舰空导弹武器系统协同制导系统技术介绍.docx

舰空导弹武器系统协同制导系统技术介绍目录1 .序言12 .协同管理53 .协同控制64 .交接导引71 .序百多平台舰空导弹协同制导超视距拦截低空反舰导弹时，视距外发射导弹后，根据导弹的弹道分析，随着导弹逐渐远离发射平台，飞行高度逐渐下降，当导弹与平台的距离足够远，导弹会超出发射平台的制导距离，从而发射平台不能向导弹传送制导指令。在这种情况下，为了完成中制导任务，需将制导权交给协同制导平台，由协同制导平台向导弹发送无线电制导指令；或者，舰艇编队指控中心根据整个编队作战的需要，下达了制导交接命令时，制导权需要在制导平台间进行交接，即在舰空导弹中制导段存在制导交接。何为制导交接？就是把中制导无线电指令发送权由一个制导平台转交给另一个制导平台(也称协同制导平台)的过程，就是说，舰空导弹中制导段分为两部分，前一部分由发射平台制导，后一段由协同平台制导，制导指令的发送由前一平台转移到协同制导平台，由协同制导平台直接给导弹发送无线电指令。舰空导弹在两个平台之间的制导交接如图1(a)、图1(b)所示，分别为舰舰平台之间和舰空平台之间的制导交接。从上述过程的描述可以看出，舰空导弹武器系统要完成制导交接，从系统层面上来看，涉及几个系统之间的互动和协作。一是舰空导弹武器系统。新型舰空导弹武器系统除了完成原有舰空导弹武器系统的功能之外，还要具有跨平台的协同制导交接能力。图1舰空导弹在两个平台之间的制导交接示意图二是本舰作战指挥系统。本舰作战指挥系统是全舰作战资源的综合管理和决策中心，为本舰指挥员提供全舰信息态势图像和目标打击辅助决策，并为各武器系统提供目标指示信息，引导和监控各武器系统打击目标的作战情况。舰空导弹的制导交接过程涉及指令分发和目标选择等环节，必然涉及本舰指控系统和舰空导弹武器系统之间的信息交互。三是本舰多平台协同作战系统。舰空导弹的制导交接实现是依赖于目标和导弹运动参数信息在多平台之间的高速数据分发的，目前，新型驱护舰列装的多平台协同作战系统为各平台共享火控级数据态势成为可能。因此，从系统兼容和扩展来看，在舰空武器系统基础上，新增一个舰空导弹协同制导单元CGU,使该CGU成为新型舰空导弹武器系统中的一部分，主要承担与原有的武器系统设备（导弹武控设备、发控设备、指令天线设备）、本舰指控系统设备以及多平台协同作战系统之间信息交互和功能协作，从而达成两两平台之间制导权转移的顺利完成。基于协同制导单元的角色定位，针对舰空导弹武器系统协同制导作战的需求，有必要从作战方式、使用流程上深入分析CGU的指挥方式和信息流程，提出CGU的总体设计方案，规划出功能组成以及与其他各个系统（三大系统，即导弹武器系统、本舰指控系统、多平台协同作战系统）之间的信息交互关系和内容。多平台参与的舰空导弹协同制导作战是基于CGU的多平台协同制导作战样式之一，如图2所示，其基本工作原理阐述如下：各协同平台通过多平台协同作战系统实现目标和导弹跟踪数据共享；在此基础上，根据战场态势，平台上的作战指挥系统与多平台协同制导单元CGU进行信息交互，经过多平台协同决策后，完成平台在协同制导过程中的任务分配，划分发射平台及协同交接平台，确定制导交接时机；发射平台中的CGU系统与舰空导弹武器系统进行信息交互，完成火控诸元求解、导弹发射及初始控制等任务；协同交接平台中的CGU系统通过多平台协同作战系统实现交接参数交互，完成导弹协同交接任务，控制舰空导弹飞行，直至实现中末制导交班。图2基于CGU的多平台协同制导作战原理示意图因此，基于多平台协同制导作战模式，在扁平化指挥控制思想理念驱动下，参与舰空导弹协同制导过程的每个平台中，作战指挥系统、舰空导弹武器系统、多平台协同作战系统和多平台协同制导单元CGU之间信息交互和模块控制如图3所示。(1)多平台之间通过MCE实现目标和导弹跟踪的共享。(2)作战指挥系统完成多平台拦截适宜性、威胁判定和排序、武器分配等指挥决策任务，并将此结果反馈给CGU系统。图3舰空导弹协同制导中的信息交互和模块控制示意图(3)CGU系统是实现多平台协同制导作战的核心子系统，根据作战指挥系统指挥决策的结果，完成发射决策、平台分配等协同制导管理任务。(4)通过多平台协同作战系统获得目标跟踪数据，发射平台中的CGU系统完成火控诸元参数预处理，为导弹武器系统进行火控解算进行数据准备。(5)导弹武器系统完成火控解算，发射控制。(6)CGU系统制定制导交接方案，完成导弹交接班。(7)通过多平台协同作战系统获得目标和导弹跟踪数据，CGU系统完成制导指令形成所需要参数的预处理；针对不同类型的平台，CGU直接产生制导指令或将该任务交给舰空导弹武器系统，舰空导弹武器系统根据CGU的制导指令参数预处理结果，生成制导指令。(8)指令传输系统根据导弹制导指令，按照一定的频率发送指令至舰空导弹。多平台超视距协同制导单元CGU是舰空导弹超视距协同制导的核心单元，它通过多平台协同作战系统在平台间共享同一火控级战场态势图像的基础上，与舰空导弹武器系统配合，完成对目标、导弹运动信息进行综合处理，形成接力制导作战方案，实现目标分配、火力通道组织、武器控制诸元解算、发射控制、中继平台制导交接、导弹控制直至命中目标等若干任务的软硬件组成的协同武器控制系统。因此，多平台超视距协同制导单元CGU具有以下主要功能，如图4所示。图4多平台超视距协同制导单元CGU功能描述2 .协同管理协同管理是实现协同制导作战的火力管理与决策环节。在作战指挥系统完成目标威胁判断、目标分配任务的基础上，CGU完成发射决策参数计算，平台任务分配和交接时机确定，包括：(1)决策基础参数确定，包括多平台动态交接区、发射区、杀伤区计算，交接成功概率计算，制导误差计算。(2)交接可行性方案分析。该功能由多平台动态组网与优化模块完成。从协同探测和制导需求出发，用一定的算法对所有平台布局和工作方式进行控制，由多平台动态组网与优化模块为优化算法软件模块构成，其软件优化算法由3个部分组成：探测平台网络优化算法、制导平台网络优化算法和多平台综合优化算法。探测平台网络优化算法功能单元：根据所有探测平台的位置、速度和探测能力等信息，从尽量发挥所有平台最大探测能力的角度出发，采用优化算法得到探测平台组网方式。制导平台网络优化算法功能单元：根据所有制导平台的位置、速度和制导能力等信息，从满足协同制导需求的角度出发，采用优化算法得到制导平台组网方式。多平台综合优化算法功能单元：综合考虑探测平台网络优化模块和制导平台网络优化模块的需求，从全局角度出发，形成全局最优的动态组网方式，并将组网方式转化为具体的探测平台和制导平台的优化指令，发送给平台的指挥与控制系统，转化为动态组网控制指令，通过高速数据链通信模块向各个平台下达控制指令。3 .协同控制在协同管理单元完成发射决策后，根据多平台协同作战系统提供的综合态势，确定火控解算类型，完成火控诸元解算所需要的数据预处理(坐标转换、平滑等处理)，包括：(1)跨平台参考基准匹配；(2)跨平台目标与导弹信息参数坐标变换及修正。该功能主要由协同制导数据处理与火控解算模块完成。从协同制导对数据的实时性要求和协同制导火控计算的特殊性出发，通过数据处理和协同制导解算方法，得到满足要求的数据，完成协同制导火控计算，由3个部分组成：时空一致性转换功能单元、射击诸元计算功能单元和协同制导弹道参数解算功能单元。时空一致性转换功能单元：接收来自协同平台的协同信息，结合平台自身的探测信息，对协同所需要的目标信息、制导信息进行时空一致性转换，得到满足本平台时间和空间要求的各种火控解算和协同制导所需的数据。协同射击诸元计算功能单元：根据协同平台信息和目标信息，对协同制导情况下导弹拦截的航路捷径、协同杀伤区及发射区边界、预测遭遇点、目标到达发射区近界和远界的时间等射击诸元参数进行计算。协同制导弹道参数解算功能单元：接收协同射击诸元计算功能单元计算得到的目标和协同平台信息，根据协同制导对弹道的要求，计算导弹发射所需装订的初始参数，并通过指挥与控制系统对导弹进行发射前初始参数的装订。4 .交接导引根据发控参数，制定制导交接决策方案，完成导弹交班和导弹接班；针对不同平台类型，实现制导指令参数所需数据进行预处理(坐标转换、数据平滑)或根据制导指令预处理参数直接产生制导指令及编码传输，包括：(1)导弹交接决策；(2)导弹交接处理(3)制导指令参数预处理；(4)制导指令参数产生及传输。该功能由协同制导指令交接控制模块完成。根据协同制导的需要，以一定的交接控制逻辑对制导指令的传送进行控制，对交接的实施情况进行实时判断，确保中制导指令交接的顺利进行，由4个功能单元组成：信息分配功能单元、交接形势估计功能单元、制导交接控制功能单元和协同指令生成功能单兀O信息分配功能单元：对指挥与控制平台传送过来的协同信息进行分类并传送给各个功能单元，其中来自协同平台的交接分配给制导交接控制功能单元，交接成员的信息分配给交接形势估计功能单元，与制导相关的指令则直接分配给平台的制导指令发送/接收系统。交接形势估计功能单元：接收来自信息分配功能单元的所有中制导指令交接相关成员的信息，其中包括目标状态信息、导弹状态信息和平台状态信息，通过数学模型对交接空域进行计算，并实时对交接形势进行判断，对交接的启动与否进行判断并下达控制指令。制导交接控制功能单元：等待交接形势估计功能单元的交接启动指令，未启动中制导指令交接程序时，该功能单元直接接收指挥与控制平台的指令，并根据该指令对制导指令发送/接收系统进行控制；当启动中制导指令交接程序后，该功能单元接收来自其他平台的协同制导指令，控制制导指令发送/接收系统进行协同制导的指令交接。协同指令生成功能单元：接收制导指令接收/发送系统的应答信号，通过指令应答情况对交接状态进行估计，并以此为依据，向协同平台下达进一步的协同指令，通过平台的指挥与控制系统，利用高速数据链通信模块发送信息流So多平台协同制导单元CGU是舰空导弹武器系统中的外延部分，与平台作战指挥系统和舰空导弹武器系统一起协同工作，完成舰空导弹武器系统作战指挥、资源管理、导弹发射、交接以及导引控制等一系列任务。因此，CGU模块包括协同管理模块、协同控制模块、交接导引模块和接口模块，如图5所示。与作战指挥系统接口与多平台协同作战系统接口与舰空导弹武器系统接口U同管S2, U3同控呵二）UJ接入二图5多平台协同制导单元CGU模块组成