張 樂(lè) 李蘇杭 劉麗龍 苗雨晴 陳建平

（1.上海機(jī)電工程研究所 上海 201109）（2.上海復(fù)合材料科技有限公司 上海 201112）

1 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)下超低空空襲是目前廣泛采用的進(jìn)攻策略，近期中東某武裝組織利用巡航導(dǎo)彈、攻擊型無(wú)人機(jī)采用超低空戰(zhàn)術(shù)成功打擊了“阿美”石油公司的相關(guān)設(shè)備，造成沙特石油設(shè)備嚴(yán)重受損，帶來(lái)了巨大的損失。因此超低空突防武器給固定陣地防御帶來(lái)巨大的防空壓力。

面對(duì)超低空來(lái)襲目標(biāo)時(shí)，防空武器系統(tǒng)受雷達(dá)架高限制、環(huán)境遮蔽及地球曲率的關(guān)系，嚴(yán)重影響了雷達(dá)對(duì)超低空目標(biāo)發(fā)現(xiàn)的及時(shí)性，大大降低了武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)反應(yīng)時(shí)間。并且受到地面多路徑的影響，雷達(dá)及導(dǎo)引頭測(cè)角的誤差大，即使防空裝備及時(shí)開(kāi)展攔截任務(wù)，也會(huì)導(dǎo)致雷達(dá)丟失目標(biāo)和導(dǎo)彈錯(cuò)鎖的風(fēng)險(xiǎn)［1］。

2 半主動(dòng)制導(dǎo)武器對(duì)超低空戰(zhàn)法分析

半主動(dòng)體制武器系統(tǒng)主要由地面雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并穩(wěn)定跟蹤；彈上導(dǎo)引頭接收地面雷達(dá)照射目標(biāo)的二次回波實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的鎖定進(jìn)而抗擊來(lái)襲目標(biāo)，因此超低空目標(biāo)的成功攔截主要受制于以下三個(gè)方面：1）雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的識(shí)別，2）導(dǎo)彈對(duì)目標(biāo)的識(shí)別，3）引戰(zhàn)配合對(duì)目標(biāo)的毀傷。

2.1 雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的識(shí)別

地面多路徑的效應(yīng)，造成超低空目標(biāo)雷達(dá)波束低仰角下波瓣的分裂，雷達(dá)接收機(jī)的回波信號(hào)由地面反射波和目標(biāo)直達(dá)波疊加而成，多條路徑回波信號(hào)同相及反相的影響，帶來(lái)跟蹤角誤差的震蕩，嚴(yán)重情況下導(dǎo)致雷達(dá)對(duì)低空目標(biāo)的丟失。

直達(dá)波與反射波之間歸一化的相關(guān)系數(shù)［3］：

由上式可知通過(guò)Δf的增加，時(shí)域相關(guān)系數(shù)x減小，通過(guò)采用頻率捷變雷達(dá)抗干擾手段，在雷達(dá)工作寬頻帶內(nèi)的頻率的跳變，達(dá)到多路徑反射信號(hào)的去相關(guān)性，實(shí)現(xiàn)多路徑效應(yīng)的削弱。利用雷達(dá)目標(biāo)直達(dá)回波與多路徑反射回波及相位差在各頻點(diǎn)相互獨(dú)立的特點(diǎn)，通過(guò)頻率捷變利用信號(hào)載頻的變化，引起捷變帶寬的變化，從而削弱直達(dá)波與反射波的相關(guān)系數(shù)，實(shí)現(xiàn)去相關(guān)的效果［8～9］。結(jié)合仿真發(fā)現(xiàn)采用捷變頻后直達(dá)波與反射波去相關(guān)效果增強(qiáng)，跟蹤角誤差的震蕩效果減弱（見(jiàn)圖1），雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的識(shí)別明顯改善，可穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)。

圖1 頻率捷變前后雷達(dá)俯仰角情況

2.2 導(dǎo)彈對(duì)目標(biāo)的識(shí)別

超低空飛行因地面多路徑的影響，導(dǎo)引頭接收的信號(hào)包含目標(biāo)反射回波和地面反射回波信號(hào)，接收機(jī)信號(hào)的閃爍帶來(lái)導(dǎo)彈測(cè)角誤差，導(dǎo)致導(dǎo)彈出現(xiàn)錯(cuò)鎖或脫靶的隱患［5］。通過(guò)分析多路徑效應(yīng)下導(dǎo)彈與目標(biāo)彈目飛行關(guān)系（如圖2），有如下關(guān)系式。

圖2 多路徑效應(yīng)下彈目關(guān)系圖

Rmt為彈目距離；為多路徑下彈目距離；Δfd為多路徑回波與直接回波的頻差；V為彈目相對(duì)速度；λ為照射波束波長(zhǎng)

由上述關(guān)系式可知：當(dāng)彈目速度比越大，導(dǎo)彈飛行高度越高，半主動(dòng)導(dǎo)引頭檢測(cè)波門(mén)一定時(shí)，導(dǎo)彈頭不受多路徑影響的彈目距離越大，目標(biāo)高度越低，有利于導(dǎo)彈遠(yuǎn)對(duì)低空目標(biāo)的鎖定，可有效避免鏡像目標(biāo)的錯(cuò)鎖問(wèn)題。

通過(guò)仿真對(duì)低遠(yuǎn)目標(biāo)導(dǎo)彈發(fā)射上升階段，隨著彈目的變化，導(dǎo)引頭接收回波功率出現(xiàn)跌落現(xiàn)象容易出現(xiàn)短暫失鎖的問(wèn)題（如圖3），隨著彈體的上升，導(dǎo)引頭頻差和功率差進(jìn)一步拉大（如圖4），低空鏡像影響減弱，導(dǎo)引頭在多普勒頻率和回波功率上能區(qū)分鏡像目標(biāo)，滿(mǎn)足導(dǎo)彈正常截獲目標(biāo)的條件。

圖3 低遠(yuǎn)目標(biāo)導(dǎo)引頭回波功率變化情況

圖4 目標(biāo)與鏡像頻差與功率差

2.3 引戰(zhàn)配合對(duì)目標(biāo)的毀傷

半主動(dòng)尋的制導(dǎo)體制對(duì)超低空突襲的目標(biāo)，攔截導(dǎo)彈具有大俯沖角彈目交匯的現(xiàn)象，導(dǎo)致彈目相對(duì)速度與真實(shí)速度偏差大，嚴(yán)重影響了戰(zhàn)斗部的殺傷效果［4］。

半主動(dòng)導(dǎo)引頭在彈目交匯階段因彈目距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于雷達(dá)與目標(biāo)的距離，半主動(dòng)導(dǎo)引頭多普勒頻率可采用主動(dòng)頭彈目多普勒公式，結(jié)合彈目交匯示意圖5有如下關(guān)系式：

圖5 彈目交匯示意圖

彈目交匯角度與導(dǎo)引頭輸出的彈目相對(duì)速度相關(guān)，當(dāng)角度大于60°時(shí)輸出誤差增大，多普勒頻率誤差增大。通過(guò)仿真可知不同的發(fā)射時(shí)機(jī)彈目交匯角度分別為58°和35°（如圖6）。

圖6 平面彈道曲線

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)半主動(dòng)制導(dǎo)體制防空武器攔截超低空目標(biāo)的分析與仿真，總結(jié)出在攔截超低空來(lái)襲武器時(shí)通過(guò)頻率捷變改善雷達(dá)跟蹤角誤差的震蕩實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)穩(wěn)定跟蹤，通過(guò)復(fù)核導(dǎo)引頭接收機(jī)回波功率給一線指戰(zhàn)員提供系統(tǒng)初始攔截段，結(jié)合模擬彈目遭遇仿真情況，分析不同發(fā)射點(diǎn)下彈目交匯角對(duì)引戰(zhàn)效果的影響，通過(guò)啟用頻率捷變，選擇合適的攔截距離，從而提升半主動(dòng)制導(dǎo)武器對(duì)超低空目標(biāo)的作戰(zhàn)效能。