雷达捕捉概率

方面,聂永芳[9]采用计算人工装订、声呐探测、雷达

探测和远程目标指示四种方式对导弹雷达捕捉概率影响,给出其各自的使用特点;通过对可变搜索

区末制导雷达的捕获模型的建立,王光辉[10]给出了该型雷达目标捕获的精度;贺浩[11]总结了某型

直升机远程目指功能试验试飞的经验,给出了该型

远程目指系统试飞特点;申战胜[12]通过对多源航

迹法、单源目指法、接力和双边等目标指示方法的分析,给出了上述目标指示方法的优缺点及其对作

战的影响。

相关学者对远程目标指示精度对导弹捕获概率的研究相对较少,本文从远程目标指示误差分析入手,根据命中原理给出导弹捕获概率与目标指示精度的关系,以期为舰载直升机远程目标指示系统的飞行试验提供支撑和参考。

1暋舰载直升机的远程目标指示系统

带有对海雷达和战术数据链设备的舰载直升机,由于其具有定位距离远、精度高、指挥方便、使用灵活等特点,在多种超视距定位方法中成为实现超视距目标指示的基本手段。

舰载直升机的远程目指系统应能实现远程目标探测、远程目标信息传输、目标信息综合处理三大功能。远程目标探测是指舰载直升机必须具备与远程精确打击武器所承担的作战任务相适应的探测、识别能力,对远程打击行动范围内的重要目标实施全时、全天候的目标探测跟踪。利用其警戒雷达、敌我识别等传感器探测、识别到敌方目标。远程目标信息传输能力应与远程打击平台的前出距离相匹配,保证远程目标指示信息在远程打击平台与远程目标指示信息发送节点之间的及时、可靠传输,为海上远程精确打击作战提供安全、可靠、快速、高效、综合的战场目标指示信息与火力通道组织信息的传输。目标信息综合处理是指装载远程打击武器的平台需要精确、完整、及时的目标位置信息与目标运动要素,要求远程目标定位处理,并对误差进行修正,以便其能够对目标精确定位跟踪解算、误差修正及目标识别,进行可攻性判断,对岸海空一体化远程武器实施火力通道组织、战斗毁伤效果评估以及信息分发控制、实施海上远程打击作战的岸海空信息分布式综合处理。

目前,利用舰载直升机进行超视距目标指示的主要方法是以舰载直升机为中继站,利用机载雷达实现对目标的探测、识别和跟踪,并通过机载数据链系统向舰指挥所发送目标的位置信息,综合本舰和直升机传输下来的战术数据,解算目标坐标和运动参数,从而完成超视距目标指示的任务。舰载直升机远程目指工作示意图如图1所示。

398航空工程进展暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋第10卷

图Fig.11暋S暋舰载直升机远程目标指示示意图

indicationchseysmtaetmficdoiragsrhaipmo灢

bafseredhmoetliecotaprtgerest暋远程目标指示系统的误差模型

.1暋远程目标指示模型

远程目标指示模型主要有两种形式:提供目标位置参数,目标运动参数未知;提供目标位置参数(向方位)

。、距离、经度、纬度)和目标运动参数(航速、航未知(,1目标指示误差及目标运动所造成的目标散布)目标指示提供位置参数,航速、航向参数区域如图2中圆形部分所示,该区域是以目标当前坐标点为圆心,以目标最大可能运动到的位置为半径,即R=T暳Vmax施当前点攻击方式,,形成的圆形区域对应误差为指示位置误差与目。反舰导弹实标运动误差的综合,其模型可以用目标位置散布区外接圆的均方差来表示,目标散布点的方差服从于二维正态分布,且必然落在3倍均方差椭圆内,因此可以确定远程目标位置综合误差均方差为:

氁tx=氁ty=[氁2p+氁1

氁](V式中:Vmax

=VmaxT/Vx为目标运动最大可能3max

速度;(1maT为提供2

)目)标指示到导弹自控终点飞行时间。

图Fig.22暋T暋提供位置参数的目标散布区域

alrogceattidoinsppearrsiaomnaeterres

aproviding

指示误差所造成的目标散布区域如图(2

)目标指示提供位置、航速、航向参数,目标所示区域。该类远程目标指示下,反舰导弹实施预3中ABCD测点攻击方式,对应误差为指示位置误差与指示航速、航向误差的综合,对应误差模型,可以用目标位置散布区外接椭圆的均方差来表示,该方差服从于二维正态分布,其中远程目标指示航速、航向参数

对应的椭圆均方差分别为:

氁v=殼

V暳T氁H暳V暳(H=殼

T式中:殼V为目标指示速度误差(1氁);T为提供(34

)目)标指示到导弹自控终点飞行时间;航向误差(1氁,弧度)V为目标指示速度殼H为目标指示;。

将目标指示航速、航行误差导致的目标运动位

置误差进行相应坐标变换,并与目标指示位置误差合成,形成目标指示综合误差为:

氁mx=[氁2px+氁2

v](氁my=y+

式中:氁[氁2p氁2H](56

))mx和氁my分别为将目标指示位置误差分解到坐标x和y方向上的误差的均方差。

图Fig.33暋T暋提供位置和运动参数的目标散布区域

argetsmcaotttieornapraeraapmreotveirds

ing

locationand.2暋目标指示误差对导弹捕获概率的影响

分析

影响导弹捕获概率的主要因素有,反舰导弹在大航程自控终点的落点散布、目标机动、弹上末制导雷达的探测距离等,而目标指示系统误差则直接

影响导弹自控终点的散布。因此目标指示系统的试验不仅要对目标指示系统自身的精度进行评估,还应该分析目标指示误差对导弹自控终点散布,进

222第3期暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋袁大天等:舰载直升机远程目标指示系统的误差分析399

而明确对导弹捕获概率的影响。

一般地,导弹对目标的捕获概率是一个二维分布的正态函数,可分别由相互独立的俯仰(垂直)捕获概率Py和方位(水平)捕获概率Px组成。鉴于反舰导弹的搜索方式,导弹对目标的纵向捕获概率可近似为概率代替1,即

,则导弹的捕获概率可近似用横向捕获PB=Px暳Py曋Py当导弹飞行至自控终点时,导弹末制导雷达开机,在一定的扇面内进行搜索。只要目标出现在末制导雷达的搜索范围内,末制导雷达就能可靠捕获目标,显而易见,自控终点的散布对于导弹的捕获概率非常重要。

一般地,所要打击的目标应在导弹飞行方向上,即目标初始位置点应位于导弹自控终点前方,落入由导弹雷达搜索范围角和雷达搜索距离上下限所构成的导弹捕获区内,不同的导弹自控终点对应有不同的目标捕获概率,即存在这样一个自控终点散布区域D获目标,因此,,导弹捕获概率可等效为导弹自控终在该区域内,导弹雷达开机即可捕点落入区域D的概率,目标指示误差对导弹捕获概率的影响可等效为目标指示误差对自控终点落入区域D的概率的影响。导弹目标位置初始装订点为远程目标指示系统输入的目标位置点,则根据概率统计规律,导弹自控终点相对目标指示系统输入位置点误差的分布可以认为是X方向和Y方向上独立的正态分布,则:f(

x)=(x-毺x)221

毿氁xe[-2氁2x]暋(-曓=(x-毺21

毿氁ye[](y)2暋(7)-2氁2y-曓(1(x-毺x)2(y-毺y)28)f(x,y)

=2毿氁1x(氁ye-2-曓y+曓)

]

()假设均值毺x=毺ymx29

毰yy差=,为了氁2

my便+氁毰2

于分,式中氁=0,以及有氁x=氁2+氁,y毰x和氁毰y为导弹惯导的漂移误析,在此忽略,则有氁x=氁mx,氁y=氁my。

导弹自控终点的散布区域D还与导弹雷达性能,包括天线扫描范围,雷达作用距离等有关系。直角坐标转为极坐标下可表示为:

x=[(R+r-氀y=氀)/2]cos毴(10

)式中:r<氀综上所述,导弹自控终点落入区域D的概率为:

p=将式(10)、式(1犽

fD(x,y)dxd)y(12

)1

代入,得到=f(氀cos毴,氀sin毴)氀d氀d毴=

(曇犽

D曇

R氄-1(cos毴-(

R+r氁2

)/2)2+(氀sin毴)2r-氄2

毿氀氁x氁ye

2[氀x氁2y]d氀d毴(13

)由此可见,导弹自控终点落入区域D的概率

置误差在该区域雷达开机即可截获目标、雷达作用距离、导弹飞行时间的函数)是目标指示位,假设忽略导弹惯导陀螺漂移、初始对准精度对目标捕获概率的影响,输入参数确定后,即可由式(弹自控终点落入区域D的概率(可等效13捕)获求导概率),同样,若捕获概率等参数一定,也可获得对目标指示精度的要求。

以某型舰载直升机为例,在试验前对其目标指示误差与等效捕获概率进行分析,给出试验结果参考值。假定:导弹射程为500km,

飞行速度为围为.9M速为暲a04,0雷达最大作用距离为曘,雷达最小作用距离为80k3km,m雷达扫描范目标舰航远程目标指示系统提供目标位置参数~35kt

,实施当前点攻击。,,目标运动参数未知,通过计算可得不同目指位置误差条件下对应导弹捕获概率结果,如表1所示。

目标指示系统提供目标位置误差与等效导弹

捕获概率的关系如图4所示,随着位置误差的增大,导弹捕获概率显著下降。若需保证导弹对运动目标捕获概率到达75%以上,目标指示系统位置误差位置应小于0%以上,目标指9k示m系;统需保证导弹捕获概率到达

位置误差参数应小于m。

p0氁86k400航空工程进展暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋第10卷

表T1暋位置误差与自控终点落入区域D概率的关系

bialibtlyeo1fA暋Ruetloa灢

tcioonnstrhoilTpbeetrwmeineanlpPoosiintitofneallrirnogriantnodaprreoabaD灢自控终点落入区域序号

目标指示位置

误差/km

(等效导弹捕获概率D的概率

)固定目标运动目标120310420.9850530.0.640.9830.885250.998710.843180.760.97950.8870.0.8318119180.90.969954230.19

0.8021019

0.0.77864111020.9230.74961210.980720.13140.82650.762514160.0.683361562800.77640..60531798

0.0.591.544927

图Fig.44暋暋目标指示位置误差对导弹捕获概率的影响

Influemnicsesiloefatcaqrg

uiestitiinodnicpartioobnabpiloistiy

tionerroron暋远程目标指示系统试验简介

远程目标指示系统试验的主要目的是评估目标指示误差与指标的符合性,随着试验要求的不断提高和试验技术的提升,远程目标指示系统试验会不断的加强对用户需求的关注,由上述仿真分析可得出,导弹捕获概率与远程目标指示误差息息相关,因此,在进行试验设计时,不仅要考虑指标符合性验证,更要考虑实际使用效果。

一般地,远程目标指示系统试验时,可设计舰载直升机的航线垂直于两船连线中心往返飞行,参

与试验的各方均在同一数据链网内,首先开展链路功能检查,入网正常后,开展远程目指功能和精度检查。

舰载直升机远程目标指示系统试验涉及空中、海上等多种试验配试资源,如何能高效的获取试验数据以及复杂电磁环境下数据通道的传输可靠性与实时性是下一步工作需要继续探讨验证的内容。

4暋结(1

)暋论

即提供目标位置参数的综合误差和提供目标位置舰载直升机远程目标指示误差分为两类,和运动参数的综合误差,这两类误差均服从二维正态分布。

散布(,2

而导弹自控终点的散布显著影响导弹捕获概)目标指示位置误差影响导弹自控终点的率,导弹捕获概率可等效为导弹自控终点落入指定区域的概率,目标指示误差对导弹捕获概率的影响可等效为目标指示误差对自控终点落入指定区域的概率的影响。

而显著下降(3

)导弹捕,在试验中不仅要评估目标指示误差的获概率随着目标指示误差的增大指标符合性,还应关注使用效果,即根据一定的导弹捕获概率给出目标指示误差的下限值。

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作者简介:

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作者简介:

航电系统试飞、指挥控制系统试飞。安全管理研究。系统试飞。

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(编辑:沈惺)

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