大口径舰炮是海军水面舰艇的重要武器装备，在现代战争中可执行多样化的使命任务，大口径舰炮以往主要使用常规炮弹对海上目标进行打击。如果大口径舰炮使用精确制导弹药，可使其作战效能和效费比大幅度提高，可以用更少的弹药达到更好的打击效果^[1]。制导炮弹具有射程远、精度高、反应速度快等特点，发展实现精确打击的制导炮弹是大口径舰炮武器的重要发展方向^[2]。美国、俄罗斯、意大利等十几个国家先后进行了末制导炮弹的研制。在20世纪80年代中期，美海军首先研制出了“神枪手”激光半主动末制导炮弹，目前，在欧美各国大力发展射程超过100 km的超远程火炮的同时，也开始了与其匹配的第二代制导炮弹的研制，综合采用毫米波、红外成像等末制导方式^[3]。美国陆军155 mm“神剑N5”制导炮弹采用毫米波雷达末制导，可以全天候作战和以“发射后不管”的方式对付移动目标，这是一种衡量快速攻击舰艇类目标的重要能力^[1]。意大利研制的火山B型远程末制导炮弹，安装有专为反舰作战设计的红外末制导头；为使炮弹具备攻击移动目标的能力，其火山C2型安装了上行数据链，可更新目标位置数据^[4]。

随着火箭助推滑翔增程和末制导导引头技术的发展，大口径舰炮装备未来可使用配备毫米波/光学/激光半主动导引头的远程对海末制导炮弹，实现对视距外海上舰艇目标的精确打击。由于远程对海末制导炮弹在打击超视距海上目标时，空中飞行时间长达百秒甚至数百秒，舰载火控设备滤波求取的目标运动速度不可避免地存在一定的误差，这会导致飞行中使用发射前装定的目标运动参数的末制导炮弹在预测求取目标未来点位置上的误差大幅度增加。由于末制导炮弹所配的导引头视场角和探测能力有限，目标未来点的预测精度对导引头捕获域影响最大^[5]，如果导引头开机后难以在其有限的捕获域内发现目标，就会导致末制导完全失效，尤其是敌舰艇在双方交火时有意机动规避的情况下。

指令修正技术在舰载武器中已得到广泛应用，中制导+末制导的复合制导体制成为远程舰空导弹的发展趋势，中制导一般采用“GPS+惯性导航+无线电指令修正”形式，通过指令修正链路，将实时更新的目标数据发送给导弹，实现对飞行控制指令的修正^[6]。在舰载飞航式鱼雷飞行过程中，可将目标的位置信息通过舰载雷达以无线电指令方式发送给鱼雷，以调整鱼雷的飞行方向，使鱼雷入水后能够更加接近潜艇目标，以此提高鱼雷的捕获概率^[7]。对于舰炮弹道修正弹^[8]，也可通过舰载雷达适时发送出无线电遥控指令纠正炮弹的飞行误差^[9]。因此，为提高舰炮末制导炮弹中、末制导交接的成功概率，可在其飞行过程中的中制导段，由火控设备根据最新求取的目标运动参数，通过舰载雷达适时发送火控修正指令，对末制导炮弹发射前装定的目标参数进行修正，使末制导炮弹能够及时获取到更为准确的目标坐标位置，从而提高对海上机动目标的命中概率。

火控修正指令的数据格式应在适应目标机动的情况下，综合考虑发射前装定的目标运动参数和指令修正参数形式，以尽量缩短指令报文长度，减小指令传输时间。火控修正指令的发送时机，需要综合考虑目标预测误差、导引头有效探测范围和制导炮弹的修正能力等因素，采用适时发送方式，即在发射前装定的目标运动参数能够满足中、末制导交接的精度要求时，可不进行指令修正；而在不能满足中、末制导交接的精度要求时，应立即进行指令修正。分析可知，为提高远程对海末制导炮弹中、末制导交接的成功概率，开展舰载火控修正指令解算方法研究十分必要。

本文主要针对大口径舰炮使用远程对海末制导炮弹精确打击超视距海上目标的作战需求，在对末制导炮弹作战特性分析的基础上，提出了基于虚拟发射目标点的指令修正量解算方法和修正参数格式，给出了适应海上目标机动的火控适时指令修正方案建议，可为大口径舰炮对海末制导炮弹的研究和应用提供技术参考。

传统大口径舰炮在使用常规炮弹对海上目标进行打击时，最大有效射程通常为十几千米，对应弹丸飞行时间一般在50 s以内，此时，舰炮火控主要依据舰载跟踪传感器对海上目标的跟踪数据，通常按照目标匀速直线运动假定，滤波求取目标运动参数，并通过迭代求取目标未来点解算舰炮射击诸元，控制舰炮对海上运动目标射击。由于舰载跟踪传感器不可避免地存在跟踪误差，使得火控滤波求取的目标运动参数存在一定的误差，进而导致火控求取的目标未来点存在误差，更为严重的是当海上目标运动不符合匀速直线运动假定时，会导致火控求取的目标未来点出现较大的误差。但是，在对视距内海上目标射击时可以通过试射修正的方法，减小目标未来点预测的系统偏差影响，因此，现有对海射击控制方法可以满足对海作战使用。

远程对海末制导炮弹（以下简称制导炮弹）的作战过程与常规炮弹有很大的不同，如图1所示，其作战过程可划分为3个阶段：1）发射段：从制导炮弹发射到舵机起控阶段。在发射段，制导炮弹的飞行弹道特性与常规炮弹的弹道类似，都是无控飞行段。2）中制导段：从制导炮弹舵机开始起控到末制导导引头捕获目标阶段。在中制导段，弹载计算机将依据射前装定的目标运动参数和弹载组合导航信息，通过舵机的控制调整弹体姿态，使炮弹飞向目标，并在末制导导引头开机前将弹体速度向量指向目标位置，以利于导引头捕获回波。3）末制导段：从末制导导引头捕获目标到命中目标阶段。在末制导段，弹载计算机将依据末制导导引头测量的目标角偏差信息，采用设定的攻击模式，通过对舵机的实时控制进行偏差修正，直至命中目标。

图 1 远程对海末制导炮弹作战过程示意图 Fig. 1 Schematic diagram of the operation process of the terminal guidance projectile

在大口径舰炮使用制导炮弹对视距外海上目标进行打击时，在炮弹发射前需装定火控滤波求取的目标运动参数。由于制导炮弹的飞行时间可能长达百秒甚至数百秒，如果火控滤波求取的目标运动速度存在2 m/s的误差，就会导致几百米的目标未来点预测误差；另外，在对海上目标射击过程中目标有意机动的情况下，会由于目标运动超假定导致更大的目标未来点预测误差，这些误差会导致制导炮弹进入末制导段前，末制导导引头在其有限的探测视场内无法发现目标。图2为舰艇转弯机动引起的目标未来点预测偏差仿真计算结果，其中设定炮弹发射时刻敌舰艇的航速为18 kn，制导炮弹从发射到中、末制导交接点的弹丸飞行时间为200 s。通过仿真计算可知，在炮弹发射后敌舰艇就开始以18 kn的航速转弯机动的情况下，按照目标匀速直线运动推算出的目标位置点，与敌舰艇转弯机动后的实际位置点有很大的位置偏差，在敌舰艇小幅、中幅转弯机动的情况下，会出现几百米至千米的位置偏差；在敌舰艇大幅转弯机动的情况下，会出现超过千米的位置偏差，这会严重影响末制导导引头的目标探测。由此可知，在制导炮弹对视距外海上运动目标进行打击时，有必要在中制导段增加指令修正环节，以大幅度减小目标机动所带来的未来点预测误差，提高中、末制导交接成功概率。

图 2 舰艇转弯机动引起的目标未来点预测偏差 Fig. 2 Prediction deviation of target future location caused by ship turning maneuvers

为了提高制导炮弹中、末制导交接的成功概率，需要在其飞行过程中的中制导段，由火控设备根据最新求取的目标运动参数，通过舰载雷达发送修正指令，对制导炮弹发射前装定的目标运动参数进行修正。为此，本文提出了基于虚拟发射目标点的指令修正参数解算方法，解算原理如图3所示。

图 3 基于虚拟发射目标点的指令修正参数解算 Fig. 3 Command correction resolving method based on the virtual firing target location

图中，炮弹发射时刻的目标点为O点，在炮弹发射前将装定火控滤波求取的O点坐标x₀、y₀和目标运动速度V_0x、V_0y，在炮弹发射后的中制导段，弹载计算机可根据弹丸飞行时间自动推算目标位置，控制炮弹飞向目标位置。在炮弹发射后的中制导段，火控可根据射前给炮弹装定的目标运动参数和弹丸当前飞行时间t_f计算出中、末交接时刻的目标预测当前点M_q0的坐标数据，与最新滤波求取的目标当前点M_q的坐标数据相比较，并根据二者的位置误差Δx_q和Δy_q确定是否要进行指令修正。当需要进行指令修正时，以目标当前点位置M_q为基点，根据滤波求取的当前目标运动速度V_x、V_y和弹丸当前飞行时间t_f，仍然按照匀速直线运动假定反向推出虚拟的炮弹发射时刻目标点O_x（简称为虚拟发射目标点）；而后分别求取发射时刻目标点O和虚拟发射目标点O_x的位置差Δx和Δy，以及速度差ΔV_x（ΔV_x= V_0x−V_x）和ΔV_y（ΔV_y = V_0y−V_y），最后，通过舰载雷达将指令修正参数Δx、Δy、ΔV_x和ΔV_y发送给制导炮弹。制导炮弹接收到指令修正参数后，弹载计算机即可对射前装定的目标运动参数进行修正，并根据弹丸飞行时间推算出更新后的目标位置，从而更为准确地控制炮弹飞向目标位置。

该种指令修正量解算方法的优点是：1）该方法无需考虑复杂的目标机动问题，只需在现有火控算法上进行局部的改动，模型简单，改动量小；2）修正量为位置和速度差，共用4个字节就可保证足够的修正精度，可减少指令传输时间，适用于工程应用；3）在目标出现机动的情况下，弹载计算机仍可按照匀速直线外推目标未来点，方法简单，计算量小。

根据给出的基于虚拟发射目标点的指令修正量解算方法，提出的适应海上目标机动的火控指令修正方案如下：

1）在制导炮弹发射前，由舰载火控设备根据获取的目标位置信息，按照目标匀速直线运动假定，滤波求取目标运动参数，解算射击诸元，并将中、末制导交接时弹丸飞行时间t_f和目标参数x₀、y₀、V_0x和V_0y装定给制导炮弹。

2）在制导炮弹发射时，火控设备记录炮弹发射时刻的航路时间t₀、目标当前点坐标（x₀，y₀）、中、末制导交接时刻的弹丸飞行时间t_f和目标坐标（x_q0，y_q0）。

3）在制导炮弹的中制导飞行段，火控设备依据基于虚拟发射目标点的指令修正量解算方法，根据火控设备最新滤波求取的目标运动参数，实时计算中、末制导交接t_q = t₀ + t_f时刻的目标位置（x_q1，y_q1）与目标预测点位置（x_q0，y_q0）的位置误差Δx_q和Δy_q，并据此进行是否指令修正的判定。

4）如果计算出的位置误差Δx_q和Δy_q小于修正门限值（该值主要根据末制导导引头的有效探测距离、视场范围和落角等因素确定，为保证导引头中、末交接成功的临界值），则可不进行指令修正。

5）如果计算出的位置误差Δx_q和Δy_q大于修正门限值，火控设备记录当前的航路时间t（t₀ < t < t_q）和滤波求取的目标运动参数x、y、V_x、V_y，以匀速直线运动假定反向推出航路时间t₀时刻的虚拟发射目标点O_x（x_v，y_v），且为减小指令传输时间，计算Δx = x₀− x_v、Δy = y₀−y_v、ΔV_x = V_0x−V_x和ΔV_y = V_0x−V_x作为指令修正参数并通过舰载雷达发送给制导炮弹，立即进行指令修正。

6）制导炮弹在接收到指令修正参数后，弹载计算机对射前装定的目标参数进行修正，而后根据装定的中、末制导交接时弹丸飞行时间，计算更新后的目标预测点，控制炮弹更为准确地飞向目标位置。

7）根据目标的机动情况，在制导炮弹的中制导段适时进行指令修正，在目标机动较小的情况下可不修正或只修正一次；在目标机动较大的情况下可按一定的时间间隔修正多次。在制导炮弹进入末制导段后，不再进行指令修正。

大口径舰炮使用远程制导炮弹，可实现对视距外海上舰艇目标的精确打击。为提高制导炮弹中、末制导交接的成功概率，特别是在海上舰艇目标有意机动规避的情况下，需要在制导炮弹飞行过程中的中制导段，由火控设备根据最新求取的目标运动参数，适时发送火控修正指令，对制导炮弹发射前装定的目标参数进行修正，使制导炮弹能够及时获取到更为准确的目标坐标预测位置，从而提高对海上机动目标的命中概率。本文在对制导炮弹作战特性分析的基础上，提出了基于虚拟发射目标点的指令修正参数解算方法和修正数据格式，给出了适应海上目标机动的火控适时指令修正方案建议，可为大口径舰炮制导炮弹的研究和应用提供技术参考。