郭振坤

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第27研究所，鄭州 450047)

0 引言

現(xiàn)代機(jī)載預(yù)警雷達(dá)主要用于對(duì)空中、海面多個(gè)目標(biāo)的早期預(yù)警，它采用脈沖多普勒和有源相控陣技術(shù)，通過(guò)電子方法實(shí)現(xiàn)天線波速指向在空間的轉(zhuǎn)動(dòng)或掃描，實(shí)現(xiàn)對(duì)空中飛行器的探測(cè)和跟蹤[1]。從作戰(zhàn)使命看，雷達(dá)在方位上的搜索范圍應(yīng)該是360°全方位，才能滿足預(yù)警探測(cè)和指揮引導(dǎo)功能的需要。然而在實(shí)際工作中，由于載機(jī)升空飛行對(duì)電磁波遮擋反射的影響[2]，以及相控陣?yán)走_(dá)電子掃描原理的特點(diǎn)，機(jī)載預(yù)警雷達(dá)在360°方位上的探測(cè)能力是不盡相同的;同時(shí)，其探測(cè)性能與配試目標(biāo)機(jī)之相對(duì)航向、航速也有密切的關(guān)聯(lián)。

機(jī)載預(yù)警雷達(dá)在檢飛試驗(yàn)中，如何合理設(shè)計(jì)載機(jī)和配試目標(biāo)機(jī)航線，實(shí)現(xiàn)分方向統(tǒng)計(jì)探測(cè)距離，滿足雷達(dá)對(duì)多方位目標(biāo)探測(cè)能力檢飛的需求，全面真實(shí)的考察機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的探測(cè)威力[3]，是外場(chǎng)檢飛試驗(yàn)中的一項(xiàng)重要工作。

1 雷達(dá)多方位檢飛需求

首先，從作戰(zhàn)需求來(lái)說(shuō)，全方位搜索才能對(duì)敵方多架次全方位入侵時(shí)不遺漏目標(biāo);同時(shí)，對(duì)載機(jī)本身的安全警戒亦要求對(duì)100 km安全線上全方位的連續(xù)監(jiān)視，以防備敵機(jī)或敵方導(dǎo)彈對(duì)載機(jī)本身的偷襲。其次從引導(dǎo)任務(wù)看，敵方目標(biāo)來(lái)襲方向與我方攔截機(jī)出動(dòng)方向不同，可以相差180°，因此機(jī)載預(yù)警雷達(dá)不可能像戰(zhàn)斗機(jī)多功能雷達(dá)那樣只照射前半球，預(yù)警雷達(dá)在引導(dǎo)多批戰(zhàn)斗機(jī)的同時(shí)，又要保持搜索警戒，更要求具有全方位的監(jiān)視能力[4]。

其次，雖然機(jī)載預(yù)警雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)360°的方位覆蓋，但雷達(dá)陣面電掃描角不宜大于 ±60°，覆蓋360°需要3個(gè)陣面。受T/R組件數(shù)量和在天線陣面上排列間距的影響，天線有效口徑及天線增益隨波束掃描角增大而降低，導(dǎo)致作用距離和測(cè)量精度變差。相控陣?yán)走_(dá)波束在掃離陣面法線時(shí)，增益按cosφ(φ為波束偏離法線方向的角度)降低，波束寬度則反之按1/cosφ增大。如要求陣面掃描±60°，則收發(fā)雙程天線增益在±60°處下降6 dB[5]。為了使雷達(dá)在360°環(huán)掃中具有相同的探測(cè)威力與測(cè)向精度，則要求在每一陣面掃描離開(kāi)法線時(shí)相應(yīng)降低掃描角速率，以增大波束對(duì)目標(biāo)的駐留時(shí)間，通過(guò)更多回波脈沖的積累來(lái)挽回天線增益的損失，即由原來(lái)的 n0增加至 ns，ns=n0/cos2(φmax)。

當(dāng)φmax分別等于45°和60°時(shí)，波束駐留時(shí)間應(yīng)增加至2n0和4n0[6]。因此，對(duì)補(bǔ)償后雷達(dá)實(shí)際探測(cè)能力需要進(jìn)行飛行驗(yàn)證。

第三，受載機(jī)升空飛行的影響，雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)會(huì)受到機(jī)身、垂尾和機(jī)翼的遮擋，以及垂尾和機(jī)翼存在反射和地面的多徑效應(yīng)等，這些因素都會(huì)影響機(jī)載預(yù)警雷達(dá)對(duì)不同方位目標(biāo)的探測(cè)能力。

第四，參考有關(guān)國(guó)軍標(biāo)中對(duì)空情報(bào)雷達(dá)檢飛方法，配試目標(biāo)機(jī)相對(duì)雷達(dá)的航向角(含向、背站航向角)應(yīng)保持恒定，誤差應(yīng)小于 2°[7]。

綜上所述，機(jī)載預(yù)警雷達(dá)在進(jìn)行外場(chǎng)飛行試驗(yàn)時(shí)，需要合理安排配試目標(biāo)機(jī)的檢飛航線，以典型角度進(jìn)入預(yù)警雷達(dá)探測(cè)區(qū)域，檢查雷達(dá)對(duì)多方位目標(biāo)的探測(cè)性能，進(jìn)而評(píng)估機(jī)載預(yù)警雷達(dá)在360°全方位覆蓋的探測(cè)能力。

2 檢飛航線設(shè)計(jì)

2.1 航線設(shè)計(jì)原則

一般說(shuō)來(lái)，檢飛航線設(shè)計(jì)遵循的原則是:

(1)檢飛測(cè)路應(yīng)便于檢飛的指控和安全操作;

(2)航路的有效區(qū)段應(yīng)采用同一高度同一速度平穩(wěn)飛行，以保證數(shù)據(jù)的有效性;

(3)航線的長(zhǎng)度應(yīng)滿足近端小于雷達(dá)的探測(cè)盲區(qū)，遠(yuǎn)端應(yīng)超過(guò)雷達(dá)最大探測(cè)距離指標(biāo)要求的20%，使航線能夠覆蓋雷達(dá)的整個(gè)探測(cè)區(qū)段;

(4)盡量占用較少的檢飛空域;

(5)應(yīng)能夠用較少的架次獲取盡可能多的檢飛數(shù)據(jù)樣本量。

2.2 航路設(shè)計(jì)

2.2.1 等飛行條件

等φ飛行示意圖如圖1所示，設(shè)雷達(dá)載機(jī)A由A點(diǎn)向A'點(diǎn)勻速飛行，飛行速度為VA;目標(biāo)機(jī)T同步由B點(diǎn)向B'點(diǎn)勻速飛行，飛行速度為VT。飛行過(guò)程中，雷達(dá)對(duì)目標(biāo)機(jī)T進(jìn)行探測(cè)，為考核在典型角度下雷達(dá)探測(cè)性能，就要求在飛行試驗(yàn)過(guò)程中目標(biāo)機(jī)相對(duì)載機(jī)雷達(dá)的掃描角度φ始終保持不變，并且徑向速度保持始終不變，還有載機(jī)A和目標(biāo)機(jī)T的初始位置A、B點(diǎn)間距離滿足雷達(dá)最大探測(cè)距離要求。

為保持等φ飛行，根據(jù)正弦定理，目標(biāo)機(jī)T飛行航向角ψ由式(1)確定，

式中，VT為目標(biāo)機(jī)的速度;ψ為飛行航向角，其定義如圖1所示。

圖1 等φ飛行示意圖

由式(1)可得

由式(2)解得的 ψ 為雙值 ψ1和 ψ2，ψ1＜90°，ψ2＞90°，前者徑向速度為正，后者為負(fù)。

進(jìn)一步分析還可以得出以下結(jié)果:

目標(biāo)機(jī)相對(duì)載機(jī)的徑向速度為

2.2.2 徑向速度(VTR)為正的航路

a)對(duì)角線航路

對(duì)角線檢飛航路的示意圖如圖2所示。A0A1A0為載機(jī)航線，B0B1B0為目標(biāo)機(jī)航線。載機(jī)航線的有效區(qū)段為A0O和A1O，目標(biāo)機(jī)航線的有效區(qū)段為B0O和B1O。

圖2 對(duì)角線試飛航路

當(dāng)滿足等φ飛行條件式(1)時(shí)，即VTsin ψ=VAsin φ，這里有

利用式(4)～(6)可以估計(jì)所需空域的范圍。

設(shè):

R0=440 km，VA=180 m/s，VT=270 m/s，φ =60°。

則:

ψ =35.3°，B0O=383 km，A0O=255 km。

這需要一個(gè)約800 km×500 km的飛行空域。

b)K型航路

對(duì)角線航路需要較大的飛行空域。飛行空域受限時(shí)，采用的K型航路如圖3所示。K型航路可以看作是將圖2中的OB1段目標(biāo)機(jī)航線以A0A1為軸折疊于B0O同側(cè)。一個(gè)約400 km×400 km的空域即可滿足要求。

圖3 K型航路

2.2.3 徑向速度(VTR)為負(fù)的航路

a)航路參數(shù)

當(dāng)載機(jī)由A0飛至O時(shí)，目標(biāo)機(jī)由B0飛至B1，并保持等φ飛行狀態(tài)，如圖4所示。OB1對(duì)應(yīng)于雷達(dá)最大探測(cè)距離R1。等φ飛行的條件是

注意式(7)中ψ1的定義與圖2有所不同，為互補(bǔ)關(guān)系。由于

利用式(8)可確定目標(biāo)機(jī)的切入點(diǎn)B0。

圖4 負(fù)VTR航路參數(shù)

b)航路設(shè)計(jì)

一種雙K型負(fù)徑向速度飛行航路，如圖5所示。在一個(gè)飛行周期內(nèi)，載機(jī)的航線為A0A1A0，目標(biāo)機(jī)的航線為B0B1B'0B'1B0。目標(biāo)機(jī)飛行的有效區(qū)段為B0B1和 B'0B'1。

圖5 雙K型航路

3 仿真驗(yàn)證

取2.2.2中“a)對(duì)角線航路”里的計(jì)算值進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

在圖2中，設(shè)雷達(dá)載機(jī)航線為A0A1，配試目標(biāo)機(jī)航線為 B0B1，航線相交點(diǎn)設(shè)為 O，A0距O點(diǎn)為255 km，B0距O點(diǎn)為383 km，A0和B0相距440 km。

在t0時(shí)刻，雷達(dá)載機(jī)由A0點(diǎn)向O點(diǎn)飛行，飛行速度為VA=180 m/s，目標(biāo)機(jī)由B0點(diǎn)向O點(diǎn)飛行，飛行速度為VB=270 m/s，相對(duì)載機(jī)的航向角ψ=35.3°。采用仿真驗(yàn)證在試驗(yàn)飛行時(shí)，雷達(dá)對(duì)目標(biāo)機(jī)的探測(cè)角度和探測(cè)距離隨飛行時(shí)間的變化情況。

飛行過(guò)程中，載機(jī)、目標(biāo)機(jī)和O構(gòu)成一個(gè)三角形，保持目標(biāo)機(jī)相對(duì)載機(jī)航線的飛行航向角為ψ=35.3°時(shí)，運(yùn)用正弦定理，可以計(jì)算出雷達(dá)對(duì)目標(biāo)機(jī)的探測(cè)角度φ。

經(jīng)計(jì)算機(jī)仿真后，雷達(dá)對(duì)目標(biāo)機(jī)的探測(cè)角度和探測(cè)距離隨飛行時(shí)間的變化情況如圖6所示。

圖6 雷達(dá)探測(cè)角度、距離隨飛行時(shí)間變化圖

圖6中，橫軸為飛行時(shí)間，即飛機(jī)由遠(yuǎn)點(diǎn)A0、B0飛到O點(diǎn)的時(shí)間，細(xì)線為飛行過(guò)程中雷達(dá)探測(cè)距離隨時(shí)間變化情況，從440 km到最小探測(cè)距離的覆蓋，粗線為雷達(dá)在整個(gè)探測(cè)過(guò)程中對(duì)配試目標(biāo)機(jī)探測(cè)角度變化情況，始終為60°左右保持不變。實(shí)現(xiàn)了原定的對(duì)雷達(dá)陣面60°夾角方向雷達(dá)探測(cè)威力檢飛樣本需求。

同樣，也可設(shè)計(jì)其他典型檢飛角度(如30°、45°等)的檢飛航線。

4 結(jié)語(yǔ)

載機(jī)和配試目標(biāo)機(jī)航線設(shè)計(jì)是外場(chǎng)檢飛技術(shù)的重要組成，也是試飛試驗(yàn)大綱編制、飛行架次計(jì)算的基礎(chǔ)。合理的檢飛航線不但可以全面檢測(cè)機(jī)載預(yù)警雷達(dá)的探測(cè)能力，并可以有效減少檢飛空域等檢飛資源對(duì)檢飛工作的限制，還能夠提高檢飛效率，在有限的載機(jī)檢飛架次里獲取更多的檢飛數(shù)據(jù)。所討論的等“φ”航線設(shè)計(jì)方法，為外場(chǎng)檢飛中的航線設(shè)計(jì)提出了理論基礎(chǔ)，并在某機(jī)載預(yù)警雷達(dá)檢飛中得到了運(yùn)用，合理可行，對(duì)后繼機(jī)載預(yù)警雷達(dá)檢飛具有指導(dǎo)作用。

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