梅志伟,顾浩卿,凌 丽,刘郑州,陈 志

（上海机电工程研究所，上海，201109）



便携式防空导弹作战指挥系统研究

梅志伟,顾浩卿,凌 丽,刘郑州,陈 志

（上海机电工程研究所，上海，201109）

摘要：本文从作战实际需求出发，分析了便携式防空导弹在使用过程中存在的不足，提出了开发便携式防空导弹作战指挥系统必要性，并介绍了实现的技术方案，最后指出了需要解决的关键技术。

关键词：便携式防空导弹；作战指挥系统；关键技术

0　引言

现代战争中，随着以巡航导弹为代表的现代空袭兵器快速发展，作为承担低空、超低空防空任务的便携式防空导弹，所面临的作战任务越来越严峻，如何在现有条件下进一步提升便携式防空武器的作战效能成为广泛研究的热点。

1　便携式防空导弹的优势与不足

便携式防空导弹与其它防空武器相比，具有较多优势：体积小、重量轻、机动灵活、隐蔽性好、操作使用简便、价格低廉和较强的抗电磁干扰能力。但是，在单兵肩射条件下，便携式防空导弹在作战使用中也暴露出诸多不足，包括：

射手发现目标距离近，捕获目标时间长。目前便携式防空导弹射手搜索目标主要采取上级概略指示或射手自我搜索的模式，受能见度等天气因素影响，观测距离受到很大限制，发现目标需要较长时间。而若想对高速目标形成有效射击，射手需要在8～10km的距离就要开始发现目标，这对于依靠目视搜索的射手来说，很难做到。由于发现目标距离近，最佳拦截时机容易错过，甚至出现目标飞出杀伤区的情况。观测距离严重限制了便携式防空导弹作战性能的提升，传统的光学瞄准具和红外夜视瞄准具虽然在一定程度上提升了射手发现目标的概率，但仍无法及时准确判断来袭目标的种类、速度和方位等信息。

图1　便携式防空导弹目标导引指挥系统组成图

难以协同作战，火力指挥难度大。作为末端防御武器，便携式防空导弹承担了整个防空体系中对目标的最后拦截任务，必须保证有较高的拦截概率。组织和指挥便携式防空导弹各单元火力进行集火射击、转火射击（单目标多次拦截、多目标分配拦截）是作战任务完成的重要保障。而单兵分散作战的方式，彼此间很难协同，与其他防空武器更无法统一指挥，对指挥带来了不便，不易根据实际情况进行火力分配，会导致拦截效率的降低。

2　便携式防空导弹作战指挥系统

为了克服便携式防空导弹使用过程中存在的不足，充分发挥其自身优势，需要为单兵射手提供目标的信息指示、目标搜索导引、射击目标分配等必要信息，以便于射手快速锁定目标并把握最佳发射时机。更进一步，将探测到的目标飞行诸元与防空导弹实现信息共享，导弹发射前对目标信息进行融合处理，并形成相应的控制策略，有利于提高导弹命中概率和命中精度。

2.1总体方案

要实现为单兵射手提供目标指示、导引、分配及信息共享等功能，需要解决空勤信息接收（或自主探测）、目标分配、信息交互、射手位置信息测量、装筒弹当前姿态角度测量、空勤提供的目标信息与射手坐标系转换、装筒弹指向误差计算及导引指示等问题。

在实现方式上将以上功能需求分为四大模块，分别为指挥控制系统、无线通信系统、位置及姿态测量系统和目标信息融合处理终端。

2.2指挥控制系统

指挥控制系统是整个作战系统的控制中枢，可通过以太网接入上级空情网或友邻部队空情网，也可外接低空搜索雷达，接收来袭的目标信息；同时，还可以通过无线数传电台接收各射手终端回传的位置信息、目标指向信息及装备工作状态。

指挥控制系统能够对目标进行敌我识别和威胁判断，根据威胁程度和射手实际位置，按照最优原则（或手动操作）给不同位置射手进行目标分配/撤销/更换，并且可以根据战场实际情况下达目标禁射/恢复射击等命令。

指挥控制系统由主控计算机主机、显示控制台、信息处理软件和无线收发电台组成，考虑作战使用便携性要求，将该三部分集成为一台体积适中、重量不大于10kg的便携式设备。指挥控制系统一般装备于便携式防空导弹排，最多可同时给16个射手单元提供目标导引。

2.3无线通信系统

无线通信系统用于连接指挥控制系统与各射手终端，无线通信系统支持TDMA组网方式，支持数话同传，数传通信距离不小于5km。

指挥控制系统采用通播的方式每间隔0.5s向各射手终端发送一次数据报文，内容包括：源地址、目的地址、流水号、目标批号、敌我属性、目标控制指令和目标位置（含目标斜距、方位角和俯仰角）等信息。

各射手终端每间隔1s向指挥控制系统回传一次数据报文，内容包括：源地址、目的地址、流水号、当前位置信息、当前指向信息（含方位和俯仰方向）、当前工作状态。

2.4位置及姿态测量

位置测量装置用于测量射手所在的大地坐标位置，包括经度、纬度和海拔高度信息，并通过无线通信方式上传至指挥控制系统。

姿态测量装置与发射筒固连，在使用之前需要对姿态测量装置进行指北标定，确定方位方向零位；内置的姿态传感器可以实时测量装筒弹相对于水平方向的俯仰角和与北向的方位角。位置测量装置和姿态测量装置测得的位置和姿态信息统一发送至目标信息融合处理终端。

射手位置和装筒弹指向姿态测量是系统的关键环节，传感器测量误差直接影响到射手对目标的瞄准精度。

2.5目标信息融合处理终端

目标信息融合处理终端接收指挥控制系统给出的目标位置信息，并根据射手的位置信息进行解算，将目标位置信息转换到射手坐标系；同时，根据姿态传感器输出的装筒弹实际高低、方位指向，进行求差计算，并将得到的误差信号Δx，Δy显示在终端屏幕上，用于提示和辅助射手转动装筒弹瞄准目标。同时，目标信息融合处理终端还可以显示上级指挥控制系统下达的目标禁射/恢复射击指令。

2.6目标导引算法

目标搜索雷达提供的空情信息包括：雷达当前位置（经度(LL)、纬度（BL）、高度(HL)）、目标位置信息（斜距RL、方位角AL、俯仰角EL）；射手终端传感器测得的位置及姿态信息包括：射手当前位置（经度(LSi)、纬度（BSi）、高度（HSi））、装筒弹方位指向角()、装筒弹俯仰指向角（）。

将雷达位置信息和射手位置信息按以下公式从大地坐标系转换到高斯-克吕格平面直角坐标系，分别得到雷达位置坐标（XDL，ZDL），高度为HDL；射手位置坐标（XDS，ZDS），高度为HDS。

转换公式如下：

其中，

地球椭球的长半径 a = 6378245.0000000000 m

地球椭球的短半径 b = 6356863.0187730473 m

目标位置在以搜索雷达天线阵面中心为原点的大地测量坐标系下的位置用三个坐标分量表示为：

则目标位置在以射手肩部为原点的大地测量坐标系下的坐标分量（XSi，YSi，ZSi）表示如下：

目标的斜距Rsi、方位角Ai、俯仰角Ei为：

射手对目标的指向误差为：

3　需要解决的关键技术

3.1装筒弹方位指向测量

一般传统的方位指向测量通常采用微机械惯组MEMS+GPS为核心的定位定向设备，MEMS为导航计算机提供载体的静态方位和姿态信息，双GPS天线可以提供载体准确的静态方位信息，MEMS+GPS组合提供载体的动态方位和姿态信息；由于射手在作战准备过程中位置并不固定，且背负装备体积重量严格受限，双GPS天线测量方位的方案并不适合本系统。

本文提出了采用指北标定的方法，即射手首先通过辅助仪器确定大地坐标系真北方向，然后将装筒弹对准北向，对传感器进行零位标定。

3.2目标导引精度

便携式导弹导引头视场一般都很小，要想准确捕获目标，系统的引导误差应控制在视场范围内。影响导引精度的误差分为系统误差和随机误差，系统误差包括位置及姿态测量装置结构安装误差、位置解算误差；随机误差包括上级空情信息测量误差、指北零位标定误差、射手位置测量误差、装筒弹姿态测量误差。受限于体积、重量及成本因素，指北零位标定和姿态测量难以保证很高的精度，是主要的误差源。

3.3便携式小型化设计

作战状态下，位置及姿态测量系统和目标信息融合终端与装筒弹为固连状态，需要射手肩扛，因此，应充分考虑小型化、轻量化设计，以适应单兵携带的要求，一般不应超过0.5～1kg。考虑到野外作战隐蔽性和机动的特点，指挥控制系统由单兵携带，其重量设计也应严格控制。

4　结束语

便携式防空导弹作战指挥系统作为便携式导弹武器系统的重要补充，可以有效解决单兵肩射面临的诸多使用方面的不足，提高了武器系统的作战效能。其轻量化、小型化的特点，符合单兵武器的实际要求；同时，较低的设计成本也很好的满足了市场的需求。

参考文献

[1]叶尧卿. 便携式红外寻的防空导弹设计[M]. 北京：宇航出版社，1996.

[2]迟刚，王树宗，便携式防空导弹反巡航导弹作战效能分析[J].火力与指挥控制，2004

[3]王艳正,郝 强,龚 旭,冯立东，便携式地空导弹抗击武装直升机作战效能研究[J]，火力与指挥控制，2007

The research of man-portable air defense missile operation command systems

Mei Zhiwei，Gu Haoqing，Ling Li，Liu Zhengzhou，Chen Zhi
(Shanghai Institute of mechanical and electrical engineering, Shanghai, 201109)

Abstract：This article based on the actual requirement of war，analysis the defect of the operation manportable air defense missile，present the necessity of man-portable command systems，finally，give the technical solution and critical technologies.

Keywords：man-portable air defense missile;command systems;critical technologies