艦載舷外有源誘餌試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析

韓 偉

（解放軍91404部隊(duì)，秦皇島 066001）

0 引 言

影響舷外雷達(dá)有源誘餌干擾效果的因素很多，必須考慮各個(gè)因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，才能對(duì)裝備進(jìn)行全面的考核。在多因素、多水平試驗(yàn)中，如果對(duì)多個(gè)因素每個(gè)水平都相互搭配進(jìn)行試驗(yàn)，需要做的試驗(yàn)次數(shù)就會(huì)很多。比如對(duì)四因素三水平的全面試驗(yàn)需要進(jìn)行81次試驗(yàn)。要做這么多的試驗(yàn)，不僅要花費(fèi)大量的人力、物力，而且消耗大量的彈量，顯然是很困難的。

因此應(yīng)當(dāng)尋求各種不同試驗(yàn)變量和不同水平之間的合理搭配，在不影響試驗(yàn)效果的前提下，盡可能減少試驗(yàn)次數(shù)。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是解決這個(gè)問(wèn)題的有效辦法。本文用正交設(shè)計(jì)的方法對(duì)舷外雷達(dá)有源誘餌干擾效果試驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法介紹

正交設(shè)計(jì)是根據(jù)正交性準(zhǔn)則來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)的，其主要工具是正交表。根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康?，確定影響考核項(xiàng)目的因素和各因素的水平，通過(guò)對(duì)具體問(wèn)題的分析，選出主要因素，略去次要因素；在因素確定后，再確定各因素的水平數(shù)，重要的因素或者特別希望詳細(xì)了解的因素水平可多一些，其余的可少一些；然后選擇合適的正交表，對(duì)試驗(yàn)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)［1］。

2 影響舷外雷達(dá)有源誘餌干擾效果試驗(yàn)的因素分析

2.1 導(dǎo)彈來(lái)襲方位

舷外有源干擾誘餌的干擾機(jī)理是利用雷達(dá)跟蹤目標(biāo)能量質(zhì)心這一特點(diǎn)，在雷達(dá)所跟蹤的目標(biāo)艦附近布放舷外有源干擾誘餌，該誘餌接收到導(dǎo)彈末制導(dǎo)信號(hào)后，將信號(hào)放大轉(zhuǎn)發(fā)給導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)，末制導(dǎo)雷達(dá)就收到了目標(biāo)艦和舷外有源干擾誘餌轉(zhuǎn)發(fā)的2個(gè)目標(biāo)回波信號(hào)，從而跟蹤真、假目標(biāo)的能量質(zhì)心［2］。

艦艇的雷達(dá)截面積（RCS）與艦艇上層建筑的組成結(jié)構(gòu)有很大的關(guān)系，在測(cè)量雷達(dá)頻率不變時(shí)，艦艇360°方位上所反射的電磁波功率隨著雷達(dá)波束相對(duì)入射角的不同而不同，即雷達(dá)截面積是一個(gè)變值。隨著艦艇相對(duì)于測(cè)量雷達(dá)方向的姿態(tài)不同，艦艇將呈現(xiàn)出大小不一的雷達(dá)截面積值。導(dǎo)彈的來(lái)襲方向相對(duì)于艦艇可以認(rèn)為是360°范圍內(nèi)的不可預(yù)知事件。為了全面評(píng)判艦載舷外雷達(dá)有源誘餌對(duì)艦艇的保護(hù)效果，應(yīng)考慮艦艇相對(duì)于末制導(dǎo)雷達(dá)方向各種不同姿態(tài)條件下，測(cè)量其干擾效果。但這樣會(huì)使試驗(yàn)消耗非常大，試驗(yàn)周期也不允許。一般選擇幾個(gè)特征方向進(jìn)入發(fā)射點(diǎn)，最后綜合評(píng)判試驗(yàn)結(jié)果。

2.2 導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)導(dǎo)引頭類型

導(dǎo)引頭的類型是影響舷外雷達(dá)有源誘餌干擾效果的重要因素，這里考慮2種：一種是常規(guī)體制的末制導(dǎo)雷達(dá)；一種是相參體制的末制導(dǎo)雷達(dá)。

2.3 目標(biāo)艦與導(dǎo)引頭的距離

設(shè)末制導(dǎo)雷達(dá)的發(fā)射功率為Pt，天線增益為Gt，雷達(dá)與誘餌的距離為R，則在誘餌處，雷達(dá)輻射波的功率密度為：

假設(shè)誘餌是一個(gè)RCS為σ的目標(biāo)，則在末制導(dǎo)雷達(dá)處，目標(biāo)散射波功率密度為：

設(shè)舷外誘餌發(fā)射功率為Pr，天線增益為Gr，在末制導(dǎo)雷達(dá)處，舷外誘餌輻射的功率密度為：

（2）、（3）兩式相等，計(jì)算得：

當(dāng)誘餌輻射功率確定時(shí)，定義：K＝4π·PrGr，K為常數(shù)。

則誘餌轉(zhuǎn)發(fā)干擾的等效RCS為：

式中：PtGt為末制導(dǎo)雷達(dá)發(fā)射功率；R為末制導(dǎo)雷達(dá)與誘餌的距離。

由以上分析可知，有源誘餌等效RCS是距離R的二次函數(shù)，在不同的試驗(yàn)距離上有源誘餌等效RCS是不同的。有源誘餌的等效RCS與距離的平方成正比，因此末制導(dǎo)雷達(dá)布設(shè)距離不同，其形成的效果也不同。誘餌隨著與導(dǎo)引頭距離的拉近，其等效RCS值減小，因此目標(biāo)艦與導(dǎo)引頭的距離是影響干擾效果的因素之一。

2.4 誘餌布放距離

在有源誘餌位于末制導(dǎo)雷達(dá)尋的頭分辨單元的前提條件下，有源誘餌布放距離影響對(duì)艦艇的保護(hù)效果。誘餌橫向布放距離較遠(yuǎn)時(shí)，由于有源干擾的特點(diǎn)，誘餌在質(zhì)心對(duì)抗過(guò)程中能獲得較大的優(yōu)勢(shì)，從而干擾效果較好；誘餌橫向布放距離較近時(shí)，隨著彈目距離的減小，誘餌的等效雷達(dá)截面積下降較快，在質(zhì)心對(duì)抗過(guò)程中并不占優(yōu)勢(shì)，從而掩護(hù)目標(biāo)面積也相對(duì)減小較多。但是，誘餌布放距離過(guò)遠(yuǎn)，過(guò)早形成導(dǎo)彈跟蹤誘餌單一目標(biāo)的情況，導(dǎo)彈可能重新搜捕真目標(biāo)。因此，誘餌的橫向布放距離是影響干擾效果的重要因素之一［3］。

3 利用正交表進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)影響舷外雷達(dá)有源誘餌干擾效果的因素進(jìn)行分析，下面以表1舷外雷達(dá)有源誘餌干擾效果試驗(yàn)因素與水平表中選擇的因素和水平為例，進(jìn)行正交設(shè)計(jì)。

表1 舷外雷達(dá)有源誘餌干擾效果試驗(yàn)因素與水平表

如表1所示，干擾效果試驗(yàn)中有4個(gè)因素，其中1個(gè)因素是四水平的，3個(gè)因素是二水平的。選用混合正交表L8（41×24），如表2所示。

表2舷外雷達(dá)有源誘餌干擾效果試驗(yàn)正交表

通過(guò)表2可以看出，這8個(gè)航次的試驗(yàn)可以對(duì)影響試驗(yàn)結(jié)果的各個(gè)因素的每個(gè)水平進(jìn)行隨機(jī)均衡搭配，較充分地代表了全部的試驗(yàn)。試驗(yàn)航次及參數(shù)設(shè)置如表3所示。

表3_舷_外雷達(dá)有源誘餌干擾效果試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置表

4 正交試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)分析主要有直觀分析、級(jí)差分析、方差分析、回歸分析等4種方法。下面采用方差分析法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析［4］：

（1）計(jì)算總離差的平方和ST

式中：n為試驗(yàn)次數(shù)；xk為試驗(yàn)結(jié)果。

（2）計(jì)算各因素離差的平方和

下面以計(jì)算因素A的離差的平方和SA為例加以說(shuō)明：

式中：Ki為因素A的第i個(gè)水平a次試驗(yàn)結(jié)果的和。

（3）計(jì)算試驗(yàn)誤差的離差的平方和SE

（4）計(jì)算平均離差平方和

（5）計(jì)算F比

將各因素的平均離差的平方和與誤差的平均離差平方和相比，得出F值，這個(gè)比值的大小反映了各因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響程度的大小。

（6）對(duì)因素進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

下面以表4中的試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果為例，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析。

試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算表見(jiàn)表5。

表4 試驗(yàn)結(jié)果

表5 試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算表

列出方差分析表，見(jiàn)表6。

表6 方差分析表

查F分布表，當(dāng)自由度為2、誤差為18時(shí)，對(duì)于顯著性水平α＝0.05，臨界值F0.05（2，18）＝3.555；對(duì)于顯著性水平α＝0.10，臨界值F0.10（2，18）＝2.623 9。

從F值和臨界值的比較來(lái)看，因素C是顯著性因素。本例中，因素影響從大到小的順序?yàn)镃DBA，選定的最優(yōu)方案應(yīng)為A2B1（3）C2D2。

5 結(jié)束語(yǔ)

有源誘餌是對(duì)抗反艦導(dǎo)彈新的技術(shù)手段，是艦艇電子對(duì)抗的一個(gè)重要發(fā)展方向。本文從被試裝備的戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)性能和作戰(zhàn)使用性能指標(biāo)評(píng)定出發(fā)，在接近武器裝備實(shí)際使用的條件下，選擇和控制影響試驗(yàn)的各種因素及其水平，合理選取試驗(yàn)樣本，進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，使得能夠從獲取的試驗(yàn)數(shù)據(jù)中推斷出被試裝備的總體性能。

［1］ 陳魁.試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2011.

［2］ 許政，王強(qiáng)，于勇.舷外有源誘餌干擾作戰(zhàn)使用研究［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2010（21）：61-64.

［3］ 鄧杏松.艦載舷外有源誘餌干擾效果研究與分析［J］.艦船電子對(duì)抗，2011（6）：45-47.

［4］ 李云雁，胡傳榮.試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.