舰载战斗机多传感器协同探测模型设计与仿真.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月指挥控制与仿真 文章编号:()舰载战斗机多传感器协同探测模型设计与仿真李涛涛,高伟亮,王永坤,沈君宝,程 焕(中国人民解放军 部队,河北 邢台;海军航空大学青岛校区,山东 青岛;中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所,江苏 无锡)摘 要:为提升舰载战斗机多传感器协同探测作战效能,基于空中截击战情想定,按照作战空域从远到近,建立了舰载战斗机空域增程搜索、雷达一发多收、雷达红外融合探测、编队协同制导和雷达多波束探测场景模型。在超视距、中距和近距搜索阶段,重点对多传感器协同探测模式中的增程探测、探测及干扰和多波束探测进行了仿真分析。根据不同作战距离,创新性开展了作战流程下多传感
2、器协同探测模式设计。关键词:舰载战斗机;多传感器;协同探测;模型仿真中图分类号:文献标志码:,(,;,;,):,:;收稿日期:修回日期:作者简介:李涛涛(),男,工程师,研究方向为海军航空装备作战运用。高伟亮(),男,博士,副教授。在航母编队中,舰载战斗机担负着夺取海上制空权,打击敌方海上和海面目标,护卫母舰等重要任务,需要舰载战斗机具备更宽广、更灵活的态势感知能力。我国舰载战斗机已经装备红外探测系统、有源相控阵雷达等多型传感器系统,相继开展了协同作战关键技术研究,但对于多传感器协同探测作战模式的研究不多。舰载机平台内部的异类传感器之间可获取不同特性的信息,具有很好的互补性,编队协同探测能够有
3、效改变目标识别效果,但目前还没有很好的互相利用、互相支持来获取更精准的目标信息。各类传感器各自为战,导致整体探测效能在较低的水平上,还有较大的潜力可供挖掘。舰载战斗机协同探测典型作战场景建模 典型作战任务及环境舰载战斗机主要担负空中截击、巡逻、打击敌空中高价值目标、攻击敌水面舰艇、远程打击,以及对敌防空系统进行防空压制和对陆空中遮断等任务。舰载战斗机在执行任务时面临着严峻的作战环境,而舰载战斗机雷达、红外等传感器作为海面目标搜索及态势感知的载体,面临着恶劣的海上环境,需要面对潮湿高腐蚀环境、复杂多变海上气候带来的挑战。舰载战斗机以舰船编队为中心进行对海作战时,将面临来自海面、陆地、空中等多方位
4、电磁干扰、民用目标及虚假目标欺骗等复杂电磁干扰环境,尤其是舰载战斗机在进行海上舰艇目标搜索时极易遭遇敌方舰载干扰,造成误判,给目标探测、跟踪与识别带来较大的挑战。典型作战场景建模制空打击过程中,根据作战对象和敌我态势不同,舰载机编队作战样式包括空中截击、空中巡逻、空中护航三类。从作战使用过程来看,本文以空中截击作为典型制空场景分析,在航母编队作战系统的引导下,舰载机编队对来袭的敌方空中隐身机动目标实施拦截和攻击。接到空中截击作战任务后,母舰作战指挥中心派遣舰载战斗机群编队携带中距拦截空空导弹,从母舰起飞。舰载战斗机起飞 内可到距离母舰 处拦截线,对敌实施拦截。第 期指挥控制与仿真 按照空战区域
5、从远到近,雷达红外协同使用的流程分为超视距、中距和近距 个阶段。)超视距阶段:编队在超视距阶段时,采用空域增程搜索模式,即舰载机群编队协同对相同空域进行搜索,编队雷达红外再进行融合探测,从而增加编队的探测优势,空域增程搜索场景如图 所示。图 空域增程搜索场景 )中距阶段:当两者距离进一步接近时,舰载机群编队协同探测时可采用雷达一发多收、雷达红外融合探测模式,即载机 突前进行自发自收,载机 进行被动侦收,舰载机群编队一发多收,雷达红外融合探测场景如图 所示。图 编队雷达一发多收,雷达红外融合探测场景 ,随着双方距离逐渐缩小,载机 和目标双方均进入彼此的火控打击范围,载机 发射空空导弹攻击,舰载机
6、群编队协同制导时采用轮流接力制导模式,载机 实施攻击后立即脱离战场,由处于安全位置的载机 进行制导交接,直到顺利完成空空导弹末制导。编队协同制导场景如图 所示。图 舰载战斗机编队协同制导场景 )近距阶段:当载机在近距阶段面临三个目标时,载机可选择多波束探测模式,雷达多波束探测场景如图 所示。多传感器协同探测模式仿真根据舰载战斗机典型作战场景模型,依次在超视距、中距和近距阶段对舰载战斗机多传感器探测模式进行仿真。首先假设我方和敌方舰载战斗机编队雷达探测威力均为 ,空空导弹距离目标小于 时,就能自主探测到目标,即进入导弹末制导阶段。超视距搜索典型应用模式仿真超视距搜索阶段,射频探测协同工作模式主要
7、使图 雷达多波束探测场景 用无源定位、主被动探测、被动定位、增程探测和多发多收探测 类工作模式,接下来重点分析增程探测模 李涛涛,等:舰载战斗机多传感器协同探测模型设计与仿真第 卷式的使用情况。假设以双方相距 时,舰载战斗机编队探测到目标信息,此时,载机 速度为,载机 速度为,目标速度为,增程探测模式下应用场景仿真结果如图 所示。仿真图中,以载机 的初始位置为坐标原点,轴代表相对于载机 初始位置的东向距离,轴代表相对于载机 初始位置的北向距离。载机 和载机 的初始坐标分别为(,)、(,),飞行方向均为 方向,即正东方向,目标初始坐标为(,),飞行方向为 方向,即正西方向。图 增程探测模式下应用
8、场景仿真 当 时,双方以迎头态势进入,载机 和载机 进行自主探测,假设载机 和载机 不增程探测时的雷达探测威力为 ,增程探测后的雷达探测威力为 。当 时,载机 发射空空导弹,之后 时,目标以偏置角度 减小到 进行转向。时,目标以 速度、偏置角度进行加速撤离。到 时,载机 的空空导弹已进入末制导。之后,由于目标的快速机动,导弹未能命中目标。态势距离随时间变化关系如图 所示,轴代表仿真时刻,轴代表双方之间的距离。从图中可以看出,随着时间的变化,在增程探测模式引导下,在 时,载机 发射的空空导弹距离目标越来越近。当 时,载机 的空空导弹已进入末制导阶段,载机 和载机 顺利完成了火控制导任务。由于目标
9、大机动快速撤离,在导弹的末制导阶段,后,导弹与目标的距离逐渐增大,未能击中目标。通过仿真结果可知,如果在超视距阶段,舰载战斗机编队能够探测到敌方目标,若要对敌实施火力攻击,图 态势距离随时间变化关系 我方发射空空导弹后,在目标加速逃离期间,需要编队内舰载战斗机协同增程探测,才能保证火控制导的连续性。中距搜索典型应用模式仿真在中距搜索时,射频系统主要使用多波束侦收、闪烁探测、探测、掩护探测、协同搜索、融合跟踪、探测及干扰和猝发探测 类工作模式,接下来重点分析中距阶段探测及干扰模式的使用情况。当舰载机编队在中距阶段探测到目标时,载机 和载机 采取的协同战术为载机 前置发射空空导弹攻击后撤离、载机
10、对目标进行边探测边干扰,在制导它机导弹的同时破坏目标对载机 的火控攻击。探测及干扰模式下应用场景仿真结果如图 所示。图 中,以载机 的初始位置为坐标原点,轴代表相对于载机 初始位置的东向距离,轴代表相对于载机 初始位置的北向距离。假设载机 和载机 初始坐标分别为载机(,),速度为 ,载机(,),目标和载机速度为,飞行方向均为 方向,即正东方向。目标以初始坐标为(,),速度、飞行方向为 进入,即自东向西方向进入。由此,起始时刻双方以迎头态势进入。随着双方距离逐渐减小,载机 和目标双方均进入彼此的火控打击范围内,在 时,由载机 发射空空导弹攻击,此时载机 距离目标为 ,之后载机 以 偏置角度进行脱
11、离。在 时切换成 反向脱离,载机 在此过程中持续使用边探测边干扰模式。考虑到载机 在完成火控攻击后与目标处于较近距离,为提升自身平台生存能力,需要以大机动方式脱离目标,而在此作战态势下,目标有可能重点攻击载机第 期指挥控制与仿真 图 探测干扰模式下应用场景仿真 ,目标快速追击载机。因此,在 时,载机 与目标的距离仍在逐渐缩小,但载机 与目标的距离始终大于 。在 后,载机 采取 反向脱离,同时目标仍在向载机 方向靠近,所以双方距离基本保持不变。在载机 脱离战场过程中,需要载机 在 距离段提供对目标的边探测边干扰。在 时,我方的空空导弹已进入末制导,此时载机 和载机 与目标的距离均超过 ,在 时,
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