空地反辐射导弹命中精度分析研究.pdf

哈尔滨工业大学硕士学位论文空地反辐射导弹命中精度分析研究姓名：****请学位级别：硕士专业：航天工程指导教师：**刚;姜殿元2000.7.1摘要＼／ｌｒ随着雷达及防空武器性能的不断提高，由雷达、防空导弹及高炮组成的防奎钵系严重威胁着执行空中任务的飞机及对陆攻击导弹的生存。而雷达是防空体系中的最重要的组成部分，雷达一旦被摧毁，整个防空系统将陷入瘫痪状态。空地反辐射导弹是一种用于对地面雷达进行硬杀伤的防空压制武器，它利用被动雷达导引头接收目标雷达的电磁辐射信息并导引导弹自动地飞向被攻击的目标。在攻击过程中，一旦雷达采取突然关机的措施，导弹将失去目标信息，造成攻击效肫变坏。因此抗雷达关机能力是衡量反辐射导弹作战性能的关键技术之一。７本文研究了某型空地反辐射导弹对抗雷达关机的基本原理，提出了一种被动雷达寻的复合捷联惯导的抗雷达关机方案，并应用推广卡尔曼滤波方法解决了抗关机方案中惯性基准轴建立这一关键问题。还建立了空地反辐射导弹的运动数学模型，其中导弹的姿态运动采用四元数方法描述，同时给出了雷达不关机和关机两种情况下相应的制导控制信号。在此基础上，对反辐射导弹的有控飞行过程进行了全弹道数字仿真，并结合具体的工程背景，采用Ｍｏｒｔｔｅ－ＣａｒＩｏ方法对空地反辐射导弹的命中精度分析问题进行了重点研究。本文的研究成果对我国反辐射导弹的工程研制具有重要参考价值。关键词反辐射导弹：复合制导精度分析：卡尔曼滤波ＡｂｓｔｒａｃｔＷｉｔｈｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｍｐｒｏｖｉｎｇｏｆｒａｄａｒｓａｎｄａｎｔｉａｉｒｃｒａｆｔｗｅａｐｏｎｓ，ｔｈｅａｎｔｉａｉｒｃｒａｆｔｓｙｓｔｅｍｓｃｏｎｓｉｓｔｏｆｒａｄａｒｓ，ｍｉｓｓｉｌｅｓａｎｄａｒｔｉｌｌｅｒｉｅｓａｒｅｔｈｒｅａｔｅｎｉｎｇｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆａｉｒｐｌａｎｅｓｏｎｔｈｅｔａｓｋａｎｄｍｉｓｓｉｌｅｓａｔｔａｃｋｉｎｇｔａｒｇｅｔｓｏｎｔｈｅｇｒｏｕｎｄｓｅｒｉｏｕｓｌｙ．Ｒａｄａｒｓａｒｅｔｈｅｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｕｎｉｔｓｉｎｔｈｅｄｅｆｅｎｓｅｓｙｓｔｅｍｓ．Ｉｆｒａｄａｒｓａｒｅｄｅｓｔｒｏｙｅｄ．ｔｈｅａｌｌｓｙｓｔｅｍｓｗｉｌＩＩｏｓｅｔｈｅａｎｔｉａｉｒｃｒａｆｔａｂｉｌｉｔｉｅｓ．Ｔｈｅａｉｒ．ｔＯ．ｓｕｒｆａｃｅａｎｔｉｒａｄｉａｔｉｏｎＭｉｓｓｉｌｅｉｓａｋｉｎｄｏｆｗｅａＤｏｎｓｕｓｅｄｔｏａｔｔａｃｋｒａｄａｒｓｏｎｔｈｅｇｒｏｕｎｄ．Ｉｔｃａｎｄａｍａｇｅｔｈｅｒａｄａｒｄｅａｄｌｙａｎｄｓｕｐｐｒｅｓｓｔｈｅａｎｔｉａｉｒｃｒａｆｔｓｙｓｔｅｍｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｉｔｓ’ｐａｓｓｉｖｅｒａｄａｒｓｅｅｋｅｒＣａｎｒｅｃｅｉｖｅｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｒａｄｉａｔｉｎｇｆｒｏｍｔａｒｇｅｔｓａｎｄｇｕｉｄｅｔｈｅｍｉｓｓｉｌｅｆｌｙｉｎｇｔｏｒａｄａｒｓａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ．Ｉｎｔｈｅａｌｌａｔｔａｃｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｉｆｔｈｅｒａｄａｒｓｓｔｏｐｗｏｒｋｉｎｇ，ｔｈｅｍｉｓｓｉｌｅｗｉｌｌｌｏｓｅｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔａｒｇｅｔｓ．Ｔｈｅｆｉｇｈｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｍｉｓｓｉｌｅｗｉｌｌｂｅｒｅｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅａｂｉｌｉｔｙａｇａｉｎｓｔｔｈｅｒａｄａｒｓｔｏｐｐｉｎｇｗｏｒｋｉｎｇｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｔｏｗｅｉｇｈｔｕｐｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａｎｔｉｒａｄｉａｔｉｏｎｍｉｓｓｉｌｅｓ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｔｏｒｅｓｉｓｔｒａｄａｒｓｓｕｄｄｅｎｃｌｏｓｉｎｇｉｓｓｔｕｄｉｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ａｃｏｍｂｉｎｅｄｇｕｉｄａｎｃｅｍｅｔｈｏｄｏｆｐａｓｓｉｖｅｒａｄａｒｈｏｍｉｎｇｗｉｔｈｉｎｅｒｔｉａｌｇｕｉｄａｎｃｅｉｓｓｅｌｅｃｔｅｄｔｏｗｏｒｋａｇａｉｎｓｔｒａｄａｒｓｓｔｏｐｐｉｎｇｒａｄｉａｔｉｎｇ．Ｔｈｅｇｕｉｄａｎｃｅａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｉｇｎａｌｓｏｆｔｈｅｍｉｓｓｉｌｅｗｈｅｎｒａｄａｒｒａｄｉａｔｉｎｇａｎｄｓｔｏｐｐｉｎｇｒａｄｉａｔｉｎｇａｒｅｇｉｖｅｎ．Ａｓｔｈｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔｏｆｔｈｅｉｎｅｒｔｉａｌａｘｉｓｉｓｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｓｃｈｅｍｅｓｏｆｃｏｍｂｉｎｅｄｇｕｉｄａｎｃｅｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｅｘｔｅｎｄｅｄＫａｌｍａｎｆｉｌｔｅｒｉｓｕｓｅｄｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｋｅｙｐｒｏｂｌｅｍｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ．１１１ｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｔｉｏｎｍｏｄｅｌｓａｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄｔｈｅａｔｔｉｔｕｄｅｍｏｔｉｏｎｉｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄｂｙｑｕａｔｅｍｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．Ｉｔｔｅｒｍｓｏｆｔｈｅａｌｌａｂｏｖｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｓ，ｔｈｅａｌｌ－ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｌｉｇｈｔｐｒｏｃｅｓｓｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ｉｎｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｔｈｅｇｕｉｄａｎｃｅａｎｄｓｈｏｏｔｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｏｆａｎｔｉｒａｄｉａｔｉｏｎｍｉｓｓｉｌｅｓｉｓｓｔｕｄｉｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｌｙｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅＭｏｎｔｅ－ｃａｒｌｏｍｅｔｈｏｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒｃａｒｌｐｒｏｖｉｄｅｓｏｍｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｅｆｅｒｅｎｃｅｖａｌｕｅｓｆｏｒｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔｒｅｓｅａｒｃｈｗｏｒｋｏｆｔｈｅａｎｔｉｒａｄｉａｔｉｏｎｍｉｓｓｉｌｅｓｏｆＯｕｒｃｏｕｎｔｒｙ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＡｎｔｉｒａｄｉａｔｉｏｎＭｉｓｓｉｌｅ；ＣｏｍｂｉｎｅｄＧｕｉｄａｎｃｅ；Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ＧｕｉｄａｎｃｅａｎｄＳｈｏｏｔｉｎｇＡｃｃｕａｒｃｙ；ＫａｌｍａｎＦｉｌｔｅｒ第１章绪论１．１反辐射导弹的用途及特点１．１．１反辐射导弹的用途及其定义在现代战争条件下，随着导弹武器和雷达技术的迅速发展，地空导弹已成为对空防御的主要武器。大口径高炮也由于配备了带有雷达的火控系统，其防空能力大大提高，由地空导弹和大口径高炮及高性能雷达所组成的防空系统构成了一种强大的防空体系，它具有作战纵深大、命中精度和作战效能高、机动性能好等优点，严重地威胁着执行空中任务的各种飞机和执行对地 攻击任务的巡航导弹、战术弹道式导弹及其它各种对地对海攻击导弹的生存。 执行空中任务的飞机和执行对陆对海攻击任务的导弹如果没有一种有效的防 空压制系统，必将招致巨大的损失，甚至使空中和对陆对海攻击任务归于失 败。 从中东、马岛、海湾及科索沃几次大规模的现代战争中可以看出，现代 防空系统有两个明显的特点：一是防空火力以先进的地空导弹为主，以大口 径高炮为辅：二是现代防空系统的防御作战效果取决于防空系统中雷达的性 能。目前在防空系统中应用的雷达主要有远程警戒雷达、地面导引雷达、炮 瞄雷达及地空导弹跟踪制导雷达，担负着对空警戒、搜索发现目标、提供目 标运动参数等各种数据、制导导弹和指挥高炮对目标实施攻击等重要作用， 因此防空系统中雷达一旦被摧毁或因迷盲而失去作用，预警及指挥系统就将 失灵，整个防空系统就将陷入瘫痪状态。可见防空压制的主要任务就是要压 制敌方防空系统中的雷达，使其失去应有的作用。 防空压制的手段主要有采用电子对抗措施的软杀伤和采用武器系统摧毁 雷达的硬杀伤。使用电子对抗措施对雷达进行欺骗、干扰、迷惑，可暂时地 使雷达完全或部分失去作用，但并不能对其造成直接的破坏。而且随着电子 技术的发展，相继出现了如脉冲压缩、合成孔径、频率捷变等新的雷达技术， 使雷达的抗干扰能力大大增加，所以采用电子对抗措施很难真正起到压制敌 方雷达的作用。 若采用武器系统对雷达予以摧毁，可使敌方防空系统在相当长的时间内 陷入瘫痪，达到真正的防空压制目的。而雷达作为暴露在地表的一种比较脆 弱的目标，自然很多武器都可将其摧毁，但从目前世界各国防空压制武器的 研制、装备情况及以往实际战例来看，摧毁雷达的最为有效的硬杀伤武器是 ＡＲＭ反辐射导弹（Ａｎｔｉ．ＲａｄｉａｔｉｏｎＭｉｓｓｉｌｅ），或称反雷达导弹。 反辐射导弹可做如下定义：反辐射导弹是由其被动雷达导引头截获跟踪 目标雷达（或其它电磁波辐射源）的电磁辐射信号，并形成制导信息引导导 弹飞行直至命中摧毁目标雷达或其它电磁波辐射源的被动寻的式电子战硬杀 伤武器。其主要用途是摧毁正在工作着的各种雷达及有源电磁辐射设备，对 来自于陆上、海上及空中的防空攻击都具有明显的压制和破坏作用。通过采 用反辐射导弹对防空系统中的雷达予以摧毁，可达到清理突防走廊、压制防 空、空中自卫等多种目的，从而保证执行空中任务的飞机及对地对海攻击导 弹的生存条件。顺利完成战斗任务。 １．Ｉ．２反辐射导弹的特点 反辐射导弹属被动自寻的式制导武器，它具有以下一些主要优点【１１１２１［３１： １．由目标雷达发出的电磁波辐射，对弹上被动雷达导引头来说是单程信 号传输。导引头接收的信号功率强，作用距离远，可在防区外对目标雷达实 施攻击： ２．由于采用被动跟踪方式，本身不辐射电磁信息，隐蔽性能较好： ３．在攻击目标时，随着目标距离的逐渐缩短，信噪比得到改善，能保证 较高的命中精度； ４．可采用宽频带被动雷达导引头或可互相替换的多个窄频带导引头覆盖 较大的频率范围，目标截获及分选能力强，可跟踪攻击多种雷达，目标适应 性强； ５．独立作战和环境适应能力强，可全天候使用： ６．可从雷达的主瓣、副瓣及背瓣实施全方位攻击： ７．多采用计算机控制，智能化高： ８．弹上设备简单、重量轻、功耗小。 反辐射导弹的优点是十分突出的，但也存在一定的局限性，一是它对目 标的依赖性强，若目标雷达采用参数捷变、多点源诱偏等对抗措施，可使其 命中精度下降：特别是一旦目标雷达采用突然关机的对抗措旄，会使导弹失 。。，。。，，』髦塑圣垒垒望呈藿鍪圭茎彗鳖呈。，，。。。，；ｅｓｅ＝＝ｓ＝一 去目标信息。攻击效能会显著降低。二是超宽频带被动雷达导引头的灵敏度 及测角精度受到一定限制，进而影响采用宽频带被动导引头导弹的命中精度。 当然随着攻防对抗的互相促进，通过对反辐射导弹制导体制的不断完善， 如采用目标记忆和复合制导等措施，提高了其抗干扰和对抗关机能力，反辐 射导弹的作战性能不断提高，已成为一种对目标雷达能起到真正致命攻击作 用的防空压制武器。 １．２反辐射导弹的组成及作战使用方式 １．２．１反辐射导弹的组成 反辐射导弹由导引头、控制系统、引信、战斗部、发动机、弹体组成 如图１．１所示。 茬■曩蠢 图１．１反辐射导弹结构图 ＦｉｇｕｒｅＩ・ １ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｄｒａｗｉｎｇ ｏｆＡｎｔｉ－ｒａｄｉａｔｉｏｎＭｉｓｓｉｌｅ １．被动雷达导引头（Ｐａｓｓｉｖｅ ＲａｄａｒＳｅｅｋｅｒ－ＰＲＳ） 它是反辐射导弹的首要关键部件和关键技术，用于截获目标雷达的电磁 波辐射信号，实时检测出导弹与目标霄达的方向角信息，输送给控制系统， 控制导弹实时跟踪直到命中目标雷达。 ＰＲＳ由天线、接收机、信号分选与选择系统、指令控制放大器组成【”， 如图１．２所示。 图１．２ＰＲＳ原理方框图 Ｆｉｇｕｒｅｌ—２ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ Ｄｉａｇｒａｍ ｏｆＰａｓｓｉｖｅＲａｄａｒＳｅｅｋｅｒ 一般ＰＲＳ采用单脉冲体制，可以采用比幅体制也可采用比相体制，可采 用高效直接检波体制也可采用超外差体制（４Ｊ。 超宽频带的ＰＲＳ的天线采用平面螺旋天线或曲折臂天线，用四单元天线 和波束形成网络形四波束，提供后续比幅的四个信号，两两形成方位方向信 息和俯仰方向信息或者四个单元天线两两形成干涉仪的相位信息，提供鉴相 信号，形成方位方向信息和俯仰方向信息。经过接收机的信息变换和放大以 及数字信号处理，形成控制系统所需的控制信号。 导引头中的信号分选与选择系统，用于完成在复杂的电磁环境中的信号 分选与选择要攻击的目标。该部分还有控制电路，配合导弹计算机数据库实 现自卫、随机、预编程等三种战斗使用方式１４Ｊ。 ２．控制系统 控制系统是用控制指令修正导弹弹道，通过舵机产生控制力矩控制导弹 使之对准目标雷达，正确跟踪直至命中。 ３．战斗部 反辐射导弹的战斗部一般采用烈性炸药以及破片外壳的结构，在尽可能