舰炮CIWS对反舰导弹末端机动的航迹处理研究

陈 斌，李陆冀，钱海俊，圣钱生

（海军指挥学院，南京211800）

0 引 言

高新科技的飞速发展为反舰导弹的攻、防都提供了新的机遇。反舰导弹的末端变轨机动能力越来越强，如何进一步提高舰炮近程武器系统（CIWS）抗击末端机动反舰导弹的作战效能是舰艇反导装备发展的热点、难点问题。舰炮CIWS航迹处理的精度是影响整个系统精度的重要因素，本文通过计算机仿真，针对典型反舰导弹的末端机动航路，研究分析如何近一步提高航迹处理的精度和反应速度，从而提高舰炮CIWS对反舰导弹的作战效能。

1 典型导弹攻击模式

当前反舰导弹的典型攻击模式主要有：

（1）掠海飞行弹道，以法国的“飞鱼”反舰导弹为代表，其特征是在进入攻击阶段以后降低掠海高度，以小角度或基本水平的末弹道完成攻击；

（2）末端跃升俯冲攻击弹道，以美国的“鱼叉”反舰导弹为代表，经掠海巡航飞行段，在距离目标舰几千米时突然跃起，进行大角度的俯冲攻击；

（3）水平机动攻击弹道，反舰导弹在水平面做蛇形机动或程控变轨机动；

（4）复合攻击弹道，反舰导弹首先在水平面做水平机动，临近目标时做末端跃升俯冲攻击。

从航迹处理的角度看，模式1的机动性最弱，而模式4是2、3两种机动模式的结合，机动性最为复杂，因此本文主要研究模式4下的航迹处理问题。

2 舰炮CIWS对典型导弹航路的航迹

2.1 典型导弹航路仿真

参考典型导弹攻击模式［1－3］，设定反舰导弹航路：假设9 000m外雷达发现确认导弹目标，雷达观测坐标为（－9 000m，0rad，0.034rad）。1s后目标由巡航转为机动，在海平面方向做历时7.7s的蛇形规避机动，最大过载10g，机动完成后转入比例导引，3.3s后目标进入攻击末端，实施最大过载为10g的跃升俯冲攻击。跟踪过程历时15s，导弹速度600m／s，整个跟踪过程以我方舰船质点为参考坐标原点。目标航迹详见图1。

图1 目标三维航迹曲线

可见以上航路是典型的复合攻击弹道，导弹首先在水平面做水平机动，临近目标时做末端跃升俯冲攻击，机动、非机动交替出现，若试图准确考察导弹机动对不同滤波器跟踪性能的影响，则需拆分水平机动和跃升俯冲机动航路分别单独滤波。

2.2 滤波器参数设定

（1）卡尔曼滤波器：选取匀加速（CA）模型作为目标跟踪模型。

（2）α－β－γ 常增益滤波器：滤波增益 K 选取：

（3）当前统计模型（CS）算法：自相关系数a＝1／3 0，最 大 加 速 度amax＝9 8m／s2，a－max＝－98m／s2［5］。

（4）交互式多模型算法：采用匀速（CV）模型、CA子模型集和CV、CS子模型集以及CV、CA、CS 3个模型作为子模型集分别组成3个滤波器［6］。

2.3 仿真实验过程

设雷达采样间隔T＝0.05s，测距误差ργ＝20m，测角误差ρφ＝2mrad，ρθ＝2mrad，仿真平台MATLAB 7.10，经50次Monte Carlo仿真得：

（1）在导弹2个主要机动段范围内各滤波器的位置均方根误差（RMSE）如图2所示。

图2 导弹2个主要机动段的滤波位置均方根误差

图2（a）为0～9s水平机动段，采样点1～180，纵轴单位为m；图2（b）为11～15s跃升俯冲段，采样点220～300，纵轴单位为m。

（2）各滤波算法滤波平均误差和周期平均耗时运算结果见表1。

表1 各算法对导弹跟踪精度和周期耗时

通过以上图表的分析，可以看出，卡尔曼滤波算法在非机动段跟踪精度尚好，但目标机动后跟踪精度可见明显波动；α－β－γ常增益滤波总体精度在几种算法中最差，但用时最短，计算量最小；当前统计模型滤波算法在目标机动段跟踪效果最好，但其在非机动段表现不佳。

使用了匀速、匀加速、当前模型3种模型作为子模型集组合的3种多模型算法相比前面KF、α－β－γ、CS算法跟踪精度有较明显优势。3种多模型算法跟踪精度相近，其中使用匀速、匀加速、当前模型3个子模型组合的多模型算法精度相对较好，由匀速、匀加速两模型组成子模型集的多模型算法在3种多模型算法中用时最短。虽然相比之前的3种单模型算法，交互式多模型算法计算量增大、耗时相对较多，约1个数量级大小，但考虑到现代数据处理资源运算性能大幅提高，以多模型算法的优秀滤波性能，其在CIWS工程实用中的价值应不容忽视。

3 结束语

舰炮CIWS航迹处理是一项非常复杂的系统工程，本文围绕反舰导弹经典航路使用多种滤波算法进行仿真实验，对比分析多种滤波算法对CIWS导弹跟踪效果的影响，提出了CIWS航迹处理工程实用的几点建议，为提高CIWS跟踪反舰导弹末端机动航路的性能提供了参考。

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