提高对地攻击精度的技术途径

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/25 22:51:44
一、引言
  对地攻击飞机主要用于在战争中对敌方的作战潜力进行打击,一直是空中力量的重要组成部分。在现代战争中,对地攻击飞机发挥着越来越重要的作用,不但可以攻击对方的战术目标,也可以攻击对方的战略目标。它们可以摧毁对方的防空设施和作战指挥中心,可以使用防区外导弹实施精确攻击,也可以对地(海)面目标实施全面攻击。尽管航空武器经过了近一个世纪的发展,技术水平已相当先进,围绕着战争,相应地发展了战斗机、对地攻击飞机、轰炸机、预警机、侦察机、干扰机等,但是飞机用于战争的最初模式,也是最终目的,并没有改变,只是这种实施攻击与抵抗攻击的对抗在更高的技术层上展开而已。航空技术的发展为攻击飞机提高攻击精度提供了坚实的技术基础。
  二、对地攻击作战中的主要威胁
  当前,世界各军事强国普遍发展了由空间卫星、空中侦察机、预警指挥机、地(海)面警戒与指挥机构和地下指挥所组成的C 3I系统网络,并以此为基础构筑了严密的防空网络。预警机一般飞行在9000~10000m的高空,可以发现300~600km以外的空中目标,使得预警时间提早,作战环境日益透明,突防作战难度日益增大。C 3I系统可以引导己方的战斗机对中高空、远距离的威胁目标进行拦截。地面防空导弹和高炮也组成了高、中、低结合的火力网,可以对中近距离的目标进行打击。尤其是目前出现的单兵式地对空导弹,对低空突防的飞机构成了严重的威胁。
  由于防空系统的威力日益强大,攻击飞机在执行任务的时候要考虑各种限制因素,如机群组成、飞行高度、导弹规避等。需要重点考虑的是攻击飞机的飞行高度,进攻一方要根据敌方地对空导弹的射程和雷达的探测距离来确定己方攻击飞机的飞行高度和飞行路线。为了避免受到敌方地对空导弹的攻击,对地攻击飞机传统上采用低空突防的战术,这种突防方式在现代战争中攻击敌方重点防御的目标时仍有应用。但是,飞机低空突防虽然可以避开地对空导弹的攻击,同时又进入了地面防空炮火的攻击范围。例如,在海湾战争中,伊拉克的地对空导弹被基本摧毁之后,对飞机构成主要威胁的是防空炮火,所以迫使多国部队的攻击飞机仍要采用中空攻击的战术。
  为了提高攻击飞机的作战效能,一方面要提高攻击飞机在高强度的对抗环境中的生存能力,另一方面要尽可能提高攻击飞机的攻击精度。合理组织进攻机群,在进攻机群中配备其它的防空压制机种,如携带反辐射导弹的战斗机、电子干扰机、侦察机等,可以保证攻击飞机的安全突防和成功攻击。从攻击飞机自身的发展来讲,提高攻击飞机在激烈对抗环境中的攻击精度,是攻击飞机在现代战争条件下发挥作战效能的充分保证。
  三、提高对地攻击精度的技术途径
  在现代战争中,为了保证攻击飞机不受敌方防空系统的攻击,要求飞机投放武器的时候尽量不要飞跃目标甚至不要接近目标。这种作战需求使得防区外武器的使用不断增加。防区外武器带有自动制导系统,射程较远,要求载机相应地配备先进的航空电子设备。目前采用较多的是瞄准吊舱,如美国的LANTIRN吊舱和英国的TIALD吊舱。瞄准吊舱属于"视线型",在它"看到"目标的同时,目标也能"看到"它,这意味着飞机同样存在受到攻击的危险。为了减小这种危险,在攻击固定目标的时候,可以采用预编程的方法,将关于目标的信息输入武器系统,在远离目标的区域发射武器,由攻击武器自主地锁定目标并实施攻击。这种攻击方式对攻击飞机的数据获取能力和数据处理能力提出了更高的要求,同时需要作战系统具有协同作战的能力。提高攻击飞机的攻击精度,要从飞机设备、武器种类以及相互之间的协调等方面进行综合考虑。
  1.自动的武器制导
  目前,新一代对地攻击飞机大多都配备先进的制导武器,只要将目标的有关数据输入武器,它的制导系统就可以自动地控制武器的轨迹。输入的目标数据一般包括目标的位置(即经度与纬度)、类型以及运动的速度等。武器导航可以采用不同的系统,采用较多的是惯性导航系统,另外还可以配备其它的导航系统,如全球定位系统(GPS)、地形参考导航系统、图形参考导航系统等,也可以采用各种导航系统的组合。武器导航系统的选择是由导航精度、最大和最小射程等决定的,当然也得考虑费用的因素。目前在国外,射程较短的、带有末端寻的头的武器在初始飞行阶段一般使用惯性导航;射程较远的武器(如美国的JSOW)或不带寻的头的武器(如美国的JDAM)通常采用GPS信息来提高导航精度。由于武器的导航系统属于消耗品,不可重复使用,一般采用廉价的系统,所以其精度要比飞机本身安装的导航系统低得多。
  对于制导武器来讲,为了使武器从载机精确地飞向目标,要用当前位置和方向/姿态数据对导航系统进行初始设置,最简单的方法就是将飞机的导航数据"输入"武器系统。提高输入数据的精确性,可以在一定程度上抵消武器导航系统精度不足的缺陷。通过对武器系统惯性测量单元的性能进行分析,将武器系统惯性测量单元的测量结果与飞机的导航数据进行比较,可以估算武器系统的导航误差,从而在导航算法中予以修正。这种数据校正过程虽然可以提高武器的攻击精度,但是如果这一过程需要的时间太长,就会降低武器的灵活性和反应速度,从而对武器产生不利的影响,所以数据校正过程应该快速、准确和可靠。
  2.准确的目标数据
  制导武器的攻击精度与多种因素有关。发射前将估算的目标位置数据提供给武器的导航系统,导航系统利用这些数据将武器导向目标的位置。导航系统会存在微小的误差,使用末端制导装置可以消除这种误差。常用的末端制导装置是寻的头或图像匹配系统,它们可以为目标识别或图像匹配算法提供最新的数据。安装在武器上的这些寻的头/图像系统一般都是廉价的小型装置,其分辨率和搜索范围有限。为了使末端制导装置能够顺利地发现目标,对目标初始位置的估算必须足够精确。而对于不带寻的头的对地攻击武器,微小的数据误差会导致巨大的攻击误差,所以对目标位置的初始精确估算更加重要。
  在攻击机动目标的时候,关于目标的数据(位置和速度)是在武器发射之前获得的,有时这些数据是从载机之外的其它设备获得的,没有经过本机传感器的确认。在武器飞抵目标之前,目标的位置随时在发生着变化。另外,这些数据在从其它设备向武器载机传递过程中存在时间延迟,C 3I的各个环节都存在时间延迟,这些因素都增加了目标位置的不确定性。武器的射程越长,飞行的时间也就越长,目标的机动性对武器的攻击精度的影响也就越大。在飞行末段进行人工修正或装备数据链,加快数据的传输和更新,可以消除这种影响。
  3.快速的数据传输
  在现代高技术战争中,战争的节奏很快,战场形势瞬息万变,要求对地攻击飞机反应迅速,攻击准确。攻击飞机的反应速度受多种因素的影响,如攻击飞机的战备情况、距目标的距离、获取信息的速度等。目前,信息技术的快速发展为攻击飞机的信息传输提供了坚实的技术基础。使用调制解调器,就可以通过无线通讯为攻击飞机提供所需的全部信息。快速的数据传输不但可以提高攻击飞机的反应速度,也是提高攻击精度的必要保证。如上所述,攻击运动目标时,在武器飞行的过程中,目标的位置在不断地变化。武器装备数据链后,在飞行过程中就可以随时更新目标数据,从而大大提高攻击精度。
  快速的数据传输在执行近距空中支援作战任务时尤为重要。攻击飞机接到作战任务后,携带精确制导炸弹立即起飞。飞机从接到作战任务到起飞离地的时间很短,几乎没有准备的时间,飞行员了解作战任务是在飞机升空之后。在尽可能短的时间内为飞行员提供尽可能全面的目标信息是保证攻击任务完成的必要条件。攻击飞机利用保密的无线电通讯系统和空中预警与指挥系统取得联系,获知作战任务的内容和使用的战术频率。在此过程中,侦察机在计算机上形成攻击飞机的作战指令,通过调制解调器与攻击飞机的UHF通讯系统相连。侦察机通过全球定位系统可以将本机的位置进行精确定位,误差小于10m。侦察机工作人员利用数字照相机获取目标的清晰图像,利用激光测距仪确定目标的精确位置,将这些信息输入计算机,就可以通过数据链传输给攻击飞机。攻击飞机收到信息,进行解调制,然后通过1553B数据总线传给火控计算机进行瞄准计算。飞行员可以通过头盔显示器瞄准目标,同时飞机挂载的激光吊舱也指向目标,获取目标及其周围环境的图像。从侦察机传来的目标图像同时显示出来,飞行员将两个图像进行比较,最终确定目标,投放武器。
  4.自动化目标识别
  数据传输可以帮助飞行员获取目标信息,如果可以实现目标的自动识别,就可以进一步提高对地攻击的准确性。自动化目标识别的一般过程是将攻击飞机图像传感器获得的图像与实际存储在飞机上的目标图像进行比较。因此,实现目标自动识别要求飞机具有强大的计算能力,同时配备高分辨率的图像传感器。国外这类传感器已经发展到了第三代,正在研制中的第四代传感器的识别距离更远。由于飞机本身的导航系统可以精确地确定飞机的位置,精度误差只有几米,所以飞机可以将传感器比较准确地指向目标,传感器通过自动扫描就可获取目标图像。以攻击固定目标为例,通过卫星图像、侦察照片等其它信息来源可以提前获知目标的详细情况和周围的地貌特征,将存储的目标图像与飞机获取的目标图像进行实时比较,就可以准确地识别目标。飞行员所要做的仅仅是对飞机自动识别出的目标进行确认,然后投放武器进行攻击。
  四、结论
  在现代战争中,攻击飞机发挥着越来越重要的作用,但同时也承受着巨大的风险,日益先进的防空系统是攻击飞机的主要威胁。为了降低攻击飞机的作战风险,提高攻击精度,现代攻击飞机多采用精确打击武器,武器的射程也越来越长,有的可以实施防区外攻击。在这种作战环境下,目标的获取和识别成为精确攻击的前提。通过数据链为攻击飞机提供最新的目标信息,有助于攻击飞机获取目标;装备综合的攻击瞄准系统,实现目标的自动识别,可以提高攻击精度并缩短飞机在危险区域内的时间。提高攻击飞机的信息处理和利用能力,是提高攻击飞机攻击精度的主要技术途径。
虽然高精确度可以为攻击机提供安全保障,但我仍然认为,在相当一段时间之内,武直的地位仍然不可替代,从近年来的几次城市作战中就可以看到这一点。一、引言
  对地攻击飞机主要用于在战争中对敌方的作战潜力进行打击,一直是空中力量的重要组成部分。在现代战争中,对地攻击飞机发挥着越来越重要的作用,不但可以攻击对方的战术目标,也可以攻击对方的战略目标。它们可以摧毁对方的防空设施和作战指挥中心,可以使用防区外导弹实施精确攻击,也可以对地(海)面目标实施全面攻击。尽管航空武器经过了近一个世纪的发展,技术水平已相当先进,围绕着战争,相应地发展了战斗机、对地攻击飞机、轰炸机、预警机、侦察机、干扰机等,但是飞机用于战争的最初模式,也是最终目的,并没有改变,只是这种实施攻击与抵抗攻击的对抗在更高的技术层上展开而已。航空技术的发展为攻击飞机提高攻击精度提供了坚实的技术基础。
  二、对地攻击作战中的主要威胁
  当前,世界各军事强国普遍发展了由空间卫星、空中侦察机、预警指挥机、地(海)面警戒与指挥机构和地下指挥所组成的C 3I系统网络,并以此为基础构筑了严密的防空网络。预警机一般飞行在9000~10000m的高空,可以发现300~600km以外的空中目标,使得预警时间提早,作战环境日益透明,突防作战难度日益增大。C 3I系统可以引导己方的战斗机对中高空、远距离的威胁目标进行拦截。地面防空导弹和高炮也组成了高、中、低结合的火力网,可以对中近距离的目标进行打击。尤其是目前出现的单兵式地对空导弹,对低空突防的飞机构成了严重的威胁。
  由于防空系统的威力日益强大,攻击飞机在执行任务的时候要考虑各种限制因素,如机群组成、飞行高度、导弹规避等。需要重点考虑的是攻击飞机的飞行高度,进攻一方要根据敌方地对空导弹的射程和雷达的探测距离来确定己方攻击飞机的飞行高度和飞行路线。为了避免受到敌方地对空导弹的攻击,对地攻击飞机传统上采用低空突防的战术,这种突防方式在现代战争中攻击敌方重点防御的目标时仍有应用。但是,飞机低空突防虽然可以避开地对空导弹的攻击,同时又进入了地面防空炮火的攻击范围。例如,在海湾战争中,伊拉克的地对空导弹被基本摧毁之后,对飞机构成主要威胁的是防空炮火,所以迫使多国部队的攻击飞机仍要采用中空攻击的战术。
  为了提高攻击飞机的作战效能,一方面要提高攻击飞机在高强度的对抗环境中的生存能力,另一方面要尽可能提高攻击飞机的攻击精度。合理组织进攻机群,在进攻机群中配备其它的防空压制机种,如携带反辐射导弹的战斗机、电子干扰机、侦察机等,可以保证攻击飞机的安全突防和成功攻击。从攻击飞机自身的发展来讲,提高攻击飞机在激烈对抗环境中的攻击精度,是攻击飞机在现代战争条件下发挥作战效能的充分保证。
  三、提高对地攻击精度的技术途径
  在现代战争中,为了保证攻击飞机不受敌方防空系统的攻击,要求飞机投放武器的时候尽量不要飞跃目标甚至不要接近目标。这种作战需求使得防区外武器的使用不断增加。防区外武器带有自动制导系统,射程较远,要求载机相应地配备先进的航空电子设备。目前采用较多的是瞄准吊舱,如美国的LANTIRN吊舱和英国的TIALD吊舱。瞄准吊舱属于"视线型",在它"看到"目标的同时,目标也能"看到"它,这意味着飞机同样存在受到攻击的危险。为了减小这种危险,在攻击固定目标的时候,可以采用预编程的方法,将关于目标的信息输入武器系统,在远离目标的区域发射武器,由攻击武器自主地锁定目标并实施攻击。这种攻击方式对攻击飞机的数据获取能力和数据处理能力提出了更高的要求,同时需要作战系统具有协同作战的能力。提高攻击飞机的攻击精度,要从飞机设备、武器种类以及相互之间的协调等方面进行综合考虑。
  1.自动的武器制导
  目前,新一代对地攻击飞机大多都配备先进的制导武器,只要将目标的有关数据输入武器,它的制导系统就可以自动地控制武器的轨迹。输入的目标数据一般包括目标的位置(即经度与纬度)、类型以及运动的速度等。武器导航可以采用不同的系统,采用较多的是惯性导航系统,另外还可以配备其它的导航系统,如全球定位系统(GPS)、地形参考导航系统、图形参考导航系统等,也可以采用各种导航系统的组合。武器导航系统的选择是由导航精度、最大和最小射程等决定的,当然也得考虑费用的因素。目前在国外,射程较短的、带有末端寻的头的武器在初始飞行阶段一般使用惯性导航;射程较远的武器(如美国的JSOW)或不带寻的头的武器(如美国的JDAM)通常采用GPS信息来提高导航精度。由于武器的导航系统属于消耗品,不可重复使用,一般采用廉价的系统,所以其精度要比飞机本身安装的导航系统低得多。
  对于制导武器来讲,为了使武器从载机精确地飞向目标,要用当前位置和方向/姿态数据对导航系统进行初始设置,最简单的方法就是将飞机的导航数据"输入"武器系统。提高输入数据的精确性,可以在一定程度上抵消武器导航系统精度不足的缺陷。通过对武器系统惯性测量单元的性能进行分析,将武器系统惯性测量单元的测量结果与飞机的导航数据进行比较,可以估算武器系统的导航误差,从而在导航算法中予以修正。这种数据校正过程虽然可以提高武器的攻击精度,但是如果这一过程需要的时间太长,就会降低武器的灵活性和反应速度,从而对武器产生不利的影响,所以数据校正过程应该快速、准确和可靠。
  2.准确的目标数据
  制导武器的攻击精度与多种因素有关。发射前将估算的目标位置数据提供给武器的导航系统,导航系统利用这些数据将武器导向目标的位置。导航系统会存在微小的误差,使用末端制导装置可以消除这种误差。常用的末端制导装置是寻的头或图像匹配系统,它们可以为目标识别或图像匹配算法提供最新的数据。安装在武器上的这些寻的头/图像系统一般都是廉价的小型装置,其分辨率和搜索范围有限。为了使末端制导装置能够顺利地发现目标,对目标初始位置的估算必须足够精确。而对于不带寻的头的对地攻击武器,微小的数据误差会导致巨大的攻击误差,所以对目标位置的初始精确估算更加重要。
  在攻击机动目标的时候,关于目标的数据(位置和速度)是在武器发射之前获得的,有时这些数据是从载机之外的其它设备获得的,没有经过本机传感器的确认。在武器飞抵目标之前,目标的位置随时在发生着变化。另外,这些数据在从其它设备向武器载机传递过程中存在时间延迟,C 3I的各个环节都存在时间延迟,这些因素都增加了目标位置的不确定性。武器的射程越长,飞行的时间也就越长,目标的机动性对武器的攻击精度的影响也就越大。在飞行末段进行人工修正或装备数据链,加快数据的传输和更新,可以消除这种影响。
  3.快速的数据传输
  在现代高技术战争中,战争的节奏很快,战场形势瞬息万变,要求对地攻击飞机反应迅速,攻击准确。攻击飞机的反应速度受多种因素的影响,如攻击飞机的战备情况、距目标的距离、获取信息的速度等。目前,信息技术的快速发展为攻击飞机的信息传输提供了坚实的技术基础。使用调制解调器,就可以通过无线通讯为攻击飞机提供所需的全部信息。快速的数据传输不但可以提高攻击飞机的反应速度,也是提高攻击精度的必要保证。如上所述,攻击运动目标时,在武器飞行的过程中,目标的位置在不断地变化。武器装备数据链后,在飞行过程中就可以随时更新目标数据,从而大大提高攻击精度。
  快速的数据传输在执行近距空中支援作战任务时尤为重要。攻击飞机接到作战任务后,携带精确制导炸弹立即起飞。飞机从接到作战任务到起飞离地的时间很短,几乎没有准备的时间,飞行员了解作战任务是在飞机升空之后。在尽可能短的时间内为飞行员提供尽可能全面的目标信息是保证攻击任务完成的必要条件。攻击飞机利用保密的无线电通讯系统和空中预警与指挥系统取得联系,获知作战任务的内容和使用的战术频率。在此过程中,侦察机在计算机上形成攻击飞机的作战指令,通过调制解调器与攻击飞机的UHF通讯系统相连。侦察机通过全球定位系统可以将本机的位置进行精确定位,误差小于10m。侦察机工作人员利用数字照相机获取目标的清晰图像,利用激光测距仪确定目标的精确位置,将这些信息输入计算机,就可以通过数据链传输给攻击飞机。攻击飞机收到信息,进行解调制,然后通过1553B数据总线传给火控计算机进行瞄准计算。飞行员可以通过头盔显示器瞄准目标,同时飞机挂载的激光吊舱也指向目标,获取目标及其周围环境的图像。从侦察机传来的目标图像同时显示出来,飞行员将两个图像进行比较,最终确定目标,投放武器。
  4.自动化目标识别
  数据传输可以帮助飞行员获取目标信息,如果可以实现目标的自动识别,就可以进一步提高对地攻击的准确性。自动化目标识别的一般过程是将攻击飞机图像传感器获得的图像与实际存储在飞机上的目标图像进行比较。因此,实现目标自动识别要求飞机具有强大的计算能力,同时配备高分辨率的图像传感器。国外这类传感器已经发展到了第三代,正在研制中的第四代传感器的识别距离更远。由于飞机本身的导航系统可以精确地确定飞机的位置,精度误差只有几米,所以飞机可以将传感器比较准确地指向目标,传感器通过自动扫描就可获取目标图像。以攻击固定目标为例,通过卫星图像、侦察照片等其它信息来源可以提前获知目标的详细情况和周围的地貌特征,将存储的目标图像与飞机获取的目标图像进行实时比较,就可以准确地识别目标。飞行员所要做的仅仅是对飞机自动识别出的目标进行确认,然后投放武器进行攻击。
  四、结论
  在现代战争中,攻击飞机发挥着越来越重要的作用,但同时也承受着巨大的风险,日益先进的防空系统是攻击飞机的主要威胁。为了降低攻击飞机的作战风险,提高攻击精度,现代攻击飞机多采用精确打击武器,武器的射程也越来越长,有的可以实施防区外攻击。在这种作战环境下,目标的获取和识别成为精确攻击的前提。通过数据链为攻击飞机提供最新的目标信息,有助于攻击飞机获取目标;装备综合的攻击瞄准系统,实现目标的自动识别,可以提高攻击精度并缩短飞机在危险区域内的时间。提高攻击飞机的信息处理和利用能力,是提高攻击飞机攻击精度的主要技术途径。
虽然高精确度可以为攻击机提供安全保障,但我仍然认为,在相当一段时间之内,武直的地位仍然不可替代,从近年来的几次城市作战中就可以看到这一点。