郭穎睿,任宏濱

(空軍工程大學導彈學院,陜西三原 713800)

1 引言

拖曳式誘餌由于其優(yōu)越的干擾性能,受到各國的重視。美國AN/ALE-50型誘餌已經(jīng)經(jīng)過了戰(zhàn)場檢驗,且近幾年來先后數(shù)次增加拖曳式誘餌的訂單并積極從事新型拖曳式誘餌研究[1]。文獻[2]從數(shù)據(jù)融合處理角度,以雙模復合制導地空導彈為背景,探討了對抗有源誘餌的方法,說明了數(shù)據(jù)融合技術在對抗拖曳式誘餌上的優(yōu)勢,但其主要采用的是雙模導引頭轉(zhuǎn)換工作的方式進行對抗。本文著重研究在雷達紅外導引頭復合工作方式下通過信息融合對抗拖曳式誘餌的技術。

2 拖曳式誘餌

拖曳式誘餌主要用于保護載機平臺,通常由飛機通過拖曳線纜將誘餌拖拽飛行,拖曳式誘餌裝有放大轉(zhuǎn)發(fā)器和無源反射器,對雷達探測信號進行放大轉(zhuǎn)發(fā),以提高它的RCS,并在空中對跟蹤雷達形成雙點源干擾。通常發(fā)出與目標回波相同的信號,以達到角度欺騙的目的。

對于機載雙點源干擾往往需要目標與干擾平臺同處于雷達主波束內(nèi)已形成對導引頭角跟蹤系統(tǒng)的欺騙。雷達導引頭、目標和誘餌的空間幾何關系如圖1所示。

圖1 雷達導引頭、目標和誘餌的空間幾何關系

目標T與誘餌S之間的距離為L,導引頭天線等信號線方向與目標、誘餌之間的夾角分別為θ1、θ2,天線等信號線的指向角為θ0,天線瞄準軸偏離等信號線的距離為d,雷達導引頭距測量點的距離為R,Δθ為目標與誘餌對雷達導引頭的張角(即信號到達角θ1與θ2之差),則雷達接收到的和信號為:

差信號為:

式中μ表示每度角偏差產(chǎn)生的調(diào)制度;由于差和信號之比正比于合成信號偏離θ0的角度θ,得到跟蹤天線指向角(天線瞄準軸相對與兩干擾源中心線的偏離角)θ為:

式中,α為幅度比;φ為接收到的目標信號與誘餌信號之間的相位差。

通過對拖曳式誘餌作戰(zhàn)特性的分析可以看出,拖曳式誘餌是通過與載機形成雙點源來對導彈導引頭形成角度欺騙的,對于脈沖雷達導引頭具有較強的欺騙效果,對抗這種誘餌,采用傳統(tǒng)的方法已很難奏效。雷達作為主動傳感器,能提供目標完整的位置信息和多普勒信息,在目標探測及跟蹤方面發(fā)揮了重要的作用。紅外傳感器具有測角精度高和目標識別能力強等優(yōu)點。采用雷達/紅外雙模復合制導可以充分發(fā)揮兩種制導體制的優(yōu)勢,互相彌補不足,提高導彈的抗干擾、目標識別能力及惡劣戰(zhàn)場環(huán)境中的作戰(zhàn)效能和生存能力。因此開展雷達/紅外雙模復合制導技術,充分發(fā)揮雷達導引頭與紅外導引頭各自的優(yōu)勢,并通過信息融合提高導引頭對抗拖曳式誘餌的能力已成為重要研究方向。目前美國正在抓緊對拖曳式誘餌進行改進,增加紅外干擾設備以對抗紅外導引頭,但目前尚未成功[3],可見充分利用雷達與紅外信息的融合來對抗拖曳式誘餌正是一種比較理想的對抗技術。

3 拖曳式誘餌對抗技術

雙模導引頭的工作模式主要有:同控式(并聯(lián)式)、轉(zhuǎn)換式(串聯(lián)式)和復合式(串并聯(lián)式)。相比同控式和轉(zhuǎn)換式工作模式而言,復合式更能充分發(fā)揮各個導引頭的優(yōu)勢,具有更強的精確跟蹤能力和抗干擾能力。根據(jù)雷達導引頭和紅外導引頭的特點,充分發(fā)揮其各自優(yōu)勢,以復合式工作模式為背景,給出雙模尋的目標檢測跟蹤流程。在此過程中主要分為以下兩個階段:

第一階段:雷達導引頭跟蹤目標。導彈進入末制導段,雷達導引頭首先工作,檢測目標是否受到拖曳式誘餌形成的雙點源干擾;同時雷達導引頭對目標進行跟蹤,實時提供彈目距離及接近速度。雷達導引頭跟蹤目標,同時引導紅外導引頭的光軸進入雷達天線的波束內(nèi),在同步隨動系統(tǒng)的作用下,使紅外導引頭的光軸與雷達天線的軸處于相同的空間方向。雷達天線的跟蹤誤差精度確保目標位于紅外系統(tǒng)的瞬時視場內(nèi)。這樣,在彈目距離達到紅外導引頭探測距離時,紅外導引頭可以減少空間分割處理和空間搜索的處理過程,直接根據(jù)雷達天線所指的方向,實時取得“純”背景信號,建立背景圖像的統(tǒng)計模型[4]。當載機沒有釋放誘餌時,雷達導引頭跟蹤的是載機;當載機釋放誘餌時,雷達導引頭跟蹤的位置將不再是載機位置,而是載機與誘餌對雷達導引頭形成的角度欺騙位置。因此雷達導引頭在對目標進行跟蹤時,首先檢測是否受到干擾,如若受到誘餌干擾,這時就對跟蹤目標進行分辨,調(diào)整雷達導引頭跟蹤位置。

第二階段:雙模導引頭工作。當彈目相對距離進入紅外探測距離內(nèi),在實時背景圖像模型的基礎上,方便地利用閾值檢測方法提取目標信號,給出所需的視線角誤差信號,紅外導引頭穩(wěn)定跟蹤目標。由于誘餌與載機形成的干擾不能欺騙紅外導引頭,因此紅外導引頭就能夠比較精確的跟蹤載機。紅外導引頭跟蹤目標的同時,調(diào)整雷達導引頭主波束指向載機,使得雷達導引頭跟蹤載機位置。雷達導引頭與紅外導引頭跟蹤到目標后,將雷達測量數(shù)據(jù)與紅外測量數(shù)據(jù)實時送入數(shù)據(jù)融合中心,進行融合處理,輸出融合跟蹤數(shù)據(jù)控制導彈飛向目標。隨著彈目距離的減小,當載機和誘餌相對雷達導引頭形成的張角達到臨界角時,雷達導引頭將會選擇載機進行精確跟蹤。

以非相干雙點源干擾為例,在雷達導引頭工作過程中,導引頭初始指向兩干擾源能量重心方向。如圖2所示,兩干擾源距離為L,當張角Δθ為ΔθR(臨界角)時,導引頭離干擾源能量重心點的距離為D,在分辨出目標以后,導引頭以最大過載運動,則可得到最終失誤:

圖2 導彈飛行軌跡

式中ΔD最大過載飛行修正的失誤量[5]。可以看出,當彈目距離較近時即使導引頭按最大過載向目標飛行,它所能調(diào)整的修正誤差也是十分有限,很有可能導彈在到達目標距離時,最終攻擊誤差仍然大于導彈的殺傷半徑,使得攻擊失敗。由于紅外導引頭的探測距離一般為十幾千米,紅外導引頭在彈目距離較遠時就開始工作,有足夠的時間調(diào)整目標跟蹤航跡,確保導彈擊中目標,這說明在該方法下雙模導引頭復合工作模式是可行的。

4 實驗仿真

在第一階段目標與導彈的距離較遠,目標往往被看做是單點源,在此階段主要是雷達導引頭對目標進行檢測跟蹤,在此對其就不再進行仿真實驗。下面對雙模尋的檢測跟蹤的第二階段(雙模導引頭工作階段)進行仿真。在此階段初始時刻,假設紅外導引頭搜索發(fā)現(xiàn)目標的時間可以忽略,即雷達紅外導引頭都跟蹤上目標。

雷達觀測方程:

紅外觀測方程:

WI為紅外觀測噪聲。上標r表示雷達量,上標I表示紅外量。Wr(k)與WI(k)的協(xié)方差為RrI(k)。

在導引頭對目標進行跟蹤過程中,雷達和紅外跟蹤系統(tǒng)對載機與誘餌的測量噪聲是有關聯(lián)的,因此采用基于測量噪聲相關聯(lián)的融合算法,其狀態(tài)向量融合方法為[6]:

假設目標相對雙模導引頭做勻加速運動,載機的初始位置(10000,10000,10000),速度(420,420,0),加速度(10,0,10),拖曳線長度為120m,誘餌與目標的幅度比為1.2,誘餌與載機一起對雷達導引頭形成非相干雙點源干擾,因此雷達導引頭實際跟蹤的是誘餌與載機的能量中心,即雷達導引頭跟蹤目標的初始觀測位置為(10000,10000,9940),雷達測距誤差標準差為50m,測角(高低、方位)誤差標準差為0.01rad,紅外測角(高低、方位)誤差標準差為0.001rad,雷達與紅外測量噪聲相關系數(shù)為0.5,雷達紅外采樣時間間隔均為1s,跟蹤步數(shù)為100。另外在這里我們不考慮雷達紅外導引頭兩者安裝時形成的空間誤差。圖3～圖6為在該假設條件下,應用狀態(tài)向量融合方法得到的試驗仿真圖。

圖6 跟蹤曲線

從圖6中可以看出由于受角度欺騙干擾的影響,雷達導引頭的跟蹤誤差比紅外導引頭的跟蹤誤差大很多,采用雙模導引頭,經(jīng)融合后的跟蹤測量誤差明顯變小,能夠?qū)δ繕诉M行較為精確的跟蹤。

5 結束語

本文對拖曳式誘餌形成雙點源干擾的原理進行了簡要介紹,在分析了國內(nèi)對拖曳式誘餌研究背景的情況下,對拖曳式誘餌對抗技術進行了研究。根據(jù)拖曳式誘餌主要對雷達導引頭形成角度欺騙這一特點,提出了基于雷達/紅外信息融合的對抗技術,以復合式工作模式為背景,詳細論述了雙模尋的目標檢測跟蹤的過程。雷達/紅外復合制導是導彈發(fā)展的重要方向,雷達/紅外信息融合技術的發(fā)展為對抗拖曳式誘餌提供了一個有效的途徑?！?/p>

1 立平.AN/ALE-55光纖拖曳式誘餌取得新進展[J].航天電子對抗,2006(1):38.

2 李朝偉.基于數(shù)據(jù)融合技術對抗有源誘餌研究[J].電子對抗技術,2004,19(2):27-34.

3 柯邊.拖曳式誘餌的發(fā)展趨勢(三)[J].航天電子對抗,2001(4):41.

4 汪朝群.雷達/紅外成像雙模導引頭的聯(lián)合探測概率研究[J].紅外與激光工程,2003,32(3):221-225.

5 王軍寧.多源信號的角分辨與角跟蹤[D].西安電子科技大學,2002.

6 巴宏欣,楊飛,何心怡,等.測量噪聲相關情況下的航跡融合和測量融合[J].武漢理工大學學報(交通科學與工程版),2008,32(3):473-476.

7 方有培.拖曳式有源射頻誘餌干擾防空導彈研究[J].航天電子對抗,2001(4):16-19.

8 劉隆和.多模復合尋旳制導技術[M].北京:國防工業(yè)出版社,1999.