0 引言
以F-22和F-35为代表的机载电子战系统(AN/ALR-94)一定程度上颠覆了对传统电子战系统的认识,曾经被认为是防御性,作为有源探测有效补充的电子战无源系统,现在成了探测、跟踪甚至攻击目标的关键设备[1]。如果敌方雷达开机,AN/ALR-94 就能够提供导弹攻击所需的全部信息,引导实施攻击。当无源探测技术水平突破瓶颈,定位精度与时效性满足应用要求,凭借其在军事领域上的诸多优势,将在许多方面与有源定位同等重要,直接作为定位的主要手段[2]。多个国家[3]对于不同体制、不同平台、不同应用的无源定位系统开展了大量研究,包括 LR-100告警监视系统、PRSS无源测距系统、PLAID精确定位与识别系统、LT-500无源瞄准系统、卡尔秋塔无源定位系统、TAMANA无源定位系统、VERA-E无源定位系统、EL-L8300G无源探测系统、CRADA 联合研究开发项目等,美国最新提出的网络化无源定位技术[4],通过网络内的无源定位设备互联互通实现高精度无源定位解算。
1 定位误差分析
图1为三角无源定位原理。定位点1(x1,y1)、定位点2(x2,y2)与目标(x,y)连线的夹角为定位张角γ;定位点1至定位点2的连线为定位基线L;定位基线中点上的垂直线为定位基线法线,目标与定位基线中点的连线和基线法线的夹角为法线倾角α;目标与定位基线中点连线的长度为距离R;θ1、θ2为定位三角形的内角。
当测向设备存在误差,定位直线将转化为定位扇形,两定位扇形的交叉区域为目标可能分布区域,按照概率分布,定义目标99%概率落入的圆形区域或椭圆区域为目标分布区,圆的半径d,椭圆的长短轴作为衡量目标定位误差大小的指标。
按照三角定位公式,计算目标坐标,推导定位误差如式(1)、式(2),σθ为设备测向精度。
$\begin{array}{c} \sigma_{x}=\frac{L}{2\left(\sin \left(\theta_{1}+\theta_{2}\right)\right)^{2}} \cdot \\ \sqrt{\left(\sin \left(2 \theta_{2}\right) \cdot \sigma_{\theta}\right)^{2}+\left(\sin \left(2 \theta_{1}\right) \cdot \sigma_{\theta}\right)^{2}} \end{array}$
$\begin{array}{c} \sigma_{y}=\frac{L}{\left(\sin \left(\theta_{1}+\theta_{2}\right)\right)^{2}} \cdot \\ \sqrt{\left(\sin \theta_{2}\right)^{4} \cdot \sigma_{\theta}^{2}+\left(\sin \theta_{1}\right)^{4} \cdot \sigma_{\theta}^{2}} \end{array}$
则目标定位误差σs为:
σs=
2 影响定位精度的关键因素分析
2.1 基线长度、目标距离一定,定位张角与法线倾角变化
当定位目标距离、基线长度一定时,定位张角与法线倾角成反比变化,共同影响定位精度,如图2。
由以上分析可知,倾角为0°时,定位误差最小。所以在单机定位时应尽量使定位点1与定位点2相对于目标对称,使法线倾角为0°,即目标处于定位基线法线上,从而提高定位精度。
2.2 目标距离、法线倾角一定,定位张角与基线长度变化
如图5,当目标距离R一定、法线倾角α为0°时,定位张角γ与基线长度L成正比,共同影响定位精度。
由以上分析可知,在进行单机无源定位时,在允许条件下应尽量采用长基线、大张角态势,即飞机的定位飞行时间越长,两定位点距离越大,定位精度越高。
2.3 基线长度、法线倾角一定,目标距离与定位张角变化
3 单机定位飞行方法
通过以上影响定位精度的因素分析可得结论:目标与飞机飞行定位基线的相对位置决定了其定位精度。由2.1节可知,当目标距离一定时,倾角越大,定位精度越低,即图10中A点的精度高于E、F点。由2.3节可知,倾角一定时,目标越远,定位精度越低,即C点的精度高于A点,A点精度高于B点。同时由2.2节可知,在飞机能力允许的情况下,飞行时间越长,测距基线越长,定位精度越高。
单机无源定位时可采用图11所示飞行航向。当飞机在定位点1处发现目标时,沿原方向继续飞行0.5~1 min(具体时间由设备性能决定,初定位阶段误差应不大于10%),开始初定位阶段。初级定位完毕后,由飞行员自行判断精确定位可持续的最长时间T,从而计算出飞行距离d,此时按照初定位阶段目标概率位置及目标距离R,计算由d与R构成的等腰三角形内角θ,此时飞机转向,进入目标精确定位态势,实现精确定位。
4 结论
从三角定位原理出发,分析法线倾角、定位张角、目标距离、基线长度对定位误差的影响,并验证分析结果,提出了单机无源定位飞行方法,能够对高精度无源定位的应用起到一定促进作用。