調幅式調制盤導引頭干擾原理分析及驗證

周德召,王合龍,陳 方

(洛陽電光設備研究所,河南 洛陽 471009)

·光電對抗·

調幅式調制盤導引頭干擾原理分析及驗證

周德召,王合龍,陳 方

(洛陽電光設備研究所,河南 洛陽 471009)

介紹了調幅式紅外導引頭的工作原理,并進行了激光對調幅式紅外導引頭的干擾原理分析。激光干擾作用是通過擾亂跟蹤處理器使導彈失去其跟蹤目標。結果顯示干擾信號頻率對干擾效果影響很大。通過中紅外激光對紅外導引頭干擾實驗驗證了理論分析的正確性。

激光;調幅式導引頭;干擾

1 引 言

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中,決定戰(zhàn)爭勝負的關鍵因素之一是制空權。各國普遍重視關注不斷發(fā)展和進步的空中威脅的紅外制導防空導彈。紅外制導導彈成為飛機的主要威脅源。紅外防空制導導彈經歷了三代的發(fā)展,從解決尾追“報復性”射擊,到解決包含迎攻射擊在內的一定的全向攻擊能力,再到解決一定的抗人工紅外干擾能力[1-2]。目前,主要的紅外制導導彈仍是紅外點源制導導彈[3-4]。因此,研究干擾調幅式紅外制導導彈的技術具有十分重要的意義。

本文研究了干擾紅外調幅式紅外制導導彈的方法及實驗研究。分析了調幅式導引頭工作方式、信號處理方式及干擾方式。通過中紅外激光對調幅式導引頭模擬器的干擾實驗研究,實現(xiàn)了對導引頭的有效干擾。

2 調幅式紅外制導導引頭

圖1為調幅式導引頭光學結構示意圖,目標的紅外輻射經整流罩輻射到主鏡上,然后匯聚反射到次鏡,經過調制盤后被探測器接收[5]。

圖1 調幅式導引頭光學結構

圖2為典型紅外制導處理過程示意圖。紅外導彈包括跟蹤回路和制導回路兩個回路。其工作過程是,目標紅外輻射由導引頭的光學系統(tǒng)收集聚焦到紅外探測器光敏面,經調制盤調制后由探測器接收轉變?yōu)殡娦盘?。經前置放大器放?然后再送達信號處理器。信號處理結果分兩路輸出,一路由導引頭轉矩電路處理后驅動旋轉陀螺對目標實現(xiàn)跟蹤,另一路經調制解調器,尾舵控制電路處理后驅動和變更尾舵來不斷修正導彈的運動方向,使導彈始終朝目標方向飛去[6]。

圖2 典型紅外制導處理過程示意圖

3 激光干擾導引頭原理分析

以旭日式調制盤為例進行分析。對于具有恒定輻射功率的連續(xù)輸出激光,作用的結果是使目標的輻射增強,而探測器產生的脈沖信號對應的角信息不變,無法起到干擾的效果,如圖3所示。

圖3 連續(xù)干擾信號及其輸出信號示意圖

下面分析脈沖激光干擾信號輸入后對導引頭解調出來的角信息的影響。設調制盤旋轉角頻率為ωm,對于圖4(a)中的調制波型,調制盤的調制函數(shù)為：

(1)

式中,α為像點位置的半徑與調制盤半徑之比(0≤α≤1)；mt(t)為載波的選通函數(shù)(方波),如圖4(b)所示；ωc為載波頻率。

載波選通函數(shù)的傅里葉級數(shù)表達式為：

(2)

設目標在調制盤上的輻射功率為A,調制干擾源在調制盤上的輻射功率函數(shù)為Pj(t),則探測器接收到的輻射功率Pd(t)可表示為：

Pd(t)=[A+Pj(t)]mr(t)

(3)

在探測器上,Pd(t)轉變?yōu)殡妷夯螂娏?用載波放大器(增益由自動增益AGC電路控制)、包絡檢波器和進動放大器電路處理,再用此信號去驅動導引頭。

式(3)中,調制干擾源的輻射功率函數(shù)Pj(t)也具有頻率為ωc的載波形式,并在頻率ωj處選通,如圖4(c)所示,即：

(4)

式中，mj(t)具有與mt(t)相似的表達式,但要用ωj代替ωm；B為干擾源輻射功率峰值。

圖4 旋轉掃描的調制波形

(5)

式中，φj為相對mt(t)的任意相位角。

(6)

設載波放大器只讓具有載波頻率或接近載波頻率的信號通過,即只允許式(6)中的后兩項信號通過,則載波放大器的輸出可用下式近似表達：

(7)

公式(7)載波調制的包絡為：

(8)

(9)

(10)

將公式(9)、(10)代入式(8)中,得到：

(11)

設ωj與ωm接近,對式(11)進行整理,得到導引頭的驅動信號：

(12)

式中,β(t)=(ωm-ωj)t-Φj。

驅動信號驅動旋轉陀螺：旋轉陀螺和導引頭轉動力矩相互作用,使進動率正比于兩者矢量之和。陀螺對緩慢變化的交流分量有很好的響應,跟蹤誤差正比于P(t)。

沒有干擾時(B=0),目標的像點沿著相位角方向向調制盤中心移動,直到到達中心平衡點為止。干擾信號進入后(B≠0),在常向量基礎上加入了干擾信號,則中心不再是系統(tǒng)的平衡點。只有進入的干擾激光信號頻率接近目標載頻或者為調制盤旋轉頻率的整數(shù)倍時,才能實現(xiàn)有效干擾。

4 干擾實驗及結果

4.1 實驗裝置

圖5所示為干擾實驗裝置示意圖。將中紅外激光源和紅外輻射模擬器放置在距離調幅式調制盤導引頭模擬器一定的距離上。紅外輻射模擬器作為目標,使導引頭模擬器跟蹤紅外輻射模擬器。然后發(fā)射中紅外激光,對導引頭模擬器進行干擾。

圖5 干擾實驗裝置示意圖

4.2 實驗結果

離軸角信號為導彈探測器光軸與導彈彈軸之間的夾角,通過觀測離軸角信號的變化既能判斷導引頭是否跟蹤目標。采用特定工作方式的激光照射后,離軸角信號輸出由較為穩(wěn)定的正弦波到正弦波形出現(xiàn)紊亂,說明導引頭被干擾,丟失目標。如圖6(a)所示,當導引頭探測器穩(wěn)定跟蹤紅外輻射模擬器之后,其輸出離軸角信號為百毫伏量級。當發(fā)射一定功率的中紅外激光之后,導引頭輸出離軸角信號如圖6(b)所示。離軸角信號幅值為數(shù)伏量級,此時導引頭的光軸與彈軸的偏差量使導彈無法進行繼續(xù)跟蹤目標。

圖6 離軸角信號測量結果

5 結 論

紅外導引頭干擾技術是應對紅外導彈日趨嚴峻的威脅采取的對抗手段。通過分析調幅式調制盤紅外導引頭的工作原理,提出了對紅外導引頭的干擾機理及有效干擾方法,并進行了試驗驗證,實驗結果與理論分析向一致。

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Jamming-principle analysis and validation of infrared seeker with amplitude modulation reticle

ZHOU De-zhao,WANG He-long,CHEN Fang

(Luoyang Institute of Electro-optical Equipment，Luoyang 471009，China)

The principle of infrared seeker with amplitude modulation reticle is introduced,and laser jamming effect on infrared seeker with amplitude modulation reticle was analyzed. The function of laser jamming is to cause the missile to miss its intended target by disturbing tracking process of the seeker. The results show that the jamming effect is greatly influenced by the frequency of the jammer signal. Finally,the correctness of the principle analysis is validated by the experiments.

laser；infrared seeker with amplitude modulation reticle；jamming

周德召(1980- )，男，碩士學位，高級工程師，從事光電對抗方面研究。E-mail:eoei@vip.sina.com

2014-11-08;

2014-12-20

1001-5078(2015)07-0850-04

TN97

A

10.3969/j.issn.1001-5078.2015.07.025