兩點源誘偏輻射式仿真試驗誘餌設置方法

摘 要：抗誘偏能力是反輻射導彈作戰(zhàn)性能的一項重要指標，通過在輻射式仿真試驗系統(tǒng)中設置有源誘偏系統(tǒng)，可實現(xiàn)對反輻射導彈抗誘偏性能的檢驗與評估。介紹了反輻射導彈輻射式仿真試驗的實現(xiàn)方法；利用合成場原理建立了反輻射導彈導引信號模型；通過仿真研究了改變誘餌的功率、點源間距及反輻射導彈來襲方向對攻擊效果的影響。該方法的研究對反輻射導彈抗誘偏輻射式仿真試驗中誘偏信號的設置和控制、作戰(zhàn)效能的評估有重要的參考價值。

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關鍵詞：反輻射導彈; 兩點源誘偏; 輻射式仿真; 誘餌設置

中圖分類號：

TN95-34

文獻標識碼：A

文章編號：1004-373X(2012)01-0004-04

Method of decoy setting in two-source decoy radiation simulation test

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XIAO Ben-long， YANG Li-du， ZHANG Cheng

(PLA Unit of 63880， Luoyang 471003， China)

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Abstract： The capability of distinguishing real target signal and decoy is important for anti-radiation missile (ARM). By setting active decoy system in radiation simulation test system， the anti-decoy performance of the ARM can be scientifically checked and evaluated. The radiation simulation test method of the ARM is presented. The model of guidance signal is established with the theory of synthesized electromagnetic field.， The influence on attack effect by changing the power of the decoy， the distance between two sources and the direction of ARM is studied based on the simulation. The research provides a valuable reference for the setting and controlling of the decoy in the test， and also for the evaluation of combat efficiency.

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Keywords： anti-radiation missile; two-source decoy; radiation simulation; decoy setting

收稿日期：2011-07-03

0 引 言

反輻射導彈是一種利用敵方輻射源輻射的電磁波發(fā)現(xiàn)、跟蹤并摧毀輻射源的導彈。在電子對抗斗爭日趨激烈的現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，反輻射導彈無疑是對雷達威脅最大的一種武器。它不僅能從實體上摧毀雷達設施，而且能殺傷雷達操作人員，從而造成心理上的恐懼感，以致嚴重削弱其作戰(zhàn)能力。因此，尋求對抗反輻射導彈的措施成為電子防御領域的關鍵技術，而誘偏技術則是對抗反輻射導彈的有效途徑之一。

內場輻射式仿真試驗具有代價小、效率高、可重復性好等優(yōu)點，在輻射式仿真試驗系統(tǒng)中進行反輻射導彈的抗誘偏能力試驗，可有效地檢驗反輻射導彈對信號的分選識別能力、抗干擾能力以及信號的截獲能力，以實現(xiàn)對反輻射導彈在不同戰(zhàn)情設置情況下的作戰(zhàn)性能的科學評估。本文對反輻射導彈兩點源誘偏射頻仿真中誘餌的設置方法進行了研究。

1 兩點源誘偏原理

反輻射導彈被動雷達導引頭是一種單脈沖跟蹤系統(tǒng)，幅度和相位單脈沖系統(tǒng)都能在它所在的位置有效地測量射頻脈沖波前的發(fā)源地，并通過探測目標雷達來波波前的法線方向與瞄準軸的偏離得出角跟蹤信息。由于反輻射導彈的彈體直徑有限，其導引頭無法安裝大口徑天線，為了捕獲信號，天線的波束寬度也不能太窄，這就決定了導引頭的分辨角大的特點。依據這一特性，可以在其分辨單元內，隨目標雷達同時布置一個有源誘餌，其波前實際上由兩個分開的輻射源發(fā)射的信號產生的，反輻射導彈在接近目標雷達一定距離之前，其導引頭無法將目標雷達和誘餌分辨出來。在到達分辨臨界距離后，由于反輻射導彈的末段采用比例導引，其過載能力有限，從而導致彈著點偏離目標雷達，如圖1所示。

根據誘餌和雷達信號之間的關系，兩點源誘偏又分為相干誘偏和非相干誘偏兩種情況。當誘餌與雷達信號相干時，在反輻射導引頭處具有恒定的相位差，由于導引頭受到兩點源的共同作用，而合成輻射場的相位波前發(fā)生畸變，當天線口面尺寸遠小于合成相位波前的斜面時，會誘使導引頭指向大大偏離這兩個點源連線中心所在的方向；當誘餌與雷達信號不相干時，二者沒有確定的相位關系，在導引頭處形成角閃爍，這時，反輻射導彈跟蹤兩者的功率重心，一般只能命中兩者連線上的某一點。由于相干誘偏在實際使用中實現(xiàn)難度很大，本文主要研究非相干誘偏。

圖1 兩點源誘偏示意圖

2 反輻射武器輻射式仿真試驗方法

進行反輻射導彈輻射式仿真試驗時，反輻射導彈導引頭安裝在導彈模擬轉臺上，轉臺用來模擬反輻射導彈在攻擊過程中相對目標的飛行姿態(tài)變化。雷達信號模擬分系統(tǒng)產生的雷達主信號和背景環(huán)境信號通過天線陣列輻射。導引頭對接收到的雷達輻射源信號進行分選測向，并通過自動駕駛儀輸出姿態(tài)控制指令送給輻射式仿真試驗系統(tǒng)中的武器計算機以計算出其姿態(tài)運動參數，提供給轉臺計算機以控制導彈轉臺模擬反輻射導彈實時姿態(tài)變化，構成一個閉合試驗環(huán)路，對反輻射武器進行系統(tǒng)性能和攻擊精度的試驗和評估，如圖2所示。

圖2 反輻射導彈輻射式仿真

雷達天線陣列的主陣列采用三元組天線合成輻射的方式，通過等效輻射中心在天線陣面上的連續(xù)移動模擬雷達與反輻射導彈的相對位置關系。在輻射式仿真試驗系統(tǒng)中，天線陣上輻射信號的位置是用方位和俯仰坐標系統(tǒng)定義的，因此，需要根據實際中ARM與雷達的相對位置關系來解算天線陣上輻射位置的坐標。

3 反輻射導彈導引信號模型

3.1 導引信號的概念

在反輻射導彈輻射式仿真試驗中，放置在導彈轉臺上的導引頭接收來自天線陣的輻射信號，采用直接瞄準法導引。當進行兩點源誘偏試驗時，反輻射導彈跟蹤兩點源在導引頭處合成場的法線方向，導引信號是彈體縱軸與視線之間的夾角，可分解為方位和俯仰上的分量，分別設為δA和δB，如圖3所示。

圖3 導引信號示意圖

由文獻[1]可知，在以雷達所在位置為原點的坐標系中，雷達和n個誘餌輻射源都在地面上，它們在反輻射導彈導引頭處的合成電場的幅度和相位分別為：

E=［(∑ni=0Eisin φi)2+(∑ni=0Eicos φi)2］1/2

(1)

φ=arctg∑ni=0Eisin φi∑ni=0Eicos φi

(2)

設導彈所在位置為(xA，yA，zA)，合成波波前法線方程為：

x－xAφ/xA=x－yAφ/yA=x－zAφ/zA

(3)

進而求得合成波波前法線同地面的交點為：

xz=0=∑ni=0∑nk=0EiEkxkzA－xAzkλkrkcos Δφ∑ni=0∑nk=0EiEkzA－zkλkrkcos Δφ

(4)

yz=0=∑ni=0∑nk=0EiEkykzA－yAzkλkrkcos Δφ∑ni=0∑nk=0EiEkzA－zkλkrkcos Δφ

(5)

式中：Ei，Ek為第i，k個點源到導引頭處的電場強度峰值；(xk，yk，zk)為第k個點源的位置；λk為第k個點源的工作波長；rk為第k個點源到導引頭處的距離；Δφ=φi－φk，為第i個和第k個點源到導引頭的初始相位差。

由于本文研究的是兩點源誘偏，為了研究方便，將對導引信號的研究簡化為對兩點源合成波波前法線與地面交點的研究。建立平面坐標系如圖4所示，A為反輻射導彈，雷達為坐標原點O(0，0)，誘餌為x軸上O1(d，0)點，將上式化簡，得到法線與地面的交點O′坐標為：

x′=β2+βcos Δφβ2+K(K+1)βcos Δφ#8226;d

y′=0

式中：β = E1E0；K=λ1r1λ0r0；Δφ=φ1－φ0。

圖4 兩點源誘偏平面坐標系

3.2 信號功率的選擇

由式(6)可知，反輻射導彈的瞄準方向跟相位差Δφ、點源的工作波長以及點源到導引頭的電場強度峰值有關。若誘餌與雷達的輻射電場峰值相同，即β＝1時，K取不同值反輻射導彈導引頭瞄準方向隨相位差Δφ的變化曲線如圖5所示。由圖可以看出，隨著K值的增大，導彈的瞄準方向偏向于雷達；而K減小到一定值時，導彈的瞄準方向偏向于誘餌；當K=1左右時，導彈瞄準兩點源的中間點。若取K=1.2時，β取不同值反輻射導彈導引頭瞄準方向隨相位差Δφ的變化曲線如圖6所示。由圖可以看出，隨著β值的增大，導彈的瞄準方向偏向于誘餌，這是由于誘餌的功率漸大于雷達的功率，反輻射導彈導引頭跟蹤功率重心從而逼近誘餌，要注意的是，試驗表明，當輻射源間的功率比大于1.25時，導引頭將不再跟蹤輻射源的功率重心，而是跟蹤功率大的輻射源，只是偶爾跟蹤功率重心，稍有擾動就立刻跟蹤功率大的輻射源。

圖5 β＝1時導引頭瞄準方向變化曲線

3.3 兩點源間距的選擇

反輻射武器攻擊目標時分為兩個階段。當離目標較遠時，兩點源還都在導引頭的分辨角θR范圍內，導引頭將跟蹤二者的合成輻射場的法線方向；當反輻射導彈抵近目標飛行時，兩點源與導引頭瞄準軸方向之間的夾角變大，當增加到一定程度越過閾值即θ≥θR時(θ為ARM與兩點源的夾角)，反輻射導彈可以分辨出兩個輻射源，此時導引頭穩(wěn)定跟蹤單一目標雷達或誘餌。

圖6 K=1.2時導引頭瞄準方向變化曲線

在反輻射導彈分辨出目標后，將以最大過載修正初始誤差。此時，若兩點源間距足夠大時，反輻射導彈能夠較早分辨出目標，從而有足夠的時間修正誤差，最終有可能擊中目標；若兩點源間距很小，反輻射導彈只能在離目標較近的距離上分辨出兩點源，由于反輻射導彈的速度很快，其過載能力有限，很難在短距離內修正誤差，但因為兩點源的間距小，反輻射導彈在擊中兩點源之間某處時，有可能其中一個點源在導彈的殺傷半徑內，也會達到毀傷目標的目的。因此，選擇合適的兩點源間距很重要。

反輻射導彈在達到臨界點時，即θ≥θR時，會穩(wěn)定跟蹤兩點源中的其中一個，在導引期間能修正誤差距離為：

Δx=12jmaxr2v2rel

(7)

式中：jmax=nmaxg，nmax為反輻射導彈最大過載，g為重力加速度；

vrel為反輻射導彈徑向速度；r為反輻射導彈到O′點的距離。

當雷達和誘餌的載頻、功率相同時，反輻射導彈的瞄準方向與兩點源間的夾角相等，即瞄準方向是點源與反輻射導彈夾角的角平分線。如圖7所示，圖中α為反輻射導彈進攻角，O″(x″，0)為導彈以最大過載修正誤差后的最終落點，θR為反輻射導彈分辨角。由圖可得：

r=x′cos(α+θR/2)sin (θR/2)

(8)

對式(8)化簡得：

x′=2d1+K(K+1)

(9)

導彈最終落點：

x″=x′－Δx 

=2d1+K(K+1)－ 

12jmax2d1+K(K+1)cos(α+θR2)2vrelsinθR22

(10)

圖7 雷達和誘餌相同時的瞄準方向

對某型反輻射導彈進行仿真，假設導彈向雷達所在的方向偏，取重力加速度g=9.8 m/s2，最大轉彎過載nmax=8，導彈的徑向速度vrel=1 200 m/s，導彈分辨角θR=12°，K=1。對導彈最終落點在進攻角α取不同值時隨兩點源間距的變化進行仿真，結果如圖8所示。從圖中可以看出，隨著進攻角的增大，反輻射導彈離雷達距離會減小，是因為大攻擊角情況下，導彈會有更多的時間修正誤差。再取進攻角α＝55°，對導彈最終落點在分辨角θR取不同值時隨兩點源間距的變化進行仿真，結果如圖9所示。從圖中可以看出，隨著θR的減小，反輻射導彈離雷達距離會減小，這是因為分辨角小時，導彈能夠在較遠的距離上分辨出目標，從而及時修正誤差，且從仿真結果可以得到，分辨角對反輻射導彈的抗誘偏性能影響大。

圖8 θR=12°時反輻射導彈的最終落點仿真

總體而言，從仿真情況來看，如選擇的兩點源間距過小，則有可能在反輻射導彈的殺傷半徑內；如兩點源間距過大，則反輻射導彈會在較遠的距離上分辨出目標，進而對目標產生威脅。

圖9 α=55°時反輻射導彈的最終落點仿真

4 結 語

通過上述分析可知，反輻射導彈抗誘偏能力取決于多個因素，如點源的工作波長、功率大小、兩點源間距、導彈的進攻角以及分辨角等，在進行兩點源誘偏輻射式仿真試驗時，可通過設置適當的點源功率、點源間距、反輻射導彈的進攻角等項目，綜合考評反輻射導彈的抗誘偏能力等作戰(zhàn)性能，進而為裝備的研制、改進提供參考。

參 考 文 獻

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作者簡介：

肖本龍 男，1984年出生，安徽繁昌人，助理工程師，碩士。主要研究方向為雷達對抗仿真。

楊黎都 男，1971年出生，河南洛陽人，高級工程師，碩士。主要研究方向為雷達對抗仿真。

張 程 男，1984年出生，吉林長春人，助理工程師。主要研究方向為雷達對抗仿真。