無(wú)人飛艇模擬反輻射武器攻擊模式方法研究

張部生，范秋虎，柴克軍

（1.軍械工程學(xué)院 光學(xué)與電子工程系，河北 石家莊050000；2.解放軍63880部隊(duì)，河南 洛陽(yáng)471003）

反輻射武器是一種集偵察、抗干擾、摧毀于一體的電子硬殺傷武器，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中的作用已越來(lái)越突出，受到了普遍的關(guān)注與重視。隨著其在電子戰(zhàn)中的廣泛應(yīng)用，雷達(dá)防御系統(tǒng)相應(yīng)對(duì)抗技術(shù)也迅速發(fā)展，其中雷達(dá)有源誘偏技術(shù)，便是對(duì)抗反輻射武器的有效手段之一。

目前在考核反輻射武器抗誘偏能力及誘偏系統(tǒng)對(duì)反輻射武器誘偏能力時(shí)，采用全過(guò)程數(shù)學(xué)仿真，成本較低，可重復(fù)進(jìn)行，但建立具有說(shuō)服力的數(shù)學(xué)模型難度較大；實(shí)彈打靶可信度高，但耗費(fèi)過(guò)大。若采用無(wú)人飛艇掛載反輻射導(dǎo)引頭，使飛艇根據(jù)導(dǎo)引頭實(shí)時(shí)輸出的導(dǎo)引信號(hào)（通常為目標(biāo)視線角及其變化率），控制平臺(tái)在導(dǎo)引頭輸出信息的引導(dǎo)下，攻擊期望的目標(biāo)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)反輻射武器攻擊過(guò)程的動(dòng)態(tài)模擬。

試驗(yàn)過(guò)程中，利用無(wú)人飛艇在攻擊過(guò)程中可以拉起再次進(jìn)入巡航狀態(tài)的特性，即當(dāng)飛艇攻擊目標(biāo)時(shí)，在即將落地前將其拉起，進(jìn)行再次的攻擊，可以進(jìn)行多次的飛行試驗(yàn)，得到充分的數(shù)據(jù)，然后利用數(shù)據(jù)推算仿真完成飛行，得出彈著點(diǎn)，以評(píng)估反輻射武器抗誘偏能力或誘偏系統(tǒng)對(duì)反輻射武器誘偏能力。

此種利用飛艇掛飛試驗(yàn)方法，易于組織，消耗低，風(fēng)險(xiǎn)小，可重復(fù)進(jìn)行。本文將對(duì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理方案進(jìn)行研究和分析。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析

1.1 導(dǎo)引控制方式設(shè)計(jì)

無(wú)人遙控飛艇模擬反輻射武器飛行，加裝反輻射導(dǎo)引頭與飛艇須形成一個(gè)閉環(huán)控制鏈路，才能實(shí)現(xiàn)飛艇在反輻射導(dǎo)引頭引導(dǎo)下對(duì)多點(diǎn)源進(jìn)行測(cè)向、跟蹤和攻擊。

反輻射武器的制導(dǎo)規(guī)律，一般分為直線瞄準(zhǔn)和比例導(dǎo)引兩種形式。其中直線瞄準(zhǔn)法，屬于對(duì)彈軸相對(duì)于目標(biāo)視線的角位置進(jìn)行控制的情況，采用彈軸相對(duì)于目標(biāo)視線的夾角為零的導(dǎo)引方法；而比例導(dǎo)引法，則屬于對(duì)彈軸相對(duì)于目標(biāo)視線的角速率進(jìn)行控制的情況。

前一種直線瞄準(zhǔn)法，按照飛艇控制通道，可分為縱向控制律（控制垂直軌跡）和橫側(cè)向控制律（控制水平軌跡）。其中橫側(cè)向控制律，采用彈軸相對(duì)于目標(biāo)視線的夾角為零的導(dǎo)引方法；縱向控制律，根據(jù)飛艇彈軸相對(duì)于目標(biāo)視線的夾角大小，分為兩個(gè)控制階段，當(dāng)飛艇彈軸相對(duì)于目標(biāo)視線的夾角?。ň嚯x目標(biāo)較遠(yuǎn)）時(shí)，采用彈軸與目標(biāo)視線的夾角為常數(shù)的方法，該方法較直接瞄準(zhǔn)法的彈道特性有改善，當(dāng)飛艇彈軸相對(duì)于目標(biāo)視線的夾角大于一定閥值（距離目標(biāo)近）時(shí)，再采用彈軸與目標(biāo)視線的夾角為零的導(dǎo)引方法，模擬攻擊目標(biāo)。

后一種比例導(dǎo)引法對(duì)于飛艇來(lái)說(shuō)，由于對(duì)外界擾動(dòng)（如風(fēng)場(chǎng)）比較敏感，速度又較低，很難實(shí)現(xiàn)類似反輻射武器（導(dǎo)彈）的精確控制。在導(dǎo)引初始階段，彈軸相對(duì)于目標(biāo)視線的角速率，實(shí)際上變化很?。ㄓ锌赡芘c導(dǎo)引頭的測(cè)量誤差屬于同一個(gè)量級(jí)），比例導(dǎo)引產(chǎn)生的導(dǎo)引控制量也很小，甚至相當(dāng)于舵面的間隙量，這很容易被外界擾動(dòng)淹沒(méi)，所以直接的比例導(dǎo)引法效果很難體現(xiàn)，可能還會(huì)帶來(lái)一定的試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)。

因此，試驗(yàn)選用直線瞄準(zhǔn)法對(duì)飛艇進(jìn)行控制。下圖1所示為采用直線瞄準(zhǔn)法的縱向彈道（垂直軌跡）仿真曲線，初始高度300 m，距離目標(biāo)距離6 000 m，圖中前段為彈軸與目標(biāo)視線的夾角為常數(shù)（10°）的控制階段，后段為采用彈軸與目標(biāo)視線的夾角為零控制階段。

圖1 飛艇縱向彈道（垂直軌跡）仿真曲線圖

反輻射導(dǎo)彈的典型控制彈道如圖2所示，對(duì)比飛艇縱向彈道，飛艇基本能夠?qū)崿F(xiàn)反輻射武器攻擊過(guò)程，尤其是末端，飛艇安全俯沖角度最大也能達(dá)到30°～40°，當(dāng)然由于二者之間速度、過(guò)載之間的巨大差異，飛艇試驗(yàn)效果不能完全模擬反輻射平臺(tái)，但結(jié)合數(shù)據(jù)推算等手段去修正試驗(yàn)數(shù)據(jù)，是可以實(shí)現(xiàn)二者之間更大程度的逼近。

圖2 反輻射導(dǎo)彈縱向彈道仿真曲線

1.2 試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)

反輻射導(dǎo)引頭的分辨角有一定范圍，反輻射武器攻擊多點(diǎn)源誘偏系統(tǒng)的過(guò)程，可以分成兩個(gè)階段。

第一階段，反輻射武器距離誘偏系統(tǒng)比較遠(yuǎn)，各點(diǎn)源與導(dǎo)引頭夾角較小，都在導(dǎo)引頭的視場(chǎng)范圍內(nèi)，此時(shí)反輻射武器追蹤誘偏系統(tǒng)的功率質(zhì)心飛行。

第二階段，反輻射武器逐漸接近誘偏系統(tǒng)，各點(diǎn)源與導(dǎo)引頭的夾角不斷變大，并依次脫離導(dǎo)引頭視場(chǎng)，最終導(dǎo)引頭鎖定一個(gè)目標(biāo)穩(wěn)定跟蹤，引導(dǎo)反輻射武器以一定的過(guò)載攻擊該目標(biāo)。此階段是一個(gè)逐步分離的過(guò)程。

由此可知，在反輻射武器攻擊多點(diǎn)源誘偏系統(tǒng)的過(guò)程中，導(dǎo)引頭視場(chǎng)角內(nèi)總會(huì)經(jīng)過(guò)由多點(diǎn)源變成三點(diǎn)源、兩點(diǎn)源和單點(diǎn)源情形[4]。

定義反輻射武器最終跟蹤兩點(diǎn)源攻擊過(guò)程中，兩點(diǎn)源與反輻射武器夾角等于反輻射導(dǎo)引頭分辨角時(shí)反輻射武器所在的空間位置，為空間分離點(diǎn)位置。在這一時(shí)刻，兩點(diǎn)源中必有一個(gè)脫離導(dǎo)引頭視場(chǎng)，此時(shí)導(dǎo)引頭跟蹤某一輻射源，反輻射武器以最大過(guò)載向此點(diǎn)源方向轉(zhuǎn)彎[5]。如空間分離點(diǎn)位置已知，反輻射武器最終落點(diǎn)只與其運(yùn)動(dòng)特性、攻擊角與導(dǎo)引頭分辨角有關(guān)。

因此，飛行試驗(yàn)思路是利用飛艇搭載反輻射導(dǎo)引頭將典型作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)下的空間分離點(diǎn)位置測(cè)出，根據(jù)反輻射導(dǎo)引頭此時(shí)輸出的目標(biāo)角度信息，結(jié)合反輻射武器的角分辨力、速度、過(guò)載等參數(shù)，推算反輻射武器彈著點(diǎn)。

試驗(yàn)中有源誘偏系統(tǒng)按四點(diǎn)源布站，據(jù)此布局設(shè)定數(shù)條飛艇航線，搭載反輻射導(dǎo)引頭的飛艇模擬實(shí)際戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下正面攻擊、側(cè)面攻擊及后方攻擊等多種攻擊態(tài)勢(shì)，飛艇按預(yù)先設(shè)定航線、高度飛行，導(dǎo)引頭發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后，由導(dǎo)引頭控制飛艇模擬反輻射武器攻擊線路飛行，待下降至某一最低安全高度時(shí)，切斷閉環(huán)控制，飛艇拉起，重復(fù)試驗(yàn)數(shù)次。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

飛艇速度慢，過(guò)載小，在距離目標(biāo)很近的情況下，仍可能在導(dǎo)引頭引導(dǎo)下向輻射源偏轉(zhuǎn)，而導(dǎo)彈、無(wú)人機(jī)等平臺(tái)由于自身速度、過(guò)載能力不同，可能在一定高度就已經(jīng)無(wú)法實(shí)施機(jī)動(dòng)了，因此要得到反輻射武器實(shí)際彈著點(diǎn)，就需要根據(jù)飛艇飛行試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

在飛艇臨近飛行過(guò)程中，反輻射導(dǎo)引頭視場(chǎng)范圍內(nèi)僅存在兩點(diǎn)源且處于臨界分辨時(shí)，如圖3所示。

圖3 反輻射武器偏轉(zhuǎn)攻擊落點(diǎn)示意圖

A為反輻射武器空間位置，O1、O2為兩點(diǎn)源位置，L為兩點(diǎn)源距離，L’為瞄準(zhǔn)點(diǎn)與O1點(diǎn)源（O2點(diǎn)源）距離，r1與r2為兩點(diǎn)源到空間分離點(diǎn)距離，根據(jù)反輻射導(dǎo)引頭此時(shí)輸出的目標(biāo)角度信息，結(jié)合反輻射武器的角分辨力、速度、過(guò)載等參數(shù)，推算彈著點(diǎn)B。

設(shè)O1點(diǎn)為反輻射武器在分辨開(kāi)兩點(diǎn)源后最終選擇攻擊的目標(biāo)，以反輻射導(dǎo)引頭瞄準(zhǔn)點(diǎn)O0點(diǎn)為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，A點(diǎn)（xa，ya）、O0點(diǎn)（0，0）、O1點(diǎn)（x1，0）在一個(gè)平面內(nèi)；若O2點(diǎn)為反輻射武器在分辨開(kāi)兩點(diǎn)源后最終選擇攻擊的目標(biāo)，以反輻射導(dǎo)引頭瞄準(zhǔn)點(diǎn)O0點(diǎn)為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，A點(diǎn)、O0點(diǎn)、O2點(diǎn)（x2,0）在一個(gè)平面內(nèi)（此平面與反輻射武器攻擊O1點(diǎn)的平面不一定在同一平面內(nèi)），反輻射導(dǎo)引頭瞄準(zhǔn)線與Y軸的夾角為β，落點(diǎn)為O0O1線上一點(diǎn)B（x，0）或O0O2線上B’（-x，0）。

根據(jù)空間位置關(guān)系建立方程

式中，

加號(hào)為選擇攻擊O2點(diǎn)（遠(yuǎn)點(diǎn)），減號(hào)為攻擊O1點(diǎn)（近點(diǎn)）；

D為反輻射導(dǎo)引頭與瞄準(zhǔn)點(diǎn)的距離；

β為反輻射導(dǎo)引頭瞄準(zhǔn)線與O0O1垂線的夾角；

V為反輻射武器相對(duì)跟蹤目標(biāo)的速度；

Jmax為反輻射武器的最大過(guò)載；

x為反輻射武器分辨目標(biāo)后向目標(biāo)偏轉(zhuǎn)修正的水平距離。

采用式（1）推算需要得到反輻射導(dǎo)引頭與瞄準(zhǔn)點(diǎn)的距離，且

0

如x 叟L'，

則表明反輻射武器擊中所選擇目標(biāo)。

若已知反輻射導(dǎo)引頭分辨角，兩點(diǎn)源功率基本相當(dāng)情況下，則可采用下式推算落點(diǎn)：

式中：

Xmax為反輻射武器彈著點(diǎn)距最終跟蹤目標(biāo)的距離；

△θ為反輻射導(dǎo)引頭對(duì)兩點(diǎn)源的分辨角；

L為兩點(diǎn)源距離。

若跟蹤點(diǎn)位于兩點(diǎn)源連線中間，式（2）可簡(jiǎn)化為

式中，

△Rmax為反輻射武器彈著點(diǎn)距最終跟蹤目標(biāo)的距離；

△θ為反輻射導(dǎo)引頭對(duì)兩點(diǎn)源的分辨角；

β為反輻射武器攻擊角；

ν為反輻射武器相對(duì)跟蹤目標(biāo)的速度；

Jmax為反輻射武器的最大過(guò)載；

L為兩點(diǎn)源距離。

圖4是根據(jù)飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用以上方法推算到反輻射導(dǎo)彈落點(diǎn)的試驗(yàn)結(jié)果圖，連續(xù)線段為飛艇航跡，點(diǎn)線為推算至反輻射導(dǎo)彈軌跡跡，大圓點(diǎn)為誘餌各子站，小圓點(diǎn)為推算出反輻射武器最終落點(diǎn)。

圖4 反輻射武器攻擊落點(diǎn)統(tǒng)計(jì)圖

3 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了利用無(wú)人飛艇搭載反輻射導(dǎo)引頭模擬反輻射武器攻擊誘偏系統(tǒng)試驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法，并給出了將飛艇試驗(yàn)效果推算到反輻射武器平臺(tái)試驗(yàn)效果的數(shù)據(jù)處理方法，可為相關(guān)反輻射導(dǎo)引頭掛飛試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理提供參考。

與全彈道仿真實(shí)驗(yàn)相比，利用飛艇掛飛試驗(yàn)方法，需仿真推算的彈道軌跡較短，需建立的仿真模型簡(jiǎn)單且可信度高；與實(shí)彈打靶試驗(yàn)方法相比，利用飛艇掛飛試驗(yàn)方法易于組織，不具破壞性，能夠有效降低試驗(yàn)消耗及風(fēng)險(xiǎn)，且可重復(fù)進(jìn)行。

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