两点源诱偏辐射式仿真试验诱饵设置方法
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摘 要：抗诱偏能力是反辐射导弹作战性能的一项重要指标，通过在辐射式仿真试验系统中设置有源诱偏系统，可实现对反辐射导弹抗诱偏性能的检验与评估。介绍了反辐射导弹辐射式仿真试验的实现方法；利用合成场原理建立了反辐射导弹导引信号模型；通过仿真研究了改变诱饵的功率、点源间距及反辐射导弹来袭方向对攻击效果的影响。该方法的研究对反辐射导弹抗诱偏辐射式仿真试验中诱偏信号的设置和控制、作战效能的评估有重要的参考价值。
关键词：反辐射导弹; 两点源诱偏; 辐射式仿真; 诱饵设置
中图分类号：
TN95-34
文献标识码：A
文章编号：1004-373X(2012)01-0004-04
Method of decoy setting in two-source decoy radiation simulation test
XIAO Ben-long, YANG Li-du, ZHANG Cheng
(PLA Unit of 63880, Luoyang 471003, China)
Abstract： The capability of distinguishing real target signal and decoy is important for anti-radiation missile (ARM). By setting active decoy system in radiation simulation test system, the anti-decoy performance of the ARM can be scientifically checked and evaluated. The radiation simulation test method of the ARM is presented. The model of guidance signal is established with the theory of synthesized electromagnetic field., The influence on attack effect by changing the power of the decoy, the distance between two sources and the direction of ARM is studied based on the simulation. The research provides a valuable reference for the setting and controlling of the decoy in the test, and also for the evaluation of combat efficiency.
Keywords： anti-radiation missile; two-source decoy; radiation simulation; decoy setting
收稿日期：2011-07-03
0 引 言
反辐射导弹是一种利用敌方辐射源辐射的电磁波发现、跟踪并摧毁辐射源的导弹。在电子对抗斗争日趋激烈的现代战争中，反辐射导弹无疑是对雷达威胁最大的一种武器。它不仅能从实体上摧毁雷达设施，而且能杀伤雷达操作人员，从而造成心理上的恐惧感，以致严重削弱其作战能力。因此，寻求对抗反辐射导弹的措施成为电子防御领域的关键技术，而诱偏技术则是对抗反辐射导弹的有效途径之一。
内场辐射式仿真试验具有代价小、效率高、可重复性好等优点，在辐射式仿真试验系统中进行反辐射导弹的抗诱偏能力试验，可有效地检验反辐射导弹对信号的分选识别能力、抗干扰能力以及信号的截获能力，以实现对反辐射导弹在不同战情设置情况下的作战性能的科学评估。本文对反辐射导弹两点源诱偏射频仿真中诱饵的设置方法进行了研究。
1 两点源诱偏原理
反辐射导弹被动雷达导引头是一种单脉冲跟踪系统，幅度和相位单脉冲系统都能在它所在的位置有效地测量射频脉冲波前的发源地，并通过探测目标雷达来波波前的法线方向与瞄准轴的偏离得出角跟踪信息。由于反辐射导弹的弹体直径有限，其导引头无法安装大口径天线，为了捕获信号，天线的波束宽度也不能太窄，这就决定了导引头的分辨角大的特点。依据这一特性，可以在其分辨单元内，随目标雷达同时布置一个有源诱饵，其波前实际上由两个分开的辐射源发射的信号产生的，反辐射导弹在接近目标雷达一定距离之前，其导引头无法将目标雷达和诱饵分辨出来。在到达分辨临界距离后，由于反辐射导弹的末段采用比例导引，其过载能力有限，从而导致弹着点偏离目标雷达，如图1所示。
根据诱饵和雷达信号之间的关系，两点源诱偏又分为相干诱偏和非相干诱偏两种情况。当诱饵与雷达信号相干时，在反辐射导引头处具有恒定的相位差，由于导引头受到两点源的共同作用，而合成辐射场的相位波前发生畸变，当天线口面尺寸远小于合成相位波前的斜面时，会诱使导引头指向大大偏离这两个点源连线中心所在的方向；当诱饵与雷达信号不相干时，二者没有确定的相位关系，在导引头处形成角闪烁，这时，反辐射导弹跟踪两者的功率重心，一般只能命中两者连线上的某一点。由于相干诱偏在实际使用中实现难度很大，本文主要研究非相干诱偏。
图1 两点源诱偏示意图
2 反辐射武器辐射式仿真试验方法
进行反辐射导弹辐射式仿真试验时，反辐射导弹导引头安装在导弹模拟转台上，转台用来模拟反辐射导弹在攻击过程中相对目标的飞行姿态变化。雷达信号模拟分系统产生的雷达主信号和背景环境信号通过天线阵列辐射。导引头对接收到的雷达辐射源信号进行分选测向，并通过自动驾驶仪输出姿态控制指令送给辐射式仿真试验系统中的武器计算机以计算出其姿态运动参数，提供给转台计算机以控制导弹转台模拟反辐射导弹实时姿态变化，构成一个闭合试验环路，对反辐射武器进行系统性能和攻击精度的试验和评估，如图2所示。
图2 反辐射导弹辐射式仿真
雷达天线阵列的主阵列采用三元组天线合成辐射的方式，通过等效辐射中心在天线阵面上的连续移动模拟雷达与反辐射导弹的相对位置关系。在辐射式仿真试验系统中，天线阵上辐射信号的位置是用方位和俯仰坐标系统定义的，因此，需要根据实际中ARM与雷达的相对位置关系来解算天线阵上辐射位置的坐标。
3 反辐射导弹导引信号模型
3.1 导引信号的概念
在反辐射导弹辐射式仿真试验中，放置在导弹转台上的导引头接收来自天线阵的辐射信号，采用直接瞄准法导引。当进行两点源诱偏试验时，反辐射导弹跟踪两点源在导引头处合成场的法线方向，导引信号是弹体纵轴与视线之间的夹角，可分解为方位和俯仰上的分量，分别设为δA和δB，如图3所示。
图3 导引信号示意图
由文献[1]可知，在以雷达所在位置为原点的坐标系中，雷达和n个诱饵辐射源都在地面上，它们在反辐射导弹导引头处的合成电场的幅度和相位分别为：
E=［(∑ni=0Eisin φi)2+(∑ni=0Eicos φi)2］1/2
(1)
φ=arctg∑ni=0Eisin φi∑ni=0Eicos φi
(2)
设导弹所在位置为(xA,yA,zA),合成波波前法线方程为：
x－xAφ/xA=x－yAφ/yA=x－zAφ/zA
(3)
进而求得合成波波前法线同地面的交点为：
xz=0=∑ni=0∑nk=0EiEkxkzA－xAzkλkrkcos Δφ∑ni=0∑nk=0EiEkzA－zkλkrkcos Δφ
(4)
yz=0=∑ni=0∑nk=0EiEkykzA－yAzkλkrkcos Δφ∑ni=0∑nk=0EiEkzA－zkλkrkcos Δφ
(5)
式中：Ei,Ek为第i,k个点源到导引头处的电场强度峰值；(xk,yk,zk)为第k个点源的位置；λk为第k个点源的工作波长；rk为第k个点源到导引头处的距离；Δφ=φi－φk，为第i个和第k个点源到导引头的初始相位差。
由于本文研究的是两点源诱偏，为了研究方便，将对导引信号的研究简化为对两点源合成波波前法线与地面交点的研究。建立平面坐标系如图4所示，A为反辐射导弹，雷达为坐标原点O(0,0)，诱饵为x轴上O1(d,0)点，将上式化简，得到法线与地面的交点O′坐标为：
x′=β2+βcos Δφβ2+K(K+1)βcos Δφ•d
y′=0
式中：β = E1E0；K=λ1r1λ0r0；Δφ=φ1－φ0。
图4 两点源诱偏平面坐标系
3.2 信号功率的选择
由式(6)可知，反辐射导弹的瞄准方向跟相位差Δφ、点源的工作波长以及点源到导引头的电场强度峰值有关。若诱饵与雷达的辐射电场峰值相同，即β＝1时，K取不同值反辐射导弹导引头瞄准方向随相位差Δφ的变化曲线如图5所示。由图可以看出，随着K值的增大，导弹的瞄准方向偏向于雷达；而K减小到一定值时，导弹的瞄准方向偏向于诱饵；当K=1左右时，导弹瞄准两点源的中间点。若取K=1.2时，β取不同值反辐射导弹导引头瞄准方向随相位差Δφ的变化曲线如图6所示。由图可以看出，随着β值的增大，导弹的瞄准方向偏向于诱饵，这是由于诱饵的功率渐大于雷达的功率，反辐射导弹导引头跟踪功率重心从而逼近诱饵，要注意的是，试验表明，当辐射源间的功率比大于1.25时，导引头将不再跟踪辐射源的功率重心，而是跟踪功率大的辐射源，只是偶尔跟踪功率重心，稍有扰动就立刻跟踪功率大的辐射源。
图5 β＝1时导引头瞄准方向变化曲线
3.3 两点源间距的选择
反辐射武器攻击目标时分为两个阶段。当离目标较远时，两点源还都在导引头的分辨角θR范围内，导引头将跟踪二者的合成辐射场的法线方向；当反辐射导弹抵近目标飞行时，两点源与导引头瞄准轴方向之间的夹角变大，当增加到一定程度越过阈值即θ≥θR时(θ为ARM与两点源的夹角)，反辐射导弹可以分辨出两个辐射源，此时导引头稳定跟踪单一目标雷达或诱饵。
图6 K=1.2时导引头瞄准方向变化曲线
在反辐射导弹分辨出目标后，将以最大过载修正初始误差。此时，若两点源间距足够大时，反辐射导弹能够较早分辨出目标，从而有足够的时间修正误差，最终有可能击中目标；若两点源间距很小，反辐射导弹只能在离目标较近的距离上分辨出两点源，由于反辐射导弹的速度很快，其过载能力有限，很难在短距离内修正误差，但因为两点源的间距小，反辐射导弹在击中两点源之间某处时，有可能其中一个点源在导弹的杀伤半径内，也会达到毁伤目标的目的。因此，选择合适的两点源间距很重要。
反辐射导弹在达到临界点时，即θ≥θR时，会稳定跟踪两点源中的其中一个，在导引期间能修正误差距离为：
Δx=12jmaxr2v2rel
(7)
式中：jmax=nmaxg，nmax为反辐射导弹最大过载，g为重力加速度；
vrel为反辐射导弹径向速度；r为反辐射导弹到O′点的距离。
当雷达和诱饵的载频、功率相同时，反辐射导弹的瞄准方向与两点源间的夹角相等，即瞄准方向是点源与反辐射导弹夹角的角平分线。如图7所示，图中α为反辐射导弹进攻角，O″(x″,0)为导弹以最大过载修正误差后的最终落点，θR为反辐射导弹分辨角。由图可得：
r=x′cos(α+θR/2)sin (θR/2)
(8)
对式(8)化简得：
x′=2d1+K(K+1)
(9)
导弹最终落点：
x″=x′－Δx
=2d1+K(K+1)－
12jmax2d1+K(K+1)cos(α+θR2)2vrelsinθR22
(10)
图7 雷达和诱饵相同时的瞄准方向
对某型反辐射导弹进行仿真，假设导弹向雷达所在的方向偏，取重力加速度g=9.8 m/s2，最大转弯过载nmax=8，导弹的径向速度vrel=1 200 m/s，导弹分辨角θR=12°，K=1。对导弹最终落点在进攻角α取不同值时随两点源间距的变化进行仿真，结果如图8所示。从图中可以看出，随着进攻角的增大，反辐射导弹离雷达距离会减小，是因为大攻击角情况下，导弹会有更多的时间修正误差。再取进攻角α＝55°，对导弹最终落点在分辨角θR取不同值时随两点源间距的变化进行仿真，结果如图9所示。从图中可以看出，随着θR的减小，反辐射导弹离雷达距离会减小，这是因为分辨角小时，导弹能够在较远的距离上分辨出目标，从而及时修正误差，且从仿真结果可以得到，分辨角对反辐射导弹的抗诱偏性能影响大。
图8 θR=12°时反辐射导弹的最终落点仿真
总体而言，从仿真情况来看，如选择的两点源间距过小，则有可能在反辐射导弹的杀伤半径内；如两点源间距过大，则反辐射导弹会在较远的距离上分辨出目标，进而对目标产生威胁。
图9 α=55°时反辐射导弹的最终落点仿真
4 结 语
通过上述分析可知，反辐射导弹抗诱偏能力取决于多个因素，如点源的工作波长、功率大小、两点源间距、导弹的进攻角以及分辨角等，在进行两点源诱偏辐射式仿真试验时，可通过设置适当的点源功率、点源间距、反辐射导弹的进攻角等项目，综合考评反辐射导弹的抗诱偏能力等作战性能，进而为装备的研制、改进提供参考。
参 考 文 献
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作者简介：
肖本龙 男,1984年出生，安徽繁昌人,助理工程师,硕士。主要研究方向为雷达对抗仿真。
杨黎都 男,1971年出生，河南洛阳人,高级工程师,硕士。主要研究方向为雷达对抗仿真。
张 程 男,1984年出生，吉林长春人,助理工程师。主要研究方向为雷达对抗仿真。
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