导弹滚动视距角速度提取技术.docx

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1、导弹滚动视距角速度提取技术目录1 .导语：导弹作战，不是想赢就能赢12 .导弹滚动的滚动角速度与导弹作战43 .仿真结果与分析74 .陀螺仪输出和导弹滚动速率95 .卡尔曼滤波提取1oS角速度101.导语：导弹作战，不是想赢就能赢据媒体报道，在2016年9月初结束的美军“北方闪电”演习中，美军装备的F35A战斗机实施超视距攻击，成功击落多架F16C战斗机，自身毫发无损。由此引发一场关于近距空战和导弹作战的争论。传统意义上的近距空战以目视格斗空战为主，使用近距空空导弹或航炮攻击；导弹作战则在视距以外通过机载设备搜索、发现对方空中目标，利用中远距空空导弹攻击。目前，现代空战的主要作战形式已从近距空

2、战发展到导弹作战。未来空战中，近距空战还有无用武之地？这是一个热议的话题。正方近距空战仍将长期存在近距空战不会退出历史舞台。随着装备技术不断改进，导弹作战能力随之提高，但并不能解决所有战斗。各国都应积极探索近距空战规律，重视研究近距空战战术理论运用，开展现代近距空战训练，不断增强近距空战能力。导弹作战，不是想赢就能赢体系作战对导弹作战制约增多。现代空战已不再是飞机与飞机的平台对抗，而是作战双方的体系较量。如果双方作战体系实力悬殊，战场信息“单向透明”，此时处于信息劣势的一方，在强大的干扰压制和网络攻击下，机载雷达探测距离被大幅压缩，攻击范围不断缩小，加之敌我识别、电子对抗、指挥通讯等受到严重干

3、扰，受到超视距攻击的概率大大增加。如果双方作战体系实力均等，战场信息“双向透明”，制信息权争夺将异常激烈。此时，双方指挥信息系统均可能受到对方电子干扰或网络攻击而无法正常工作，空战将转为单纯的空空对抗，此时超视距攻击若无法达成作战效果，将自然转入近距空战。中距导弹并非百发百中。如果超视距攻击可以顺利实施，命中概率也并非100%。首先，受导弹技术条件制约，目前中距导弹的命中概率只有73%,实战条件下受多种因素影响，命中概率往往会更低。其次，人的操作也将影响中距导弹的命中精度。飞行员的训练素质有好有坏，实战中不可能所有的操作都精准无误，操作误差将可能导致中距导弹的攻击失败。再次，现代战机防超视距攻

4、击能力不断增强，有效降低了中距导弹的命中概率。飞机机动性能不断提高，躲避中距导弹攻击的能力亦随之提高；现代作战飞机都装有先进的全向雷达警戒系统和光电干扰设备，能提前发现中距导弹的攻击并施放光电干扰或规避，有效降低导弹命中概率。海湾战争中，美空军在“单向透明”的对抗条件下，使用AIM-7M和AIM-120中距空空导弹进行超视距攻击的命中率都没有超过30%,也充分说明了这一点。技术革新赋予近距空战新的生命力随着装备技术的不断发展，现代条件下的近距空战已经不再是传统意义上的近距空战。近距空战方式不再局限于尾后攻击。与二代机攻防双方使用航炮进行“狗咬狗”式的咬尾攻击相比，三代机的极限盘旋角速度提高了2

5、3倍，最小盘旋半径缩短了近一半，有效火力覆盖范围能够扩展到68千米以上，加之头盔瞄准具与大离轴发射角导弹的配合使用，近距空空导弹进行大角度离轴攻击的能力进一步增强，使未来的近距空战方式将产生革命性变化。现代近距空战兼有了传统中距空战和近距空战的特点。根据“中远距一一中转近一一近距”的“三段式”空战理论，中、近距转换阶段一般在1510千米内进行。随着空空导弹和飞机机载火控技术的不断进步，新型近距空空导弹的最远攻击范围已达到了1510千米，这个距离范围恰与中距导弹的最佳攻击距离范围有较大重叠，在这个重叠区内进行空战，既可以打中距弹，也可以打近距弹，既是中距空战中的“近战”，也是近距空战中的“远战”

6、。未来，随着近距空空导弹射程的进一步增加，近距空战将会兼有更多中距空战特点。近距空战的激烈复杂程度有了空前发展。随着技术的不断革新，现代空战武器得到了空前发展，近距空战攻击手段的多样性、攻击范围的广泛性、攻击方位的全向性、中近转换的连贯性、大过载机动的持久性、攻防态势变化的迅捷性，使得现代近距空战比以往近距空战的对抗更激烈、环境更复杂，态势变化更快。由于中距与近距的信息、火力要素重叠多、转换快，空战双方在经过一两个回合的中（远）距较量后会在瞬间完成“中”转“近”，这为攻防战术的运用提供了较大空间，优劣态势瞬间转换也将给中距空战装备技术劣势的一方提供更多变被动为主动的战术运用空间。反方“拼刺刀”

7、的缠斗将渐行渐远黎晓苏啸随着信息技术发展、作战理念更新、作战样式变换，近距空战特别是第二次世界大战中的“空第2页共11页中群殴”难以再现，只有局部小规模或特殊任务中可能发生近距空战，而且概率极低。在可见的未来，“拼刺刀”式的空战不再是空中战役的常规手段，也非明智之选。中远距已能解决战斗态势感知是空战制胜的关键，正所谓知己知彼，百战不殆。数据链等信息技术手段使飞行员乃至整个空中战役方向指挥链条能够更加快捷、全面地获得态势感知，在中远距即可实施战术达成作战意图。四代机装备的先进航电系统使其态势感知优势明显，毋需多言。当前各国的主力战斗机仍是三代机，虽然某些机型未装备先进航电系统，但通过信息化整合手

8、段，也能获取相对全面的态势感知。美军“红旗”161演习中，装备主动电子扫描阵列雷达的澳大利亚皇家空军F/A-18E/F“超级大黄蜂”发现威胁后，向三代机FA18AB“大黄蜂”发送空情图，“大黄蜂”飞行员即使没有在雷达上发现敌机，也能够认定目标，提前进入交战。先进中距空空导弹在多次实战中证明了其作战效能。第四代中距空空导弹命中精度高，隐身性能好，抗干扰能力强，而且具有抗目标关机能力，是复杂电子对抗条件下中距制敌利器。当前，先进的战斗机均挂载中远距空空导弹。例如，F-15、F16、F22装备的中距空空导弹A1M-120,其射程可达80千米；苏-27装备的中距空空导弹R-77,射程可增大到150千米

9、。海湾战争中，超视距空空导弹击落的飞机数量超过近距空空导弹，之后的几场局部战争，空战战果也大多归功于超视距空空导弹。超视距空空导弹带来的作战效益，让其研发更加受到重视，作战性能越来越强。想打近距空战先算账有观点认为，作战双方在信息手段、态势感知，或干扰手段等战机能力对等的条件下，最终还会从中远距进入近距空战。诚然，实战中，双方战机难以完全避免从中远距转入近距。但试问，如果作战双方之间不存在代差等战机能力优势、战机数量差优势，或导弹等武器性能优势，进入近距空战岂不更像一场“鸡蛋互磕”游戏？作战的主要原则始终遵循以己之长攻敌之短，所以，此时最佳的选择是退出战斗，而不是近距缠斗。这样做，除了基于战术

10、的考量，费效成本和生存率也是重要因素。据美国一项政府评估显示，F-35A常规起降型战斗机单价为1.2亿美元左右，其平均每飞行小时成本约为24000美元，高出F-16战斗机10%左右。飞行训练、作战费用在哪个国家都不是一笔小数目。而众所周知，飞行员培养是以黄金来计量的。美国、土耳其空军举办“红旗”“安纳托利亚之鹰”演习的初衷也就是为了保证生存率。相比近距空战的巨大消耗，低成本、高回报的解决方案更受欢迎。近距空战已非必选项“五环理论”“非接触作战”等作战理论的出现和运用，改变着传统战争的面孔，不需“贴身肉搏”即可达到作战目的。“五环理论”跳出了结结实实与对方军队“茬一场架”的固定思维模式，直击要害

11、，空中战场“刺刀见红”的几率微乎其微。在“沙漠之狐”行动、科索沃战争和“持久自由”行动中，美军选取打击目标时，都遵从了“五环理论”，优先攻击敌方战略性的敏感、脆弱、关键节点，直捣黄龙。非接触战争促成了“打架容易见面难”的局面。远程武器装备高速发展，毁伤纵深不断增加，已然可以脱离短兵相接。在运用非接触作战样式时，空军可以不与敌方直接接触，远程实施打击。早在福克兰岛战争中，阿根廷空军2架攻击机在距英国舰队20千米处发射2枚“飞鱼”反舰导弹，击沉了英军“谢菲尔德”驱逐舰。值得关注的是，美军新近提出“作战云”概念，可借助云协同技术实现作战平台、传感器、武器系统等空战资源的整合优化，最大限度实现远程打击

12、空战效能，使对手处于看不见、打不着、来不及应对的被动局面。此外，未来战争中，激光能等新概念武器在空军战役层面的运用也更加倾向于具备精确毁伤能力，最终结果一招制敌几无悬念。事实越来越明朗，近距空战已渐行渐远2 .导弹滚动的滚动角速度与导弹作战当导弹滚动时，导弹的滚动角速度将与导引头的稳定平台耦合，导致导引头陀螺的输出具有基于真实1OS（视距）角速度的导弹滚动角速度相关的附加信号。基于1OS合成原理，分析了两帧导引头1OS角速度与导弹横滚角速度的耦合机理。为了消除耦合效应，采用卡尔曼滤波技术提取1OS角速度，建立了卡尔曼滤波方程，并通过仿真进行了验证。结果表明：导弹横滚运动影响陀螺输出，卡尔曼滤波

13、技术提取1OS角速度可以满足制导信息精度的要求。导引头是制导回路的测量敏感元件，它为制导系统提供目标相对于导弹在俯仰和偏航方向上的运动信息。三框架平台导引头可以隔离导弹体在俯仰、偏航和横滚三个方向上的运动，但其结构复杂，体积大；双框架平台导引头控制简单，体积小，但不能隔离导弹体在滚动方向上的扰动。导弹的滚动不仅带来了俯仰和偏航通道的耦合问题，还导致速率陀螺在平台上绕光轴旋转，从而带来了提取1OS角速度的问题。这个问题是可以解决的。相关报道显示，美国已在PAC3低速滚转导弹中应用了双框架雷达导引头。我国对滚动导弹与双导引头耦合机理进行了一些研究。分析了导弹横滚角速度对1OS角速度输出的影响，认为

14、当电轴方向与平台方向存在偏差时，导弹侧倾扰动会额外引入1OS角速度输出误差。在导弹横滚角小的假设下，研究了双通道解耦后的单通道控制问题。针对侧组转导弹的大横滚运动提出了一种前馈补偿方案，减小了在250/s横滚角速度干扰下横滚角速度对指令输出的影响。分析了导弹侧倾对导引头跟踪精度的影响，提出了横滚角速度的前馈补偿控制方案。分析了角速度及其垂直于1oS的分量，这是由于目标在导引头视场内移动时1OS相对于光轴的运动引起的。本文在已有研究的基础上，研究了导弹侧倾情况下1OS角速度的提取方法。卡尔曼滤波技术已广泛应用于状态估计、预测、数据平滑等。将卡尔曼滤波应用于目标跟踪，设计了导引头平台的卡尔曼跟踪模

15、型。卡尔曼滤波用于估计带有并联导引头的旋转导弹的1OS角速度。针对机动目标被动跟踪问题，利用卡尔曼滤波利用导引头角度信息估计制导信息。因此，考虑卡尔曼滤波可以解决导弹旋转时制导信息提取的问题。首先，基于运动合成原理，分析了导弹横滚对导引头平台上陀螺输出的影响，推导了导弹滚转与导引头陀螺输出的耦合机理；针对这一问题，提出卡尔曼滤波提取1OS角速度。建立卡尔曼滤波方程，利用估计状态量提取1OS角速度。最后，通过硬件在环仿真和数值仿真验证了本文提出的理论和方法。effTyphonw:WhatWeAreDe1iveringWEdeiveftoso1diersMid-RangeCapabi1ity(MR

16、C)FutureCapabi1ityTomahawkSM-6SM-6TomahawkMission:De1iveraninitia1prototypeMRCN1T4QFY23attheBattery1eve1aspartofthe1ongRangeFiresBatta1ioninsupportofMu1ti-DomainOperationsTransitionTeamTheEmbeddedTransitionTeamp1ans,programs,andsynchronizesa11activities/TSCZwkhzthedeve1opmentandsustainmentoftheMRCProgramofRecord(Porc)在实际工程中，当导弹体的横滚角速度较大时，横滚角速度会耦合到1OS