海面多路徑效應(yīng)對制導(dǎo)精度影響研究?

（92941部隊(duì) 葫蘆島 125001）

1 引言

被動雷達(dá)和紅外復(fù)合制導(dǎo)體制導(dǎo)彈在攔截低空來襲目標(biāo)時，要面對復(fù)雜的海面背景，海雜波及鏡面反射引起嚴(yán)重的多路徑效應(yīng)[1]。通常，單脈沖測角導(dǎo)引頭在保證足夠的數(shù)據(jù)積累點(diǎn)數(shù)時，將指向相干兩點(diǎn)源干擾中功率較大者[2]，在海面多路徑效應(yīng)影響下，被動雷達(dá)實(shí)際接收到的信號，為直達(dá)波信號與鏡面反射信號的相干合成[3]，由于到達(dá)波束的相位差異[4]、海面發(fā)射系數(shù)[5]和目標(biāo)位置的變化，接收信號將被增強(qiáng)或被衰減[6]，對被動雷達(dá)測角產(chǎn)生影響，嚴(yán)重時甚至無法正常工作。

本文針對某型導(dǎo)彈在攔截低空目標(biāo)飛行試驗(yàn)中，出現(xiàn)脫靶量大，導(dǎo)致未命中目標(biāo)現(xiàn)象進(jìn)行分析。首先對外部供靶情況和導(dǎo)引頭被動雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行分析，排除目標(biāo)和導(dǎo)引頭雷達(dá)系統(tǒng)故障原因；針對在被動雷達(dá)測角過程中，出現(xiàn)不同程度的跳變信號及測角遞推情況，建立低空目標(biāo)多路徑效應(yīng)模型，對鏡像干擾下被動雷達(dá)測角進(jìn)行分析。通過半實(shí)物仿真，檢驗(yàn)在多路徑效應(yīng)下，導(dǎo)引頭被動雷達(dá)測角品質(zhì)，出現(xiàn)了與飛行試驗(yàn)中一致的現(xiàn)象。

2 試驗(yàn)現(xiàn)象

某型導(dǎo)彈在攔截低空飛行目標(biāo)試驗(yàn)中，出現(xiàn)脫靶量大，未命中目標(biāo)現(xiàn)象，由于導(dǎo)彈采用被動雷達(dá)和紅外復(fù)合制導(dǎo)體制，事后分別對被動雷達(dá)系統(tǒng)和紅外系統(tǒng)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)紅外系統(tǒng)一直沒有截獲目標(biāo)，由于被動雷達(dá)作用距離遠(yuǎn)大于紅外制導(dǎo)，導(dǎo)彈采用由被動雷達(dá)向紅外交班的制導(dǎo)方式，試驗(yàn)中紅外系統(tǒng)檢測出的背景信息正常，據(jù)此判斷被動雷達(dá)制導(dǎo)精度未滿足交班條件，結(jié)合供靶、被動雷達(dá)系統(tǒng)、外部環(huán)境等因素，對出現(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行分析排查，具體如圖1所示。

圖1 排查故障樹示意圖

3 目標(biāo)及導(dǎo)引頭雷達(dá)系統(tǒng)分析

分析目標(biāo)飛行航跡，全程保持穩(wěn)定高度飛行，且飛行速度滿足要求，同時海面監(jiān)測設(shè)備對目標(biāo)輻射源信號處于實(shí)時監(jiān)測狀態(tài)，通過數(shù)據(jù)分析沒有發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，可排除目標(biāo)異常的原因。導(dǎo)引頭雷達(dá)系統(tǒng)測角情況如圖2所示，在前期測角出現(xiàn)了不同程度的跳變信號和遞推情況，但是在后期測角情況正常，可判斷導(dǎo)引頭雷達(dá)系統(tǒng)正常。

圖2 導(dǎo)引頭被動雷達(dá)測角

4 被動雷達(dá)測角誤差分析

4.1 低空目標(biāo)多路徑效應(yīng)模型

由于外場電磁波的傳播特性，被動雷達(dá)導(dǎo)引頭跟蹤低空目標(biāo)時，必然要工作在多路徑環(huán)境中，但是海面復(fù)雜環(huán)境的隨機(jī)性，給多路徑效應(yīng)的準(zhǔn)確描述和復(fù)現(xiàn)帶來一定的困難，在實(shí)際分析和使用中，最簡單的模型就是直射路徑和鏡面反射路徑[7]，如圖3所示。

假設(shè)直波信號為

鏡像反射信號為

則合成信號為

式中θ為導(dǎo)彈電軸與水平線夾角，ρ為海面反射系數(shù)。從上式可以看出，到達(dá)被動雷達(dá)接收機(jī)的合成信號為兩個不同路徑傳播的信號[8]，其中鏡像反射信號還與海面反射系數(shù)有關(guān)[9]，不同路徑引起的相位差為

圖3 多路徑效應(yīng)示意圖

4.2 鏡像干擾下脫靶量超差分析

若只考慮目標(biāo)鏡像，目標(biāo)信號通過兩條主要途徑到達(dá)被動雷達(dá)系統(tǒng)，由于兩條路徑的傳播距離不同，使直射波和反射波之間產(chǎn)生了相位差[10]，同時還有反射系數(shù)引入的附加相位差。由于相位差的原因，直射波和反射波在導(dǎo)引頭位置處要么干涉相加，要么干涉相消[11]。這種干涉作用使被動雷達(dá)系統(tǒng)接收到的目標(biāo)功率產(chǎn)生很大的起伏或者接收到的目標(biāo)相位信息產(chǎn)生很大的突變，嚴(yán)重時會導(dǎo)致被動雷達(dá)系統(tǒng)丟失目標(biāo)或測角波形產(chǎn)生很大的畸變[12]。分析試驗(yàn)中的測角信號，前期多次出現(xiàn)因電相位變化導(dǎo)致的角度遞推情況，該電相位的變化值表示目標(biāo)信號到達(dá)導(dǎo)引頭天線時相位已經(jīng)發(fā)生了變化，這種情況正是由于目標(biāo)信號直達(dá)波和多路徑反射波疊加造成的。

導(dǎo)引頭被動雷達(dá)系統(tǒng)在前期測角出現(xiàn)了不同程度的跳變信號和遞推情況，持續(xù)時間較長、誤差較大，造成了導(dǎo)引頭輸出信號的跳變，在控制階段引起舵偏角的劇烈變化，使得彈目相對視線角速度未能按理想收斂，同時，由于大舵偏引起的彈體姿態(tài)變化，使得導(dǎo)引頭視線角速度的誤差進(jìn)一步增大。

導(dǎo)引頭被動雷達(dá)在后期重新截獲目標(biāo)并輸出導(dǎo)引信號，由于前期積累的誤差較大，此時的視線角速度和失調(diào)角均較大。在該工況下，視線角速度變化較快且前期積累的視線角速度誤差也較大，被動雷達(dá)輸出的制導(dǎo)精度一直未滿足導(dǎo)引頭向紅外交班需求，最終導(dǎo)致脫靶量超差。

5 半實(shí)物仿真

為驗(yàn)證上述分析，在實(shí)驗(yàn)室采用半實(shí)物仿真，將試驗(yàn)彈道采用數(shù)字方式注入，取目標(biāo)飛行高度20 m，速度300 m/s，功率增益積93 dBmW，對鏡像干擾下的導(dǎo)引頭被動雷達(dá)測角情況進(jìn)行測試，結(jié)果如圖4所示。

圖4 鏡面反射作用下仿真結(jié)果

可以看出，前期測角信號出現(xiàn)了一定程度的跳變和遞推，3s后開始逐漸收斂，直至4.8s彈目接近，與試驗(yàn)中出現(xiàn)的測角信號現(xiàn)象、趨勢一致，這是因?yàn)殡S著彈目距離的變化，鏡像干擾和目標(biāo)信號到達(dá)天線端口的初相位差做周期性變化，信于比也隨著彈目距離變小而變大。由于仿真中采用單純的鏡像干擾，與實(shí)際的海面多路徑環(huán)境還存在一定的差距，所以信號跳變程度沒有實(shí)際試驗(yàn)中表現(xiàn)的劇烈，但是足以引起較大的指向誤差和彈體擾動，對制導(dǎo)精度產(chǎn)生影響。

6 結(jié)語

導(dǎo)彈在攔截低空飛行目標(biāo)時，由于目標(biāo)機(jī)動性大，對制導(dǎo)精度要求較高。被動雷達(dá)和紅外復(fù)合制導(dǎo)導(dǎo)彈工作時要面臨復(fù)雜的海面背景，多路徑效應(yīng)使得被動雷達(dá)實(shí)際接收到的信號，為直達(dá)波信號與鏡面反射信號的相干合成，對被動雷達(dá)測角產(chǎn)生嚴(yán)重影響，針對某型導(dǎo)彈在飛行試驗(yàn)中未命中目標(biāo)現(xiàn)象，從被動雷達(dá)測角過程中出現(xiàn)的信號跳變及測角遞推情況，分析建立多路徑效應(yīng)模型，對鏡像干擾下被動雷達(dá)測角進(jìn)行分析，通過半實(shí)物仿真，檢驗(yàn)在多路徑效應(yīng)下，導(dǎo)引頭被動雷達(dá)測角情況，與飛行試驗(yàn)中的現(xiàn)象吻合，為艦空導(dǎo)彈設(shè)計提供參考借鑒。