艦空導彈研制階段抗干擾試驗一體化方法研究

謝澤峰，羅華鋒

(中國人民解放軍92941部隊42分隊，遼寧 葫蘆島 125001)

0 引言

進入21世紀，隨著電子對抗技術的發展，電子防御戰在防空反導作戰中顯得尤為突出。艦空導彈面臨的作戰態勢與戰場環境日趨復雜[1]，為應對復雜的電磁干擾環境，艦空導彈在研制階段需要不斷提高抗干擾能力。

艦空導彈研制階段一般可劃分為三個階段：方案論證階段、工程設計階段和設計定型階段。在不同階段，艦空導彈的抗干擾技術狀態需求存在差異，抗干擾實現能力也存在差異[2]，因此需要以不同的抗干擾試驗對導彈在電磁環境下的工作性能進行指標檢驗和鑒定。艦空導彈研制階段抗干擾試驗可描述為[3]：在內場和外場建立的典型干擾環境下，運用多種試驗方法和手段，對艦空導彈在不同階段、特定干擾環境下的性能進行綜合檢驗和考核，重點是對導引頭抗干擾開展的相關驗證評估試驗[4-5]。導引頭抗干擾能力已成為衡量艦空導彈抗干擾的重要指標，其性能關系到導彈武器系統作戰效能和生存能力[6-7]。艦空導彈研制階段導引頭抗干擾試驗評估是一項不確定的技術難題[8]。由于抗干擾評估的復雜性，至今還沒有全面統一的度量指標和方法。

本文對艦空導彈研制階段導引頭抗干擾試驗和評估進行研究，提出采用一體化試驗方法和基于層次分析法AHP的綜合評估方法，對艦空導彈研制階段抗干擾試驗進行了總體設計和抗干擾評估。該方法比傳統試驗評估方法更全面科學，可為艦空導彈抗干擾試驗設計與抗干擾性能鑒定提供參考。

1 艦空導彈抗干擾試驗主要類型

艦空導彈作戰時，常面臨空戰場電磁干擾因素的影響。空戰場電磁干擾因素可分為自然干擾和人為干擾兩大類[3]。自然干擾主要是指自然界具備的或者由自然界衍生的干擾，如自然電磁輻射和地海雜波等；人為電磁干擾主要是指人為有意產生的干擾，如箔條、有源誘餌干擾、自衛壓制或欺騙干擾、箔條干擾、地/海雜波等有源或無源干擾。與之相對應，導彈必須采取相應的針對性抗干擾設計，實現在上述單一或組合干擾條件下對目標的有效攔截。因此，艦空導彈抗干擾試驗的主要類型包括有源誘餌干擾試驗、抗自衛壓制/欺騙干擾試驗、抗箔條干擾試驗、抗地/海雜波干擾試驗以及抗組合干擾試驗等。

2 艦空導彈抗干擾試驗目的及考核指標分析

艦空導彈抗干擾試驗類型不同，與之相應的試驗目的和考核指標也不同。艦空導彈抗干擾試驗貫穿于從方案論證、工程研制至設計定型的全過程，并通過不同類型的試驗全面驗證與評估導彈在研制階段的基本性能和抗干擾性能。艦空導彈抗干擾試驗類型及試驗目的和考核指標如表1所示。

3 艦空導彈研制階段抗干擾試驗一體化總體設計

艦空導彈在不同研制階段的技術狀態存在差異，抗干擾的類型不同，組織試驗的難易程度也存在差異，因此，相應的導彈抗干擾試驗要求、內容和方法也有所不同。

為了實現全面考核導引頭的設計性能、驗證其是否達到研制總要求規定的戰術技術指標的目的，確定試驗指導思想采用一體化試驗方法[9-10]。一體化試驗是指靶場綜合集成各種試驗資源，構建分布交互式試驗環境，采用內外場一體化、空天地一體化等多種方式，協調一致地開展裝備試驗，達到試驗信息共享、綜合鑒定的目的。

采用一體化試驗方法，將研制階段各試驗相結合，充分利用內外場試驗、飛行試驗等各種信息，統籌設計試驗項目、制定實施計劃，達到全面檢驗導引頭的戰術技術性能和抗干擾性能的目的。艦空導彈研制階段抗干擾試驗一體化設計如圖1所示。

圖1 艦空導彈研制階段抗干擾試驗一體化設計

3.1 方案論證階段

在方案論證階段，需要完成方案可行性論證和關鍵技術指標的可實現性，確定技術路線和關鍵技術驗證策劃，并完成系統方案設計工作。因此，這個階段的抗干擾試驗大多以服務于方案選擇為目的，確定對抗策略、選擇技術途徑、預測抗干擾能力可達指標，確定抗干擾技術實施方案，主要采用全數字仿真的方法，重點檢驗導引頭體制和波形選擇的正確性，檢驗抗干擾方法和邏輯的可行性、有效性。

根據研制總要求和干擾技術現狀與發展綜合分析，確定了典型干擾環境及導引頭抗干擾的基本技術途徑后，即可進行導引頭、目標和歸納繞環境特性建模，研制功能級抗干擾全數字仿真系統。一旦導引頭的干擾對抗策略、抗干擾技術途徑得到了數字仿真驗證，即可完成本階段的抗干擾設計工作，轉入導彈工程研制。

3.2 工程設計階段

研制階段是抗干擾試驗的主要時期，要開展大量的地面試驗驗證，研制階段的抗干擾試驗項目如表2所示。

導引頭內場試驗主要檢驗各類模擬干擾條件下導引頭本機抗干擾性能的實現程度及抗干擾措施的有效性；導引頭外場試驗主要是在內場試驗的基礎上檢驗典型、真實干擾條件下導引頭本機抗干擾措施的有效性，并驗證校核典型的內場試驗結果；制導控制系統內場試驗則是在導引頭內、外場試驗基礎上，檢驗導引頭集成到控制系統后制導控制方法與算法對導引頭抗干擾性能的適應性，同時改進完善制導控制設計；導彈抗干擾飛行試驗是最高置信度的試驗，在導引頭預制導控制系統系列實驗基礎上，檢驗典型、真實干擾條件下導彈的飛行和攔截性能，為轉入設計定型階段提供決策支持。

表2 工程研制階段抗干擾試驗項目

在導彈研制的不同階段，導彈各個組成部分的研制進度不同，一般按照從單機到系統、從基本性能到實戰性能的順序逐步集成。為此，導彈抗干擾試驗一般也是按照由導引頭單機至導彈系統、由內場至外場、由干擾模擬至實裝的試驗順序進行，相互承接、互為補充，通常先是導引頭內場試驗，再是導引頭外場試驗，然后是制導控制系統內場試驗，最后是導彈飛行試驗。

限于篇幅，下面主要以有源誘餌干擾為典型試驗類型，進行試驗設計。

1)導引頭抗有源誘餌干擾內場試驗

在半實物仿真實驗室內，導引頭作為被試對象，利用誘餌干擾模擬器或實裝誘餌干擾機模擬有源誘餌噪聲干擾特性，通過仿真系統獲取導引頭性能數據，評定導引頭對目標和誘餌的分辨、識別能力以及抗有源誘餌干擾的邏輯和流程。

內場試驗系統組成如圖2所示。射頻信號生系統產生2路信號，一路模擬目標回波信號，一路接入誘餌干擾模擬器或實裝誘餌干擾機，經天線陣列上不同位置天線向導引頭輻射空間合成信號。導引頭抗有源誘餌干擾試驗的核心是設置典型干擾場景。內場試驗時，設置仿真參數包括：目標回波信號和有源誘餌干擾信號的幅度、延遲、多普勒頻率、角位置，有源誘餌干擾釋放時序等。

圖2 空戰場電磁環境內場半實物仿真系統組成

2)導引頭抗有源誘餌干擾外場掛飛試驗

為了更真實地模擬干擾載機、誘餌和導引頭呈三角態勢運動關系，檢驗導引頭分辨、識別目標和誘餌能力，抗有源誘餌干擾外場試驗通常采用雙機掛飛的方式進行。

外場試驗系統組成如圖3所示，其中，導引頭載機包括導引頭、導引頭測試控制臺、GPS接收機、慣性導航系統等；目標飛機包括有源誘餌干擾機、GPS接收機、本地記錄器等；地面配套設備包括干擾檢測設備、GPS基準站和數傳接收系統等。

圖3 導引頭抗有源誘餌干擾外場試驗系統組成

外場試驗對參試設備技術狀態有明確要求，通常要求導引頭完成性能指標驗證試驗、內場抗干擾試驗，其干擾措施經內場驗證是有效的，軟硬件狀態也已經確定。以復現內場試驗狀態為原則，外場試驗干擾條件與內場試驗相似設置。

試驗前，航向設計要注意兩點：一是有源誘餌干擾天線波束要能夠覆蓋導引頭載機的有效航線；二是導引頭天線要能夠覆蓋靶機航線。試驗時，目標飛機攜帶干擾吊艙，安裝干擾機，進入預定航線后，導引頭載機進入試驗航線，其航線要便于與目標飛機呈迎頭、尾追、三角態勢等不同的空間位置關系。試驗中，錄取目標與導引頭載機GPS、慣性導航數據、測試控制臺與導引頭交互的信息參數等數據，并處理得到雙機飛行航線上不同位置的干擾強度參數與相應導引頭的工作性能。

3)制導控制系統抗有源誘餌干擾內場試驗

在導引頭內場、外場試驗基礎上，被試設備進一步由導引頭擴展到整個制導控制系統，分析評定導引頭目標截獲、穩定跟蹤性能對導彈制導控制精度的影響，以及控制模型算法的適應性。試驗系統組成如圖3所示，試驗條件尤其是誘餌模擬器與導引頭內場試驗基本相同，一般選取經過導引頭內場試驗的干擾樣式和干擾強度參數進行試驗。慣性測量裝置、執行機構采用實物，也可用數學模型的形式參加試驗，而彈道運動學和動力學環節等以數學模型的形式在仿真主控計算機上運行。

4)導彈抗有源誘餌干擾飛行試驗

由無人機攜帶有源誘餌，在靶機、有源誘餌相對導彈呈迎攻、尾追或三角態勢等不同空間關系下，導彈發射、攔截靶機。這是系統性的、最高級別要求的驗證性試驗，具有試驗樣本少、真實度高、代表性強等特點。

試驗系統組成框圖如圖4所示，其中，由光測系統得到導彈飛行的外彈道數據和目標航線數據，遙測系統實時下傳導彈各組成的工作狀態與測量參數，干擾監測設備實時記錄誘餌干擾的輻射特征。

圖4 導彈抗有源誘餌干擾飛行試驗系統組成框圖

飛行試驗對參試設備技術狀態有嚴格要求，通常要求導引頭必須完成各項性能指標驗證試驗、內場和外場抗有源誘餌干擾試驗以及彈載環境條件試驗，制導控制系統也要完成內場抗有源誘餌干擾試驗，且導彈軟硬件狀態確定。其中靶機航線、試驗彈道和試驗的干擾樣式要經過制導控制系統內場試驗驗證，配合試驗的有源誘餌干擾設備、靶機齊備且正常工作。

為全面評價導彈抗有源誘餌的綜合性能，尤其是檢驗導彈從不同方向攔截靶機時的效果差異，靶機航線設計可考慮中末交班、末制導階段分別與目標、誘餌呈迎追、尾追、三角態勢等不同狀態。

試驗時，將干擾機安裝于無人飛機上，干擾天線一般采用寬波束，確保天線波束能覆蓋設計試驗區域的中末制導交班和末制導彈道。干擾靶機按典型高度、速度、航線進入武器系統有效殺傷區，靶機飛行至預定航線的進入端，釋放誘餌，制導雷達截獲跟蹤目標。導彈發射，進入初、中制導飛行，導引頭在雷達引導下天線對準目標，開機輻射信號，干擾靶機適時偵收導引頭信號，產生給定樣式干擾信號，經由誘餌向導彈輻射，對導引頭目標截獲跟蹤過程進行干擾。記錄靶機和導彈的雷達測量、光測、遙測數據和靶機輻射干擾參數，數據處理后得到中末交班、末制導階段不同位置的相對實時干擾參數，可以對無人靶機的截獲、跟蹤誤差和攔截效果進行判定和評價。

3.3 設計定型階段

在設計定型階段，導彈軟硬件狀態已全部固化，已經完成了研制階段全部抗干擾試驗驗證，因此，導彈抗干擾狀態基本固化，抗干擾邊界條件已經明晰。這個階段的試驗重點是在接近實戰條件下，通過典型干擾場景下的試驗對導彈抗干擾性能進行考核，從而確認導彈是否滿足實戰要求、是否能夠設計定型。

就檢驗導彈抗干擾性能而言，在設計定型階段，一般進行制導控制系統抗干擾內場試驗和導彈抗干擾飛行試驗。前者主要驗證導彈系統抗干擾流程及干擾條件下的制導控制精度，后者主要驗證艦空導彈在指定干擾條件下穩定跟蹤并打擊目標的能力。試驗內容、試驗場景的確定，要依據導彈研制總要求。干擾機和干擾模擬器要盡可能按照實裝要求，模擬實裝設備或直接采用實裝設備。

4 艦空導彈抗干擾試驗結果綜合評估方法

4.1 傳統評估方法

針對艦空導彈在不同抗干擾環境的抗干擾指標考核，僅利用飛行試驗結果完成對抗干擾性能指標的評定，飛行試驗樣本數要求很大。表3為置信度為0.8時利用飛行試驗結果對導彈抗干擾性能指標進行評定[11]。

表3 導彈抗干擾性能指標評定

受飛行試驗資源限制，對艦空導彈抗干擾指標的評估方法主要還是依托研制階段仿真試驗結果，運用經典統計或貝葉斯統計概率指標，這種評定存在以下問題：一是仿真試驗結果受置信度的影響，其結論的充分性往往受到質疑；二是未能充分利用相關抗干擾試驗獲取的有效試驗信息，尤其是抗干擾飛行試驗的成敗對評估結果沒有貢獻。

4.2 基于層次分析法(AHP)的艦空導彈導引頭抗干擾指標綜合評估方法

針對艦空導彈研制階段抗干擾試驗的試驗結果，對不同試驗手段獲得的試驗數據根據可信度進行區分對待，提高研制階段試驗信息綜合評定的合理性；利用改進的貝葉斯公式[9]具備試驗結果與試驗次序無關的性質，進行多源數據融合，以充分利用各階段試驗信息；最后運用系統化的層次分析法(AHP)[12-14]完成對試驗結果的綜合評估。

通過艦空導彈研制階段抗干擾試驗一體化的五類抗干擾試驗，可積累大量的抗干擾試驗樣本。為確保試驗信息的可信度，優先選取導引頭內場半實物仿真試驗、外場掛飛試驗、制導控制系統內場試驗及導彈飛行四類試驗樣本進行抗干擾指標綜合評估。

以某型導引頭抗干擾概率為例，采用AHP對其進行綜合評估，方法步驟如下：

1)構建評估層次

構建導引頭抗干擾性能評估層次，示意圖如圖5所示，其中，目標層A為導引頭抗干擾成功概率，目標層B1、B2、B3、B4分別為導引頭內場抗干擾半實物仿真試驗、導引頭外場靜態抗干擾試驗、導引頭外場掛飛抗干擾試驗和導彈外場抗干擾飛行試驗，與之對應的成功概率分別為P1、P2、P3和P4。

圖5 導引頭抗干擾性能評估層次示意圖

2)構造A-B判斷矩陣

根據圖5中B層各個因素之間的相對重要性構造A-B判斷矩陣，如表4所示。在判斷矩陣中，aij表示要素i與要素j相比的重要性標度，可以由專家打分法獲得，且其主對角線元素為1，aij和aji互為倒數，即判斷矩陣為正互反矩陣。權重系數Wi為：

(1)

計算得到權重向量：

表4 A-B判斷矩陣

3)一致性檢驗

為降低兩兩比較過程中，個別判斷失誤造成的影響，需對判斷矩陣進行一致性檢驗。一致性校驗的步驟如下：

Step1：計算一致性指標CI

CI=(λmax-n)/(n-1)

(2)

式中，λmax為判斷矩陣的最大特征值；n為判斷矩陣的階次。

/Wi=4.0585

CI=(λmax-n)/(n-1)=0.0585/3=0.0195

Step2：查找一致性指標RI

RI是同階隨機判斷矩陣的一致性指標的平均值，其引入可在一定程度上克服一致性判斷指標隨n增大而明顯增大的弊端。查表5后可知RI= 0.09。

表5 平均隨機一致性指標

Step3：計算一致性比例CR

CR=CI/RI=0.0195/0.90=0.0216<0.1

(3)

當CR<0.1時，即認為判斷矩陣滿足一致性，通過一致性檢驗后，根據求得權重系數Wi，即可得到導引頭抗干擾概率綜合評估公式：

P=W1P1+W2P2+W3P3+W4P4

=0.098P1+0.122P2+0.159P3+0.621P4

(4)

4.3 應用舉例

針對某型艦空導彈導引頭抗干擾成功率指標評定，取得導引頭內場半實物仿真試驗、外場掛飛試驗、制導控制系統內場試驗及導彈飛行試驗結果，并得知相應的P1～P4值，采用式(4)計算可得導彈的抗干擾概率。針對抗干擾成功率指標及各階段試驗結果，采用綜合評估方法的評估結果如表6所示。

表6 抗干擾指標綜合評估結果

由表6可知，層次分析法在計算過程中包含了導彈研制過程中的各種試驗數據，雖然外場試驗樣本小，但權重系數較大，導致干擾成功概率偏大，不過其結果是整個導彈研制過程中綜合評估的結果，比較全面科學；而概率統計法雖然是選用可信度較高的飛行試驗，但它沒有充分利用研制階段試驗數據，對導彈的抗干擾性能沒有進行全面的驗證。

相比傳統評估方法，層次分析法

綜合了引頭內場半實物仿真、外場掛飛、制導控制系統內場試驗及導彈飛行試驗數據，并進行了合理的權重分配，較全面科學地對導彈的抗干擾性進行了評估。因此，在導彈的研制過程中，可以采用層次分析法對導彈的抗干擾性能進行綜合評估。

5 結束語

本文在對艦空導彈抗干擾試驗主要類型進行分析的基礎上，對艦空導彈抗干擾指標進行了分析，明確了試驗目的。提出在艦空導彈研制階段采用一體化試驗方法和基于AHP的綜合評估方法，對艦空導彈抗干擾試驗進行總體設計和抗干擾評估。該方法比傳統試驗評估方法更全面科學，可為艦空導彈抗干擾試驗設計與抗干擾性能鑒定提供參考?！?/p>