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1.2 机载导弹作战程序

1.2.1 空空导弹作战程序

国内外空战研究结果表明,空战中的交战双方都是在中远距离,利用空空导弹从迎面攻击开始的;超视距空战概率达70%以上,只有不到30%的情况下才进入近距格斗空战。在交战双方空中力量悬殊的情况下,超视距空战的比例甚至可达到95%以上。为此,国外第三代军机技术的改进和新型第四代战斗机都非常重视提高超视距空战能力。目前,超视距空战技术基本发展成熟,战斗机普遍具备多目标攻击能力。

早在20世纪50年代,美国海军就首先提出了多目标攻击的概念,70年代研制成功了世界上第一个由AWG-9武器控制系统和AlM-54“不死鸟”空空导弹组成的多目标攻击武器系统,并装备在了F-14战斗机上。该系统能同时跟踪24个目标,同时攻击其中的6个目标。随后,美国等军事强国先后在F-15C/D、F-16C/D、F-22、幻影2000-5、苏-35、米格-31等飞机上装备了多目标攻击系统,基本情况如表1-3所示。

表1-3 多目标攻击发展现状

空空多目标攻击是一架飞机同时攻击多个空中目标;或两架、两架以上飞机协同,同时攻击多个空中目标。它是现代先进战斗机的一种重要的功能。多目标攻击技术分为:单机自主式多目标攻击,多机协同式多目标攻击。

具备中远距多目标攻击能力的飞机,能有效地反击来自空中多架飞机和巡航导弹的攻击,达成以少胜多、以技术优势对付数量优势的战术目的。同时,空对空多目标攻击在同一时间内利用多枚导弹攻击空中多个目标,实现了速战速决,可缩短我机暴露在战场上的时间,这样就可以减少我方的风险和损失。

空空导弹完整的作战程序应该从发起战斗开始到毁伤目标结束,整个作战过程一般需要航空作战体系进行全过程支撑,具体可分为起飞引导阶段、空中搜索阶段、目标跟踪和制定攻击计划阶段、攻击准备阶段、攻击阶段和退出攻击阶段(脱离)。在一定意义上可以说,战斗机空战过程基本上就是空空导弹的作战使用过程,因此,研究导弹抗干扰技术必须分析战斗机的空战过程以及其所处的空战环境和条件。

1.起飞引导阶段

超视距空战初始阶段,交战双方从各自执行的作战任务(战区巡逻、地面升空截击等)中脱离;由地面指挥系统或空中预警机按预定作战方案及战术要求,通过数据传输系统将飞机引导到作战空域并占据有利位置,使其航向尽快对准预定目标区域。

2.空中搜索阶段

作战飞机进入作战空域后,依靠机载雷达或红外搜索跟踪系统,对指定区域进行搜索。

3.目标跟踪和制定攻击计划阶段

在搜索阶段如果雷达发现目标,则进入目标跟踪和制定攻击计划阶段。在此阶段,为了实现多目标攻击,雷达一般工作在边扫描边跟踪(TWS)状态,以实现对多个目标的跟踪。

对于被跟踪的多个目标,机载火控计算机应进行一系列的决策分析,以选择要攻击的目标,确定攻击的顺序,并选择相应的导弹。这就是所谓的:目标威胁等级判断,攻击排序,目标—导弹配对。

一般情况下,确定欲攻击目标的先后顺序的前提是,载机应能正确地判断各个目标对本机遂行作战任务的威胁程度,优先攻击对本机威胁较大的目标,以保全自己。

目标威胁等级的判断应考虑目标的类型,目标的作战能力,目标的距离、速度、高度、航向等战术信息,以及本机作战能力、友机状态和战场的动态态势。

最简单的威胁等级判断则只考虑目标相对于本机的距离与速度这两个因素,威胁等级与目标距离成反比、与相向速度成正比。

确定攻击目标的优先顺序时除应该考虑上述目标威胁等级外,还应该考虑目标是否被稳定跟踪,目标是否在导弹发射区内,目标是否满足雷达照射兼容条件,以及载机相对于目标能否有效地完成飞机操纵等因素。

例如,在确定攻击优先顺序时可以选用以下指标:

(1)解算所有欲攻击目标的导弹攻击区,无攻击区的目标不列入攻击计划;

(2)对目标进行雷达照射兼容性检查,满足照射条件的目标相对权重大,向前优先排序;

(3)判断目标的威胁等级,威胁等级越高的目标其优先权越大;

(4)进行载机操纵指令计算,对不能完成有效操纵的目标,不能列入攻击计划;

(5)需强制性攻击的目标具有最高优先级。

4.攻击准备阶段

在攻击准备阶段进行多目标攻击时,火控计算机根据被攻击的多个目标的位置、速度、高度、过载和载机的状态等参数,计算各个目标的导弹攻击区、雷达照射兼容性、无线电修正指令的照射条件,从多个可攻击区的交集中寻找载机的最佳飞行轨迹并计算载机操纵指令。

可攻击区的交集(多目标攻击导弹攻击区)要能保证照射到被选定攻击的每一个目标,并且保证每一枚导弹都可以接收到无线电修正指令。为此,必要时需要调整雷达的扫描中心、扫描方式(范围、行数)及载机的飞行速度,以满足同时攻击多个目标的要求(即保证可攻击区的交集存在)。

此外,还必须同时准备多枚导弹,计算并装定多枚导弹的飞行任务数据,主要包括:载机火控系统向导弹发送制导系统的初始信息、指令以及目标的速度、距离、方位等;载机还为导弹供电,发出“准备”、“发射”指令并确保导弹的发射;载机火控计算机根据目标参数对必需的信号进行处理,并向导弹惯性控制系统的数字计算机传输有关目标指示和飞行任务信息,以便供导弹惯性控制系统工作和引导导弹攻击目标。

机载导弹武器系统为了能进行对多个目标的攻击并使攻击目标的数目最大,应设计载机的操纵指令,自动进行飞行操纵或辅助飞行员进行载机的操纵。

雷达照射兼容性检查是指,在攻击前的多目标跟踪阶段和导弹发射后的半主动雷达制导阶段或指令惯性制导阶段,确保欲跟踪和欲攻击的目标在载机火控雷达的照射之内。某个目标是否满足照射兼容的条件,其直接判断依据是,该目标是否处于雷达的扫描空域内。

照射兼容管理的基本原则如下:

(1)优先给予正在攻击的目标的照射兼容性,尤其应将照射兼容性给予攻击权重最大的目标;

(2)对于欲攻击的目标,尽量保持雷达照射,防止已被跟踪目标的逃逸;

(3)要注意搜索新的目标。

实际上,目标的雷达照射兼容性是动态的,它和雷达的扫描中心、载机的操纵以及攻击的优先顺序是紧密地联系在一起的。目标照射兼容性检查一般由战术管理程序自动判断,并与雷达扫描中心计算、攻击逻辑计算和载机操纵指令计算交联在一起,计算的结果通过战术显示系统显示,以提示飞行员据此进行飞机操纵。

雷达扫描中心可以是所有目标或欲攻击目标的位置中心,也可以是部分重点目标的位置重心,还可以是某个重点攻击目标。为了进行多目标攻击,机载导弹武器系统必须考虑雷达天线扫描中心的指向与定位问题。

雷达扫描中心指令计算的要求如下:

(1)中心所确定的雷达扫描空域应包含全部攻击目标及尽可能多的邻近目标;

(2)应优先保证对重点攻击目标的连续、可靠照射;

(3)防止已被跟踪的欲攻击重点目标的逃逸。

一方面,雷达扫描中心指令要传送给雷达天线伺服机构,使雷达天线的扫描自动满足照射要求;另一方面,该指令也要通过战术显示系统反馈给飞行员,协助飞行员有效地操纵飞机,实现可靠的跟踪与攻击。

在实际战术应用之中,指向重点目标的扫描中心一般由飞行员人工操纵天线扫描功能键来确定;而在扫描中心的自动定位中,一般采用预测目标位置的加权中心作为天线扫描中心。

5.攻击阶段

这一阶段是多目标攻击过程中最为复杂的阶段。火控系统要计算飞机的最佳飞行轨迹,要计算向各个目标发射导弹的条件和对发射的导弹的无线电修正指令数据。同时,还要监视空情。例如,在最后一枚导弹发射之前,空域中如果还有更危险的目标,那么应该立刻改变原先的攻击计划,放弃原先确定攻击的最后一个目标,转而攻击新出现的更危险的目标。

导弹在发射后,首先进入无控飞行或程控飞行阶段,确保机弹安全;然后进入自主飞行的惯性制导阶段,这时要对导弹和目标的相对位置进行计算,根据惯性组件信息及导弹发射前存储的信息估算出加速度、速度以及与目标之间的距离等信息。惯导系统根据发射前存储的信息和载机沿无线电校正线路传来的信息形成控制指令输往舵机,消除飞行误差。惯导系统根据导引头截获距离和对“导弹—目标”距离及接近速度的估算,让导引头接通发射机,准备导引头截获目标;接着根据目标的方位、距离,导弹导引头转向目标,并截获目标。当导引头截获目标后,把由导引头测量的目标视线角速度及目标方位角等信息输送给控制系统,参与对导弹的控制,使导弹准确飞向目标;最后在战斗部杀伤范围内,引信引爆导弹战斗部摧毁目标。

简单地说,火控系统工作在边瞄准、边跟踪、边发射、边制导、边监视空情的状态。

6.退出攻击阶段

在这一阶段,载机完成导弹发射和制导(或指令修正)任务后脱离,以便转入下次攻击或退出交战。

可见,多目标攻击需要完成对空中多个目标的同时跟踪和目标识别,制定多目标计划,进行目标威胁等级判断、攻击排序及火力分配、雷达照射兼容性检查,计算雷达扫描中心、飞机最佳导引航迹及操纵指令。在第一枚导弹发射后,边瞄准、边跟踪、边制导、边监视空情。在整个过程中,空空导弹作战使用与体系支撑密不可分。因此,对于空空导弹抗干扰方法和技术的研究,要充分考虑导弹武器系统的作战过程和特点。

1.2.2 空地导弹作战程序

各型空地导弹的作战程序各有特点,典型的作战阶段划分如下 [5]

1.任务数据加载阶段

在这一阶段,任务规划数据通常以DTC(数据传输)卡的形式加载至机载火控系统。

2.地面挂装和检查阶段

在这一阶段,空地导弹挂载于飞机的相应挂点。初始的空地导弹由载机多功能显示器的周边键进行手动加载,或由载机直流电源l供电后自动加载,并传送给显控台显示。

3.参数加载阶段

在参数加载阶段,需要DTC卡向载机加载如下数据:目标信息、战斗部信息和发射点信息等。

4.机弹地面协同检查阶段

1)直流电源l供电

空地导弹自检应在机载火控系统自检正常后,在地面挂机条件下进行。自检应在多枚空地导弹上同时进行。机载火控系统应将直流电源l同时供到所有悬挂的空地导弹上,对空地导弹的惯性测量组件、综合控制计算机、静压传感器、战斗部识别模块等供电。

首先让空地导弹进行自检、射检,完成后,机载火控系统再向空地导弹发送参数装定指令;空地导弹在接收到参数装定指令后,立即向机载火控系统回告参数装定状态,并对装定的任务数据进行判读。参数装定完成后,空地导弹向机载火控系统回告参数装定结果。

空地导弹参数装定完成后,机载火控系统通过按键选择,向空地导弹发送惯导对准数据;空地导弹收到惯导对准数据后,立即向机载火控系统回告惯导对准状态。对准完成后,空地导弹向机载火控系统回告惯导对准结果。

在空地导弹自检完成后,可根据需求向机载火控系统发送星历数据下传请求;机载火控系统收到星历数据下传请求后,向空地导弹发送星历数据。同时,进入发射后,机载火控系统不再响应星历数据下传请求;若正在进行星历数据下传,则终止下传。

2)模拟发射

空地导弹在完成自检、射检、参数装定、惯导对准等流程后,载机火控系统对空地导弹进行模拟发射;模拟发射完成后,手动切断空地导弹供电,地面协同检查完成。

5.空中武器准备阶段

在这一阶段,载机起飞、爬升,飞行员操纵飞机按任务航线飞行;在飞机进入战区前,向一枚或同时向两枚空地导弹用直流电源l供电;控制空地导弹完成自检、射检、参数装定和惯导对准等火控流程后,进行目标号和航路号选择。通常,空地导弹的空中武器准备过程同地面协同检查流程一致。

6.发射阶段

在战斗状态下,满足发射条件时,载机火控系统提示允许射击,这时可扣动扳机,完成空地导弹的实战发射。发射完成后,载机可返航或继续执行其他作战任务。

空地导弹实战发射流程如图1-1所示。

图1-1 空地导弹发射流程

7.目标捕获阶段

当导弹执行任务流程中包含人工捕控功能时,导弹向载机通过数据链传输图像或其他形式的数据流,提供给载机飞行员进行对目标的人工捕控;飞行员执行对驾驶舱内屏显的“宽视场/窄视场”、“冻结/解冻”、“锁定/解锁”等操作,以完成对攻击目标的锁定。完成任务后,载机返航。

1.2.3 干扰条件下的作战程序

发射机载导弹摧毁空中目标是一个复杂的过程和事件,它的基本特征是事件的发生概率,或者摧毁目标的概率(通称杀伤概率)。下面以空空导弹为例分析在干扰条件下机载导弹的作战程序。

在给定条件下,杀伤概率可以表征空空导弹武器系统完成的主要任务,即拦截目标的有效程度。导弹武器的杀伤概率表达了导弹射击的有效性,它是武器系统整个作战过程中,各个阶段完成任务概率的乘积。通常,某阶段完成任务的概率与前一阶段事件的发生有关,这就要用条件概率表示。一般情况下,机载导弹武器系统的设计指标为:在给定的空域,对给定的目标单发杀伤概率要求在80%以上;两发导弹的杀伤概率应达90%以上,它将对空中目标构成严重的威胁。不过,为争夺制空权,保护自己的飞行器免于被击毁,几乎所有的现代飞机都携带了各种电子干扰设备,导致机载导弹武器面临愈来愈严重的电子干扰环境。

在干扰条件下,空空导弹武器系统作战的一般程序如下 [9]

(1)机载导弹武器开始工作,机载雷达开机后进入目标搜索状态,接受预警系统(如预警机)提供的信息;连续搜索目标,发现目标后,建立多目标跟踪;作战编队对空域目标进行分配,选定攻击目标。

(2)敌机载雷达侦察报警接收机发现我方雷达搜索,并对接收到的雷达信号进行分选、识别和威胁告誓。

(3)电子干扰载机实施噪声干扰。

(4)机载雷达被压制,无法捕获目标,立即关机。如果机载雷达具有抗干扰能力,则仍能获取目标大致航迹,并继续搜索目标。

(5)雷达转入多目标跟踪状态,根据威胁目标信息,对选定目标进行小范围搜索;捕获并稳定跟踪目标,也可进入单目标跟踪状态。

(6)目标发现被机载雷达跟踪,一级威胁告警,实施欺骗干扰和投放箔条干扰以掩护目标机动。

(7)机载雷达无法捕获目标或被欺骗,因而失去目标;雷达进行再次搜索或采取辅助跟踪措施(光学或红外跟踪)。如果机载雷达具有抗干扰能力,则能继续获取目标方位和运动规律;经火控推算,对导弹导引头和惯导系统参数进行预装定,并准备发射导弹;

(8)发射导弹,根据需要进行多目标攻击或单目标攻击。

(9)目标发现导弹发射,且接收到寻的制导或指令制导信号。

(10)目标采取紧急措施,施放假目标或实施回答式欺骗干扰,并采取机动回避措施。

(11)导弹无线电制导设备被干扰,导弹偏离目标。如果制导设备具有足够的抗干扰能力,则能保证导弹按预定的控制轨道飞行。

(12)导弹无线电引信开机工作。

(13)目标处于危险状态,对引信实施干扰,并加速机动、躲避;导弹引信被干扰,导弹战斗部早爆或晚爆。如果引信具有足够的抗干扰能力,则能在给定的杀伤区范围内,引爆战斗部并摧毁目标。

上述作战过程表明,无论是空空导弹武器系统还是空地导弹武器系统,导弹武器任一使用电磁频谱的设备均可能因为受到干扰而影响武器杀伤概率;严重时,将使导弹武器失效。例如,机载雷达被压制,则无法发现或识别目标;跟踪、中制导阶段如果雷达被欺编,将使导弹偏离目标等。与抗干扰相关的作战环节包括:目标指示雷达、目标跟踪制导雷达、导弹导引头、数据链、近炸引信等。其中,目标指示雷达和目标跟踪制导雷达是参与导弹协同制导的机载雷达,它们通过数据链传递目标攻击信息;而数据链还参与导弹和载机之间作战信息传递。因此,为保证军方提出的电子干扰环境中的杀伤概率,必须重视导弹武器各个无线电环节的抗干扰措施。 fGsDvCYSgMJ/Nm64OkIW1RyW+Af8/jr8xCErVI7JFQkTiyOBYYCIau2aYhjsn+K9

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