基于半主動制導(dǎo)武器攔截超低空目標作戰(zhàn)研究?

張 樂 李蘇杭 劉麗龍 苗雨晴 陳建平

（1.上海機電工程研究所 上海 201109）（2.上海復(fù)合材料科技有限公司 上海 201112）

1 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭態(tài)勢下超低空空襲是目前廣泛采用的進攻策略，近期中東某武裝組織利用巡航導(dǎo)彈、攻擊型無人機采用超低空戰(zhàn)術(shù)成功打擊了“阿美”石油公司的相關(guān)設(shè)備，造成沙特石油設(shè)備嚴重受損，帶來了巨大的損失。因此超低空突防武器給固定陣地防御帶來巨大的防空壓力。

面對超低空來襲目標時，防空武器系統(tǒng)受雷達架高限制、環(huán)境遮蔽及地球曲率的關(guān)系，嚴重影響了雷達對超低空目標發(fā)現(xiàn)的及時性，大大降低了武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)反應(yīng)時間。并且受到地面多路徑的影響，雷達及導(dǎo)引頭測角的誤差大，即使防空裝備及時開展攔截任務(wù)，也會導(dǎo)致雷達丟失目標和導(dǎo)彈錯鎖的風(fēng)險［1］。

2 半主動制導(dǎo)武器對超低空戰(zhàn)法分析

半主動體制武器系統(tǒng)主要由地面雷達系統(tǒng)對目標及時發(fā)現(xiàn)并穩(wěn)定跟蹤；彈上導(dǎo)引頭接收地面雷達照射目標的二次回波實現(xiàn)對目標的鎖定進而抗擊來襲目標，因此超低空目標的成功攔截主要受制于以下三個方面：1）雷達對目標的識別，2）導(dǎo)彈對目標的識別，3）引戰(zhàn)配合對目標的毀傷。

2.1 雷達對目標的識別

地面多路徑的效應(yīng)，造成超低空目標雷達波束低仰角下波瓣的分裂，雷達接收機的回波信號由地面反射波和目標直達波疊加而成，多條路徑回波信號同相及反相的影響，帶來跟蹤角誤差的震蕩，嚴重情況下導(dǎo)致雷達對低空目標的丟失。

直達波與反射波之間歸一化的相關(guān)系數(shù)［3］：

由上式可知通過Δf的增加，時域相關(guān)系數(shù)x減小，通過采用頻率捷變雷達抗干擾手段，在雷達工作寬頻帶內(nèi)的頻率的跳變，達到多路徑反射信號的去相關(guān)性，實現(xiàn)多路徑效應(yīng)的削弱。利用雷達目標直達回波與多路徑反射回波及相位差在各頻點相互獨立的特點，通過頻率捷變利用信號載頻的變化，引起捷變帶寬的變化，從而削弱直達波與反射波的相關(guān)系數(shù)，實現(xiàn)去相關(guān)的效果［8～9］。結(jié)合仿真發(fā)現(xiàn)采用捷變頻后直達波與反射波去相關(guān)效果增強，跟蹤角誤差的震蕩效果減弱（見圖1），雷達對目標的識別明顯改善，可穩(wěn)定跟蹤目標。

圖1 頻率捷變前后雷達俯仰角情況

2.2 導(dǎo)彈對目標的識別

超低空飛行因地面多路徑的影響，導(dǎo)引頭接收的信號包含目標反射回波和地面反射回波信號，接收機信號的閃爍帶來導(dǎo)彈測角誤差，導(dǎo)致導(dǎo)彈出現(xiàn)錯鎖或脫靶的隱患［5］。通過分析多路徑效應(yīng)下導(dǎo)彈與目標彈目飛行關(guān)系（如圖2），有如下關(guān)系式。

圖2 多路徑效應(yīng)下彈目關(guān)系圖

Rmt為彈目距離；為多路徑下彈目距離；Δfd為多路徑回波與直接回波的頻差；V為彈目相對速度；λ為照射波束波長

由上述關(guān)系式可知：當彈目速度比越大，導(dǎo)彈飛行高度越高，半主動導(dǎo)引頭檢測波門一定時，導(dǎo)彈頭不受多路徑影響的彈目距離越大，目標高度越低，有利于導(dǎo)彈遠對低空目標的鎖定，可有效避免鏡像目標的錯鎖問題。

通過仿真對低遠目標導(dǎo)彈發(fā)射上升階段，隨著彈目的變化，導(dǎo)引頭接收回波功率出現(xiàn)跌落現(xiàn)象容易出現(xiàn)短暫失鎖的問題（如圖3），隨著彈體的上升，導(dǎo)引頭頻差和功率差進一步拉大（如圖4），低空鏡像影響減弱，導(dǎo)引頭在多普勒頻率和回波功率上能區(qū)分鏡像目標，滿足導(dǎo)彈正常截獲目標的條件。

圖3 低遠目標導(dǎo)引頭回波功率變化情況

圖4 目標與鏡像頻差與功率差

2.3 引戰(zhàn)配合對目標的毀傷

半主動尋的制導(dǎo)體制對超低空突襲的目標，攔截導(dǎo)彈具有大俯沖角彈目交匯的現(xiàn)象，導(dǎo)致彈目相對速度與真實速度偏差大，嚴重影響了戰(zhàn)斗部的殺傷效果［4］。

半主動導(dǎo)引頭在彈目交匯階段因彈目距離遠遠小于雷達與目標的距離，半主動導(dǎo)引頭多普勒頻率可采用主動頭彈目多普勒公式，結(jié)合彈目交匯示意圖5有如下關(guān)系式：

圖5 彈目交匯示意圖

彈目交匯角度與導(dǎo)引頭輸出的彈目相對速度相關(guān)，當角度大于60°時輸出誤差增大，多普勒頻率誤差增大。通過仿真可知不同的發(fā)射時機彈目交匯角度分別為58°和35°（如圖6）。

圖6 平面彈道曲線

3 結(jié)語

本文通過半主動制導(dǎo)體制防空武器攔截超低空目標的分析與仿真，總結(jié)出在攔截超低空來襲武器時通過頻率捷變改善雷達跟蹤角誤差的震蕩實現(xiàn)對目標穩(wěn)定跟蹤，通過復(fù)核導(dǎo)引頭接收機回波功率給一線指戰(zhàn)員提供系統(tǒng)初始攔截段，結(jié)合模擬彈目遭遇仿真情況，分析不同發(fā)射點下彈目交匯角對引戰(zhàn)效果的影響，通過啟用頻率捷變，選擇合適的攔截距離，從而提升半主動制導(dǎo)武器對超低空目標的作戰(zhàn)效能。