賈宏進 申軍嶺 齊兆龍 劉 宇

（91336部隊 秦皇島 066326）

1 引言

現代艦艇平臺通常裝備了箔條無源干擾手段，用于破壞反艦導彈雷達導引頭的識別與跟蹤，來對抗反艦導彈的攻擊，那么如何評價干擾效果、干擾時機和作戰(zhàn)方法就成為當前迫切需要［1～3]。由于全彈道實彈打靶試驗存在成本高、組織難度大、樣本量有限等問題，當前的外場試驗以定點架設雷達導引頭靜態(tài)試驗為主，對試驗數據的分析處理側重于單項性能指標考核，在裝備作戰(zhàn)效能評估方面缺乏對試驗數據的深層次挖掘應用。本文針對某型艦艇無源干擾能力評估問題，以外場試驗數據關聯(lián)應用為切入點，結合建模與仿真技術，探索基于外場靜態(tài)試驗數據，建立無源干擾條件下導引頭行為特性模型，重構外場試驗場景，將定點靜態(tài)試驗結果推演至導彈動態(tài)攻擊目標的對抗過程，形成貼近實戰(zhàn)的艦艇無源干擾對抗來襲反艦導彈的動態(tài)推演系統(tǒng)［4～8]。

2 水面艦艇無源干擾反導對抗基本原理

艦艇無源箔條干擾主要采用沖淡干擾和質心干擾兩種方式，其中比較典型的是箔條質心干擾，即在末制導雷達開機或跟蹤上目標后，按照一定的方向、距離投射，形成箔條云，使箔條云回波比艦艇自身的回波強度大，從而使雷達導引頭的跟蹤向箔條云轉移，實現引偏反艦導彈的目的［9～11]。以質心箔條為例的艦艇平臺干擾反導示意圖如圖1所示。

圖1 艦艇平臺箔條質心干擾反導示意圖

影響無源干擾效果的因素主要有如下幾個方面：一是導彈自身的機動特性，以及導引頭識別跟蹤、抗干擾能力；二是艦艇的RCS反射特性，戰(zhàn)術機動策略；三是箔條干擾自身的反射特性、形成時間、空間分布要素，以及發(fā)射時機和作戰(zhàn)應用態(tài)勢等；四是試驗的自然環(huán)境因素，比如氣象條件、海浪和背景雜波特性等。要實現實戰(zhàn)化的干擾效果評估，就要充分考慮上述因素，開展動態(tài)作戰(zhàn)條件下的評定。

但是現有的試驗通常采用雷達導引頭定點架設靜態(tài)試驗的方法來開展，將導引頭架設到一定高度，艦船置于導引頭不同距離處施放無源干擾并機動，觀察導引頭的跟蹤狀態(tài)來判斷干擾效果，定點外場試驗示意圖如圖2所示。這種試驗方式具有試驗組織容易、成本低等優(yōu)勢，具有真實的海面背景、艦船目標以及干擾環(huán)境，試驗數據真實可信。但定點架設外場試驗相對于飛行試驗具有無法判別導彈實際飛行時受干擾情況等局限性，因此本文從多源外場實測試驗數據出發(fā)，充分挖掘利用定點架設試驗數據，實現無源干擾效果的評估。

圖2 定點架設外場試驗示意圖

3 試驗數據采集與挖掘分析

要從靜態(tài)試驗實現動態(tài)評估，就要完整采集試驗信息，主要包括試驗類信息，如任務名稱、組織形式、?？沼颉⒓颖霸囼灧桨傅?；態(tài)勢類信息，如平臺、載體及陣地的位置、航向航速、姿態(tài)等；時間類信息，如絕對時、相對時、時統(tǒng)時刻等；環(huán)境類信息，如氣象水文、風向風力、溫濕度及海浪級別等；目標類信息，如艦船結構尺寸、RCS特性及機動等；無源干擾信息，如發(fā)射時機、干擾樣式、箔條RCS及工作狀態(tài)等；導引頭工作信息，如雷達基本參數、工作模式狀態(tài)、發(fā)射接收零中頻數據、搜索跟蹤結果數據等。數據收集整理完畢后，進行時空一致性解算，獲取多維試驗信息，實現數據資源管理、場景重構以及模型校驗，達到對試驗數據綜合利用的目的。試驗數據挖掘與關聯(lián)應用流程圖如圖3所示。導引頭錄取的某一幀目標回波零中頻數據如圖4所示。

圖3 艦艇平臺無源干擾試驗數據挖掘過程

圖4 某一幀目標回波零中頻試驗數據

4 基于試驗數據的動態(tài)推演系統(tǒng)構建

采用仿真建模和數據挖掘技術，首先利用外場定點架設導引頭高速采集的零中頻試驗數據，分離出目標、箔條回波數據，提煉目標、箔條電磁輻射特性；然后利用艦艇平臺記錄的航向、航速、風向、風速以及箔條發(fā)射參數等信息，結合導引頭架設的方位、距離信息等，對海上試驗場景進行重構；再利用提煉的艦船、箔條特性參數（徑向尺寸、多普勒信息、極化信息）等，結合導引頭工作狀態(tài)數據，實現對導引頭行為特性建模并修正優(yōu)化，形成較為完備的導引頭行為特性模型。利用Matlab集成開發(fā)上述幾個過程，形成末制導雷達抗無源干擾動態(tài)仿真推演系統(tǒng)，針對各種態(tài)勢下，仿真推演無源干擾對導引頭的干擾效果，為外場試驗提供對比和數據支撐，整體數據處理與仿真推演思路如圖5所示。

4.1 基于試驗數據的目標回波拆分

雷達導引頭錄取的中頻高速回波試驗數據主要由目標、干擾、海雜波等組成，包含有豐富的目標與干擾多維試驗信息，通過對雷達導引頭高速回波數據處理可以得到雷達導引頭分辨角范圍內目標及箔條的回波數據、極化數據、徑向尺寸等，在此基礎上利用艦艇平臺記錄的諸如航向、航速、箔條發(fā)射要素等信息能夠得出目標相對于導引頭的多普勒信息、距離信息、能量信息，再利用剛性物體在多普勒域展寬有限的約束條件以及艦艇與箔條在極化信息方面的區(qū)別，關聯(lián)應用以上試驗數據實現對目標與箔條的分離?；诙嘣赐鈭鰧崪y試驗數據綜合關聯(lián)應用的目標拆分方法過程如圖6所示。

圖5 基于靜態(tài)試驗數據的動態(tài)推演系統(tǒng)構建流程

圖6 目標回波拆分方法

選取某型雷達導引頭外場定點架設的試驗數據作為樣本，綜合利用多源試驗數據，采用數據關聯(lián)應用方法，完成回波中目標與箔條的拆分結果如圖7所示，其中數據的關聯(lián)與目標識別如圖（a）所示，圖（b）和圖（c）分別為拆分后的目標和箔條回波。目標與箔條拆分具體實現過程主要是利用目標和箔條多普勒速度和多普勒展寬的差異，從多普勒維進行拆分。首先對原始數據進行聚類分析，剔除雜波數據，其次按照艦船目標運動速度計算出其中心多普勒位置，最后按照艦船目標多普勒展寬經驗值（約10個多普勒單元）提取目標數據，剩余數據為箔條拆分數據。對于雜波數據提取主要采用原始數據同拆分數據相減的方法實現。由于目標在拆分過程中雜波被剔除，必須使用原始數據提取雜波。

圖7 高速回波試驗數據中目標與箔條的分離

4.2 基于試驗數據的裝備作戰(zhàn)仿真模型構建

基于數據資源構建反艦導彈雷達導引頭裝備特性模型，是構建動態(tài)仿真推演系統(tǒng)的核心，而模型的逼真度直接影響無源干擾效能評估的準確度。本文利用多層次試驗數據，提煉裝備行為特性，完善模型細節(jié)，提高模型參數的逼真度，形成基于裝備性能指標的裝備特性模型，最后利用外場試驗數據，驗證裝備行為特性和環(huán)境輸入之間的關聯(lián)關系，修正部分性能指標數據，完善仿真模型。其中雷達導引頭作戰(zhàn)仿真模型能夠模擬雷達導引頭的信號處理過程，能夠實現對雷達信號處理中的脈沖壓縮、相參積累、恒虛警處理、二維檢波等核心環(huán)節(jié)進行仿真復現，通過輸入艦船、箔條等試驗數據，經雷達信號處理實現距離、角度等信息的輸出。模型構建與驗證總體思路如圖8所示。

圖8 裝備作戰(zhàn)仿真模型構建

4.3 基于試驗數據的動態(tài)推演場景重構

根據上述雷達導引頭高速試驗數據解析、艦艇箔條分離方法實現對目標回波的拆分，在目標與箔條回波拆分的基礎上，再根據動態(tài)推演設計的仿真推演態(tài)勢等信息進行試驗場景的重構。在靜態(tài)和動態(tài)條件下影響目標和干擾場景變化的因素主要有以下幾個：導彈、艦船、箔條干擾等運動帶來的相對空間位置的變化；相對位置變化帶來的目標能量、速度的變化、尺寸的變化，同時還會帶來目標和干擾回波特性的一些變化，如在彈目逼近過程中，箔條和艦艇平臺電磁輻射特性需按照場景重構后解算的距離信息進行能量域的實時調整，根據雷達方程：

在雷達發(fā)射功率Pt、雷達天線增益Gt、信號波長等因素不變的條件下，設回波功率系數比為K，當彈目徑向距離由R0變?yōu)镽(t)時，圖9為某動態(tài)仿真推演態(tài)勢條件下，采用場景重構方法實現的某時刻重構后的回波。

圖9 基于高速回波試驗數據的場景重構

基于雷達導引頭高速回波試驗數據實現的動態(tài)推演場景回波數據重構方法，最大限度地利用了目標原始回波，具有較高的逼真度。在場景重構過程中，除了采用目標與箔條回波拆分數據外，還可采用電磁計算模型數據進行場景重構。通過構建高精度目標幾何模型，并利用CST等高性能電磁計算軟件計算出模型數據，可構建出更為靈活、復雜的試驗場景。仿真結果表明電磁計算的模型數據同拆分目標數據具有較高相似度，在一定條件下可替代使用。

5 仿真推演與干擾效果評估

5.1 動態(tài)仿真推演系統(tǒng)逼真度檢驗與應用

推演系統(tǒng)構建的逼真度直接影響系統(tǒng)的可信性。首先對動態(tài)推演系統(tǒng)的逼真度進行檢驗，通過構建與外場試驗相同的試驗場景，對場景重構后的結果進行仿真推演，對比外場實測試驗結果，實現對比驗證推演系統(tǒng)的逼真度，某一態(tài)勢下的距離跟蹤結果如圖10所示。在本文研究中將雷達導引頭目標識別跟蹤為混合體時的距離輸出置0，而導引頭實裝輸出質心跟蹤結果，但從受干擾趨勢、距離跟蹤結果上可以看出總體識別跟蹤結果具有較高的一致性，可以認為該推演系統(tǒng)能夠滿足逼真度要求。

圖10 定點場景重構與實測數據對比驗證跟蹤距離對比

在動態(tài)仿真推演系統(tǒng)檢驗驗證的基礎上，利用外場實測試驗數據設計不同試驗方案，并針對試驗方案重構試驗場景，實現導彈動態(tài)攻擊目標的仿真推演，對無源干擾效果進行檢驗評判。某態(tài)勢下導引頭動態(tài)逼近目標的推演態(tài)勢如圖11所示。該態(tài)勢下的距離跟蹤結果如圖12所示。

5.2 動態(tài)仿真推演系統(tǒng)無源干擾效果評估

將定點架設雷達導引頭條件下的無源干擾實測試驗數據，仿真外推至動態(tài)對抗過程，得出雷達導引頭受干擾結果，實現面向干擾效果評估的仿真推演。以某型雷達導引頭某態(tài)勢下導引頭定點架設設置和動態(tài)逼近目標條件下雷達導引頭受干擾情況進行對比，輸出雷達導引頭識別干擾有效性標識位，0代表識別目標未受到干擾，非0代表識別為混合體或干擾，受干擾情況對比圖如圖13所示，通過計算雷達導引頭識別干擾標識位實現干擾效果的評判，實現面向作戰(zhàn)效能評估的無源干擾試驗效果評估。

圖11 動態(tài)仿真推演場景軌跡圖

圖12 動態(tài)對抗過程距離跟蹤仿真推演結果

圖13 導引頭干擾識別結果

在上述研究的基礎上，設定同一態(tài)勢，改變箔條運動方向，可以檢驗箔條運動方向對雷達導引頭識別跟蹤結果的影響，實現對箔條作戰(zhàn)使用的指導，推演結果如圖14所示，可以看出當艦船航跡相同時，有幾個區(qū)間干擾效果比較好，尤其是箔條飛行方向192°時無源干擾效果最佳。

圖14 箔條飛行方向對干擾效果的影響

6 結語

基于實測試驗數據的艦艇平臺無源干擾抗反艦導彈雷達導引頭作戰(zhàn)效能評估動態(tài)推演系統(tǒng)，將定點架設所獲取的試驗數據仿真外推至加載彈道的彈目距離動態(tài)變化的對抗過程，完成面向對抗效果評估的無源干擾動態(tài)仿真推演，實現了對試驗數據的關聯(lián)應用與深度挖掘，為全面、客觀評判艦艇平臺作戰(zhàn)系統(tǒng)無源干擾能力、末制導雷達抗干擾能力提供技術支撐，為優(yōu)化艦艇無源干擾戰(zhàn)術使用提供參考，達到發(fā)揮裝備試驗數據潛在價值、深化裝備試驗鑒定內涵的目的。