雷達型導彈抗拖曳式誘餌干擾半實物仿真試驗技術

張興利， 梁艷青， 王　建

(1.中國空空導彈研究院， 河南 洛陽　471009； 2.航空制導武器航空科技重點實驗室， 河南 洛陽　471009；

3.中國人民解放軍95899部隊， 北京　100076)

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雷達型導彈抗拖曳式誘餌干擾半實物仿真試驗技術

張興利1,2， 梁艷青1,2， 王建3

(1.中國空空導彈研究院， 河南 洛陽471009； 2.航空制導武器航空科技重點實驗室， 河南 洛陽471009；

3.中國人民解放軍95899部隊， 北京100076)

摘要：為了開展導彈抗拖曳式誘餌干擾算法的調試和驗證工作， 必須在半實物仿真系統(tǒng)中實現(xiàn)各種干擾樣式的模擬。 本文介紹了一種雷達型導彈抗拖曳式誘餌干擾的半實物仿真技術， 利用仿真計算機完成目標和拖曳誘餌的運動模型計算， 利用陣列式目標模擬器等設備完成了目標和拖曳誘餌的模擬。 實現(xiàn)了拖曳式誘餌干擾在實驗室的復現(xiàn)。

關鍵詞：拖曳式誘餌干擾； 半實物仿真； 抗干擾

0引言

拖曳式誘餌干擾是一種新型的對抗雷達跟蹤的干擾手段， 主要是在角度上對雷達產(chǎn)生干擾， 通過對目標回波信號接收、存儲和調制也能夠在時域和頻域上對雷達產(chǎn)生干擾， 是一種對抗雷達跟蹤和雷達型導彈攻擊的有效手段。

半實物仿真作為雷達型導彈制導系統(tǒng)抗干擾性能驗證的主要手段， 在實驗室實現(xiàn)拖曳式誘餌干擾的模擬， 為導彈抗拖曳式干擾提供逼真的試驗環(huán)境， 從而為導彈抗干擾算法和抗干擾能力評估提供驗證手段， 實用意義重大。

1拖曳式誘餌干擾概況

在現(xiàn)代電子對抗中， 拖曳式雷達有源誘餌(Towed Radar Active Decoy， TRAD)作為一種新型的自衛(wèi)式干擾方式， 主要用于保護載機平臺。 通常由載機通過拖曳線將誘餌拖曳著一起飛行， 誘餌能夠準確地模擬載機的飛行特性和雷達反射特性， 使雷達跟蹤系統(tǒng)無法區(qū)分載機和誘餌， 形成對雷達導引頭的有效干擾， 提高載機在作戰(zhàn)時的存活率。

拖曳式雷達有源誘餌是指隨飛機牽引一個一起運動的有源雷達假目標， 距載機100～200 m。 如果誘餌的干擾功率大于雷達收到的載機回波功率， 那么雷達或導彈就會自動跟蹤誘餌而放棄載機目標或跟蹤誘餌和載機的“能量中心”， 在這樣的條件下， 導彈或者擊中誘餌， 或者從誘餌與載機之間穿過， 從而提高載機在作戰(zhàn)中的生存概率。

拖曳式誘餌干擾在機上設備的支持下， 轉發(fā)增強導彈的探測信號， 由于該信號和敵方雷達尋的信號相似， 且比目標機回波信號強， 因此拖曳式誘餌可以將導彈引離飛機， 從而達到保護飛機的目的。 拖曳式誘餌干擾工作時的效果圖如圖1所示。 美國AN/ALE-55拖曳式誘餌外形圖如圖2所示。

圖1　拖曳式誘餌干擾工作效果圖

圖2　AN/ALE-55拖曳式誘餌外形圖

2拖曳式誘餌干擾的半實物仿真實現(xiàn)

半實物仿真是指在仿真系統(tǒng)中加入導彈的部分實物， 使得仿真結果更加逼近實際。 半實物仿真在導彈算法驗證、軟件調試、性能評估、靶試前結果預測和靶試后結果復現(xiàn)等方面發(fā)揮著不可或缺的重要作用。 充分利用半實物仿真開展導彈性能試驗， 可有效降低導彈研制風險， 提高研制水平， 節(jié)省研制經(jīng)費， 縮短研制周期。

進行拖曳誘餌干擾仿真需考慮以下幾方面內(nèi)容： 一是拖曳干擾的運動特征模擬， 首先要建立拖曳干擾與目標機之間的相對運動關系模型， 并將其嵌入仿真模型中目標運動學模塊中； 二是光纜長度的影響， 根據(jù)電信號在光纜介質中的傳輸速度計算其傳輸延遲， 并根據(jù)該延遲推算在實際空間中因信號傳播延遲導致的誘餌在空間虛擬位置與導彈的相對距離， 通過目標通道實現(xiàn)此距離的精確控制復現(xiàn)光纜長度的影響； 三是拖曳誘餌的種類， 目前主要分轉發(fā)式和欺騙式兩類， 可分別根據(jù)其釋放干擾信號特征對目標多普勒進行調制。

2.1　半實物仿真系統(tǒng)組成

雷達型導彈半實物仿真系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：

(1) 仿真總控制臺

仿真總控制臺主要用于仿真系統(tǒng)工作狀態(tài)的管理和仿真試驗的時序檢測及控制。

(2) 三軸飛行轉臺

三軸飛行轉臺接收仿真計算機發(fā)送的導彈偏航、俯仰和橫滾通道的信息， 復現(xiàn)導彈的空間姿態(tài)運動。

(3) 仿真計算機

仿真計算機負責相關模型和方程(如載機運動學模型、彈目相對運動學方程、彈體運動學和動力學方程等)的計算任務， 形成設備驅動指令。

(4) 目標回波信號源

目標回波信號源模擬目標回波特征信號， 可仿真目標的多普勒頻移、 目標回波功率隨距離衰減的規(guī)律、 目標回波信號的距離延遲等特性。

(5) 陣列式目標模擬器

陣列式目標模擬器由目標天線陣、射頻信號幅相控制組件、射頻開關陣及射頻連接電纜組成。 它接收仿真計算機發(fā)送的目標方位和高低信息， 復現(xiàn)導彈-目標視線的變化。

2.2　拖曳式誘餌的仿真模型計算

拖曳模型中， 拖曳位置根據(jù)轉角α計算得出。 拖曳和導彈的空間相對距離根據(jù)拖曳和導彈的位置以及拖曳電纜物理長度計算得出。 另外， 根據(jù)拖曳和導彈的位置以及拖曳電纜等效電長度計算得出拖曳和導彈的等效電距離， 發(fā)送給目標信號源。

半實物仿真模型中認為， 在慣性系XOZ平面內(nèi)， 拖曳干擾位于目標速度方向的延長線上, 如圖3所示。

圖3　慣性系XOZ平面內(nèi)拖曳干擾示意圖

則拖曳干擾位置相對于目標位置的轉角α為

(1)

式中：VCX為慣性系目標速度矢量在X軸的分量； VCZ為慣性系目標速度矢量在Z軸的分量。

目標位置為

(2)

拖曳干擾位置為

(3)

且

(4)

式中：l為拖曳光纜的物理長度。

拖曳干擾相對于導彈的空間距離計算如下：

(5)

式中： RM為慣性系導彈位置矢量。

發(fā)送給目標信號源的拖曳干擾等效電距離為

(6)

2.3　目標回波和干擾信號的實現(xiàn)

為了更加逼真模擬外場干擾， 將真實干擾設備或專用模擬設備加入到整個仿真系統(tǒng)中， 這樣做的優(yōu)點是使干擾信號的時域和頻域特性與外場情況下完全相同， 能夠更加真實地考核導彈抗干擾能力。

為了在半實物仿真系統(tǒng)中同時復現(xiàn)目標回波和干擾信號， 把目標回波信號源和陣列式目標模擬器均分為兩個通道， 分別模擬目標和拖曳式誘餌干擾。

其中， 目標回波信號源通道一用以模擬目標回波， 包括目標回波信號的多普勒頻率變化、延遲、功率變化等， 此信號輸出至陣列式目標模擬器通道一， 經(jīng)陣列式目標模擬器天線輻射出去， 完成目標回波信號的模擬。 目標回波信號源通道二的輸出信號特征為仿真機計算出的誘餌的多普勒頻率和延遲， 因為目標和誘餌相隔150m左右， 因此誘餌相對速度和延遲與目標不同。 目標回波信號源通道二根據(jù)仿真機給出的導彈和誘餌相對速度和相對距離信息計算并疊加多普勒頻率和延遲后輸出給干擾設備， 由干擾設備偵收后， 釋放出干擾信號， 此信號按照彈目相對距離進行功率調節(jié)后， 輸出至陣列式目標模擬器的通道二， 經(jīng)陣列式目標模擬器天線輻射出去， 完成拖曳式誘餌干擾信號的模擬。 半實物仿真連接框圖如圖4所示。

圖4　仿真系統(tǒng)連接框圖

2.4　實施效果

目標與拖曳式誘餌的視線角軌跡圖如圖5所示。 從圖中可以看出目標與拖曳式誘餌的視線角軌跡在起始段相距很近， 表明在彈目距離較遠時， 兩者視線角相差很小。 隨著彈目距離接近， 兩者視線角逐漸拉大， 直至到末端導彈命中目標。 所以目標軌跡曲線位置在導彈視場中間， 而拖曳式誘餌曲線則偏離導彈視場。 兩者在末端能夠完全從導引頭視線中分開。 通過以上方案， 不但能夠完成目標和拖曳式誘餌與導彈在空間相對位置(視線角度)的模擬， 更可以真實復現(xiàn)拖曳式誘餌干擾的時域和頻域干擾信號特性， 實現(xiàn)了拖曳式誘餌干擾在實驗室的逼真復現(xiàn)。

圖5　目標與拖曳式誘餌的視線角軌跡圖

3結論

通過設計， 由仿真機實現(xiàn)目標和拖曳式誘餌的參數(shù)計算， 由目標回波信號源和陣列式目標模擬器與干擾設備配合， 完成目標和拖曳式誘餌干擾的空間相對位置(視線角度)以及拖曳式誘餌干擾的時域和頻域干擾信號的模擬， 使拖曳式誘餌干擾在實驗室逼真復現(xiàn)， 為導彈抗拖曳式誘餌干擾方案設計和算法驗證提供了良好的試驗環(huán)境。

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HWIL Simulation Technology of Anti-Towed Decoy

Interference for Radar Missile

Zhang Xingli1,2， Liang Yanqing1,2， Wang Jian3

(1.China Airborne Missile Academy， Luoyang 471009， China;2.Aviation Key Laboratory of Science and Technology on

Airborne Guided Weapons， Luoyang 471009， China; 3.Unit 95899 of PLA ，Beijing 100076， China)

Abstract:In order to carry out the debugging and verification of missile anti-towed decoy interference algorithm, it must be implemented to simulate various interference patterns in the hardware-in-the-loop simulation system. In this paper, a kind of hardware-in-the-loop simulation technology of anti-towed decoy interference for radar missile is introduced, and the simulation computer is used to complete target and towed decoy movement model calculation, and the target array simulator and other equipment are used to complete the simulation of target and towed decoy. Towed decoy interference in laboratory reproducibility is realized.

Key words:towed decoy interference; hardware-in-the-loop(HWIL) simulation; ECCM

作者簡介：張興利(1979-)， 男， 河北石家莊人， 高級工程師， 研究方向為系統(tǒng)仿真。

收稿日期：2015-07-31

中圖分類號：TJ765.4+3

文獻標識碼：A

文章編號：1673-5048(2015)06-0055-03