劉尊洋,沈 陽,李修和,冉金和

(電子工程學(xué)院,合肥 230037)

0 引言

激光角度欺騙干擾是激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器的主要對抗手段,其干擾效能直接關(guān)系到被保護(hù)目標(biāo)的生存概率,準(zhǔn)確評估激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器的角度欺騙干擾效果,可以為干擾設(shè)備設(shè)計(jì)、干擾方案優(yōu)化等工作提供重要參考,因而具有重要軍事價(jià)值。近年來,相關(guān)學(xué)者針對這一問題開展了一系列的研究,并取得了重要進(jìn)展[1-8]。但現(xiàn)有研究一般主要針對干擾效果的部分影響因素進(jìn)行理論分析,考慮因素尚不夠全面。例如,尚未見關(guān)于干擾延遲時(shí)間以及能量對比度對干擾效果影響的建模分析,在計(jì)算欺騙干擾引偏成功率時(shí)僅考慮了超前同步干擾對首脈沖制導(dǎo)的干擾的成功概率,未考慮導(dǎo)引頭采取其他制導(dǎo)模式時(shí)的干擾效果,而且尚未見關(guān)于角度欺騙干擾效果評估指標(biāo)體系建立的研究報(bào)道。

文中結(jié)合激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器攻擊及欺騙干擾原理,建立了激光欺騙干擾引偏成功率評估指標(biāo)體系以及計(jì)算模型,進(jìn)一步綜合各指標(biāo)計(jì)算激光欺騙干擾的引偏成功率,以及激光欺騙干擾對激光半主動(dòng)制導(dǎo)攻擊殺傷概率的影響。然后,介紹了干擾效果評估的基本流程并結(jié)合具體的實(shí)例利用文中方法分析了主要干擾因素對干擾效果的影響。

1 干擾效果評估指標(biāo)與計(jì)算模型

1.1 評估指標(biāo)體系

激光半主動(dòng)制導(dǎo)干擾主要涉及威脅告警、編碼識別、干擾時(shí)機(jī)、模式匹配以及波長、空域、能域等因素,因此為了綜合評估激光欺騙干擾的效能,建立了激光欺騙干擾效果評估指標(biāo)體系如圖1所示。

1.2 指標(biāo)含義及計(jì)算模型

1.2.1 告警成功率

制導(dǎo)激光一般直接照射攻擊目標(biāo),告警系統(tǒng)主要通過探測制導(dǎo)激光的離軸散射光實(shí)現(xiàn)告警,因此當(dāng)告警系統(tǒng)距離敵攻擊目標(biāo)超過一定范圍時(shí)將無法實(shí)施有效告警,此處做一定簡化,假設(shè)告警頭在距離敵攻擊目標(biāo)r0之內(nèi)可以有效告警,否則無法告警,則告警成功率指標(biāo)Sa為：

(1)

1.2.2 時(shí)域相關(guān)度

欺騙干擾的時(shí)機(jī)對干擾效果有較大影響,且隨著延遲時(shí)間越長對干擾效果影響越嚴(yán)重,文中使用時(shí)域相關(guān)度St指標(biāo)評價(jià)干擾時(shí)機(jī)對干擾效果的影響。假設(shè)目標(biāo)指示器發(fā)光時(shí)間為0時(shí)刻,干擾機(jī)實(shí)施干擾的時(shí)間區(qū)間為t(通常情況下t>0)。因此僅考慮時(shí)間因素,干擾激光延遲時(shí)刻越短干擾效果越好。假設(shè)激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器在指示激光發(fā)出后T到達(dá)攻擊目標(biāo),則時(shí)域相關(guān)度指標(biāo)可表示如下:

(2)

1.2.3 波長一致性

光學(xué)系統(tǒng)的選擇透過性以及探測器的選擇響應(yīng)性決定只有干擾波長λj與目標(biāo)指示激光波長λg相同才能夠產(chǎn)生干擾效果。因此波長一致性指標(biāo)可以表述為:

(3)

1.2.4 空域相關(guān)度

空域相關(guān)度指標(biāo)主要用于判斷干擾激光能否進(jìn)入導(dǎo)引頭視場,主要和假目標(biāo)距離保護(hù)目標(biāo)的距離相關(guān)[9]。假設(shè)導(dǎo)引頭半視場角為φ,視場中心正對攻擊目標(biāo),導(dǎo)引頭距攻擊目標(biāo)L,則為滿足空間匹配條件激光欺騙假目標(biāo)距離敵攻擊目標(biāo)最大距離d0需要滿足:

d0=L·tan(φ)

(4)

干擾空域相關(guān)度指標(biāo)Sd可以用下式計(jì)算:

(5)

1.2.5 碼型匹配度

干擾激光與目標(biāo)指示激光碼型是否匹配是決定干擾成功與否的重要因素,干擾激光與目標(biāo)指示激光碼型匹配度主要由告警系統(tǒng)的解碼成功率決定,碼型匹配指標(biāo)可以由下式?jīng)Q定。

Sc=kcSec

(6)

式中:Sc為碼型匹配度,Sec為解碼成功率,可以根據(jù)解碼結(jié)果與接收到的指示信號匹配程度計(jì)算;kc為比例系數(shù)。

1.2.6 模式匹配度

激光導(dǎo)引頭內(nèi)部信號處理部件普遍采用時(shí)間波門技術(shù)來提高導(dǎo)引頭的抗干擾性能[10],此外,為了減少干擾光對制導(dǎo)的影響,導(dǎo)引頭會(huì)采取一定的檢測模式對時(shí)間波門內(nèi)的信號進(jìn)行取舍,常用的有首脈沖檢測和末脈沖檢測兩種模式。相應(yīng)的激光欺騙干擾模式可分為首脈沖干擾、末脈沖干擾和雙脈沖干擾3種模式。需要說明的是,由于激光器重頻抖動(dòng)等原因,干擾激光只能以一定概率實(shí)現(xiàn)超前或滯后目的。

模式匹配度指標(biāo)計(jì)算的就是不同干擾模式對各種制導(dǎo)模式的模式匹配度及其對干擾效果的影響程度,文中根據(jù)經(jīng)驗(yàn),設(shè)定干擾模式匹配指標(biāo)為:

(7)

式中:mg為導(dǎo)引頭檢測模式,取值1和2分別表示導(dǎo)引頭采用首脈沖檢測和末脈沖檢測模式;mj為干擾機(jī)工作模式,取值1、2和3分別表示干擾機(jī)采用首脈沖干擾、末脈沖干擾和雙脈沖干擾模式。

1.2.7 能量對比度

由于激光制導(dǎo)武器導(dǎo)引頭采用自動(dòng)增益控制(AGC)電路進(jìn)行信號處理[11],所以如果干擾激光能量大于目標(biāo)指示激光回波能量,則導(dǎo)引頭收到干擾信號后根據(jù)干擾激光能量降低系統(tǒng)增益,則可能導(dǎo)致在增益回復(fù)之前都無法檢測目標(biāo)指示激光信號。假設(shè)導(dǎo)引頭表面接收到的干擾激光的照度為Ej,導(dǎo)引頭表面接收到的目標(biāo)回波照度為Es,則干擾與指示信號照度比Ec如式(8)所示,能量對比度指標(biāo)Sp如式(9)所示:

Ec=Ej/Es

(8)

(9)

式中,Kj為干擾系數(shù)。

1.3 綜合干擾效果評估

1.3.1 引偏成功率

由于各指標(biāo)為串行關(guān)系,使用加權(quán)積方法計(jì)算綜合干擾效果,即引偏成功率:

(10)

式中:wa為告警成功率相關(guān)指標(biāo)Sa的權(quán)值;wt為時(shí)域相關(guān)指標(biāo)St的權(quán)值;wλ為波長一致指標(biāo)Sλ的權(quán)值;wd為空域相關(guān)指標(biāo)Sd的權(quán)值;wc為碼型匹配指標(biāo)Sc的權(quán)值;wm為模式匹配指標(biāo)Sm的權(quán)值;wp為能量對比度指標(biāo)Sp的權(quán)值。

1.3.2 殺傷概率下降程度

以制導(dǎo)武器殺傷概率下降程度為指標(biāo),則干擾效果可表示為:

(11)

式中:P為干擾效果,P0為無干擾時(shí)激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器對目標(biāo)的殺傷概率,Pj為實(shí)施干擾后激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器對目標(biāo)的殺傷概率,可用下式計(jì)算:

Pj=(1-Pcs)P0+Pcs·P1

(12)

式中:Pcs為引偏成功率,P1為制導(dǎo)武器被引偏后對真實(shí)目標(biāo)的殺傷概率。

2 干擾效果評估流程及典型案例分析

2.1 干擾效果評估流程

干擾效果評估流程如圖2所示。首先獲取干擾效果評估計(jì)算所需的參數(shù)并完成參數(shù)的預(yù)處理等計(jì)算準(zhǔn)備工作;然后分別計(jì)算干擾效果評估的各項(xiàng)指標(biāo),設(shè)定指標(biāo)權(quán)重;最后綜合計(jì)算引偏成功率和殺傷概率下降程度等指標(biāo)評價(jià)角度欺騙干擾效果。

2.2 干擾效果評估案例分析

2.2.1 典型條件下干擾效果計(jì)算

假設(shè)典型條件下角度欺騙干擾效果評估的輸入?yún)?shù)如表1所示。則根據(jù)指標(biāo)計(jì)算模型可得典型條件下效能評估基本指標(biāo)值如表2所示。根據(jù)各干擾效果評估指標(biāo)對對干擾效果的影響的程度,結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)設(shè)定權(quán)值如表3所示。

圖2 激光欺騙干擾效果評估基本流程

參數(shù)參數(shù)值物理意義r/m50告警頭與保護(hù)目標(biāo)距離r0/m70有效告警范圍T/s20武器打擊時(shí)間t/s2干擾延遲時(shí)間λg/μm1.06指示激光波長λj/μm1.06干擾激光波長L/km10開始干擾時(shí)導(dǎo)引頭距離φ/(°)10導(dǎo)引頭視場角d0/m80假目標(biāo)與保護(hù)目標(biāo)距離Sec/%92激光告警設(shè)備解碼成功率kc1比例系數(shù)mg1導(dǎo)引頭檢測模式mj1干擾模式Ec2.3干信比(干擾與指示信號照度比)Kj0.95干擾系數(shù)

表2 效能評估基本指標(biāo)

表3 效能評估權(quán)重設(shè)置

利用論文指標(biāo)聚合模型,計(jì)算得到在上述條件下引偏成功率為70.4%。假設(shè)無干擾時(shí)激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器對目標(biāo)的殺傷概率P0為90%,實(shí)施干擾后激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器對目標(biāo)的殺傷概率Pj為2.6%,則干擾效果為68.3%。

圖3 主要指標(biāo)變化對干擾效果的影響

2.2.2 主要影響因素分析

實(shí)戰(zhàn)過程中一般按照一定戰(zhàn)術(shù)要求部署告警頭和假目標(biāo)以確保告警成功率和干擾目標(biāo)與保護(hù)目標(biāo)能夠同時(shí)進(jìn)入導(dǎo)彈導(dǎo)引頭視場,而且激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器所使用的波長比較固定。一般情況下,對干擾效果影響比較多的因素主要是時(shí)域相關(guān)度、碼型匹配度、模式匹配度和能量對比度4個(gè)指標(biāo),下面以針對上述主要影響指標(biāo),分別分析其對干擾效果的影響。分析時(shí),假定其他輸入條件同表1,權(quán)重設(shè)置同表3,分別分析上述4個(gè)指標(biāo)對應(yīng)參數(shù)變化時(shí)干擾效果的變化規(guī)律,如圖3所示。

首先結(jié)合4個(gè)子圖分析具體指標(biāo)變化對干擾效果的影響情況:觀察圖3(a)可以發(fā)現(xiàn),隨著干擾時(shí)間延遲增大,干擾效果逐漸下降,且下降速度呈現(xiàn)先慢后快規(guī)律,在時(shí)延接近導(dǎo)彈攻擊時(shí)間時(shí)干擾效果迅速下降為0,說明在實(shí)施干擾時(shí)應(yīng)當(dāng)盡可能減小干擾時(shí)延,因此需要盡可能提高系統(tǒng)的告警和解碼效率;觀察圖3(b)可以發(fā)現(xiàn),干擾效果隨碼型匹配度增大而增加,因此提高情報(bào)處理部分的解碼能力可以有效提高干擾效果;觀察圖3(c)可以發(fā)現(xiàn),干擾效果隨模式匹配度增大而增加,所以,在實(shí)施干擾時(shí),采取正確的干擾模式對干擾效果有較大影響,另外,由于難以直接通過偵察掌握導(dǎo)引頭的工作模式,可以在條件允許時(shí)通過采取雙脈沖干擾方式來提高干擾成功率;觀察圖3(d)可以發(fā)現(xiàn),干擾效果隨干信比的增大呈分段變化規(guī)律,在干信比小于0.5時(shí)和大于2.0時(shí)均恒定不變,在二者之間時(shí),則隨干信比增大而增大,據(jù)此在實(shí)施干擾時(shí),如果可以控制干擾激光能量,使干信比稍大于2.0則可以達(dá)到較好的干擾效率,如果無法獲取準(zhǔn)確的干信比,則應(yīng)盡可能提高干擾激光能量。另外,綜合圖3的4個(gè)子圖可以發(fā)現(xiàn),殺傷概率下降程度與引偏成功率呈正相關(guān)關(guān)系,且始終稍低于引偏成功率,說明引偏成功可以降低敵激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器的殺傷概率,同時(shí)由于成功引偏后也存在對真實(shí)目標(biāo)毀傷的可能,所以殺傷概率下降程度始終低于引偏成功率。

3 結(jié)束語

文中結(jié)合激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器打擊和激光角度欺騙干擾的原理,建立了比較系統(tǒng)全面的激光欺騙干擾效果評估指標(biāo)體系和計(jì)算模型,介紹了干擾效果評估基本流程,并結(jié)合典型數(shù)據(jù)分析了主要指標(biāo)對干擾效果的影響,結(jié)果表明,縮短干擾反應(yīng)時(shí)間、提高碼型匹配度、增加干擾功率以及提高模式匹配度或使用雙脈沖干擾方式都可以提高干擾效果。該研究結(jié)論對綜合評估角度欺騙干擾效果和有效實(shí)施激光角度欺騙干擾具有一定的參考價(jià)值。

此外,該項(xiàng)研究重點(diǎn)在于構(gòu)建角度欺騙干擾效果評估指標(biāo)體系與綜合評估方法,因此對于部分指標(biāo)的計(jì)算采取了一定的簡化措施,下一步工作可以針對告警成功率、空域相關(guān)度、模式匹配度等具體指標(biāo)的計(jì)算模型開展深入研究,建立更加準(zhǔn)確可靠的計(jì)算模型,提高干擾效果評估的精確度。