輻射式仿真系統(tǒng)有源誘偏試驗(yàn)?zāi)芰Ψ治?/h1>

2015-12-21 08:59:10劉鵬軍

航天電子對(duì)抗訂閱 2015年5期 收藏

關(guān)鍵詞：點(diǎn)源有源武器

云 雷，杜 震，王 巖，劉鵬軍

（中國(guó)洛陽(yáng)電子裝備試驗(yàn)中心，河南 洛陽(yáng)471003）

0 引言

反輻射武器是防空體系最大的威脅之一，它利用敵方雷達(dá)輻射的電磁波進(jìn)行導(dǎo)引并攻擊該雷達(dá)，命中精度極高，對(duì)雷達(dá)產(chǎn)生了極大威脅，被稱為雷達(dá)的“克星”。反輻射武器包括反輻射導(dǎo)彈（ARM）和反輻射無(wú)人機(jī)，ARM 是其典型代表，ARM 的出現(xiàn)使得電子戰(zhàn)有了硬殺傷手段，是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中取得制空權(quán)不可缺少的電子戰(zhàn)武器，其主要特點(diǎn)是：頻帶寬、速度快、精度高、隱蔽性能好，其局限性主要體現(xiàn)在：靈敏度不夠高、測(cè)向分辨角大。雷達(dá)抗ARM 技術(shù)主要有以下兩個(gè)途徑：一是利用硬殺傷武器摧毀來(lái)襲ARM；二是利用反輻射局限性對(duì)其進(jìn)行干擾，使ARM 失效，如使用低截獲概率雷達(dá)等以減少雷達(dá)信息被獲取的概率，利用雷達(dá)發(fā)射控制和有源干擾等措施來(lái)干擾反輻射武器的跟蹤等。利用多點(diǎn)源誘餌來(lái)干擾反輻射武器的跟蹤，以提高雷達(dá)的生存能力，就是利用了反輻射武器分辨角大的弱點(diǎn)，成為對(duì)抗反輻射武器的重要手段。

反輻射武器的攻擊角度、誘餌站的布站方式、射頻信號(hào)頻率與時(shí)序特性等都會(huì)對(duì)其攻擊效果產(chǎn)生影響，因此，利用實(shí)體設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)代價(jià)非常高昂，且難以全面檢驗(yàn)各種戰(zhàn)場(chǎng)情況的作戰(zhàn)效果。而利用輻射式仿真試驗(yàn)系統(tǒng)模擬各種工作場(chǎng)景，可以檢驗(yàn)各種作戰(zhàn)條件的作戰(zhàn)效果，代價(jià)相對(duì)低廉，對(duì)考察反輻射武器的抗多點(diǎn)源誘偏能力，具有較重大的意義。

1 反輻射武器輻射式仿真試驗(yàn)簡(jiǎn)介

1.1 輻射式仿真試驗(yàn)的組成與連接

輻射式仿真試驗(yàn)系統(tǒng)由仿真控制計(jì)算機(jī)、目標(biāo)模擬器、饋電控制分機(jī)、天線陣列、武器仿真計(jì)算機(jī)、導(dǎo)彈轉(zhuǎn)臺(tái)、接口適配與數(shù)據(jù)錄取分機(jī)及微波暗室組成。多點(diǎn)源有源誘偏輻射式仿真試驗(yàn)連接框圖如圖1所示。

圖1 有源誘偏輻射式仿真試驗(yàn)連接框圖

仿真控制計(jì)算機(jī)是仿真試驗(yàn)系統(tǒng)的“大腦”，它控制著仿真試驗(yàn)的開始與結(jié)束、進(jìn)行試驗(yàn)運(yùn)行的管理；目標(biāo)模擬器在仿真控制計(jì)算機(jī)的控制下產(chǎn)生雷達(dá)信號(hào)、誘餌信號(hào)及其它環(huán)境信號(hào)；饋電控制分機(jī)與天線陣列通過控制輻射信號(hào)的幅度與相位，模擬目標(biāo)在空間位置及運(yùn)動(dòng)變化；被試反輻射武器接收到信號(hào)后，開始對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果通過接口適配與數(shù)據(jù)錄取分機(jī)實(shí)時(shí)地送給武器仿真計(jì)算機(jī)，由它解算出反輻射武器的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)控制量，通過導(dǎo)彈轉(zhuǎn)臺(tái)完成反輻射武器的運(yùn)動(dòng)模擬。

1.2 輻射式仿真試驗(yàn)系統(tǒng)基本能力分析

根據(jù)有源誘偏系統(tǒng)的工作原理和作戰(zhàn)過程，反輻射武器輻射式仿真系統(tǒng)的主要能力為：

1）ARM 的運(yùn)動(dòng)模擬能力

在仿真試驗(yàn)中，試驗(yàn)系統(tǒng)提供真實(shí)模擬ARM 攻擊雷達(dá)過程的功能，試驗(yàn)系統(tǒng)根據(jù)ARM 接收到的信號(hào)處理生成的運(yùn)動(dòng)控制量，來(lái)控制ARM 產(chǎn)生與真實(shí)的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)與方向一致的變化，在整個(gè)試驗(yàn)過程中，生成與實(shí)際工作一致的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和信號(hào)接收狀態(tài)。

2）作戰(zhàn)對(duì)象與作戰(zhàn)場(chǎng)景模擬能力

①多點(diǎn)源模擬能力

有源誘偏系統(tǒng)的配置，能滿足同時(shí)輻射點(diǎn)源射頻信號(hào)的數(shù)量的需求，當(dāng)使用二點(diǎn)源、三點(diǎn)源或四點(diǎn)源誘偏時(shí)，需要試驗(yàn)系統(tǒng)能同時(shí)輻射相應(yīng)數(shù)量的射頻信號(hào)。其次，具有點(diǎn)源信號(hào)的時(shí)序控制能力，通過修改以測(cè)試各點(diǎn)源之間時(shí)序變化對(duì)ARM 跟蹤的影響。

②作戰(zhàn)環(huán)境模擬能力

隨著軍事技術(shù)的發(fā)展，新體制的雷達(dá)也不斷出現(xiàn)，在戰(zhàn)場(chǎng)上使用電子裝備的范圍越來(lái)越大，信號(hào)密度變得越來(lái)越高，信號(hào)樣式越來(lái)越多。因此，需要仿真試驗(yàn)?zāi)M與真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)相近的電磁環(huán)境信號(hào)。

3）數(shù)據(jù)采集與分析處理能力

在仿真試驗(yàn)中，系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)采集反輻射武器導(dǎo)引頭對(duì)目標(biāo)的搜索、分選識(shí)別、跟蹤、運(yùn)動(dòng)控制等實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)，供仿真試驗(yàn)系統(tǒng)閉環(huán)控制和效果評(píng)估使用。其中對(duì)目標(biāo)的處理信息應(yīng)用于實(shí)時(shí)戰(zhàn)情推進(jìn)與控制，運(yùn)動(dòng)控制信號(hào)用于反輻射武器的姿態(tài)。

反輻射武器的有源誘偏仿真試驗(yàn)的主要能力要求如表1所示。

針對(duì)反輻射武器開展多點(diǎn)源誘偏試驗(yàn)，多點(diǎn)源及電磁環(huán)境模擬信號(hào)均由試驗(yàn)系統(tǒng)產(chǎn)生，空間對(duì)抗過程的模擬是靠天線陣列來(lái)實(shí)現(xiàn)的，下面重點(diǎn)分析天線陣列對(duì)多點(diǎn)源信號(hào)的模擬的影響。

表1 輻射式仿真試驗(yàn)?zāi)芰π枨蟊?/p>

2 多點(diǎn)源誘偏試驗(yàn)環(huán)境模擬能力分析

2.1 多點(diǎn)源誘偏模擬需求分析

ARM 攻擊方式主要有兩種，一種是中、高空攻擊方式，或稱為直接瞄準(zhǔn)式或自衛(wèi)式，當(dāng)載機(jī)被敵方雷達(dá)發(fā)現(xiàn)跟蹤后，發(fā)射ARM 對(duì)雷達(dá)進(jìn)行攻擊；第二種是低空攻擊方式，或稱為間接瞄準(zhǔn)式，它是直接向敵方防區(qū)概略瞄準(zhǔn)發(fā)射，ARM 根據(jù)預(yù)設(shè)編程彈道飛行或繞待攻擊區(qū)域上空巡航飛行，自動(dòng)搜索和攻擊目標(biāo)。

多點(diǎn)源有源誘偏試驗(yàn)著重考察ARM 不同攻擊方式下，在不同的有源誘餌配置下對(duì)雷達(dá)站的攻擊效果。通過分析有源誘偏系統(tǒng)的工作原理可知，其重點(diǎn)是跟蹤過程中ARM 對(duì)雷達(dá)信號(hào)與誘餌信號(hào)的識(shí)別能力、有源信號(hào)的分離過程及最終攻擊點(diǎn)。

為了對(duì)抗ARM，有效保護(hù)雷達(dá)站，一般使用三點(diǎn)源和四點(diǎn)源誘偏，三點(diǎn)源誘偏一般使用三角形布局，四點(diǎn)源誘偏一般使用菱形布局，其常用布局如圖2所示。

圖2 多點(diǎn)源誘偏系統(tǒng)布局示意圖

非相干有源誘偏擾布站的最佳距離可采用如下公式進(jìn)行計(jì)算［1］：

式中，ΔθR為ARM 的分辨角；vrel為ARM 飛行目標(biāo)的速度；Jmax為ARM 的最大過載；α 為ARM 的攻擊角。它與ARM 的速度、分辨角、ARM 的特性和攻擊方式有關(guān)。

需要對(duì)誘餌站功率、頻率和發(fā)射進(jìn)行有效的設(shè)置。一般設(shè)置誘餌站的功率略大于雷達(dá)站的功率，但其功率比小于1.2，以防止ARM 通過積累等技術(shù)分辨出攻擊目標(biāo)。其次，在頻率上要求與雷達(dá)站一致，確保ARM 無(wú)法通過測(cè)量信號(hào)頻率分辨出目標(biāo)。最后，脈沖發(fā)射時(shí)間一致，防止ARM 利用時(shí)間門技術(shù)，使后到的信號(hào)脈沖失效。

反輻射武器區(qū)分目標(biāo)后，以最大過載轉(zhuǎn)向一個(gè)目標(biāo)，其最大失誤為［1］：

式中，vrel是反輻射武器的運(yùn)動(dòng)速度，其Ma 數(shù)一般在1～4之間。由式（2）可知，最大失誤與ΔθR、Jmax和vrel關(guān)系密切，Jmax和vrel是反輻射武器本身的技術(shù)指標(biāo)特性，受外界影響較小，而ΔθR易受誘餌功率等各種因素影響。因此，仿真試驗(yàn)的關(guān)鍵是對(duì)反輻射武器分離目標(biāo)的過程模擬。

2.2 輻射式仿真試驗(yàn)系統(tǒng)多點(diǎn)源信號(hào)模擬能力分析

天線陣列使用三元組工作方式，主要用于信號(hào)模擬射頻信號(hào)的發(fā)射，通過控制每個(gè)天線的輸出功率、信號(hào)相位來(lái)模擬信號(hào)在三角形區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。通過切換信號(hào)在不同三元組天線輸出，來(lái)完成信號(hào)在整個(gè)天線陣列區(qū)域模擬信號(hào)的空間角度運(yùn)動(dòng)。

在仿真試驗(yàn)中，主要通過控制輸出的射頻信號(hào)功率、信號(hào)與反輻射武器的相對(duì)角位置和時(shí)間關(guān)系來(lái)模擬有源誘偏試驗(yàn)的對(duì)抗過程。因此，主要是分析天線陣列的輸出功率和視角的大小對(duì)試驗(yàn)的影響。

1）輸出功率影響

反輻射武器接收到的目標(biāo)信號(hào)功率隨著距離的變化而變化，本文主要討論它對(duì)仿真試驗(yàn)距離的影響。

輻射式仿真試驗(yàn)系統(tǒng)的信號(hào)輻射與接收都在暗室內(nèi)完成，由于發(fā)射天線和偵察機(jī)接收天線實(shí)際距離上只有幾十米，大氣衰減和反射的影響都非常小，可以忽略。在暗室陣列球心處，試驗(yàn)系統(tǒng)能產(chǎn)生的功率密度為：

式中，Ra為天線陣列球面的半徑，Gat陣列天線的增益，Pa陣列天線的輸入功率。

在進(jìn)行輻射式仿真試驗(yàn)中，導(dǎo)引頭的接收到的目標(biāo)信號(hào)功率為：

若偵察機(jī)的接收靈敏度為Prmin，則可以得到天線陣列的模擬目標(biāo)最小輸入信號(hào)功率為：

假設(shè)陣列天線的增益為5～17dB，可繪出天線陣最大輸出功率（天線輸入端）曲線與設(shè)備可檢測(cè)到的最小信號(hào)曲線，如圖3所示。

圖3 天線陣列最小功率需求曲線

圖3中繪出了靈敏度為-50dBm 和-90dBm 時(shí)，接收機(jī)能偵測(cè)到的天線陣模擬目標(biāo)的最小輸出功率值，曲線的上部為接收機(jī)能偵測(cè)到的信號(hào)功率值區(qū)域。

導(dǎo)引頭能接收到的最大功率為：

式中，Ra為天線陣列球面的半徑，Pamax為陣列天線的最大輸入功率。則目標(biāo)模擬的最小距離為：

由式（7）可以看出，目標(biāo)模擬的最小距離除了與輻射信號(hào)的最大功率有關(guān)，還與模擬的雷達(dá)輻射功率、天線增益有關(guān)。

2）天線陣列視角影響分析

天線陣列的視角對(duì)有源誘偏射頻模擬的影響主要有兩方面，一是在于對(duì)反輻射武器對(duì)多點(diǎn)源分辨過程的模擬，只有天線陣列模擬多點(diǎn)源信號(hào)的角度大于反輻射武器的分辨角時(shí)，才能模擬出對(duì)抗試驗(yàn)的分離過程。二是在反輻射武器攻擊目標(biāo)過程中，隨著距離的減少，點(diǎn)源與反輻射武器所成的夾角隨之增加。因此，天線最大視角一定的情況下，可以計(jì)算出最小試驗(yàn)距離。設(shè)點(diǎn)源與反輻射武器的位置關(guān)系如圖4所示。圖4中，兩點(diǎn)源之間的距離為d，反輻射武器到兩點(diǎn)源中心的距離為R，反輻射武器從空中攻擊，因此，反輻射武器與兩點(diǎn)源的距離相差不大，為了計(jì)算方便，假設(shè)反輻射武器與兩點(diǎn)源的距離相等，則：

圖5為視角為30°時(shí)，最小試驗(yàn)距離與兩點(diǎn)源距離的關(guān)系曲線。圖5中，橫坐標(biāo)為點(diǎn)源間隔，當(dāng)視角度不變時(shí)，隨著點(diǎn)源間隔的增加，最小試驗(yàn)距離值隨之增加。

3）多點(diǎn)源模擬的實(shí)現(xiàn)

通過前文的分析可知，當(dāng)天線陣視角不小于點(diǎn)源的夾角時(shí)，其天線陣列輸入功率大小為：

圖4 點(diǎn)源與反輻射武器的位置關(guān)系示意圖

圖5 試驗(yàn)距離與目標(biāo)夾角關(guān)系曲線

式中，Pt為點(diǎn)源的輻射功率，Gt為點(diǎn)源天線增益，Gat為天線陣列的天線增益，R 為模擬距離，Ra為天線陣列到球心的距離。

當(dāng)兩點(diǎn)源的夾角大于天線陣列的視角時(shí)，利用等效技術(shù)進(jìn)行點(diǎn)源的模擬。當(dāng)反輻射武器跟蹤的目標(biāo)點(diǎn)源依然利用式（9）進(jìn)行計(jì)算，對(duì)出現(xiàn)在天線視角以外的點(diǎn)源，其輸出功率設(shè)為：

式中，f 為天線方向圖，θ為模擬的點(diǎn)源與天線電軸所成夾角，Δθ為模擬點(diǎn)源的角位置與實(shí)際模擬輸出的角位置的差。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合反輻射武器對(duì)抗有源誘偏試驗(yàn)需求，對(duì)輻射式仿真試驗(yàn)系統(tǒng)的試驗(yàn)?zāi)芰M(jìn)行分析。對(duì)仿真試驗(yàn)系統(tǒng)必須具備的作戰(zhàn)對(duì)象與作戰(zhàn)場(chǎng)景模擬能力、ARM 的運(yùn)動(dòng)模擬能力進(jìn)行了初步分析；同時(shí)針對(duì)天線陣列的多點(diǎn)源模擬的實(shí)現(xiàn)，分析了輸出功率、視場(chǎng)角范圍等對(duì)試驗(yàn)的影響，提出了目標(biāo)點(diǎn)源的實(shí)現(xiàn)方法。通過對(duì)仿真試驗(yàn)系統(tǒng)能力分析，為反輻射武器內(nèi)場(chǎng)半實(shí)物仿真試驗(yàn)設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。■

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