無人飛艇模擬反輻射武器攻擊模式方法研究

2012-12-21 08:50:08張部生范秋虎柴克軍

裝備制造技術 2012年6期

張部生，范秋虎，柴克軍

（1.軍械工程學院光學與電子工程系，河北石家莊050000；2.解放軍63880部隊，河南洛陽471003）

反輻射武器是一種集偵察、抗干擾、摧毀于一體的電子硬殺傷武器，在現代戰爭中的作用已越來越突出，受到了普遍的關注與重視。隨著其在電子戰中的廣泛應用，雷達防御系統相應對抗技術也迅速發展，其中雷達有源誘偏技術，便是對抗反輻射武器的有效手段之一。

目前在考核反輻射武器抗誘偏能力及誘偏系統對反輻射武器誘偏能力時，采用全過程數學仿真，成本較低，可重復進行，但建立具有說服力的數學模型難度較大；實彈打靶可信度高，但耗費過大。若采用無人飛艇掛載反輻射導引頭，使飛艇根據導引頭實時輸出的導引信號（通常為目標視線角及其變化率），控制平臺在導引頭輸出信息的引導下，攻擊期望的目標，可實現對反輻射武器攻擊過程的動態模擬。

試驗過程中，利用無人飛艇在攻擊過程中可以拉起再次進入巡航狀態的特性，即當飛艇攻擊目標時，在即將落地前將其拉起，進行再次的攻擊，可以進行多次的飛行試驗，得到充分的數據，然后利用數據推算仿真完成飛行，得出彈著點，以評估反輻射武器抗誘偏能力或誘偏系統對反輻射武器誘偏能力。

此種利用飛艇掛飛試驗方法，易于組織，消耗低，風險小，可重復進行。本文將對試驗設計和數據處理方案進行研究和分析。

1 試驗設計與分析

1.1 導引控制方式設計

無人遙控飛艇模擬反輻射武器飛行，加裝反輻射導引頭與飛艇須形成一個閉環控制鏈路，才能實現飛艇在反輻射導引頭引導下對多點源進行測向、跟蹤和攻擊。

反輻射武器的制導規律，一般分為直線瞄準和比例導引兩種形式。其中直線瞄準法，屬于對彈軸相對于目標視線的角位置進行控制的情況，采用彈軸相對于目標視線的夾角為零的導引方法；而比例導引法，則屬于對彈軸相對于目標視線的角速率進行控制的情況。

前一種直線瞄準法，按照飛艇控制通道，可分為縱向控制律（控制垂直軌跡）和橫側向控制律（控制水平軌跡）。其中橫側向控制律，采用彈軸相對于目標視線的夾角為零的導引方法；縱向控制律，根據飛艇彈軸相對于目標視線的夾角大小，分為兩個控制階段，當飛艇彈軸相對于目標視線的夾角?。ň嚯x目標較遠）時，采用彈軸與目標視線的夾角為常數的方法，該方法較直接瞄準法的彈道特性有改善，當飛艇彈軸相對于目標視線的夾角大于一定閥值（距離目標近）時，再采用彈軸與目標視線的夾角為零的導引方法，模擬攻擊目標。

后一種比例導引法對于飛艇來說，由于對外界擾動（如風場）比較敏感，速度又較低，很難實現類似反輻射武器（導彈）的精確控制。在導引初始階段，彈軸相對于目標視線的角速率，實際上變化很小（有可能與導引頭的測量誤差屬于同一個量級），比例導引產生的導引控制量也很小，甚至相當于舵面的間隙量，這很容易被外界擾動淹沒，所以直接的比例導引法效果很難體現，可能還會帶來一定的試驗風險。

因此，試驗選用直線瞄準法對飛艇進行控制。下圖1所示為采用直線瞄準法的縱向彈道（垂直軌跡）仿真曲線，初始高度300 m，距離目標距離6 000 m，圖中前段為彈軸與目標視線的夾角為常數（10°）的控制階段，后段為采用彈軸與目標視線的夾角為零控制階段。

圖1 飛艇縱向彈道（垂直軌跡）仿真曲線圖

反輻射導彈的典型控制彈道如圖2所示，對比飛艇縱向彈道，飛艇基本能夠實現反輻射武器攻擊過程，尤其是末端，飛艇安全俯沖角度最大也能達到30°～40°，當然由于二者之間速度、過載之間的巨大差異，飛艇試驗效果不能完全模擬反輻射平臺，但結合數據推算等手段去修正試驗數據，是可以實現二者之間更大程度的逼近。

圖2 反輻射導彈縱向彈道仿真曲線

1.2 試驗方法設計

反輻射導引頭的分辨角有一定范圍，反輻射武器攻擊多點源誘偏系統的過程，可以分成兩個階段。

第一階段，反輻射武器距離誘偏系統比較遠，各點源與導引頭夾角較小，都在導引頭的視場范圍內，此時反輻射武器追蹤誘偏系統的功率質心飛行。

第二階段，反輻射武器逐漸接近誘偏系統，各點源與導引頭的夾角不斷變大，并依次脫離導引頭視場，最終導引頭鎖定一個目標穩定跟蹤，引導反輻射武器以一定的過載攻擊該目標。此階段是一個逐步分離的過程。

由此可知，在反輻射武器攻擊多點源誘偏系統的過程中，導引頭視場角內總會經過由多點源變成三點源、兩點源和單點源情形[4]。

定義反輻射武器最終跟蹤兩點源攻擊過程中，兩點源與反輻射武器夾角等于反輻射導引頭分辨角時反輻射武器所在的空間位置，為空間分離點位置。在這一時刻，兩點源中必有一個脫離導引頭視場，此時導引頭跟蹤某一輻射源，反輻射武器以最大過載向此點源方向轉彎[5]。如空間分離點位置已知，反輻射武器最終落點只與其運動特性、攻擊角與導引頭分辨角有關。

因此，飛行試驗思路是利用飛艇搭載反輻射導引頭將典型作戰態勢下的空間分離點位置測出，根據反輻射導引頭此時輸出的目標角度信息，結合反輻射武器的角分辨力、速度、過載等參數，推算反輻射武器彈著點。

試驗中有源誘偏系統按四點源布站，據此布局設定數條飛艇航線，搭載反輻射導引頭的飛艇模擬實際戰場環境下正面攻擊、側面攻擊及后方攻擊等多種攻擊態勢，飛艇按預先設定航線、高度飛行，導引頭發現目標后，由導引頭控制飛艇模擬反輻射武器攻擊線路飛行，待下降至某一最低安全高度時，切斷閉環控制，飛艇拉起，重復試驗數次。

2 試驗數據處理

飛艇速度慢，過載小，在距離目標很近的情況下，仍可能在導引頭引導下向輻射源偏轉，而導彈、無人機等平臺由于自身速度、過載能力不同，可能在一定高度就已經無法實施機動了，因此要得到反輻射武器實際彈著點，就需要根據飛艇飛行試驗結果進行數據處理。

在飛艇臨近飛行過程中，反輻射導引頭視場范圍內僅存在兩點源且處于臨界分辨時，如圖3所示。

圖3 反輻射武器偏轉攻擊落點示意圖

A為反輻射武器空間位置，O1、O2為兩點源位置，L為兩點源距離，L’為瞄準點與O1點源（O2點源）距離，r1與r2為兩點源到空間分離點距離，根據反輻射導引頭此時輸出的目標角度信息，結合反輻射武器的角分辨力、速度、過載等參數，推算彈著點B。

設O1點為反輻射武器在分辨開兩點源后最終選擇攻擊的目標，以反輻射導引頭瞄準點O0點為原點建立坐標系，A點（xa，ya）、O0點（0，0）、O1點（x1，0）在一個平面內；若O2點為反輻射武器在分辨開兩點源后最終選擇攻擊的目標，以反輻射導引頭瞄準點O0點為原點建立坐標系，A點、O0點、O2點（x2,0）在一個平面內（此平面與反輻射武器攻擊O1點的平面不一定在同一平面內），反輻射導引頭瞄準線與Y軸的夾角為β，落點為O0O1線上一點B（x，0）或O0O2線上B’（-x，0）。

根據空間位置關系建立方程