陳 鑫,朱學平,彭 杰

(1.電子信息控制重點實驗室,成都 610036;2.西北工業(yè)大學 航天學院,西安 710072)

1 引 言

目前,越來越多的雷達配備了各種各樣的有源誘餌。誘餌通過光纜有線方式接收雷達的基帶信號,輻射出與雷達旁瓣功率相當、特征參數一致的誘餌信號,雷達在多個誘餌的配合下工作,使雷達既能夠開機工作又能避免反輻射武器的攻擊。

有源誘餌誘偏反輻射武器技術的進步,使反輻射無人機的作戰(zhàn)效能面臨了更大挑戰(zhàn),從而推動了反輻射無人機抗誘偏技術的研究。文獻[1]提出采用陣列擴展測向,提高導引頭的角度分辨能力,使反輻射導彈可將雷達和誘餌較早地從角度上分辨開,達到抗誘偏的目的。文獻[2]分析了反輻射導彈抗誘偏效能的性能參數,得出了減小導引頭分辨角是實現反輻射導彈抗點源誘偏的有效途徑的結論。文獻[3]提出采用窄波束被動雷達導引頭或多模復合導引頭特別是采用超分辨新體制導引頭以提高角分辨力,從而使反輻射導彈具備抗誘偏能力。

采用多模復合制導或其它新體制的反輻射導引頭是提高反輻射武器抗誘偏的有效措施。對于采用傳統干涉儀測向體制的反輻射導引頭減小其角度分辨閾值可以將雷達和誘餌較早分開,然而由于物理條件限制,導引頭角度分辨閾值減小畢竟有限。如何在現有反輻射導引頭測向體制下提高武器系統的抗誘餌能力,必須從系統的角度對于不同典型誘餌進行相應的對抗策略研究。

從無人機平臺的角度講,在反輻射導引頭角度分辨能力一定的條件下,提高無人機的機動性亦可以提高對抗誘餌的能力。本文針對前沿閃爍誘餌,分析了誘餌誘偏反輻射無人機的效果,提出了一種新的變閾值的BTT/STT組合控制抗誘偏措施。仿真結果表明,該方法可以有效對抗前沿閃爍誘餌,同時消除面對稱布局無人機BTT控制滾轉通道的奇異性問題。

2 前沿閃爍誘餌誘偏反輻射無人機效果分析

前沿閃爍誘餌包括慢閃誘餌和快閃誘餌兩類。導引頭采用前沿測向可進行正確測向,但測向結果將隨誘餌前沿變化而變化,導致命中概率降低。由于誘餌在空間上是可分的,當反輻射無人機接近目標時,導引頭測出的不同誘餌目標的夾角增加?？稍O定合適的角度門限,拋棄超過門限的目標,保持門限內的目標跟蹤,從而實現按照信號到達角區(qū)分不同輻射信號的目的,可一定程度對抗閃爍誘餌。

圖1為反輻射無人機抗前沿閃爍誘餌攻擊示意圖[4]。假定反輻射無人機攻擊方向與雷達和誘餌連線垂直,無人機初始瞄準誘餌,當誘餌和雷達張角達到導引頭角度門限值時,無人機開始轉彎攻擊雷達。其中,O1、O2分別為誘餌和雷達,ΔθR為導引頭角度門限值,V為無人機飛行速度,D為無人機和誘餌初始相對距離,r為轉彎半徑,s為反輻射無人機落地時側向機動距離,雷達O2和誘餌O1相對距離為L。

圖1 反輻射無人機攻擊前沿閃爍誘餌示意圖Fig.1 Schematic diagram of anti-radiation UAV attacking cutting-edge blinding decoy

假設無人機勻速飛行,轉彎圓弧的切線方向為初始速度方向,反輻射無人機的轉彎半徑為

式中,a為反輻射無人機側向加速度。

反輻射無人機落地時側向機動距離為

由圖1可得如下關系:

由式(1)～(3)可得,反輻射無人機落地時側向機動距離O1O′為

反輻射無人機側向最大加速度amax為

式中,ρ為大氣密度,Cz為無人機側向力系數,Ma為馬赫數,α為攻角;βmax為最大可用側滑角,S為無人機參考面積,m為無人機質量。

將式(5)代入式(4)可得反輻射無人機最大側向可機動距離為

由分析可知,反輻射無人機側向最大可機動距離與大氣密度(即目標海拔高度)、側力系數、誘餌布陣間距、導引頭分辨角有關,而與飛行速度無關。因此,為了提高無人機抗誘偏能力,從導引頭角度講,必須提高測向精度,減小角度門限,以增加無人機可機動距離;從反輻射武器平臺講,需要提高平臺的機動能力。

假設末制導段反輻射無人機飛行速度為250 m/s,反輻射導引頭分辨角為7°。對于無人機不同的最大側向機動加速度amax和誘餌與雷達間距L給出無人機側向最大可機動距離smax的計算結果,見表1。

表1 無人機側向最大可機動距離Table 1 Maximum lateral manuevering distance of UAV

如果無人機側向最大可機動距離smax小于誘餌和雷達間距L,則誘偏成功。為此,必須提高反輻射無人機的機動性,增強其抗前沿閃爍誘餌的能力。

3 BTT/STT組合控制算法設計

在給定目標海拔高度、誘餌布陣及導引頭分辨角的條件下,提高無人機側力系數對于增加無人機末段可機動距離,提高抗誘餌能力具有重要意義。面對稱布局反輻射無人機為了提高飛行控制系統的響應速度,消除滾轉指令解算的奇異性問題,末制導段通常采用STT控制;然而,對抗前沿閃爍誘餌對平臺的機動能力提出了更高的要求。為此,提出了一種新的變閾值的BTT/STT組合控制算法,以提高反輻射無人機抗前沿閃爍誘餌的能力。

3.1 BTT/STT組合控制算法

首先給出一種BTT/STT組合控制算法:

式中,nyc、nzc分別為縱向和側向過載指令,nc為總過載指令,full為完全BTT滾轉角度指令,c為BTT/STT組合控制滾轉角度指令,nSTT、nBTT分別為設定的STT控制、BTT控制轉換閾值,并且nSTT

因此,BTT/STT組合控制算法增強了面對稱布局無人機的側向機動能力,同時可以使STT/BTT轉換過程中傾斜角指令連續(xù)變換,消除了BTT控制滾轉指令的奇異性問題。

3.2 變閾值的BTT/STT組合控制算法

BTT/STT組合控制算法中的閾值nSTT和nBTT可以取成定值,然而這對于對地攻擊飛行器的末制導階段是不適宜的。因為這類飛行器在末制導階段動壓變化范圍很大,因此側向可用過載變化范圍較寬。為了改善BTT/STT組合控制在末制導階段的性能,提出一種變閾值的BTT/STT組合控制算法:

式中,K1、K2為給定的系數 ,且 K1

將式(7)與式(8)相結合即構成了變閾值的BTT/STT組合控制算法。將法向過載指令分配到機體坐標系中,得到機體坐標系下俯仰/偏航通道的法向過載指令為

探究微波烘干時單位面積上要烘干的魚片的質量對鳳尾魚片感官的影響，單位面積的魚片的質量不一樣，則單位質量的魚片吸收的微波能量不一樣，所以要考慮單位面積的質量對烘干效果的影響。在其他因素不變的條件下，以80，100，120，140 g(以10 dm2烘干面積計)4組質量進行實驗，通過分析鳳尾魚片口感的變化，選擇適當的烘干質量。

式中,nycm、nzcm分別為機體坐標中俯仰/偏航通道的法向過載指令。

在末制導攻擊過程中,反輻射無人機采用變閾值的BTT/STT組合控制,增加無人機的機動性,使得反輻射導引頭在空間上分辨出雷達和誘餌之后,無人機具有足夠的機動能力攻擊雷達或誘餌。

4 抗前沿閃爍誘餌仿真分析

仿真條件為:反輻射無人機初始飛行高度為3000 m,初始坐標為(0 m,3000 m,0 m);目標靜止,初始坐標為(2517.6 m,0 m,0 m);目標雷達和誘餌相對距離為250 m,無人機初始瞄準誘餌,飛行速度方向與目標雷達、誘餌連線方向垂直;無人機與目標相對距離為2060 m時(對應的分辨角為7°),分辨出目標雷達和誘餌,開始轉彎攻擊目標雷達;反輻射無人機脫靶量為2.94 m。圖2～4分別為攻角曲線、側滑角曲線和滾轉角曲線。

由仿真曲線可知,側向過載指令較大時,由攻角及滾轉角產生較大的側向過載;側向過載指令較小時,滾轉角為零,采用STT控制由側滑角產生側向過載。因此,采用本文所提出的變閾值的BTT/STT組合控制算法,提高了面對稱布局無人機末制導階段的機動能力同時消除了BTT控制滾轉指令解算的奇異性,使得無人機具備抗前沿閃爍誘餌所需的機動能力。

圖2 抗誘偏制導攻角曲線Fig.2 Attack angel curve for anti-decoy guidance

圖3 抗誘偏制導側滑角曲線Fig.3 Sideslip angle curve for anti-decoy guidance

圖4 抗誘偏制導滾轉角曲線Fig.4 Roll angle curve for anti-decoy guidance

5 結 論

本文首先分析了前沿閃爍誘餌誘偏反輻射無人機的效果,給出了對抗前沿閃爍誘餌對無人機平臺的性能需求;針對面對稱布局無人機側向機動能力差與抗前沿閃爍誘餌對平臺機動能力需求高的矛盾,提出了一種新的變閾值的BTT/STT組合控制策略;最后,進行了數字仿真。仿真結果表明,本文所提出的變閾值的BTT/STT組合控制策略,可以大大提高面對稱布局反輻射無人機末制導階段的側向機動性,使反輻射導引頭分辨出雷達和誘餌后無人機具備攻擊雷達或誘餌所需的機動能力,在成功分辨出雷達和誘餌后可以成功摧毀雷達或誘餌,并具有較高的制導精度;同時消除了末制導階段BTT控制滾轉指令解算的奇異性問題,驗證了本文所提方法的合理性和可行性。

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