趙 乾，劉志國(guó)，王仕成，張 帥

(第二炮兵工程大學(xué)控制工程系，西安710025)

引 言

激光制導(dǎo)武器由于其制導(dǎo)精度高、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)［1］，在精確制導(dǎo)武器中正占有越來(lái)越大的比例。隨著激光制導(dǎo)武器對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)的威脅與日俱增，各國(guó)均深入研究發(fā)展激光制導(dǎo)武器干擾技術(shù)。

激光制導(dǎo)干擾技術(shù)主要有激光有源干擾技術(shù)和無(wú)源干擾技術(shù)兩種［2］。目前應(yīng)用于實(shí)戰(zhàn)的無(wú)源干擾主要是煙幕干擾，有源干擾包括壓制式有源干擾和欺騙式有源干擾［3］，其中欺騙式有源干擾又分為角度欺騙式干擾和高重頻干擾。國(guó)內(nèi)外對(duì)角度欺騙式干擾的研究比較深入，技術(shù)比較成熟且研發(fā)了相應(yīng)裝備;而對(duì)于高重頻激光干擾，由于其進(jìn)行干擾時(shí)無(wú)需對(duì)敵方激光制導(dǎo)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別和復(fù)制，對(duì)抗的適應(yīng)能力和主動(dòng)性得到較大提高［4］，干擾效果較好。因而，作為一種新的光電對(duì)抗方式，激光高重頻干擾正受到越來(lái)越多的重視和研究。

根據(jù)激光高重頻干擾的原理，本文中對(duì)激光解碼，重點(diǎn)是解碼識(shí)別階段的干擾效果進(jìn)行了定量分析，總結(jié)歸納了在編解碼搜索識(shí)別階段提高激光高重頻干擾效果的因素。

1 高重頻激光干擾

高重頻激光干擾按作用效果可分為壓制式高重頻干擾和欺騙式高重頻干擾兩種，文中研究的是欺騙式高重頻干擾的效果。

欺騙式高重頻激光干擾是指:通過(guò)直接向激光導(dǎo)引頭照射或由激光導(dǎo)引頭視場(chǎng)內(nèi)的假目標(biāo)反射的方式發(fā)射高重頻激光干擾脈沖，當(dāng)重復(fù)頻率足夠高時(shí)，干擾脈沖可進(jìn)入每個(gè)波門之內(nèi)，迫使導(dǎo)引頭探測(cè)系統(tǒng)以較高地概率處理干擾信號(hào)，從而對(duì)目標(biāo)檢測(cè)的不確定性增加，致使激光制導(dǎo)武器因提取不出信息而迷盲，或因提取錯(cuò)誤信息而被引偏，從而達(dá)到干擾作用［4-6］。

高重頻激光形成有效干擾的關(guān)鍵條件是干擾信號(hào)超前制導(dǎo)信號(hào)進(jìn)入導(dǎo)引頭波門［6］。分析激光導(dǎo)引頭的工作機(jī)理以及目前主要的抗干擾措施可知，導(dǎo)引頭處于搜索識(shí)別狀態(tài)時(shí)較容易干擾，處于鎖定跟蹤狀態(tài)時(shí)不容易形成有效干擾。要在鎖定跟蹤狀態(tài)形成有效干擾，需要滿足波長(zhǎng)、脈寬、峰值功率和能量等條件［7］。

2 滑動(dòng)匹配相關(guān)解碼

2.1 精確頻率碼

從本質(zhì)上講，激光編碼是在時(shí)間特性上具有唯一可譯性信息的激光脈沖串。本文中取精確頻率碼［8］進(jìn)行高重頻激光干擾下激光編碼抗干擾性能的定量分析。

精確頻率碼是指編碼的激光脈沖間隔ΔT0在整個(gè)照射周期內(nèi)固定不變［9］。其脈沖序列由下式給出:

式中，t1為初始脈沖時(shí)刻，ti為第i個(gè)脈沖時(shí)刻。而精確頻率碼的脈沖間隔序列為:

則精確頻率碼脈沖時(shí)域分布如圖1所示。

Fig.1 Precise frequency code pulse in temporal distribution

2.2 滑動(dòng)匹配相關(guān)解碼原理

滑動(dòng)匹配相關(guān)解碼的原理:將激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器采用的編碼預(yù)先設(shè)定到導(dǎo)引頭中作為參考信息P1，則各個(gè)脈沖在編碼中的位置是確定的;導(dǎo)引頭進(jìn)行解碼時(shí)，首先接收一段脈沖子序列P2進(jìn)行滑動(dòng)匹配，若P2與P1的某一段編碼完全匹配，則認(rèn)為P1是制導(dǎo)信號(hào)(即搜索識(shí)別目標(biāo));然后根據(jù)編碼的唯一可譯性對(duì)P1在編碼中的位置進(jìn)行定位，由此確定下一脈沖的到來(lái)時(shí)刻，進(jìn)行波門的設(shè)置(即鎖定跟蹤目標(biāo))?；瑒?dòng)匹配示意圖如圖2所示。

Fig.2 Principle diagram of slidingmatch decoding

假設(shè)編碼序列P1周期為N，其脈沖間隔序列為:

激光導(dǎo)引頭接收到的脈沖子序列P2為:

式中，ΔTP2，i表示第 i個(gè)脈沖間隔，i≥1，N≥1。

則P1，P2的互相關(guān)函數(shù)可說(shuō)明匹配相關(guān)解碼原理:ΔTP2必定與ΔTP1的某一子序列ΔT的互相關(guān)函數(shù)滿足:

因此，若ΔTP2滿足(5)式，則說(shuō)明導(dǎo)引頭接收到的脈沖子序列為預(yù)設(shè)的制導(dǎo)編碼信號(hào)，由此就實(shí)現(xiàn)了激光編碼的識(shí)別。(5)式也被稱為脈沖間隔序列匹配相關(guān)解碼方程［10］。

3 激光編碼在識(shí)別過(guò)程的抗干擾性能分析

光電干擾對(duì)激光制導(dǎo)武器干擾效果的評(píng)估多以脫靶量為評(píng)估指標(biāo)，并依托全彈道仿真進(jìn)行。本文中采用新的方法，即以制導(dǎo)編碼脈沖和高重頻激光干擾信號(hào)的歸一化互相關(guān)函數(shù)分析描述激光編碼在識(shí)別過(guò)程的抗干擾性能。

3.1 干擾效果分析的數(shù)學(xué)模型

由第2.2節(jié)可知，激光解碼分為搜索識(shí)別過(guò)程和鎖定跟蹤過(guò)程，而滑動(dòng)匹配發(fā)生在識(shí)別過(guò)程中，故解碼方程僅適用于識(shí)別過(guò)程。假設(shè)高重頻激光干擾脈沖滿足波長(zhǎng)、脈寬和功率要求，并超前制導(dǎo)脈沖一定時(shí)間進(jìn)入導(dǎo)引頭波門，則當(dāng)高重頻激光有效干擾激光解碼的識(shí)別階段時(shí)，干擾信號(hào)必然與編碼信息滿足解碼方程。

假設(shè)激光編碼參考信息為x(n)，導(dǎo)引頭接收的高重頻激光干擾信號(hào)為y(n)，則二者的歸一化互相關(guān)函數(shù)為［10］:

式中，M表示進(jìn)行滑動(dòng)匹配選取的參考編碼內(nèi)包含的有效編碼個(gè)數(shù)，N為參考編碼的長(zhǎng)度。

因此，(6)式可用于描述高重頻激光對(duì)制導(dǎo)信號(hào)的干擾效果，即若rxy=1，則高重頻激光干擾效果好;若rxy＜1，則高重頻激光干擾效果差。

3.2 抗干擾性能的定量分析

根據(jù)上面所介紹的精確頻率碼，這里列出精確頻率碼的碼字表［11］，如表1所示。根據(jù)表中所給精確頻率碼在搜索識(shí)別階段的抗干擾性能定量分析。

Table 1 Precise frequency code

當(dāng)存在激光告警裝備時(shí)，激光高重頻干擾脈沖可在編碼制導(dǎo)脈沖信號(hào)發(fā)射前發(fā)射。故本文中在對(duì)識(shí)別階段導(dǎo)引頭抗干擾性能進(jìn)行分析時(shí)取兩種情況:(1)僅有干擾信號(hào)進(jìn)入導(dǎo)引頭波門;(2)干擾信號(hào)超前制導(dǎo)信號(hào)一定時(shí)間進(jìn)入導(dǎo)引頭波門。

3.2.1 僅識(shí)別高重頻干擾信號(hào) 假設(shè)通過(guò)告警裝置進(jìn)行激光告警，激光高重頻干擾信號(hào)發(fā)出時(shí)的超前時(shí)間大于導(dǎo)引頭識(shí)別時(shí)間，則僅識(shí)別高重頻干擾信號(hào)。取不同碼字、不同解碼方程參量、不同采樣頻率對(duì)干擾效果進(jìn)行定量仿真分析。

取周期為99.06ms的精確頻率碼3，取解碼方程參量為 M=4，采樣周期分別為 0.01ms和0.005ms，則其與高重頻激光干擾信號(hào)的歸一化互相關(guān)函數(shù)如圖3所示。由圖3可以看出，采樣周期越大，識(shí)別過(guò)程中高重頻激光干擾的干擾效果越好。

取周期為97.87ms的精確頻率碼6，采樣周期設(shè)置為0.01ms，分別取解碼方程參量為M=4和M=7，則其與高重頻激光干擾信號(hào)的歸一化互相關(guān)函數(shù)如圖4所示。由圖4可以看出，M越大即激光解碼的采樣長(zhǎng)度越長(zhǎng)，識(shí)別過(guò)程中高重頻干擾的干擾效果越差。

由圖3、圖4可以看出，在高重頻干擾頻率為100kHz時(shí)，對(duì)于精確頻率碼3和精確頻率碼6，采用不同的采樣周期、解碼方程參量，其歸一化互相關(guān)函數(shù)值都為1，此時(shí)重頻干擾的干擾效果最好。這是由于100kHz的干擾頻率已經(jīng)大于激光編碼的最小時(shí)間單元。

Fig.3 Normalized cross-correlation function of different sampling period with precise frequency code 3 and decoding equation parameters M=4 a—sampling period 0.01ms b—sampling period 0.005ms

Fig.4 Normalized cross-correlation function of different decoding equation parameters with precise frequency code 6 and sampling period 0.01ms a—decoding equation parameters M=4 b—decoding equation parameters M=7

此外，對(duì)于不同條件下的互相關(guān)結(jié)果，均存在高重頻干擾頻率較小而互相關(guān)函數(shù)值較大甚至為1的結(jié)果，如圖3中的33kHz與50kHz、圖4中的23kHz與46kHz。由于激光器的重復(fù)頻率與脈沖輸出功率是一個(gè)矛盾，重復(fù)頻率越高對(duì)激光器要求也就更高，故由以上分析可知，對(duì)于精確頻率碼，若要提高干擾效果，可以通過(guò)上述互相關(guān)結(jié)果選擇合適的干擾頻率，降低對(duì)激光器的要求。

3.2.2 同時(shí)存在干擾信號(hào)與制導(dǎo)信號(hào) 取周期為97.87ms的精確頻率碼6，取解碼方程參量為M=10，采樣周期0.01ms，分別取高重頻干擾信號(hào)超前300ms和500ms，則其與高重頻激光干擾信號(hào)的歸一化互相關(guān)函數(shù)如圖5所示。

Fig.5 Normalized cross-correlation function with different leading time a—leading time 300ms b—leading time 500ms

由圖5中不同超前時(shí)間互相關(guān)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比可知，高重頻干擾信號(hào)超前越多，高重頻干擾效果越好，將高重頻干擾信號(hào)作為制導(dǎo)信號(hào)的可能性越大。當(dāng)超前時(shí)間較短時(shí)，對(duì)制導(dǎo)信號(hào)的識(shí)別較為準(zhǔn)確，但會(huì)出現(xiàn)干擾信號(hào)被誤識(shí)別為制導(dǎo)信號(hào)的現(xiàn)象。如在高重頻干擾頻率為31kHz時(shí)，超前300ms時(shí)其互相關(guān)函數(shù)值為0.9，而由解碼方程參量M=10、超前時(shí)間為300ms可知實(shí)際制導(dǎo)信號(hào)僅有7個(gè)，故將2個(gè)高重頻干擾信號(hào)誤識(shí)別為制導(dǎo)信號(hào);超前500ms時(shí)其互相關(guān)函數(shù)值也為0.9，故將4個(gè)高重頻干擾信號(hào)誤識(shí)別為制導(dǎo)信號(hào)，這些干擾信號(hào)在激光制導(dǎo)過(guò)程中將起誘偏作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

采用歸一化互相關(guān)函數(shù)法，對(duì)激光高重頻干擾對(duì)激光編碼識(shí)別過(guò)程的影響效果進(jìn)行了定量分析。通過(guò)僅有干擾信號(hào)進(jìn)入導(dǎo)引頭波門和干擾信號(hào)超前制導(dǎo)信號(hào)一定時(shí)間進(jìn)入導(dǎo)引頭波門兩種情況的仿真結(jié)果可知，激光編解碼抗干擾性能與采樣長(zhǎng)度和采樣周期都有關(guān)。解碼時(shí)采樣長(zhǎng)度越短，采樣周期越大，高重頻干擾信號(hào)越超前制導(dǎo)信號(hào)，識(shí)別過(guò)程中高重頻激光干擾效果越好。對(duì)于精確頻率碼，要增強(qiáng)高重頻干擾效果，不必將高重頻頻率增加至激光編碼最小時(shí)間單元，可以根據(jù)不同精確頻率碼選擇較低頻率的高重頻而達(dá)到相同的干擾效果，同時(shí)降低了對(duì)激光器的要求。

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