摘 "要： 利用數(shù)字仿真手段對(duì)舷外有源誘餌進(jìn)行試驗(yàn)鑒定具有費(fèi)效比高、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。介紹了雷達(dá)數(shù)字信號(hào)仿真系統(tǒng)的工作原理，通過研究舷外有源誘餌數(shù)字仿真試驗(yàn)需求，分析給出了開展舷外有源誘餌數(shù)字仿真的參數(shù)設(shè)計(jì)體系;其次利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)試驗(yàn)因素和試驗(yàn)水平進(jìn)行合理的選擇，通過對(duì)導(dǎo)彈脫靶量的分析計(jì)算實(shí)現(xiàn)對(duì)舷外有源誘餌的干擾效果評(píng)定和作戰(zhàn)效能評(píng)估。對(duì)舷外有源誘餌的戰(zhàn)術(shù)使用具有指導(dǎo)借鑒意義。

關(guān)鍵詞： 舷外有源誘餌; 數(shù)字仿真; 參量設(shè)計(jì); 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì); 導(dǎo)彈脫靶量

中圖分類號(hào)： TN911?34 " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A " " " " " " " " " " " " " "文章編號(hào)： 1004?373X（2015）02?0022?05

Design and evaluate means of digital simulation test for outboard active decoys

JING Zhi， XU Guang?yao， YANG Li?yong

（Unit 91336 of PLA， Qinhuangdao 066326， China）

Abstract： Digital simulation for the test evaluation of outboard active decoy has the advantages of high efficiency?cost ratio， safety and reliability. The operating principle of the radar digital signal simulation system is introduced. According to the research result on the digital simulation test demand of outboard active decoys， the parameter design system for digital simulation test of outboard active decoys is given. The orthogonal experimental design is adopted to make a reasonable selection for test factor and test level. The jamming effect evaluation and operational effectiveness assessment are realized by computing the missile target?missing ratio. It can provide a guide for the tactical application of outboard active decoys.

Keywords： outboard active decoy; digital simulation; parameter design; orthogonal test design; missile target?missing quantity

為了對(duì)抗各類反艦導(dǎo)彈對(duì)艦艇日益增長的威脅，舷外有源誘餌作為一種新型的自衛(wèi)式干擾方式被廣泛應(yīng)用于艦艇的電子防御。西方主要發(fā)達(dá)國家軍隊(duì)從20世紀(jì)90年代起大量裝備舷外有源誘餌裝備，臺(tái)軍也裝備有大量舷外有源誘餌，我國于21世紀(jì)初開始該方面的研究，現(xiàn)也陸續(xù)裝備部隊(duì)。舷外有源誘餌通過模擬受掩護(hù)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)特性和雷達(dá)反射特性，使導(dǎo)彈跟蹤系統(tǒng)無法區(qū)分受掩護(hù)平臺(tái)與誘餌，形成對(duì)雷達(dá)導(dǎo)引頭的有效干擾，提高平臺(tái)在作戰(zhàn)時(shí)的成活率。舷外有源誘餌的作戰(zhàn)性能由于外場(chǎng)試驗(yàn)條件限制，很難做大樣本試驗(yàn)，而利用數(shù)字仿真手段就可以克服這個(gè)難題，本文通過已有的某型信號(hào)級(jí)數(shù)字仿真平臺(tái)構(gòu)建試驗(yàn)環(huán)境，進(jìn)行舷外有源誘餌裝備的作戰(zhàn)性能數(shù)字仿真試驗(yàn)與評(píng)估[1?4]。

1 "雷達(dá)數(shù)字仿真系統(tǒng)組成

雷達(dá)數(shù)字仿真系統(tǒng)包括總控計(jì)算機(jī)、信號(hào)處理機(jī)、顯示及數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)三個(gè)部分，通過以太網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和控制信息的交互，如圖1所示。

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圖1 系統(tǒng)組成框圖

雷達(dá)數(shù)字仿真平臺(tái)采用以太網(wǎng)架構(gòu)將通用計(jì)算機(jī)、信號(hào)處理板有效結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)仿真參數(shù)的設(shè)置、仿真過程控制和仿真過程的推進(jìn)，構(gòu)成完整的數(shù)字仿真試驗(yàn)系統(tǒng)。首先總控計(jì)算機(jī)的參數(shù)設(shè)置模塊進(jìn)行試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置并將參數(shù)下發(fā)到信號(hào)處理機(jī)，信號(hào)處理機(jī)進(jìn)行各種模型的運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果分兩路分別給總控計(jì)算機(jī)的彈道解算模塊進(jìn)行導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)軌跡的解算，另一路送給顯示與數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)態(tài)勢(shì)的顯示和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集。當(dāng)仿真過程達(dá)到預(yù)定的結(jié)束條件時(shí)一次仿真試驗(yàn)結(jié)束。工作流程如圖2所示。

lt;E：＼王芳＼現(xiàn)代電子技術(shù)201502＼Image＼37t2.tifgt;

圖2 系統(tǒng)工作流程圖

2 "參量設(shè)計(jì)

舷外有源誘餌的作戰(zhàn)效能與攻擊導(dǎo)彈的跟蹤能力、誘餌的干擾性能、各種目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡和自然環(huán)境等多種因素有關(guān)。根據(jù)舷外有源誘餌作戰(zhàn)效能評(píng)定需求和雷達(dá)信號(hào)數(shù)字仿真系統(tǒng)功能，需要設(shè)置相參、非相參等多種不同體制的導(dǎo)引頭參數(shù)設(shè)置模塊、誘餌參數(shù)設(shè)置模塊、環(huán)境參數(shù)設(shè)置模塊、目標(biāo)參數(shù)設(shè)置模塊、仿真參數(shù)設(shè)置模塊、彈道參數(shù)設(shè)置模塊等多種參數(shù)類型，如圖3所示。

lt;E：＼王芳＼現(xiàn)代電子技術(shù)201502＼Image＼37t3.tifgt;

圖3 設(shè)計(jì)參數(shù)體系圖

設(shè)計(jì)參數(shù)體系中各參數(shù)詳細(xì)設(shè)置如下所述。

2.1 "導(dǎo)引頭參數(shù)

導(dǎo)引頭模擬體制主要包括：非相參、相參、脈沖多普勒等3種體制。導(dǎo)引頭模塊重要包括：天線掃描模型、信號(hào)收發(fā)模型、信號(hào)處理模型目標(biāo)檢測(cè)模型、目標(biāo)跟蹤模型等6種模型運(yùn)算。

詳細(xì)參數(shù)設(shè)計(jì)如表1所示。

2.2 "誘餌參數(shù)

誘餌模塊主要由天線掃描模型、偵察分選模型、數(shù)字儲(chǔ)頻模型、功率增益模型、干擾信號(hào)模型和誘餌運(yùn)動(dòng)模型等6種模型組成。干擾樣式主要為轉(zhuǎn)發(fā)式干擾為主，詳細(xì)參數(shù)設(shè)計(jì)如表2所示。

2.3 "環(huán)境參數(shù)

環(huán)境模型模塊主要是構(gòu)建海雜波的干擾模型和風(fēng)速風(fēng)向模型。詳細(xì)參數(shù)設(shè)計(jì)如表3所示。

2.4 "目標(biāo)參數(shù)

目標(biāo)模型主要包括：RCS起伏模型、目標(biāo)延時(shí)模型、多普勒頻移模型、角閃爍模型等4種類型。

詳細(xì)參數(shù)設(shè)計(jì)如表4所示。

表1 導(dǎo)引頭參數(shù)表

表2 誘餌參數(shù)表

表3 環(huán)境參數(shù)設(shè)置表

表4 目標(biāo)參數(shù)設(shè)置表

2.5 "仿真參數(shù)

該部分主要是控制系統(tǒng)進(jìn)程。詳細(xì)參數(shù)設(shè)計(jì)如表5所示。

表5 仿真參數(shù)設(shè)置表

2.6 "彈道參數(shù)

該部分主要是進(jìn)行彈道解算。詳細(xì)參數(shù)設(shè)計(jì)如表6所示。

表6 彈道參數(shù)設(shè)置表

通過以上的參量設(shè)計(jì)，雷達(dá)數(shù)字仿真系統(tǒng)可以按照信號(hào)處理流程完成舷外有源誘餌與各種類型對(duì)艦對(duì)空導(dǎo)彈的仿真對(duì)抗，并對(duì)其作戰(zhàn)效能進(jìn)行評(píng)估[5?10]。

3 "作戰(zhàn)效能評(píng)估

舷外有源誘餌的作戰(zhàn)效能評(píng)估主要通過仿真導(dǎo)彈與目標(biāo)及舷外有源誘餌的攻防對(duì)抗過程，分析舷外有源誘餌的布設(shè)距離、布設(shè)方位、發(fā)射高度、導(dǎo)彈攻擊角以及目標(biāo)機(jī)動(dòng)等因素對(duì)舷外有源誘餌干擾效果的影響，利用正交設(shè)計(jì)方法進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以最終的導(dǎo)彈脫靶量對(duì)舷外有源誘餌的干擾效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，并通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得出舷外有源誘餌的干擾成功率。

3.1 "正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

正交設(shè)計(jì)是根據(jù)正交性準(zhǔn)則來進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)的，其主要工具是正交表。根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康?，確定要考核的因素和各因素的水平，通過對(duì)具體問題的具體分析，選出主要因素，略去次要因素。在因素確定后，再確定各因素的水平數(shù)，重要的因素或者特別希望詳細(xì)了解的因素水平可多一些，其余的可少一些。然后選擇合適的正交表，對(duì)試驗(yàn)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1.1 "試驗(yàn)變量與水平選擇

（1） 導(dǎo)引頭類型。導(dǎo)引頭類型是舷外有源誘餌干擾效果試驗(yàn)中的重要因素，這里考慮三種水平，包括：非相參體制、相參體制和PD體制的導(dǎo)引頭。

（2） 誘餌干擾能力。舷外有源誘餌的干擾功率、干擾樣式等影響誘餌干擾效果的因素。

（3） 誘餌布放距離。布放距離是指與掩護(hù)目標(biāo)的距離，主要受方位波束寬度的制約。

（4） 誘餌布放角度。布放角度是指與掩護(hù)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向的夾角，影響最終的導(dǎo)彈脫靶量。

（5） 誘餌布放高度。布放高度主要受俯仰波束寬度的制約，與下落速度構(gòu)成誘餌的滯空時(shí)間，最終決定有效的干擾時(shí)間。

3.1.2 "利用正交表進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過對(duì)影響舷外有源誘餌干擾效果的因素進(jìn)行分析，下面以舷外有源誘餌干擾效果試驗(yàn)因素與水平表中選擇的因素和水平為例，進(jìn)行正交設(shè)計(jì)。

表7 舷外有源誘餌干擾效果試驗(yàn)因素與水平表

3.2 "導(dǎo)彈脫靶量的統(tǒng)計(jì)分析

3.2.1 "各因素對(duì)脫靶量的影響分析

當(dāng)仿真程序完成一條彈道的仿真之后，便計(jì)算出導(dǎo)彈落點(diǎn)與目標(biāo)中心點(diǎn)之間的偏差d（即導(dǎo)彈脫靶量），并保存。當(dāng)全部仿真試驗(yàn)完成后，可以對(duì)導(dǎo)彈脫靶量進(jìn)行分析。為了說明方便，假設(shè)安排了m列n次試驗(yàn)，其中安排因素[m-1]個(gè)，各因素安排r個(gè)試驗(yàn)水平，第k，l列為空列。第i次試驗(yàn)得到的脫靶量為[dii=1，2，…，n]，在此基礎(chǔ)上可以對(duì)各因素對(duì)脫靶量的影響分析如下。首先，利用試驗(yàn)所得脫靶量的樣本可以計(jì)算出以下的量：

脫靶量均值：

[d=1ni=1ndi] （1）

第j列中相應(yīng)于試驗(yàn)方案表中水平號(hào)為i的各試驗(yàn)結(jié)果的總和為[Mij]：所有脫靶量的總和為：

[T=i=1ndi] （2）

從而，可以計(jì)算出各列的離差平方和：

[Sj=rni=1rMij2-1nT2， " j=1，2，…，m] " " "（3）

各列離差平方和的自由度為：

[fj=r-1， " " j=1，2，…，m] " " " " " " （4）

將所有誤差列（空列）的離差平方和加起來作為總誤差平方和[S誤]：

[S誤=S空， " S空=S1+Sk] （5）

其自由度為：

[f誤=f空， " " f空=f1+fk] （6）

則：

[Fj=SjfjS誤f誤Ffj，f誤] （7）

從而，可利用F檢驗(yàn)考察第j因素對(duì)導(dǎo)彈脫靶量的影響在指定置信度下的顯著性。

3.2.2 "對(duì)導(dǎo)彈脫靶量的估計(jì)

根據(jù)對(duì)導(dǎo)彈飛行性能評(píng)估的實(shí)際需要，對(duì)脫靶量的要求只需知道其最可出現(xiàn)的范圍，換成統(tǒng)計(jì)學(xué)語言就需知道脫靶量以指定概率落入的區(qū)間，而根據(jù)以往對(duì)導(dǎo)彈脫靶量的研究和工程簡化實(shí)際，一般認(rèn)為導(dǎo)彈脫靶量服從正態(tài)分布規(guī)律，因而對(duì)脫靶量計(jì)算的問題就轉(zhuǎn)化為在未知方差條件下對(duì)正態(tài)分布的期望值進(jìn)行區(qū)間估計(jì)的問題[11]。首先，將試驗(yàn)方案安排試驗(yàn)得到的脫靶量視為來自一正態(tài)母體的樣本[（d1，d2，…，dn）]，則樣本方差為：

[S2=1n-1i-1n（di-d）2] " " " " " " " "（8）

[T=d-EdSntn-1] " " " " " " " " "（9）

得指定置信度α下有：

[Pd-t1-α2n-1Sn≤Ed≤d+t1-α2n-1Sn=1-α] " （10）

從而得到脫靶量在指定置信度α下的估計(jì)區(qū)間為：

[d-t1-α2n-1Sn，d+t1-α2n-1Sn] " （11）

3.3 "導(dǎo)彈命中概率的統(tǒng)計(jì)分析

3.3.1 "各因素對(duì)導(dǎo)彈命中概率的影響分析

假如將導(dǎo)彈命中目標(biāo)作為一個(gè)隨機(jī)變量M，并且將導(dǎo)彈命中目標(biāo)記為1，而導(dǎo)彈沒有命中目標(biāo)記為0。這樣在仿真程序按試驗(yàn)方案進(jìn)行彈道仿真后便能得出一個(gè)關(guān)于導(dǎo)彈是否命中目標(biāo)的0或1，并將其記入試驗(yàn)方案表格中。這樣就能利用方差分析來分析各因素對(duì)導(dǎo)彈命中的影響了。

3.3.2 "導(dǎo)彈命中概率計(jì)算

（1） 單發(fā)命中概率

設(shè)目標(biāo)域沿射擊方向投影到散布平面上的象區(qū)域?yàn)镈，則在散布平面上的象區(qū)域?yàn)镈，則散布平面上的彈著點(diǎn)落入?yún)^(qū)域D上的概率就是命中目標(biāo)的概率，有：

[P=Dfx，zdxdz] （12）

式中：[fx，z]是彈著點(diǎn)在散布平面上的密度函數(shù)。選取坐標(biāo)系時(shí)，使坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸與主散布軸平行，則式（12）中：

[fx，z=12πσxσze-12x-mxσx2+z-mzσz2] " "（13）

式中：[mx，mz]為散布中心的坐標(biāo);[σx，σz]為主散布軸上的均方差。

下面介紹單發(fā)射擊時(shí)，命中矩形目標(biāo)的概率計(jì)算：

假定矩形目標(biāo)D的各邊分別平行于主散布軸，此時(shí)[D：a≤x≤b，c≤z≤d]，則單發(fā)命中概率計(jì)算如下：

[P=14?b-mxσx-?a-mxσx?d-mzσz-?c-mzσz] " " （14）

式中的[?μ]，[μ]是以均方差[σ]為單位。

（2） 命中概率的統(tǒng)計(jì)計(jì)算

仿真程序在按照試驗(yàn)方案安排仿真試驗(yàn)后，能夠由導(dǎo)彈的落點(diǎn)數(shù)據(jù)得到導(dǎo)彈落點(diǎn)與目標(biāo)模型中心點(diǎn)之間在x和z方向上的偏差，分別記為X和Z。則在完成試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案安排仿真試驗(yàn)之后就形成兩個(gè)樣本[X1，X2，…，Xn]和[Z1，Z2，…，Zn]。從而可得樣本均值：

[X=1ni=1nXi] " " " " " " " " "（15）

[Z=1ni=1nZi] " " " " " " " " " （16）

樣本方差：

[S2X=1n-1i=1nXi-X2] " " " " " "（17）

[S2Z=1n-1i=1nZi-Z2] " " " " " " （18）

根據(jù)對(duì)導(dǎo)彈命中概率的通用處理方法，認(rèn)為導(dǎo)彈落點(diǎn)在x和z方向服從正態(tài)分布規(guī)律，再根據(jù)正態(tài)分布的特性得其樣本均值[X]和樣本方差[S2]分別是總體均值[μ]和總體方差[σ2]的無偏估計(jì)?？晒烙?jì)出導(dǎo)彈落點(diǎn)分布函數(shù)式中的均值[mx]，[mz]和均方差[σx]，[σz]，得出導(dǎo)彈命中目標(biāo)的概率。

4 "應(yīng)用實(shí)例

以轉(zhuǎn)發(fā)式誘餌試驗(yàn)為例，檢驗(yàn)誘餌的布放距離要素與脫靶量的關(guān)系。轉(zhuǎn)發(fā)式誘餌通過放大和轉(zhuǎn)發(fā)末制導(dǎo)雷達(dá)信號(hào)，與真實(shí)目標(biāo)回波信號(hào)共同作用完成對(duì)導(dǎo)彈的誘騙。仿真中假設(shè)某末制導(dǎo)雷達(dá)的波束寬度6°，導(dǎo)彈的方位角度0°或者180°（艦艏或者艦尾攻擊），誘餌發(fā)射方位角度按照最佳即90°或者270°，末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)時(shí)的彈目距離為10 000 m，導(dǎo)彈飛行速度為0.9 m，誘餌發(fā)射距離為150 m，假設(shè)目標(biāo)以30節(jié)的速度沿艦艏方向機(jī)動(dòng)規(guī)避。布設(shè)距離分別為100 m，300 m，500 m時(shí)的脫靶量曲線如圖4所示。

lt;E：＼王芳＼現(xiàn)代電子技術(shù)201502＼Image＼37t4.tifgt;

圖4 布設(shè)距離為100 m，200 m，300 m時(shí)的脫靶量曲線

為了達(dá)到好的干擾效果，誘餌布設(shè)距離通常認(rèn)為越大越好，從上述的仿真結(jié)果來看，當(dāng)布設(shè)距離為100 m時(shí)，最大的脫靶量達(dá)到了98 m，當(dāng)布設(shè)距離增大到300 m時(shí)，最大的脫靶量增大到了295 m，然而當(dāng)布設(shè)距離增大到500 m時(shí)，在50°～130°和230°～310°范圍內(nèi)誘餌不具有任何的掩護(hù)作用。

5 "結(jié) "語

本文通過對(duì)雷達(dá)信號(hào)數(shù)字仿真系統(tǒng)的性能分析，針對(duì)舷外有源誘餌試驗(yàn)的應(yīng)用，分析試驗(yàn)相關(guān)參量進(jìn)行仿真試驗(yàn)的參量設(shè)計(jì)，采用導(dǎo)彈脫靶量作為舷外有源誘餌作戰(zhàn)效能評(píng)估的指標(biāo)，可為舷外有源誘餌的設(shè)計(jì)、戰(zhàn)術(shù)使用以及仿真試驗(yàn)的態(tài)勢(shì)設(shè)置提供參考，也可為水面艦艇的規(guī)避導(dǎo)彈威脅提供了借鑒的依據(jù)。

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