摘 要：抗誘偏能力是反輻射導(dǎo)彈作戰(zhàn)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，通過在輻射式仿真試驗(yàn)系統(tǒng)中設(shè)置有源誘偏系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對反輻射導(dǎo)彈抗誘偏性能的檢驗(yàn)與評估。介紹了反輻射導(dǎo)彈輻射式仿真試驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)方法；利用合成場原理建立了反輻射導(dǎo)彈導(dǎo)引信號模型；通過仿真研究了改變誘餌的功率、點(diǎn)源間距及反輻射導(dǎo)彈來襲方向?qū)粜Ч挠绊憽Ｔ摲椒ǖ难芯繉Ψ摧椛鋵?dǎo)彈抗誘偏輻射式仿真試驗(yàn)中誘偏信號的設(shè)置和控制、作戰(zhàn)效能的評估有重要的參考價值。

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關(guān)鍵詞：反輻射導(dǎo)彈; 兩點(diǎn)源誘偏; 輻射式仿真; 誘餌設(shè)置

中圖分類號：

TN95-34

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1004-373X(2012)01-0004-04

Method of decoy setting in two-source decoy radiation simulation test

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XIAO Ben-long， YANG Li-du， ZHANG Cheng

(PLA Unit of 63880， Luoyang 471003， China)

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Abstract： The capability of distinguishing real target signal and decoy is important for anti-radiation missile (ARM). By setting active decoy system in radiation simulation test system， the anti-decoy performance of the ARM can be scientifically checked and evaluated. The radiation simulation test method of the ARM is presented. The model of guidance signal is established with the theory of synthesized electromagnetic field.， The influence on attack effect by changing the power of the decoy， the distance between two sources and the direction of ARM is studied based on the simulation. The research provides a valuable reference for the setting and controlling of the decoy in the test， and also for the evaluation of combat efficiency.

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Keywords： anti-radiation missile; two-source decoy; radiation simulation; decoy setting

收稿日期：2011-07-03

0 引 言

反輻射導(dǎo)彈是一種利用敵方輻射源輻射的電磁波發(fā)現(xiàn)、跟蹤并摧毀輻射源的導(dǎo)彈。在電子對抗斗爭日趨激烈的現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，反輻射導(dǎo)彈無疑是對雷達(dá)威脅最大的一種武器。它不僅能從實(shí)體上摧毀雷達(dá)設(shè)施，而且能殺傷雷達(dá)操作人員，從而造成心理上的恐懼感，以致嚴(yán)重削弱其作戰(zhàn)能力。因此，尋求對抗反輻射導(dǎo)彈的措施成為電子防御領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，而誘偏技術(shù)則是對抗反輻射導(dǎo)彈的有效途徑之一。

內(nèi)場輻射式仿真試驗(yàn)具有代價小、效率高、可重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，在輻射式仿真試驗(yàn)系統(tǒng)中進(jìn)行反輻射導(dǎo)彈的抗誘偏能力試驗(yàn)，可有效地檢驗(yàn)反輻射導(dǎo)彈對信號的分選識別能力、抗干擾能力以及信號的截獲能力，以實(shí)現(xiàn)對反輻射導(dǎo)彈在不同戰(zhàn)情設(shè)置情況下的作戰(zhàn)性能的科學(xué)評估。本文對反輻射導(dǎo)彈兩點(diǎn)源誘偏射頻仿真中誘餌的設(shè)置方法進(jìn)行了研究。

1 兩點(diǎn)源誘偏原理

反輻射導(dǎo)彈被動雷達(dá)導(dǎo)引頭是一種單脈沖跟蹤系統(tǒng)，幅度和相位單脈沖系統(tǒng)都能在它所在的位置有效地測量射頻脈沖波前的發(fā)源地，并通過探測目標(biāo)雷達(dá)來波波前的法線方向與瞄準(zhǔn)軸的偏離得出角跟蹤信息。由于反輻射導(dǎo)彈的彈體直徑有限，其導(dǎo)引頭無法安裝大口徑天線，為了捕獲信號，天線的波束寬度也不能太窄，這就決定了導(dǎo)引頭的分辨角大的特點(diǎn)。依據(jù)這一特性，可以在其分辨單元內(nèi)，隨目標(biāo)雷達(dá)同時布置一個有源誘餌，其波前實(shí)際上由兩個分開的輻射源發(fā)射的信號產(chǎn)生的，反輻射導(dǎo)彈在接近目標(biāo)雷達(dá)一定距離之前，其導(dǎo)引頭無法將目標(biāo)雷達(dá)和誘餌分辨出來。在到達(dá)分辨臨界距離后，由于反輻射導(dǎo)彈的末段采用比例導(dǎo)引，其過載能力有限，從而導(dǎo)致彈著點(diǎn)偏離目標(biāo)雷達(dá)，如圖1所示。

根據(jù)誘餌和雷達(dá)信號之間的關(guān)系，兩點(diǎn)源誘偏又分為相干誘偏和非相干誘偏兩種情況。當(dāng)誘餌與雷達(dá)信號相干時，在反輻射導(dǎo)引頭處具有恒定的相位差，由于導(dǎo)引頭受到兩點(diǎn)源的共同作用，而合成輻射場的相位波前發(fā)生畸變，當(dāng)天線口面尺寸遠(yuǎn)小于合成相位波前的斜面時，會誘使導(dǎo)引頭指向大大偏離這兩個點(diǎn)源連線中心所在的方向；當(dāng)誘餌與雷達(dá)信號不相干時，二者沒有確定的相位關(guān)系，在導(dǎo)引頭處形成角閃爍，這時，反輻射導(dǎo)彈跟蹤兩者的功率重心，一般只能命中兩者連線上的某一點(diǎn)。由于相干誘偏在實(shí)際使用中實(shí)現(xiàn)難度很大，本文主要研究非相干誘偏。

圖1 兩點(diǎn)源誘偏示意圖

2 反輻射武器輻射式仿真試驗(yàn)方法

進(jìn)行反輻射導(dǎo)彈輻射式仿真試驗(yàn)時，反輻射導(dǎo)彈導(dǎo)引頭安裝在導(dǎo)彈模擬轉(zhuǎn)臺上，轉(zhuǎn)臺用來模擬反輻射導(dǎo)彈在攻擊過程中相對目標(biāo)的飛行姿態(tài)變化。雷達(dá)信號模擬分系統(tǒng)產(chǎn)生的雷達(dá)主信號和背景環(huán)境信號通過天線陣列輻射。導(dǎo)引頭對接收到的雷達(dá)輻射源信號進(jìn)行分選測向，并通過自動駕駛儀輸出姿態(tài)控制指令送給輻射式仿真試驗(yàn)系統(tǒng)中的武器計算機(jī)以計算出其姿態(tài)運(yùn)動參數(shù)，提供給轉(zhuǎn)臺計算機(jī)以控制導(dǎo)彈轉(zhuǎn)臺模擬反輻射導(dǎo)彈實(shí)時姿態(tài)變化，構(gòu)成一個閉合試驗(yàn)環(huán)路，對反輻射武器進(jìn)行系統(tǒng)性能和攻擊精度的試驗(yàn)和評估，如圖2所示。

圖2 反輻射導(dǎo)彈輻射式仿真

雷達(dá)天線陣列的主陣列采用三元組天線合成輻射的方式，通過等效輻射中心在天線陣面上的連續(xù)移動模擬雷達(dá)與反輻射導(dǎo)彈的相對位置關(guān)系。在輻射式仿真試驗(yàn)系統(tǒng)中，天線陣上輻射信號的位置是用方位和俯仰坐標(biāo)系統(tǒng)定義的，因此，需要根據(jù)實(shí)際中ARM與雷達(dá)的相對位置關(guān)系來解算天線陣上輻射位置的坐標(biāo)。

3 反輻射導(dǎo)彈導(dǎo)引信號模型

3.1 導(dǎo)引信號的概念

在反輻射導(dǎo)彈輻射式仿真試驗(yàn)中，放置在導(dǎo)彈轉(zhuǎn)臺上的導(dǎo)引頭接收來自天線陣的輻射信號，采用直接瞄準(zhǔn)法導(dǎo)引。當(dāng)進(jìn)行兩點(diǎn)源誘偏試驗(yàn)時，反輻射導(dǎo)彈跟蹤兩點(diǎn)源在導(dǎo)引頭處合成場的法線方向，導(dǎo)引信號是彈體縱軸與視線之間的夾角，可分解為方位和俯仰上的分量，分別設(shè)為δA和δB，如圖3所示。

圖3 導(dǎo)引信號示意圖

由文獻(xiàn)[1]可知，在以雷達(dá)所在位置為原點(diǎn)的坐標(biāo)系中，雷達(dá)和n個誘餌輻射源都在地面上，它們在反輻射導(dǎo)彈導(dǎo)引頭處的合成電場的幅度和相位分別為：

E=［(∑ni=0Eisin φi)2+(∑ni=0Eicos φi)2］1/2

(1)

φ=arctg∑ni=0Eisin φi∑ni=0Eicos φi

(2)

設(shè)導(dǎo)彈所在位置為(xA，yA，zA)，合成波波前法線方程為：

x－xAφ/xA=x－yAφ/yA=x－zAφ/zA

(3)

進(jìn)而求得合成波波前法線同地面的交點(diǎn)為：

xz=0=∑ni=0∑nk=0EiEkxkzA－xAzkλkrkcos Δφ∑ni=0∑nk=0EiEkzA－zkλkrkcos Δφ

(4)

yz=0=∑ni=0∑nk=0EiEkykzA－yAzkλkrkcos Δφ∑ni=0∑nk=0EiEkzA－zkλkrkcos Δφ

(5)

式中：Ei，Ek為第i，k個點(diǎn)源到導(dǎo)引頭處的電場強(qiáng)度峰值；(xk，yk，zk)為第k個點(diǎn)源的位置；λk為第k個點(diǎn)源的工作波長；rk為第k個點(diǎn)源到導(dǎo)引頭處的距離；Δφ=φi－φk，為第i個和第k個點(diǎn)源到導(dǎo)引頭的初始相位差。

由于本文研究的是兩點(diǎn)源誘偏，為了研究方便，將對導(dǎo)引信號的研究簡化為對兩點(diǎn)源合成波波前法線與地面交點(diǎn)的研究。建立平面坐標(biāo)系如圖4所示，A為反輻射導(dǎo)彈，雷達(dá)為坐標(biāo)原點(diǎn)O(0，0)，誘餌為x軸上O1(d，0)點(diǎn)，將上式化簡，得到法線與地面的交點(diǎn)O′坐標(biāo)為：

x′=β2+βcos Δφβ2+K(K+1)βcos Δφ#8226;d

y′=0

式中：β = E1E0；K=λ1r1λ0r0；Δφ=φ1－φ0。

圖4 兩點(diǎn)源誘偏平面坐標(biāo)系

3.2 信號功率的選擇

由式(6)可知，反輻射導(dǎo)彈的瞄準(zhǔn)方向跟相位差Δφ、點(diǎn)源的工作波長以及點(diǎn)源到導(dǎo)引頭的電場強(qiáng)度峰值有關(guān)。若誘餌與雷達(dá)的輻射電場峰值相同，即β＝1時，K取不同值反輻射導(dǎo)彈導(dǎo)引頭瞄準(zhǔn)方向隨相位差Δφ的變化曲線如圖5所示。由圖可以看出，隨著K值的增大，導(dǎo)彈的瞄準(zhǔn)方向偏向于雷達(dá)；而K減小到一定值時，導(dǎo)彈的瞄準(zhǔn)方向偏向于誘餌；當(dāng)K=1左右時，導(dǎo)彈瞄準(zhǔn)兩點(diǎn)源的中間點(diǎn)。若取K=1.2時，β取不同值反輻射導(dǎo)彈導(dǎo)引頭瞄準(zhǔn)方向隨相位差Δφ的變化曲線如圖6所示。由圖可以看出，隨著β值的增大，導(dǎo)彈的瞄準(zhǔn)方向偏向于誘餌，這是由于誘餌的功率漸大于雷達(dá)的功率，反輻射導(dǎo)彈導(dǎo)引頭跟蹤功率重心從而逼近誘餌，要注意的是，試驗(yàn)表明，當(dāng)輻射源間的功率比大于1.25時，導(dǎo)引頭將不再跟蹤輻射源的功率重心，而是跟蹤功率大的輻射源，只是偶爾跟蹤功率重心，稍有擾動就立刻跟蹤功率大的輻射源。

圖5 β＝1時導(dǎo)引頭瞄準(zhǔn)方向變化曲線

3.3 兩點(diǎn)源間距的選擇

反輻射武器攻擊目標(biāo)時分為兩個階段。當(dāng)離目標(biāo)較遠(yuǎn)時，兩點(diǎn)源還都在導(dǎo)引頭的分辨角θR范圍內(nèi)，導(dǎo)引頭將跟蹤二者的合成輻射場的法線方向；當(dāng)反輻射導(dǎo)彈抵近目標(biāo)飛行時，兩點(diǎn)源與導(dǎo)引頭瞄準(zhǔn)軸方向之間的夾角變大，當(dāng)增加到一定程度越過閾值即θ≥θR時(θ為ARM與兩點(diǎn)源的夾角)，反輻射導(dǎo)彈可以分辨出兩個輻射源，此時導(dǎo)引頭穩(wěn)定跟蹤單一目標(biāo)雷達(dá)或誘餌。

圖6 K=1.2時導(dǎo)引頭瞄準(zhǔn)方向變化曲線

在反輻射導(dǎo)彈分辨出目標(biāo)后，將以最大過載修正初始誤差。此時，若兩點(diǎn)源間距足夠大時，反輻射導(dǎo)彈能夠較早分辨出目標(biāo)，從而有足夠的時間修正誤差，最終有可能擊中目標(biāo)；若兩點(diǎn)源間距很小，反輻射導(dǎo)彈只能在離目標(biāo)較近的距離上分辨出兩點(diǎn)源，由于反輻射導(dǎo)彈的速度很快，其過載能力有限，很難在短距離內(nèi)修正誤差，但因?yàn)閮牲c(diǎn)源的間距小，反輻射導(dǎo)彈在擊中兩點(diǎn)源之間某處時，有可能其中一個點(diǎn)源在導(dǎo)彈的殺傷半徑內(nèi)，也會達(dá)到毀傷目標(biāo)的目的。因此，選擇合適的兩點(diǎn)源間距很重要。

反輻射導(dǎo)彈在達(dá)到臨界點(diǎn)時，即θ≥θR時，會穩(wěn)定跟蹤兩點(diǎn)源中的其中一個，在導(dǎo)引期間能修正誤差距離為：

Δx=12jmaxr2v2rel

(7)

式中：jmax=nmaxg，nmax為反輻射導(dǎo)彈最大過載，g為重力加速度；

vrel為反輻射導(dǎo)彈徑向速度；r為反輻射導(dǎo)彈到O′點(diǎn)的距離。

當(dāng)雷達(dá)和誘餌的載頻、功率相同時，反輻射導(dǎo)彈的瞄準(zhǔn)方向與兩點(diǎn)源間的夾角相等，即瞄準(zhǔn)方向是點(diǎn)源與反輻射導(dǎo)彈夾角的角平分線。如圖7所示，圖中α為反輻射導(dǎo)彈進(jìn)攻角，O″(x″，0)為導(dǎo)彈以最大過載修正誤差后的最終落點(diǎn)，θR為反輻射導(dǎo)彈分辨角。由圖可得：

r=x′cos(α+θR/2)sin (θR/2)

(8)

對式(8)化簡得：

x′=2d1+K(K+1)

(9)

導(dǎo)彈最終落點(diǎn)：

x″=x′－Δx 

=2d1+K(K+1)－ 

12jmax2d1+K(K+1)cos(α+θR2)2vrelsinθR22

(10)

圖7 雷達(dá)和誘餌相同時的瞄準(zhǔn)方向

對某型反輻射導(dǎo)彈進(jìn)行仿真，假設(shè)導(dǎo)彈向雷達(dá)所在的方向偏，取重力加速度g=9.8 m/s2，最大轉(zhuǎn)彎過載nmax=8，導(dǎo)彈的徑向速度vrel=1 200 m/s，導(dǎo)彈分辨角θR=12°，K=1。對導(dǎo)彈最終落點(diǎn)在進(jìn)攻角α取不同值時隨兩點(diǎn)源間距的變化進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖8所示。從圖中可以看出，隨著進(jìn)攻角的增大，反輻射導(dǎo)彈離雷達(dá)距離會減小，是因?yàn)榇蠊艚乔闆r下，導(dǎo)彈會有更多的時間修正誤差。再取進(jìn)攻角α＝55°，對導(dǎo)彈最終落點(diǎn)在分辨角θR取不同值時隨兩點(diǎn)源間距的變化進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖9所示。從圖中可以看出，隨著θR的減小，反輻射導(dǎo)彈離雷達(dá)距離會減小，這是因?yàn)榉直娼切r，導(dǎo)彈能夠在較遠(yuǎn)的距離上分辨出目標(biāo)，從而及時修正誤差，且從仿真結(jié)果可以得到，分辨角對反輻射導(dǎo)彈的抗誘偏性能影響大。

圖8 θR=12°時反輻射導(dǎo)彈的最終落點(diǎn)仿真

總體而言，從仿真情況來看，如選擇的兩點(diǎn)源間距過小，則有可能在反輻射導(dǎo)彈的殺傷半徑內(nèi)；如兩點(diǎn)源間距過大，則反輻射導(dǎo)彈會在較遠(yuǎn)的距離上分辨出目標(biāo)，進(jìn)而對目標(biāo)產(chǎn)生威脅。

圖9 α=55°時反輻射導(dǎo)彈的最終落點(diǎn)仿真

4 結(jié) 語

通過上述分析可知，反輻射導(dǎo)彈抗誘偏能力取決于多個因素，如點(diǎn)源的工作波長、功率大小、兩點(diǎn)源間距、導(dǎo)彈的進(jìn)攻角以及分辨角等，在進(jìn)行兩點(diǎn)源誘偏輻射式仿真試驗(yàn)時，可通過設(shè)置適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)源功率、點(diǎn)源間距、反輻射導(dǎo)彈的進(jìn)攻角等項(xiàng)目，綜合考評反輻射導(dǎo)彈的抗誘偏能力等作戰(zhàn)性能，進(jìn)而為裝備的研制、改進(jìn)提供參考。

參 考 文 獻(xiàn)

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作者簡介：

肖本龍 男，1984年出生，安徽繁昌人，助理工程師，碩士。主要研究方向?yàn)槔走_(dá)對抗仿真。

楊黎都 男，1971年出生，河南洛陽人，高級工程師，碩士。主要研究方向?yàn)槔走_(dá)對抗仿真。

張 程 男，1984年出生，吉林長春人，助理工程師。主要研究方向?yàn)槔走_(dá)對抗仿真。