超低空導(dǎo)彈掠海試驗(yàn)技術(shù)概述

王家鑫, 薛正國(guó), 張?jiān)? 姜毅

（1.海軍駐上海地區(qū)航天系統(tǒng)軍事代表室,上海 201105；2.上海無(wú)線電設(shè)備研究所,上海 200090）

超低空導(dǎo)彈掠海試驗(yàn)技術(shù)概述

王家鑫1, 薛正國(guó)2, 張?jiān)?, 姜毅2

（1.海軍駐上海地區(qū)航天系統(tǒng)軍事代表室,上海 201105；2.上海無(wú)線電設(shè)備研究所,上海 200090）

隨著武器技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)交戰(zhàn)雙方的對(duì)抗早己由陸地?cái)U(kuò)展到陸?？仗祀娨惑w化的多維空間,由于以海環(huán)境為背景的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜多變,及低空/超低空突防技術(shù)的迅猛發(fā)展,使得超低空導(dǎo)彈掠海試驗(yàn)技術(shù)成為武器系統(tǒng)研制中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。介紹了三種超低空導(dǎo)彈掠海試驗(yàn)技術(shù),對(duì)其中造波池內(nèi)模擬彈目交會(huì)試驗(yàn)系統(tǒng)的組成和原理進(jìn)行了詳細(xì)介紹,并列舉了掠海試驗(yàn)技術(shù)的一些成功應(yīng)用案例。

超低空；海環(huán)境；掠海試驗(yàn)；彈目交會(huì)；導(dǎo)彈

0 引言

隨著武器技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)交戰(zhàn)雙方的對(duì)抗早己由陸地?cái)U(kuò)展到陸?？仗祀娨惑w化的多維空間。以海環(huán)境為背景的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境不同于自由空間,自由空間中的主要散射回波是目標(biāo)散射,而在海環(huán)境下,電磁散射回波是目標(biāo)散射、海面散射以及海面與目標(biāo)多次散射的合成[1],目標(biāo)散射回波有時(shí)完全被淹沒(méi)在海雜波信號(hào)中,遠(yuǎn)比自由空間復(fù)雜。此外,隨著低空/超低空突防技術(shù)的迅猛發(fā)展[2],武器制導(dǎo)與引信系統(tǒng)必須具有探測(cè)和抑制海雜波的能力,也使得從海雜波環(huán)境中迅速提取目標(biāo)成為一個(gè)挑戰(zhàn)。因此,作為檢驗(yàn)超低空武器性能的重要手段,超低空導(dǎo)彈掠海試驗(yàn)技術(shù)得到了越來(lái)越多的重視。

1 超低空導(dǎo)彈掠海試驗(yàn)技術(shù)

1.1 直升機(jī)掛飛試驗(yàn)

直升機(jī)掛飛試驗(yàn)的主要目的是檢驗(yàn)超低空引信抗海雜波干擾能力,檢驗(yàn)引信跟蹤海面和壓縮目標(biāo)通道接收波門(mén)的性能。掛飛試驗(yàn)采用速度縮比原理,試驗(yàn)時(shí),直升機(jī)攜帶引信產(chǎn)品按照規(guī)劃的飛行軌跡自上而下作俯沖飛行,模擬載有引信的導(dǎo)彈攻擊低空目標(biāo)情況,引信接收到的回波信號(hào)由數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行采集。直升機(jī)開(kāi)始俯沖高度一般不低于500 m,結(jié)束俯沖高度不高于10 m,俯沖角為-10°左右,俯沖飛行速度約為30 m/s,圖1為試驗(yàn)示意圖。直升機(jī)掛飛試驗(yàn)可驗(yàn)證各階段引信抗模糊距離區(qū)內(nèi)海面回波干擾的能力、超低空海面跟蹤和波門(mén)壓縮工作情況。

圖1 直升機(jī)掛飛試驗(yàn)示意圖

1.2 船載掠海飛行試驗(yàn)

船載掠海飛行試驗(yàn)系統(tǒng)包括運(yùn)動(dòng)船本體、升降軌道、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)及運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集及處理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等,如圖2所示。運(yùn)動(dòng)船本體一般選用較長(zhǎng)的鐵殼散貨船,避免運(yùn)動(dòng)過(guò)程中船頭上下劇烈運(yùn)動(dòng),船頭距吃水線10 m以上,便于軌道能夠安裝。升降軌道中有兩條圓柱導(dǎo)軌,用于安裝試驗(yàn)平臺(tái),傳動(dòng)裝置選用O型一體皮帶齒輪,通過(guò)電機(jī)齒輪帶動(dòng)試驗(yàn)平臺(tái)上下運(yùn)動(dòng),掠海角由船行速度和導(dǎo)彈下降速度之比決定。高速旋轉(zhuǎn)平臺(tái)及運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)固定在試驗(yàn)平臺(tái)上,核心是旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié),它是探測(cè)器供電、數(shù)據(jù)交換的樞紐。同時(shí),高速旋轉(zhuǎn)平臺(tái)可以做俯仰動(dòng)作,模擬飛行中彈體的真實(shí)姿態(tài)。信號(hào)采集處理系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、路由器、基于LXI總線技術(shù)的數(shù)據(jù)采集器等設(shè)備組成。

船載掠海飛行試驗(yàn)時(shí),將超低空導(dǎo)彈安裝在船頭豎立的升降軌道上快速下降,船舶以一定的速度向前運(yùn)動(dòng),通過(guò)控制不同運(yùn)行速度和探測(cè)器下降速度比來(lái)調(diào)節(jié)掠海飛行角度,同時(shí)根據(jù)需求可以將探測(cè)器安裝在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上,通過(guò)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)將信號(hào)線和控制線引出,模擬探測(cè)器真實(shí)飛行過(guò)程中的彈旋。在真實(shí)海環(huán)境下,用船前進(jìn)速度、引信下落速度以及引信旋轉(zhuǎn)速度合成探測(cè)器的超低空俯沖彈道速度特性,在此準(zhǔn)動(dòng)態(tài)超低空俯沖飛行過(guò)程中,測(cè)試引信以不同的模式、不同俯沖角情況下,超低空波門(mén)壓縮以及超低空無(wú)雜波虛警高度等性能。

1.3 造波池內(nèi)模擬彈目交會(huì)試驗(yàn)

直升機(jī)掛飛、船載等室外測(cè)試費(fèi)用昂貴,且易受自然條件和時(shí)間的限制。隨著實(shí)驗(yàn)室內(nèi)造波池的興建,在造波池內(nèi)開(kāi)展精確可控的模擬彈目交會(huì)試驗(yàn)成為一種新的解決途徑。造波池內(nèi)模擬彈目交會(huì)試驗(yàn)系統(tǒng)主要由實(shí)驗(yàn)室內(nèi)海浪模擬系統(tǒng)、交會(huì)運(yùn)動(dòng)設(shè)施、信號(hào)采集處理系統(tǒng)和目標(biāo)裝訂設(shè)施等組成,如圖3所示。

實(shí)驗(yàn)室內(nèi)海浪模擬系統(tǒng)可在造波池模擬不同的海情,包括規(guī)則波和不規(guī)則海譜；交會(huì)運(yùn)動(dòng)設(shè)施由交會(huì)動(dòng)力裝置、彈體姿態(tài)裝訂設(shè)備和運(yùn)動(dòng)位標(biāo)裝置組成,用來(lái)模擬導(dǎo)彈掠過(guò)海面的狀態(tài)；信號(hào)采集處理系統(tǒng)可完成對(duì)信號(hào)的分析處理,包括定標(biāo)處理、靜態(tài)散射系數(shù)計(jì)算、分段式頻譜分析等,獲取海雜波模擬測(cè)量數(shù)據(jù)；目標(biāo)裝訂設(shè)施由目標(biāo)吊掛裝置（塔吊）、目標(biāo)姿態(tài)控制設(shè)備和小目標(biāo)模擬發(fā)射設(shè)備組成,目標(biāo)采用塔吊、低反射尼龍繩完成對(duì)目標(biāo)全脫靶方位的吊裝,小目標(biāo)模擬發(fā)射器可模擬小目標(biāo)的快速運(yùn)動(dòng),完成彈目同時(shí)交會(huì)運(yùn)動(dòng)。

圖2 船載掠海飛行試驗(yàn)系統(tǒng)框圖

圖3 造波池內(nèi)模擬彈目交會(huì)試驗(yàn)系統(tǒng)

2 造波池內(nèi)模擬彈目交會(huì)試驗(yàn)系統(tǒng)

在造波池內(nèi)開(kāi)展模擬彈目交會(huì)試驗(yàn)安全可控且費(fèi)用較低,可滿足型號(hào)研制開(kāi)展大量試驗(yàn)的需求,為武器系統(tǒng)提供關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)依據(jù)和性能指標(biāo)驗(yàn)證手段,本文詳細(xì)介紹一下造波池內(nèi)模擬彈目交會(huì)試驗(yàn)系統(tǒng)組成和工作原理。

2.1 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)海浪模擬系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)室內(nèi)海浪模擬系統(tǒng)原理是通過(guò)造波部件的受控機(jī)械運(yùn)動(dòng),擾動(dòng)水體產(chǎn)生波動(dòng),生成所需的模擬海浪。整個(gè)系統(tǒng)主要由造波池、造波設(shè)備和消波裝置等硬件和波浪產(chǎn)生及迭代程序、波浪特征統(tǒng)計(jì)分析、波譜分析程序和實(shí)驗(yàn)儀表標(biāo)定模塊等軟件組成,可模擬1～3級(jí)海情的規(guī)則波和不規(guī)則波。

實(shí)驗(yàn)室內(nèi)海浪模擬系統(tǒng)硬件核心為造波設(shè)備,一般采用液壓伺服搖板式造波機(jī)。液壓伺服式搖板造波機(jī)實(shí)際是一個(gè)位移控制系統(tǒng),如圖4所示,計(jì)算機(jī)發(fā)出指令經(jīng)伺服放大器、伺服閥、伺服缸以及位移反饋裝置形成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。根據(jù)信號(hào)的連續(xù)變化,油缸帶動(dòng)搖板連續(xù)運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生各種類(lèi)型的波浪[3]。

圖4 液壓伺服系統(tǒng)框圖

實(shí)驗(yàn)室內(nèi)海浪模擬系統(tǒng)軟件可以控制產(chǎn)生規(guī)則波、不規(guī)則波和海上實(shí)時(shí)歷程,并通過(guò)浪高儀,瞬時(shí)記錄模擬海面高度,作為造波系統(tǒng)的反饋信號(hào)。海浪模擬時(shí),造波軟件首先根據(jù)需要模擬的海情,由測(cè)控計(jì)算機(jī)選擇對(duì)應(yīng)的海譜,并將輸入的頻域波能譜換算成一個(gè)時(shí)域隨機(jī)序列,以此序列來(lái)控制搖板運(yùn)動(dòng)。輸入時(shí)間序列V（t）和輸出時(shí)間序列H（t）的波能譜之間存在以下關(guān)系：

式中：SV（ω）為輸入電壓譜；G（iω）為系統(tǒng)傳遞函數(shù)；SH（ω）輸出電壓譜。由SV（ω）求得輸入電壓信號(hào)的時(shí)間序列V（t）,送至電液伺服系統(tǒng)控制造波,由浪高儀將測(cè)得的波高參數(shù)（電壓信號(hào)）經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換,進(jìn)行反饋修正,其流程框圖如圖5所示。

圖5 造波軟件流程框圖

2.2 基于LXI總線的分布式測(cè)控平臺(tái)

在超低空導(dǎo)彈掠海試驗(yàn)過(guò)程中,測(cè)試總線在自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中起著重要的作用,它負(fù)責(zé)控制指令和測(cè)試數(shù)據(jù)的傳送,相當(dāng)于中樞神經(jīng)系統(tǒng)。在自動(dòng)測(cè)試領(lǐng)域,伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的滲透與發(fā)展,總線技術(shù)主要經(jīng)歷了GPIB、VXI、PXI幾個(gè)階段[4]。在超低空導(dǎo)彈掠海試驗(yàn)中,如圖6所示,基于LXI總線技術(shù),可構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)。

LXI網(wǎng)把單個(gè)分散的測(cè)量控制設(shè)備連接成可以相互溝通、共同完成自動(dòng)化測(cè)控任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)終端,并可提供與遠(yuǎn)程局域網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)服務(wù)。

圖6 基于LXI總線的分布式測(cè)控平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

3 超低空導(dǎo)彈掠海試驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用

超低空導(dǎo)彈掠海試驗(yàn)技術(shù)主要應(yīng)用在主動(dòng)無(wú)線電引信、激光引信等超低空性能驗(yàn)證研究中。

3.1 無(wú)線電引信超低空試驗(yàn)

無(wú)線電引信超低空試驗(yàn)主要包括波門(mén)壓縮技術(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)、頻譜識(shí)別試驗(yàn)等。

3.1.1 波門(mén)壓縮技術(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)

壓縮引信距離波門(mén)即波門(mén)壓縮技術(shù),引信波門(mén)壓縮示意圖如圖7所示,大圓表示導(dǎo)彈脫靶區(qū),兩個(gè)小圓分別表示目標(biāo)和導(dǎo)彈引信,引信右上方的虛線箭頭表示引信向海面俯沖運(yùn)動(dòng)軌跡,r表示目標(biāo)和引信的距離,h表示引信到海面的距離。

圖7 波門(mén)壓縮示意圖

在超低空掠海試驗(yàn)中,模擬導(dǎo)彈高度的降低,引信中的高度計(jì)開(kāi)始探測(cè)到海面,海面回波進(jìn)入高度計(jì)波門(mén)且回波能量超過(guò)門(mén)限后,高度計(jì)波門(mén)的前沿和引信視頻接收波門(mén)的后沿同步向左移動(dòng),使海雜波不能進(jìn)入引信視頻接收波門(mén),從而抑制了海雜波干擾,防止了引信誤爆。超低空導(dǎo)彈掠海試驗(yàn)現(xiàn)已成為超低空無(wú)線電引信研制過(guò)程中不可缺少的試驗(yàn)驗(yàn)證環(huán)節(jié)[5]。

3.1.2 頻譜識(shí)別試驗(yàn)

超低空導(dǎo)彈攻擊掠海飛行的反艦導(dǎo)彈時(shí),一般采用迎頭攻擊的方式。在這種情況下,彈目相對(duì)速度大于導(dǎo)彈相對(duì)于海面的速度,目標(biāo)回波的多普勒頻率大于海雜波的多普勒頻率,根據(jù)目前的頻率分辨技術(shù),可分辨出目標(biāo)回波和主雜波（進(jìn)入天線主瓣窄帶的海雜波）。

利用造波池內(nèi)模擬彈目交會(huì)試驗(yàn)系統(tǒng),可開(kāi)展頻譜識(shí)別試驗(yàn)。探測(cè)器以海環(huán)境為背景與模擬高速小目標(biāo)作交會(huì)運(yùn)動(dòng),采集的海雜波多普勒信號(hào)和目標(biāo)多普勒信號(hào)略有不同,如圖8所示,通過(guò)頻譜分析可將目標(biāo)信號(hào)從雜波信號(hào)中清楚地分辨出來(lái)。

圖8 頻譜識(shí)別試驗(yàn)

3.2 激光引信超低空試驗(yàn)

激光引信可以工作在超低空,且相對(duì)無(wú)線電引信有其獨(dú)特之處,具有方向性好、高亮度、單色性、高相干性等特點(diǎn)。

利用船載掠海飛行試驗(yàn)系統(tǒng)可以模擬引信在真實(shí)海背景下超低空掠海飛行[6],由于探測(cè)器前置安裝和自旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的使用,使得引信能夠慢速模擬真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境,考核探測(cè)器全通道抗海雜波性能及距離截止特性等指標(biāo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著高科技武器系統(tǒng)的發(fā)展,低空突防與防御技術(shù)要求武器系統(tǒng)具有低空、超低空作戰(zhàn)能力。本文介紹了幾種常用的導(dǎo)彈超低空掠海試驗(yàn)技術(shù),從模擬環(huán)境試驗(yàn)和真實(shí)環(huán)境試驗(yàn)兩方面滿足超低空導(dǎo)彈研制和定型的需求,為導(dǎo)彈的研制提供了試驗(yàn)服務(wù)和技術(shù)保障。

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A Summary of Skimming Sea Measurement Technologies for Over-low Altitude Missiles

WANG Jia-xin1, XUE Zheng-guo2, ZHANG Yuan2, JIANG Yi2
（1.The Navy of Millitary Representative Office in SAST,Shanghai 201105；2.Shanghai Radio Equipment Research Institute,Shanghai 200090,China）

With the development of weapon technologies,the battlefield confrontation between both sides has been extended from the ground to multidimensional space including the necessary parts of ground,sea,air,sky and electromagnetism.The skimming sea measurement technology for over-low altitude missile has been the key technology on the developing process of weapon systems due to the complexity of battlefield with sea environment as well as the rapid development of over-low altitude and over-low altitude penetration techniques.Three kinds of skimming sea measurements of over-low altitude missiles were introduced in this paper.The setup and mechanism of missile target encounter testing in the wave basin were described in details.Moreover,several examples with successful applications of skimming sea measurements were presented.

over-low altitude；sea environment；missile target encounter；missile

TN011

A

1671-0576（2014）02-0034-05

2014-05-16

王家鑫（1971-）,男,工程師,主要從事武器系統(tǒng)技術(shù)的研究。