落点预估法实现舰空导弹飞行试验安全判定*

张远，成顺利

(中国人民解放军92941部队，辽宁 葫芦岛 125001)

落点预估法实现舰空导弹飞行试验安全判定*

张远，成顺利

(中国人民解放军92941部队，辽宁 葫芦岛 125001)

针对靶场舰空导弹飞行试验安全判定的试验需求，分析了一种基于落点预估的舰空导弹飞行试验安全判定方法的必要性和有效性；提出了一种结合实时航迹、落点预估和多路数据融合的判断方法，解决了目前对飞行试验安全判定方法可靠性和安全性的更高需求问题；阐述了这种方法的技术实现过程，最后说明了基于落点预估的导弹飞行试验安全判定方法在实践中的应用情况及推广借鉴意义。

舰空导弹;飞行试验;试验安全;安全区;落点预估;安全判定

0 引言

随着舰空导弹武器系统的发展，其作战性能和作战空域不断提高，在靶场进行导弹飞行试验时，需要对舰空导弹飞行试验安全进行判断和控制，必要时通过实时控制导弹的自毁以确保试验安全。舰空导弹安全自毁包括弹上自主自毁和地面安控自毁2种方式。在导弹及靶标工作均正常的情况下，自主自毁能够保证试验安全；在导弹及靶标工作不正常时，需要通过地面安控自毁才能保证飞行试验安全。舰空导弹飞行试验安全进行判断主要采用舰载雷达实时信息，对导弹和目标的实时位置数据进行导弹飞行安全判断，这种方法在安全控制准确性、科学性和可靠性方面均存在不足。

本文提出了一种基于落点预估的舰空导弹飞行试验安全判定方法，即在舰空导弹飞行试验过程中，充分使用靶场测控数据和舰载雷达测量数据，进行试验方案、导弹实时航迹和实时自毁落点预估等综合试验信息整合，实时分析判断导弹当前飞行位置与设定试验区域的相对关系，给出导弹自毁辅助提示信息，实现辅助指挥决策。该方法通过采用多路数据分别处理计算导弹飞行状态，推算导弹自毁后残骸落点位置，将导弹落点预估与试验区域结合进行导弹是否需要自毁的综合判定，解决飞行试验安全判定方法对可靠性和安全性更高需求的问题，实现对舰空导弹飞行安全的控制。

1 安全控制需求

1.1 新型舰空导弹飞行试验安全判定需求

随着近年来舰空导弹武器系统的进步和发展，导弹射程不断增加，从最初的近程防御，逐步发展到中程及远程防御。随着导弹武器系统作战空域的扩大，靶场试验场周围的石油钻井平台、港口、电站及多个中型城市等受保护目标受到的威胁越来越严重，导弹飞行试验安全逐渐成为试验中重点考虑的内容之一。进行舰空导弹武器系统试验与鉴定时，需要对舰空导弹飞行试验过程安全进行实时分析和控制，必要时通过实时控制导弹的自毁以确保试验安全。舰空导弹飞行中，首先必须完成对试验态势的有效实时监控；其次，对试验态势进行安全分析和判断，在必要时刻，根据判断结果实施导弹自毁安全控制。

1.2 基于单源现在点信息进行安全判定的不足

舰空导弹飞行试验安全进行监控一般采用如下方法：采用舰上雷达信息，对导弹和目标的实时、当前点位置数据进行导弹飞行安全判断。这种安全判定方法存在问题在于：首先，仅进行数据显示的显示方式不直观，没有将实时航迹信息、航路计划、危险区、安全区等动态关系进行图形方式显示，因此容易产生人为判断误差；其次，没有进行基于落点预估的安全分析和判断，可能会在自毁过程中对被保护的目标造成损害；最后，判断数据来源于舰载武器系统雷达，数据来源单一，在数据中断时，将对导弹飞行状态无法监控，会形成无法进行安全控制的局面。上述问题会影响舰空导弹飞行试验安全判断、导弹自毁控制等指挥决策，可能因为误判造成价格昂贵的舰空导弹自毁或对需要保护目标造成损害。

2 安全控制方法

基于落点预估的舰空导弹飞行试验安全判定方法总体设计如下：

(1) 划定试验区域

试验安全与否的判断主要依据是导弹所处的位置，因此根据试验安全性要求划分区域，是进行舰空导弹飞行试验安全分析判断的前提[1]。在靶场试验中，导弹飞行试验安全影响主要是地面、海面的目标，因此试验区域的划分中，只进行水平面试验区域的划分，依据空中导弹及目标的空域位置在水平面上的投影进行试验安全判断。根据舰空导弹试验需要，一般确定飞行管道、危险区和自毁区等区域[2]，其中危险区是自毁区裕度区间(安全间隙)[3]。

(2) 确定试验安全判断的级别

导弹飞行安全状态是逐渐变化的过程，飞行安全设定为飞行正常、导弹危险、导弹自毁不同级别，并根据不同级别提示不同的安全控制内容。导弹飞行正常是指导弹按照正常飞行弹道飞行，其外弹道误差在导弹正常飞行性能范围内；导弹危险指导弹弹道出了正常飞行范围，导致这一结果有2种可能：一是导弹发生了技术故障、二是靶标供靶航路超出了正常范围；导弹自毁指导弹飞出了安全范围，其落点会对水平受保护目标造成损害，需要对导弹进行地面安控自毁。

(3) 保证可靠的试验数据来源

在靶场试验中，因为靶场测量数据和舰载雷达测量数据同时存在，特别是测控数据中包含的北斗卫星数据，用于安全控制具有精度高、可靠性好等特点[4]，因此，进行导弹飞行状态判定，同时采用二者数据会大幅提高数据的可靠性[5]。由于地理位置的离散性及逻辑上的异构性，在使用靶场测量数据和舰载雷达测量数据的过程中，应充分考虑和处理因传输时间延迟、形成命令延迟、动作时间延迟等因素影响，造成实时计算导弹及自毁残骸预估落点位置时产生的误差[6]。

(4) 建立安全判断模型

在有了相关数据和分析结果的基础上，还需要建立试验安全判断模型，例如，根据数据的置信度确定判断权重、根据分析结果的可靠性确定试验安全决策的科学性等内容。因此在基于靶场测量数据和舰载雷达测量数据进行导弹飞行状态判定中，需要建立完善的导弹飞行安全判断模型，根据数据具体情况，给出综合的导弹飞行安全判断结果提示信息。

3 导弹飞行安全判定具体实施

3.1 基于导弹性能确定试验区域

根据舰空导弹试验在本次试验中的射程、射高等试验方案参数，建立理论射向坐标系。确定原点O，Ox为导弹射向，H点为理论遭遇点，在理论射向坐标系中确定导弹试验区域，包括试验飞行管道和禁危区，试验区域设计见图1。

图1 试验区域设计示意图Fig.1 Design sketch map of test area

试验区域相关边界存储的相邻点间的连线所构成计算边界线，计算目标当前点到线段的距离即为目标到各区域的边界距离[7-8]。飞行管道宽度(E，F点间距离)根据靶标控制精度选定，一般为2～3 km，G点为理论遭遇点H点外推过靶自毁距离(一般为导弹继续飞行2～3 s的距离)，G点与坐标系原点O距离为Dmax，区域为

(1)

禁危区为图1所示A,B,C,D4点所围区域，要求满足

(2)

以上各区域的详细参数根据舰空导弹指标进行仿真解算得出[9]，并根据威胁概率进行调整完善[7]，当导弹超出禁危区之外的导弹自毁区，导弹飞出禁危区外，立即实施导弹自毁。

3.2 基于多路数据确定导弹飞行状态

(1) 基于靶场测量数据的导弹飞行状态判定

采用靶场测量设备的测量数据，在射向坐标系中考虑延时因素，根据数据时戳外推计算导弹的位置[10]，根据外推导弹位置与试验区域的关系判定导弹是否飞出飞行管道、禁危区处于非正常状态。

(2) 基于舰载雷达测量数据的导弹飞行状态判定

采用舰载雷达的测量数据，经坐标变换后在射向坐标系中考虑延时因素，外推计算导弹的位置[11]，根据外推导弹位置与试验区域关系判定导弹是否飞出飞行管道、禁危区处于非正常需要自毁状态。

(3) 安全控制辅助信息

根据(1)，(2)计算结果确定在射向坐标系中当前舰空导弹位置与理论飞行管道的位置关系，判定导弹是否在飞行管道内，允许或禁止显示导弹安全控制辅助提示信息。

在射向坐标系中，舰空导弹位置用舰空导弹到射向坐标系原点的距离D0和到x轴的距离DZ表示。当D0>Dmax或DZ>a/2时，该路数据信息允许显示导弹安全控制辅助提示信息；当D0

3.3 导弹自毁残骸落点估算

导弹坠毁下落主要有3种模式：无动力坠毁、无动力偏航、有动力偏航[12]，在靶场实践中，残骸落点主要假设导弹自毁后以整体按照惯性弹道方式运动的无动力坠毁。影响残骸飞行的因素很多，主要因素包括残骸的形状、残骸飞行姿态、残骸飞行速度和残骸飞行高度等[13]。当判定导弹进入禁危区时，开始计算导弹自毁残骸落点位置。导弹落点位置与自毁时刻导弹高度、速度和俯冲角相关：

D=f′(y,vx,vy,vz)=f(y,v,θ),

(3)

式中:f(y,v,θ)为根据弹形等系数确定的回归拟合函数(该函数可用抛物线函数替代);y,v,θ分别为自毁时刻导弹高度、速度和俯冲角[2]。

残骸落点解算需要考虑数据时间一致性，在条件不足难以进行时间对齐的情况下，需要根据实际经验值对数据序列进行外推处理，例如对落点进行0.5 s的外推。

3.4 地面安控自毁决策

对导弹飞行位置和自毁残骸落点相对于预先设置的禁危区进行判定[14]，当导弹残骸落点位置处于禁危区外自毁区时，判导弹需自毁。若连续5次判定结果为需自毁时，则基于该路数据信息判定满足导弹自毁条件，形成导弹自毁提示。

综合基于靶场测量数据和基于舰载雷达测量数据的2个相互独立的导弹自毁判定结果，判定导弹自毁条件是否满足。具体准则为：

(1) 两路判定结果都为“自毁”，则导弹自毁条件满足；

(2) 若某一路判定结果为“不自毁”，则导弹自毁条件不满足；

(3) 若某一路判定结果为“自毁”，另一路数据“无效”或“不可用”，则导弹自毁条件满足；

(4) 其他情况判定为导弹自毁条件不满足。

当结果显示导弹自毁条件满足时，给出“导弹自毁”提示信息。

试验安全判断流程见图2。

图2 试验安全判定流程示意图Fig.2 Schematic diagram of test safety judgment in test area

4 工程实践

基于落点预估的舰空导弹飞行试验安全判定方法思想及原理，成功开发出某远程舰空导弹飞行试验安全控制系统，包括数据采集接收、实时处理及解算、态势显示及自动安全评估决策等功能，采用便携方式部署于发射舰载舰，在某型舰空导弹飞行试验中实时完成导弹飞行安全控制及决策[15]。在该型舰空导弹武器系统定型试验中，该系统成功应用于导弹飞行试验靶试实践，应用该系统实现了整个试验态势的监控及安全控制，在拦截靶机、靶弹等飞行试验中成功进行了飞行试验安全控制，在靶机、靶弹飞行异常情况下多次实施导弹自毁和导弹继续飞行等科学决策，保证了试验的安全，取得了巨大的军事和经济效益。

实践应用表明，基于落点预估的舰空导弹飞行试验安全判定方法兼具可视性、科学性和可靠性的优点，满足当前新型舰空导弹武器系统靶场试验与研练等导弹飞行试验安全控制需求。

5 结束语

通过舰空导弹飞行试验安全判定的研究与实践应用，显著提高了靶场舰空导弹飞行试验安全判定的可靠性和科学性，克服了以往方法判定不准确、可靠性不足等缺点，保证了舰空导弹飞行试验的安全、顺利进行。基于落点预估的舰空导弹飞行试验安全判断方法适用于中程、远程舰空导弹武器系统导弹飞行试验，可推广应用于靶场所有型号舰空的试验鉴定、研练、演习等各领域，对于保证试验安全，提高试验安全决策的科学性具有不可替代的重要意义。

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Achieving Ship to Air Missile Flight Test Safety Judgment by Impact Point Prediction Method

ZHANG Yuan, CHENG Shun-li

(PLA, No.92941 Troop, Liaoning Huludao 125001, China)

For the requirement of ship to air missile flight test safety judgment in range, the necessity and the effectiveness of a method on test safety judgment based on prediction impact point in ship to air missile flight test is analyzed; a judgment method combining real time flight path,prediction impact point and multi-channel data fusion is proposed, and it solves the further requirement of reliability and safety about present ship to air missile flight test safety judgment. Also in the paper, the technology realization of the method is described, and some application instance, technical dissemination and the reference meaning of the method on test safety judgment based on prediction impact point in ship to air missile flight test are explained.

ship to air missile; flight test; test safety; safety area; impact point prediction; safety judgment

2016-09-20；

2016-12-05 作者简介：张远(1971-)，男，吉林双辽人。高工，硕士，主要从事装备试验方面研究。

10.3969/j.issn.1009-086x.2017.02.017

TJ762.3+3;TJ760.6+2

A

1009-086X(2017)-02-0112-06

通信地址：125001 辽宁葫芦岛92941部队93分队