魚雷電磁引信接收機對欺騙式干擾抗干擾能力評估

張 濤, 任志良, 孫常存, 李耀波

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魚雷電磁引信接收機對欺騙式干擾抗干擾能力評估

張 濤1, 任志良1, 孫常存1, 李耀波2

(1. 海軍工程大學 兵器工程系, 湖北 武漢, 430033; 2. 中國人民解放軍92538部隊, 遼寧 大連, 116041)

為了定量分析和評估魚雷電磁引信接收機對欺騙式干擾的抗干擾能力, 通過對魚雷電磁引信目標特性及工作機理的分析, 定義了抗干擾系數和幅值系數, 給出了兩者之間的計算關系式, 并提出了以抗干擾系數作為評估指標的定量評估方法。針對魚雷電磁引信接收機中典型的濾波電路和時間檢驗電路, 利用電路分析法推算了二者的幅值系數, 進而推出其抗干擾系數。最后, 利用抗干擾系數對魚雷電磁引信接收機抗2種欺騙式干擾能力進行評估, 其結果與實測一致, 驗證了本文所提出的評估方法的可行性與有效性。

魚雷電磁引信; 接收機; 抗干擾能力; 評估; 抗干擾系數; 欺騙式干擾

0 引言

為了對魚雷引信的抗干擾能力進行科學、客觀的評估, 需要對其進行定量分析。在相近的專業領域國內外學者開展了大量的研究工作[1-5], 如對雷達的抗干擾能力評估已提出功率準則、信息準則、戰術運用準則及概率準則等評估準則, 相應評估指標主要有抗干擾改善因子、抗干擾品質系數、抗干擾度量概率、相對燒穿距離和自衛距離等, 但目前還沒有形成成熟的評估體系。也有學者對無線電引信的抗干擾能力進行了評估[6-8], 但從目前公開發表的文獻中, 還沒有涉及對魚雷引信抗干擾能力的評估。魚雷引信特殊的工作環境與雷達和無線電引信存在較大差異。因此, 雷達和無線電引信的抗干擾能力評估方法不能直接應用于魚雷引信。

本文以魚雷裝備最多的電磁引信為例, 以欺騙式干擾(指具有與目標信號特征相近或相同參數的干擾信號)為研究對象, 旨在定量評估魚雷電磁引信接收機對欺騙式干擾的抗干擾能力。基于對魚雷電磁引信的目標特性及工作機理的分析, 確定了魚雷電磁引信接收機抗干擾能力的評估方法和指標, 給出了引信接收機中典型的濾波電路和時間檢驗電路評估指標的具體計算方法。

1 魚雷電磁引信目標特性及工作機理

目前, 魚雷電磁引信均采用主動、連續波的工作方式, 即電磁引信系統由發射機提供一定頻率、一定功率的交流信號, 通過發射天線在魚雷周圍媒質中形成交變電磁場, 當魚雷解除各種保險轉入待發狀態后, 如果魚雷接近目標至一定距離范圍內, 接收天線將接收到目標艦的反射信號, 經接收機的放大、濾波等各種處理檢驗后, 如果信號各種參量均滿足引信戰術技術諸元, 則該信號被判定為有效目標信號, 系統將按預定程序點燃電爆管使魚雷裝藥爆炸。

魚雷電磁引信接收的目標信號數學模型為[9]

一般情況下, 目標信號的包絡可粗略的近似為一鐘形脈沖, 即

綜合式(1)和式(2), 魚雷電磁引信目標信號的數學模型為

魚雷電磁引信的抗干擾措施主要包括收發天線配置和接收機電路兩部分。其中魚雷電磁引信的收發天線采用長間距的垂直配置方式, 主要是利用接收線圈的指向性對信號進行空域濾波。

接收機電路對信號進行的各種處理是引信主要的抗干擾措施, 本文只對接收機的抗干擾能力進行評估。盡管不同型號魚雷引信接收機的實現途徑不同, 但對常規電磁引信接收機的原理而言, 各種型號電磁引信之間的差別卻不明顯, 一般包括放大電路、濾波電路、檢波電路、時間檢驗電路和門限比較電路, 主要完成對接收信號的幅度、頻率、相位及包絡時間特性等特征量的提取與鑒別, 其原理框圖見圖1。

圖1 常規電磁引信接收機原理

2 魚雷電磁引信接收機抗干擾能力評估

由魚雷電磁引信的目標特性可知, 目標信號主要包括幅度、頻率、相位和包絡時間特性等參數。在常規電磁引信接收機中, 都是通過門限比較電路對信號的幅值進行判定, 進而產生點火信號的。因此, 電磁引信接收機中各部分電路對信號不同參數的鑒別最后都轉化為對信號幅值的調整, 即如果接收信號的參數與目標信號的理想參數相同時, 信號能通過正常的放大、處理并使幅值達到或超過門限值; 反之接收信號的幅值將受到不同程度的衰減, 以至于小于門限值, 不能產生點火信號。

鑒于上述分析, 欺騙式干擾或其他干擾在電磁引信接收機處理時, 信號參數的差異最終都體現在信號的幅值上。在欺騙式干擾的幅值與有效目標信號的幅值相等的條件下, 如果干擾信號與目標信號的其他參數不同, 引信接收機能夠有效鑒別; 但如果欺騙式干擾的幅值足夠大, 即使各參數得到抑制和幅值衰減, 其幅值仍然有可能達到門限, 從而造成引信的誤動。因此, 針對欺騙式干擾, 如何判斷引信的抗干擾能力, 以及針對不同的欺騙式干擾, 對引信的抗干擾能力進行定量評估都是十分必要的。

設欺騙式干擾為

其中

3 評估指標的計算方法

評估指標的計算關鍵就是分別計算魚雷電磁引信接收機中每種抗干擾措施的幅值系數, 然后轉化為抗干擾系數。幅值系數可通過具體的試驗直接測得, 但需要反復試驗、不斷調整信號參數才能得到理想的結果。本文提出電路分析法推算魚雷電磁引信的幅值系數, 主要根據抗干擾電路建立數學模型并進行理論計算, 該方法計算簡單, 方便快捷, 但結果可能會與真實結果存在一定的誤差。

圖2 包絡持續時間隨時間特性參數的變化規律

3.1 電路分析法原理

接收機中濾波電路主要是帶通濾波[10], 其傳輸函數為

其歸一化幅頻響應為

所以, 濾波電路的幅值系數為

則積分電路的傳輸函數為

綜上所述, 電路分析法的幅值系數可由式(13)和式(16)求得。

3.2 電路分析法仿真結果

分別按一定的步長改變欺騙式干擾的頻率和包絡持續時間進行試驗, 然后利用最小二乘法對實測數據進行多項式擬合, 選擇合適的多項式階數, 進而得到幅值系數的擬合多項式。其中, 多項式的階數決定著擬合精度。

綜上所述, 試驗測試的幅值系數可利用表1中的系數由式(17)和式(18)求得。

電路分析法計算的濾波電路和時間檢驗電路的幅值系數分別如圖3, 圖4所示。

表1 實測數據的擬合多項式系數

圖3 濾波電路的幅值系數

圖4 時間檢驗電路的幅值系數

綜合圖3、圖4可得, 電路分析法和實驗測試結果得到的幅值系數存在一定的誤差, 但在精度允許的情況下, 電路分析法用于推算抗干擾電路的幅值系數是可行的。誤差主要由以下兩方面原因造成。

1) 電路分析只是對濾波和時間檢驗電路的關鍵部分進行建模, 未考慮電路中用于隔直流或檢波的電容等元件的影響, 這些元件在電路中同樣起到濾波或時間檢驗的作用, 從而導致電路分析法所建數學模型帶來一定的偏差, 這也是試驗結果比電路分析法的幅值系數大的主要原因。

2) 與電路分析法相比, 實際測試時電路自身產生的噪聲和環境噪聲不可避免地要進入接收機電路, 也會引起誤差。

4 算例分析

表2 魚雷電磁引信接收機對抗2種欺騙式干擾能力評估

5 結束語

針對魚雷電磁引信接收機對欺騙式干擾的抗干擾能力評估, 提出了以抗干擾系數作為評估指標的評估方法, 抗干擾系數越大, 魚雷電磁引信接收機的抗干擾能力就越強; 并且可以依據抗干擾系數的符號作為魚雷電磁引信接收機能否有效對抗欺騙式干擾的判定標準, 如果抗干擾系數為正, 則魚雷電磁引信接收機可以有效對抗該欺騙式干擾, 該干擾不會引起引信動作; 否則欺騙式干擾將會引起引信誤動, 屬于有害干擾。

本文同時針對評估方法中評估指標的計算,給出了抗干擾系數和幅值系數之間的計算關系式, 提出了推算幅值系數的電路分析法, 與實際測量結果進行了比較, 并對誤差原因進行了分析。在精度允許的情況下, 可以利用電路分析法進行推算, 也可以對相關電路作進一步分析, 建立更精確的數學模型, 以減小與試驗測試結果之間的誤差。

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Evaluation of Anti-interference Capability of Torpedo Electromagnetic Fuze Receiver Against Deceiving Jammings

ZHANG Tao1, REN Zhi-liang1, SUN Chang-cun1, LI Yao-bo2

(1. Department of Weaponry Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China; 2. 92538th, The People′s Liberation Army of China, Dalian 116041, China)

In order to analyze quantitatively and evaluate the anti-interference capability of a torpedo electromagnetic fuze receiver against deceiving jammings, an anti-interference coefficient and an amplitude coefficient are defined by analyzing the target characteristics and working principle of torpedo electromagnetic fuze, and the relational expression of the two coefficients is derived. Moreover, a quantitative evaluation method is put forward taking the anti-interference coefficient as an evaluation index. According to the typical filter circuit and timing test circuit in torpedo electromagnetic fuze receiver, their amplitude coefficients are calculated by using the circuit analysis method and their anti-interference coefficients are reckoned. The anti-interference capability of a torpedo electromagnetic fuze receiver against two deceiving jammings is evaluated with the anti-interference coefficient, and the result coincides with the measurement, which validates the feasibility and effectiveness of the proposed method.

torpedo electromagnetic fuze; receiver; anti-interference capability; evaluation; anti-interference coefficient; deceiving jamming

TJ431.7; TN97

A

1673-1948(2011)03-0181-06

2010-11-11;

2011-01-05.

張 濤(1983-), 男, 在讀博士, 研究方向為軍用目標特性及其信息處理技術.

(責任編輯: 楊力軍)