艦載防空武器攔截零捷徑空中目標試驗系統＊

（1.解放軍92941部隊 葫蘆島 125001）（2.中船重工集團江蘇自動化研究所 連云港 222006）

1 引言

攔截空中飛行目標試驗是艦載防空武器系統試驗與鑒定過程中一項重要的試驗項目，其目的是考核武器系統在接近實際使用條件下，對典型目標射擊的命中概率是否達到要求，為分析武器系統毀傷概率和綜合效能提供參考［1］，為武器系統定型和改進提供試驗依據。目前艦艇面臨的主要威脅來自掠海飛行的超音速反艦導彈，為了考核武器系統對反艦導彈的毀傷能力，常常采用超音速的靶彈替代反艦導彈作為空靶，這種試驗要求靶彈的物理特性、運動特性及環境特性與反艦導彈盡可能相似［2］，特別是在飛行速度、飛行高度、航路捷徑等方面要求更為嚴格。多年來艦載防空武器系統攔截靶彈試驗一直面臨一個不可回避的問題，那就是靶彈模擬反艦導彈的真實程度與試驗安全之間的矛盾問題。如果模擬程度較高，除飛行速度、高度與實彈一致外，靶彈的航路亦應與實彈相同即航路捷徑為零，但靶彈零捷徑的飛行方式勢必對己艦或試驗陣地的安全造成嚴重危脅；如果為了保證安全給靶彈留有一定距離的航路捷徑，則模擬的真實程度不夠，特別是靶彈距離較近時，靶彈的反射面積、受打擊的橫截面積均比零捷徑情況增大，試驗結果的可信度將大大降低，無法達到試驗的預期目的。

近年來，艦載防空武器攔截空中目標試驗方法一直在進行適應性改進，試驗所用的空中目標從無人機［3］、拖靶發展到現在的超音速靶彈，速度從每秒幾十米達到幾馬赫，航路捷徑從一千米減小到幾百米。盡管如此，受試驗安全問題的困擾，攔截航路捷徑為零的空中飛行目標試驗始終沒有進行，安全問題已成為防空武器性能試驗與鑒定的瓶頸。曾有學者提出建設海上遙控平臺承載防空武器攔截零捷徑空中目標試驗系統的構想［4］，但由于此系統采用的遙控平臺技術復雜，所需經費昂貴，后期維護困難，加之防空武器系統遙控可靠性低等諸多因素，此系統的建設目前仍處于研究階段，工程應用條件尚不成熟。為有效解決這一問題，必須研究新的試驗理論和構建新的試驗系統?；诤Ｉ瞎潭M平臺為武器系統載體替代艦艇和試驗陣地的試驗系統是解決這一問題的有效途徑。

2 試驗原則及總體構想

試驗方法的設計及試驗方案的制定應遵循以下幾項原則，1）試驗必須確保參試人員的人身安全；2）試驗必須確保防空武器系統處于正常的使用狀態，3）試驗靶標能夠最大程度的模擬真實目標以零航路捷徑飛行，4）試驗結果的可信度一定要高。依據上述四項原則，防空武器試驗的總體構想為：以現有的陸上武器試驗陣地（簡稱陣地）為依托，建造固定前伸于海中的武器試驗平臺（簡稱平臺），平臺與陣地的距離以空中靶標與陣地的安全航路捷徑為參考進行確定，一般為300m～500m，平臺與陣地之間由低矮的棧橋連接，棧橋除可作為運輸的通道外，還具有承載動力及信號電纜的作用，試驗前可在平臺上進行武器系統的安裝與調試，試驗時搜索、跟蹤傳感器和武器（艦炮、導彈）等沒有戰位的武器系統設備仍然布置在海上固定平臺上，所有的操控、供電等有戰位的武器系統設備均通過電纜延伸布置于岸上陣地；試驗開始后，武器系統設置為戰斗工作方式，針對超音速目標，武器系統通常運行于全自動方式，空中靶標以本控加遙控工作方式按預定航路飛行，測控設備處于正常的測量、控制狀態。當滿足射擊條件后，武器系統即對靶標進行攔截。試驗結束后，綜合各種試驗數據，對武器系統的性能進行科學的鑒定，并提出存在的問題及合理化建議；條件允許的情況下，打撈被擊落的靶標，進行檢靶，為評判武器系統的毀傷效能提供更加直接的證據。地面指揮控制中心實時掌握武器系統的工作狀態及空中靶標的工作狀態，一旦出現異常情況，各戰位人員立即按照安全預案進行人工干預：向空中靶標發出遙控指令，靶標按預設程序偏航、自毀；武器系統跟蹤傳感器退出對目標的跟蹤，將工作方式由戰斗轉為檢查方式。

圖1 艦載防空武器攔截零捷徑空中目標試驗系統構想圖

3 試驗系統組成

為滿足艦載防空武器攔截零捷徑空中目標試驗要求，試驗場必須建立與該任務相適應的試驗系統，以具備相應的試驗能力。試驗系統由被試武器系統和試驗實施與評價兩大子系統組成。

3.1 被試武器系統

3.1.1 武器系統

武器系統主要由目標探測系統、火控系統、火力系統組成。1）目標探測系統由目標搜索和目標跟蹤設備組成，目標搜索設備一般為近程搜索雷達，其功能是搜索發現目標，并將發現目標的信息指示給跟蹤設備，以便跟蹤設備迅速對目標進行捕獲和跟蹤測量；目標跟蹤設備通常為跟蹤雷達、光電跟蹤儀，其功能是連續精確測量目標位置坐標，并將其實時傳遞給火控計算機進行火控解算。2）火控系統是武器系統的中樞，其利用目標跟蹤設備獲得的目標坐標、導航設備輸出的導航信息以及各種裝定量、修正量、校正量計算射擊諸元，將射擊諸元輸出給武器的隨動系統，并運行射擊指揮軟件，實現武器射擊全過程自動化。3）火力系統由火力單元、發射控制設備和隨動系統組成，其功能是控制武器實時保持正確射擊方向、控制武器適時開火射擊。

3.1.2 海上固定模擬平臺

海上固定模擬平臺模擬真實水面艦艇的外形結構進行建造，其由平臺臺體、裝備安裝基座、搖擺試驗臺及棧橋四部分組成。為滿足試驗要求，建造海上固定模擬平臺應從以下幾個方面進行考慮。

1）平臺臺體的結構尺寸及周圍環境。平臺臺體的長度、寬度和高度以我國某大型水面作戰艦艇為參考，綜合考慮潮汐等因素最終確定；平臺上建有搜索設備、跟蹤設備、火力系統及導航設備的安裝基座；平臺的周圍為海背景，通過棧橋與陣地相連接，為降低建造成本和后期維護費用，平臺臺體可采用鋼筋混凝土結構。

2）建立平臺及武器系統基準。在平臺上選定艦艏及艦艉點，確定艦艏艉線；以艦艏艉線的中點位置為原點，建立平臺平面直角坐標系，定義OY 軸為艦艏艉線，指向艦艏為正，OX 軸垂直于OY 軸，指向右舷為正，OZ 軸垂直于XY 平面，指向天頂方向為正［5］。在平臺平面直角坐標系內，確定搜索設備、跟蹤設備、火力系統、導航設備及其它備用設備基座的三維坐標。

3）建造模擬艦艇搖擺試驗臺。由于平臺采用固定結構，因此，對于一些需要進行搖擺條件考核的試驗項目將無法進行，為解決這一問題，應在平臺上建造目前技術較為成熟的模擬艦艇搖擺試驗臺，該搖擺臺擬采用二自由度形式、縱軸與平臺的艦艏艉線平行，承載能力及精度按武器系統要求進行設計建造；它能夠在承載條件下按照預定的搖擺譜生成周期性的搖擺運動，從而逼真的模擬艦艇在海上的運動方式，且能提供搖擺姿態角的真值，在滿足艦載武器承載及發射的同時，還可以較好的完成搖擺臺體縱、橫搖擺角度的控制與測量任務。

4）考慮平臺的選址、建造難度以及試驗時被攔截目標墜靶后可能對陣地造成的影響，平臺只設計一舷攔截的功能，即靶標只從一舷進入，從另一舷退出，使墜靶的理論落區在平臺遠離陣地的另一舷海域，這樣靶標的整個航路均在海上，可以使平臺的選址相對較為容易，且可以最大限度的減小墜靶對陣地及棧橋的威脅。

5）為以后平臺的拓展使用，平臺上還建有雷達及光電的合作目標安裝基座，以便需要時安裝雷達角反射體、紅外源及曳光管等合作目標。

6）平臺上安裝全景實時監視系統，該系統能夠將現場實時畫面以有線方法傳回陣地，以便操作人員對武器系統的運行狀態進行監視，為試驗提供輔助決策信息。

7）在合適的距離及角度上，修建陸上2km 方位標2個、海上5km 及10km 方位標各1個，用于防空武器系統零位一位性標校使用。

8）在平臺附近海域規劃靶標墜落區，靶標被擊中墜落于該區域后，既可保證安全又可較為方便地被打撈上岸。

3.2 試驗實施與評價系統

試驗實施與評價系統由試驗指揮系統、試驗鑒定與分析系統、試驗測試操作系統、仿真試驗系統、空中靶標系統、試驗測控系統、試驗勤務保障系統組成。

3.2.1 試驗指揮系統

試驗指揮系統由指揮員、指揮機關、指揮對象和指揮手段構成，是具有對試驗進行指揮、決策、協調和控制功能的有機整體，在試驗過程中，起到組織領導、籌劃部署、指揮決策和協調控制作用［6］。該系統是試驗總體思想和網絡化、信息化能力的集中體現。

3.2.2 試驗鑒定與分析系統

試驗鑒定與分析系統由試驗總工程師、試驗鑒定總體分析人員以及試驗測控、通信等主要專業的技術負責人組成?？偣こ處熓窃囼灥南到y技術總負責人，是試驗技術工作的組織者和指揮者，負責試驗與鑒定工作中重大技術問題的協調與決策，對試驗結果和試驗鑒定質量負責。試驗總體分析人員由系統和分系統技術負責人擔任，負責組織試驗方法研究、試驗設計，制定試驗方案、試驗大綱和試驗實施計劃；負責試驗實施過程中的總體技術工作和各分系統的技術協調、試驗結果分析和評定、提出試驗結論和建議、撰寫試驗結果分析報告等。試驗測控、通信等專業技術負責人主要負責本專業的試驗實施方案制定、試驗過程中本專業技術決策以及指導所屬戰位人員、裝設備的操作和管理。

3.2.3 試驗測試操作系統

試驗測試操作系統是試驗系統中直接從事試驗與鑒定工作的技術系統，主要完成被試武器系統及各單機試驗技術準備、性能指標測試、試驗操作，記錄系統在試驗中的各種測試參數、工作狀態、故障情況等。

3.2.4 仿真試驗系統［7］

在武器系統試驗前，利用通用模擬仿真環境進行試驗風險評估；在試驗方案論證階段，進行技術驗證和作戰效能預先評估，以便及早發現系統存在問題，完善方案論證設計；在試驗方案設計階段進行技術參數確定、戰技指標驗證和方案優化，系統可靠性和抗毀性計算分析及射擊方式和校正方法研究；在系統鑒定階段前期的內場仿真試驗時，進行系統性能綜合測試、調試校驗、解決系統存在問題、降低試驗周期和試驗消耗，為評價系統提供外場無法實現的試驗環境和手段；在外場試驗中系統故障時，可利用有關數據和假設，通過仿真試驗結果快速分析和查找故障，保證試驗順利進行，提高試驗質量。對于作戰環境、兵力配置和安全控制都比較復雜、外場條件不能滿足要求的項目，也可以通過仿真試驗實現，擴展試驗內涵和外延。

3.2.5 空中靶標系統

空中靶標對艦載防空武器系統有著重要的作用，它是檢驗武器系統性能和作戰效果最直接的手段。為全面考核艦載防空武器系統性能，必須建立完備的空中靶標系統。艦載防空武器攔截的典型目標為飛機類、飛航導彈類目標，其飛行速度為亞音速或超音速，其飛行高度為中空、低空、超低空。為此，空中靶標應重點發展亞音速中低空的無人機及超音速超低空的靶彈。無人機相對速度較慢，操控性及重復性好，適合防空武器系統的校飛及摸底試驗；靶彈飛行速度快、目標真實，適合防空武器系統射擊試驗。這些靶標標準配置加裝GPS測量系統［8］，可通過遙測通道實時下傳數據，地面接收處理系統能夠實時處理、顯示目標位置及各種飛行參數，GPS測量系統測量目標位置參數的精度依據武器系統射擊精度要求而定；靶標標準配置時統通信設備，使GPS及數據處理設備與靶場測控系統協調工作，與相關連接設備接口關系一致；靶標標準配置安全自毀模塊，可接收地面指令或按預定程序實現偏航或超程自毀。靶標除標準配置外，還應根據武器系統的要求，提供可選配的合作目標或靶載設備，如選配雷達合作目標、光電合作目標；選配脫靶量測量設備、炸目偏差測量設備等靶載設備等。

3.2.6 試驗測控系統［9］

測控系統由空中靶標飛行軌跡測量系統、遙測系統、遙控系統、時間統一系統、數據處理系統組成，承擔試驗場內所有裝設備的同步、監視、測量及控制任務。

1）空中靶標飛行軌跡測量系統由陸基光電測量設備、雷達測量設備及靶載GPS測量設備等組成。在靶標飛行的過程中，地面實時對其進行跟蹤、測量其飛行軌跡并了解其飛行狀態，初步評估其飛行任務完成情況，及時掌握其飛行是否正常的軌跡信息。

2）遙測系統由傳感器、通信設備和數據處理設備組成，通過遙測系統可以獲得空中靶標（如靶彈或無人機）的飛行參量，包括發動機的推力、點火時間和關機時間，靶標的位移、速度、加速度、振動、沖擊、軌道、姿態、噪聲、過載以及靶載設備的電壓、電流、液位、流量、溫度、壓力等參數，從而為正確預測空中靶標目前的狀態提供第一手數據，為地面操控人員正確發布指令提供重要的依據。

3）遙控系統用于傳輸地面操縱人員的指令，對空中靶標進行無線操縱和控制，引導空中靶標按地面人員的意志飛行。

4）時間統一系統是試驗場內時間和頻率的基準設備，它為試驗場內所有設備提供標準時間信號和頻率信號。各測控站所獲取、記錄的測量數據和事件也必須在嚴格統一的時間、頻率標準下進行分析和處理。此外它還可以用于控制程序儀器，使各設備同步工作。

5）數據處理系統由數據處理設備和數據處理軟件組成，承擔實時處理和事后處理任務。實時處理是在數據采集的同時對數據進行加工、計算、輸出，目的是盡快獲得目標的位置、速度、加速度和主要工作參數等，以供安全判決、捕獲引導和指揮控制使用，具有嚴格的時間限制；事后處理在外場試驗完成后進行，包括數據復原、合理性檢驗、系統誤差修正、平滑或濾波、結果檢查及輸出等程序，其與實時處理相比，不受時間的嚴格限制，但要求達到較高的精度。

3.2.7 試驗勤務保障系統

試驗勤務保障系統由兵力保障系統、技術保障系統、陣地保障系統組成。

1）兵力保障系統由地面、海上、空中兵力保障組成。地面兵力包括參試部隊、車輛和后勤保障。參試部隊主要由首長、作戰、戰勤和團隊等各部門相關技術人員組成；車輛和后勤保障包括試驗消耗補給、特種車輛、專用器材及參試人員生活保障等。海上兵力主要包括用于?；l射各類靶標的發射艦艇；承擔海上試驗危險區巡邏警戒任務的快艇；擔負試驗攝像、海上應急運輸、登陸、回收打撈、航標修理以及用來開設海上指揮所的保障艦艇；擔負海上防險救生任務、搜索警戒、海上浮標布放等任務的船只?？罩斜ΠC載測量和記錄設備；空中目標；執行空中試驗實況的攝影錄像、空中警戒、緊急運輸和通信等任務的飛機。

2）技術保障系統由氣象水文保障、測繪保障等分系統組成，基本任務是及時提供試驗所需中、短期天氣預報和氣候概況，為艦載武器系統射擊試驗提供實時的氣象參數；為試驗提供大地測量、海洋測量成果和地形測量圖，為發射系統、測控系統及其他臺站聯測提供精確位置和定向基準。

3）陣地保障系統由試驗航區和試驗設施組成，是試驗的重要資源，是試驗必備的基礎條件。根據被試武器系統的要求，兼顧長遠發展，合理規劃、建設試驗航區和試驗設施，以便于試驗組織管理，提高試驗的質量與效益。

4 試驗系統的安全性考慮

保證參試人員的人身安全及參試裝備的安全是試驗最基本的要求之一，為滿足這一基本要求，試驗前應從防空武器系統射擊安全、空中靶標的飛行安全、陣地保障安全三方面進行充分考慮。

防空武器系統射擊前必須嚴格按射界安裝射界限制器，限制器不安全、不可靠不準射擊；被試系統的觀測設備確保跟蹤目標為射擊靶標時方可射擊；被試系統必須具有大誤差停射功能?？罩邪袠说恼麄€飛行軌跡及軌跡精度均處于嚴格的控制范圍之內，若偏離預期軌跡并威脅人員及裝備安全，靶標可根據地面站指令或靶載程序指令偏航、自毀。平臺射擊一側方位可控射界不能小于60°，高低不能小于85°，射擊安全縱深不小于武器系統最大射程的1.2倍［11］；此外考慮到目標被擊中后因為擊中點與平臺距離較近，有墜靶按慣性繼續飛行的可能性，極易對平臺造成威脅，為此在平臺攻擊目標一側的合適位置，建造高度與平臺高度一致（或略低）、強度足以抵抗墜靶撞擊的防撞墻，以最大限度的保護平臺上裝備免遭墜靶撞擊。

5 結語

艦載武器系統攔截零捷徑空中目標試驗是檢驗武器系統在接近實際使用條件下戰術技術性能的一項重要試驗，該試驗以海上固定模擬平臺為載體替代艦艇或陣地平臺，既能充分考核武器系統的戰術技術性能，又能較好地解決參試人員與參試裝備的安全問題?；诤Ｉ瞎潭M平臺的試驗系統可實施性強，對考核武器系統的真實性能及提升靶場試驗質量及水平具有借鑒意義，應用前景廣闊。

［1］黃守訓，楊榜林，王立紅，等.艦炮武器系統試驗與鑒定［M］.北京：國防工業出版社，2005：13-16.

［2］王文斌，申良生，丁立軍，等.海軍裝備試驗靶標技術［M］.北京：國防工業出版社，2007：99-102.

［3］譚安勝.艦載無人機光電載荷對海上目標搜索決策分析［J］.指揮控制與仿真，2010，32（4）：22-27.

［4］劉少偉，張輝，劉德耀.基于海上遙控平臺的防空武器攔截空靶試驗方法［J］.指揮控制與仿真，2009，31（4）：103-105.

［5］汪德虎，譚周壽，王建明，等.艦炮射擊基礎理論［M］.北京：海潮出版社，1997：52-58.

［6］楊榜林，岳全發，金振中，等.軍事裝備試驗學［M］.北京：國防工業出版社，2002：382-387.

［7］魯培耿，隋景輝，陳穎，等.海軍裝備試驗常用詞典［M］.北京：國防工業出版社，2007：310-314.

［8］熊志昂，李紅瑞，賴順香.GPS技術與工程應用［M］.北京：國防工業出版社，2005：339-343.

［9］婁漢全，李鐵.海上靶場測控系統技術特點及應用［J］.飛行器測控學報，2010，29（5）：6-10.

［10］鄭錦，武翰文.Bayes序貫決策法在艦炮武器系統試驗中的應用［J］.計算機與數字工程，2009（8）.

［11］鄭樹敏，馮元偉，霍文治，等.GJB254A-2000艦炮武器系統設計定型試驗規程［S］.北京：國家軍用標準，2000：24-26.