吳昌忠， 熊小麗

（1．貴州航天電子科技有限公司，貴州 貴陽550009；2．中國人民解放軍駐061基地軍代室，貴州 貴陽550006）

0 引言

眾所周知，無線電引信的啟動性能試驗是引信研制過程中非常重要的性能檢測試驗項目之一［1］，它主要完成引信作用距離參數(shù)和固有啟動角參數(shù)的檢測，為所屬彈的引戰(zhàn)配合設計提供原始依據(jù)。隨著空中來襲目標類型的增多，要求無線電引信可對付目標類型也在不斷增多，這種形勢的發(fā)展對開展無線電引信的啟動性能試驗增加了越來越大的難度，尤其是當無線電引信的作用距離較大的時候，試驗甚至無法進行。

例如傳統(tǒng)的基于真實飛機的繞飛試驗，實現(xiàn)不了小RCS目標的等效，為了操作的安全，近距離的啟動特性試驗也無法進行，基于傳統(tǒng)的滑軌試驗，對場地要求非?？量?，為獲得良好的凈空環(huán)境模擬，無法實現(xiàn)作用距離參數(shù)的1：1等效，而其它的更加逼真的打彈或火箭炮試驗，人、物、力的耗資巨大，既不安全，也不經(jīng)濟。為此，研究一種新型的啟動性能試驗方法，勢在必行。

本文以滑軌試驗平臺為基礎，提出基于天線方向圖分析的引信啟動性能試驗的方法，可以通過錄取有限的試驗數(shù)據(jù)，直接推出引信產(chǎn)品的啟動曲線，屬于一種高效的試驗方案，可供開展引信啟動性能試驗工作進行參考。

1 理論模型

無線電引信對目標的檢測主要是依賴目標回波能量大小進行的，當回波能量達到預設的信號門限和速度滿足規(guī)定要求時，確認為目標被發(fā)現(xiàn)，而目標回波能量大小受雷達方程約束。以收發(fā)共用系統(tǒng)為例，雷達方程模型為［2］

式中：Pt為發(fā)射功率；G為天線增益；R為作用距離；F為接收機噪聲系數(shù)；λ為工作波長；σ為目標RCS；S／N為信噪比；T為接收機工作的絕對溫度；k為波茲曼常數(shù)；Bn為接收機的等效噪聲帶寬。

則可把式（1）變換為

當引信產(chǎn)品參數(shù)調(diào)定后，式（2）中的k1、S／N門限均為常數(shù)，對于特定的目標交會，引信產(chǎn)品的啟動性能只與天線方向圖有關(guān)，即距離變化時，在綜合了雷達方程約束條件和信號檢測損失后，啟動角也發(fā)生相應的變化。

當天線收發(fā)分開時，式（2）可轉(zhuǎn)化為

式中：G1為發(fā)射天線增益，G2為接收天線增益。

假設某一天線方向圖，如圖1所示。

圖1 天線方向圖

把圖1的引信天線方向圖參數(shù)，如表1描述。

表1 引信天線方向圖參數(shù)

假設彈目交會示意圖如圖2所示，θ1為發(fā)射天線到目標的連線與天線口面的夾角；θ2為接收天線到目標的連線與天線口面的夾角；R1為發(fā)射天線到目標的連線距離；R2為接收天線到目標的連線距離；ρ為目標距天線口面的垂直距離；r為接收天線與發(fā)射天線間距。

圖2 彈目交會示意圖

由圖1可得

由式（4）、（5）、（6）得

根據(jù)式（7），把θ1作為變量，可以計算出所對應的θ2。

由θ1的數(shù)據(jù)，從表1對照出αj和dj（1≤j≤n），可得到發(fā)射天線增益降低值ΔG11；由θ2的數(shù)據(jù)，可查出接收天線增益降低值ΔG21，通過ΔG11和ΔG21，可計算得出目標方位收發(fā)天線增益降低合成值ΔG11G21。該值即為引信收發(fā)天線分開波束失配引起的收發(fā)天線增益失配損失。

收發(fā)天線增益失配損失，如表2所示。

在進行引信啟動性能試驗中，如果完成了一個交會點的參數(shù)錄取，計該點距離為R11、R21，啟動角為θ11、θ21，通過點（R11、ΔG11、θ11）的數(shù)值，結(jié)合圖1天線方向圖分析，可以推出下一個交會點的參數(shù)（R1i、ΔG1i、θ1i）（1≤i≤n）來，方法描述如下

表2 收發(fā)天線增益失配損失表

（1）同一個目標的試驗

令距離變化引起的回波能量變化為y1＝40log（R11／R12），距離變化引起的信號檢測損失為y2，在不考慮天線影響的條件下，距離變化引起的信噪比變化為y3。由于產(chǎn)品的信噪比門限是固定的，在目標與產(chǎn)品交會過程中，目標回波能量要達到產(chǎn)品的信噪比門限要求，在啟動點上，必然存在天線增益的變化量等于信噪比變化量且符號相反的特征，而信噪比變化量可表示為

以（R11、ΔG11、θ11）為參考點，根據(jù)y3的數(shù)據(jù)，可以直接從圖1中查出對應的天線增益變化量為ΔG1iG2i＝－y3，根據(jù)R1i數(shù)據(jù)，可以直接從表2中查出對應的θ1i、θ1i和ΔG1i，最終判出新的交會點（R1i、ΔG1i、θ1i）。

以此類推，可以逐點推算出同一個目標交會的整個啟動特性曲線。

（2）不同目標的試驗

令距離變化引起的回波能量變化為y1＝40log（R11／R12），距離變化引起的信號檢測損失為y2，在不考慮天線影響的條件下，距離變化引起的信噪比變化為y3，目標RCS的變化量為y4，由于產(chǎn)品的信噪比門限是固定的，在目標與產(chǎn)品交會過程中，目標回波能量要達到產(chǎn)品的信噪比門限要求，在啟動點上，必然存在天線增益的變化量等于信噪比變化量且符號相反的特征，而信噪比變化量可表示為

以（R11、ΔG11、θ11）為參考點，根據(jù)y3的數(shù)據(jù)，可以直接從圖1中查出對應的天線增益變化量為ΔG1iG2i＝－y3，根據(jù)R1i數(shù)據(jù)，可以直接從表2中查出對應的θ1i、θ1i和ΔG1i，最終判出新的交會點（R1i、ΔG1i、θ1i）。

以此類推，可以逐點推算出同一個目標交會的整個啟動特性曲線。

2 試驗方法

從本質(zhì)上講，引信啟動性能檢測試驗主要解決兩個方面的問題，其一為描出引信對典型目標的啟動曲線，其二是檢測出引信對典型目標的作用距離，為了完成此兩項任務，應選擇合適的試驗方法，才能獲得高效率的工作效果，而重點是根據(jù)試驗環(huán)境條件選擇好參試目標RCS和設置好引信靈敏度參數(shù)。

2．1 啟動曲線錄取試驗

從理論分析，在確保試驗環(huán)境對引信性能參數(shù)檢測不受影響的條件下，引信產(chǎn)品的靈敏度盡可能調(diào)低，目標的RCS盡可能大，這樣可以簡化運動載體的設計，也可以確保每一次交會都可以錄取到啟動點。

一種滑軌試驗的原理圖，如圖3所示。

圖3 引信滑軌試驗原理圖

引信裝入試驗艙擺放于小車上，試驗艙兩邊及正前方擺放吸波材料，盡量避免引信的發(fā)射波束經(jīng)周圍地物反射后進入引信接收通道，從而影響引信對目標檢測能力。在試驗中，用記錄設備記錄好產(chǎn)品發(fā)現(xiàn)目標的時刻和位置，根據(jù)目標的吊高，就可以計算出啟動距離和啟動角參數(shù)。

2．2 作用距離檢測試驗

本項目試驗難度較大，臨界啟動點往往比較難找，因此在正式試驗前，可以用靜態(tài)對接的方法，把初步距離收縮出來。試驗系統(tǒng)按照圖3布置，但產(chǎn)品連接需進行改裝，改裝原理圖如圖4所示。

圖4 引信改裝示意圖

圖4中，單邊帶調(diào)制器對回波信號調(diào)制，實現(xiàn)多普勒信息模擬，正交信號發(fā)生器完成多普勒信號參數(shù)設置，以滿足產(chǎn)品試驗需求。由于信號在單邊帶調(diào)制器中有衰減，為達到模擬真實試驗的效果，可對回波信號進行放大處理，來填補因單邊帶調(diào)制損耗的信號強度。

試驗時，可以掛相對大一些的RCS目標，把產(chǎn)品的靈敏度調(diào)低，待對接試驗檢測出了試驗狀態(tài)的作用距離參數(shù)后，直接使用雷達方程計算出真實產(chǎn)品的作用距離參數(shù)，并鎖定產(chǎn)品狀態(tài)，再進行適當次數(shù)的驗證試驗即可，但參數(shù)推算時應該把工作體制引入的信號檢測損失計算在內(nèi)。

3 驗證性試驗

2012年3月，某型引信進行了兩個進入的啟動性能試驗［3］，目標為 RCS＝0．2 m2的金屬球。試驗中，第一個進入啟動距離為24 m，啟動角為51°，第二個進入啟動距離為66 m，啟動角為53°。參試引信天線方向圖參數(shù)如下表3所示。

表3 引信天線方向圖參數(shù)

令R11＝24 m，θ11＝51°，根據(jù)表3可以得到ΔG11＝14．1 dB，在試驗中所檢測到的啟動距離R12＝66 m，此時可令ΔG21＝14．1 d B。經(jīng)過計算有y1＝40log（R1／R2）＝40log（24／66）＝－17．6 d B，距離變化引起的信號檢測損失為y2＝－20 log（4／11）＝8．8 dB［3］，于是有y3＝（y1＋y2）＝－17．6＋8．8＝－9．8 d B，根據(jù)信噪比恒定的要求可知，ΔG12G22＝－y3＝9．8 dB，由R12＝66 m數(shù)據(jù)，通過查表得出對應的啟動角θ12＝53°，該理論數(shù)據(jù)與試驗中所檢測到的數(shù)據(jù)完全相符，說明理論模型正確。

4 結(jié)束語

基于天線方向圖分析的引信啟動性能試驗方法，是針對收發(fā)分開的系統(tǒng)和點目標交會的情況進行分析的，在遠距離交會或者小目標交會，計算結(jié)果有較好的精度，對于體目標效應來說，要么交會距離近，要么目標幾何體積大，兩種情況在工程上對引戰(zhàn)配合已經(jīng)要求已不那么苛刻，并不影響本方法導出的結(jié)論應用，但該方法大大簡化了試驗系統(tǒng)運行的苛刻度，通過合理設置產(chǎn)品參數(shù)，結(jié)合記錄的有限的試驗進入的數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理，就可以獲得比較完整的啟動曲線，方法科學、操作簡單、省時省錢、經(jīng)濟性好，可仿真的參數(shù)范圍寬，對引戰(zhàn)配合設計可提供全局可視化參數(shù)概念，從而可以獲得更加理想的引戰(zhàn)配合設計效果，該方法投入使用后，必將對開展引信啟動性能試驗產(chǎn)生出積極的作用和經(jīng)濟效益。

［1］ 梁棠文．防空導彈引信設計及仿真技術(shù)［M］．北京：宇航出版社．1994．

［2］ 許建中．無線電近感系統(tǒng)［M］．南京：南京理工大學出版社，2005．

［3］ 王寧，女，優(yōu)化隨機碼引信低空性能實現(xiàn)方案［J］．江南航天科技，2008，（增刊）：10．