一種基于多門限的周視激光引信抗干擾方法研究

摘 要：提出了一種基于多門限的周視激光引信抗干擾方法，通過理論分析、軟件仿真和試驗(yàn)確 定了云霧干擾和目標(biāo)的回波特性，據(jù)此設(shè)計(jì)了一種能夠應(yīng)對(duì)云霧環(huán)境的抗干擾算法。軟件仿真和云 霧試驗(yàn)表明，多門限抗干擾技術(shù)在保證了對(duì)目標(biāo)探測(cè)能力的前提下，顯著提高了激光引信的抗云霧 干擾能力，在干擾環(huán)境下，引信具有一定的目標(biāo)識(shí)別能力。

關(guān)鍵詞：激光引信；云霧干擾；多門限

中圖分類號(hào)：TJ43+9.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-5048（2014）03-0020-04

StudyofNovelAntiInterferenceMethodforPanoramicLaser FuzeBasedontheMultiThreshold

YANGRuoyu，LIANGQian，YUHaishan

（ChinaAirborneMissileAcademy，Luoyang471009，China）

Abstract：Anovelantiinterferencemethodforpanoramiclaserfuzebasedonmultithresholdispro posedinthispaper.Thecharacteristicsoftargetechowavesandtheinterferencesarestudiedbytheoretic analysis，softwaresimulationandexperiments.Basedonthis，anantiinterferencealgorithm，whichcanad justthecircumstanceofcloudsandmist，isdesigned.Thesimulatingandexperimentalresultsshowthat， withtheassuranceoftargetacquisitioncapability，theantiinterferenceabilityofthelaserfuzeistremen douslyimprovedbythemultithresholdtechnique，andthefuzehascertaintargetacquisitionabilityunder thecircumstancesofinterference.

Keywords：laserfuze；cloudandmistinterference；multithreshold

0 引 言

激光引信因具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、體積小和 啟動(dòng)精度高等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)在各種型號(hào)的戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈武器 系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，但由于工作波段的原因，激 光引信也存在著受云霧等自然環(huán)境影響較大的局限 性，成為制約激光引信發(fā)展和應(yīng)用的“瓶頸”，因此， 如何提高激光引信的抗云霧干擾能力是一個(gè)亟待解 決的問題。國(guó)內(nèi)外對(duì)激光引信抗云霧干擾的研究主要集中于光電探測(cè)前端，如超窄脈沖激光收發(fā)技術(shù)、 多波段復(fù)合探測(cè)等，雖然這些方案能提高引信的抗 云霧干擾能力，但對(duì)于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)指標(biāo)卻提出 了更高的要求，引信成本和研制難度也會(huì)隨之加大。 結(jié)合現(xiàn)狀，本文擬在現(xiàn)有激光引信抗干擾技術(shù)的基 礎(chǔ)上尋求軟件突破。

傳統(tǒng)激光引信一般采用單一固定門限，利用過 門限連續(xù)脈沖的數(shù)量判斷目標(biāo)和干擾，這樣一來(lái)， 大量回波信息并未被有效利用，無(wú)法準(zhǔn)確區(qū)分目標(biāo) 與干擾。針對(duì)此現(xiàn)狀，通過對(duì)云霧和目標(biāo)的回波特 性展開分析，設(shè)計(jì)基于多門限的周視激光引信抗干 擾識(shí)別算法，提高激光引信的抗云霧干擾能力，使 其在干擾環(huán)境下也具有一定的目標(biāo)識(shí)別能力。

1 激光引信回波特性分析

1.1 飛機(jī)目標(biāo)

飛機(jī)是一個(gè)不規(guī)則多面幾何體，飛機(jī)目標(biāo)對(duì)于 導(dǎo)彈是驀然出現(xiàn)的，引信從無(wú)回波信號(hào)到獲得持續(xù) 多個(gè)具有一定變化趨勢(shì)的回波信號(hào)是突然的。

在引信探測(cè)目標(biāo)的過程中，首先會(huì)出現(xiàn)回波信 號(hào)從無(wú)到有的現(xiàn)象。由于目標(biāo)各個(gè)部位對(duì)激光的反 射截面不同，隨著交會(huì)的進(jìn)行，引信沿彈道獲得的 目標(biāo)回波序列呈現(xiàn)出圖1的變化趨勢(shì)。

另一方面，在彈目交會(huì)過程中，由于飛機(jī)是流 線型的體目標(biāo)，所以對(duì)引信的張角是有限且連續(xù)變 化的，引信在探測(cè)目標(biāo)直至給出引炸信號(hào)的過程中 一般不會(huì)有多個(gè)或不連續(xù)象限同時(shí)出現(xiàn)回波的情 況，飛機(jī)對(duì)引信的張角一般小于180°。

1.2 云霧干擾

云霧相對(duì)于飛機(jī)而言體積較大，基本處于靜止 不動(dòng)的狀態(tài)，這些懸浮粒子將均勻彌漫在彈體周圍， 因此，云霧對(duì)引信的張角往往大于180°。云霧邊緣 過渡平滑、自然，后向散射的強(qiáng)度隨云霧濃度緩慢變 化，通常不會(huì)產(chǎn)生突然增強(qiáng)或減弱的趨勢(shì)，如圖2 所示。

在相同作用距離處，具有穿透性的云霧等氣溶 膠粒子回波強(qiáng)度相對(duì)實(shí)體目標(biāo)較弱，而且距離引信 探測(cè)窗口越近的云霧對(duì)引信的影響越大，隨著距離 的增加，較遠(yuǎn)區(qū)域的云霧對(duì)引信的影響將顯著下降。

1.3 回波特征對(duì)比

（1）依據(jù)目標(biāo)和干擾回波的張角即形體特征， 可以認(rèn)為回波張角較小時(shí)由目標(biāo)造成，較大時(shí)認(rèn)為 引信工作在云霧環(huán)境下。

（2）云霧回波強(qiáng)度變化緩慢，而目標(biāo)回波往往 具有明顯的變化趨勢(shì)。因此可以利用回波超過門限 的速度來(lái)判斷目標(biāo)和干擾，如是緩慢上升的回波認(rèn) 為由云霧造成，反之則為目標(biāo)。

（3）雖然云霧也能造成較強(qiáng)的干擾回波，但它 畢竟是具有可穿透性的氣溶膠懸浮顆粒，一般情況 下在相同作用距離處云霧回波將顯著小于實(shí)體目 標(biāo)。故只要設(shè)置足夠高的門限，在絕大多數(shù)情況下 就可以保證近距目標(biāo)回波能夠越過該門限而云霧回 波卻不能。

2.1 多門限抗干擾技術(shù)應(yīng)用背景

為算法的實(shí)現(xiàn)搭建了激光引信模擬測(cè)試平臺(tái)， 包括發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)和信號(hào)處理系統(tǒng)。采用多 象限周向探測(cè)視場(chǎng)，目標(biāo)識(shí)別門限為1V，對(duì)該平臺(tái) 進(jìn)行目標(biāo)和云霧試驗(yàn)以確定幅值張角特征。

試驗(yàn)測(cè)得在4m處以人作為目標(biāo)對(duì)引信平臺(tái)的 回波為1V。使用激光引信系統(tǒng)全數(shù)字仿真軟件進(jìn) 行仿真，觀察各種彈目交會(huì)條件下目標(biāo)對(duì)引信產(chǎn)生 的回波張角變化情況，如表1所示。

在云霧室對(duì)引信平臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：其 幅值與理論計(jì)算結(jié)果基本吻合，云霧回波強(qiáng)度隨 著能見度的降低幅度變化較為緩慢，云霧回波在 各象限均存在，試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)云霧對(duì)引信平臺(tái)造成 的回波最大幅值約為2.4V。

2.2 抗干擾算法工作模式與門限設(shè)計(jì)

結(jié)合云霧和目標(biāo)回波的動(dòng)態(tài)特性，設(shè)計(jì)了使 用于不同環(huán)境下的三種工作模式：正常工作模式、 抗干擾工作模式以及小脫靶量工作模式。

（1）正常工作模式：未被干擾時(shí)的正常工作模 式，使用目標(biāo)門限檢測(cè)目標(biāo)，并使用低于目標(biāo)門限 的云霧門限檢測(cè)引信工作環(huán)境，當(dāng)幅度大于云霧 門限的回波張角小于120°時(shí)，認(rèn)為當(dāng)前無(wú)背景干 擾，此時(shí)若該回波幅值同時(shí)超過了目標(biāo)門限，則認(rèn) 為目標(biāo)存在。

（2）抗干擾工作模式：當(dāng)引信回波張角大于 120°且超過云霧門限時(shí)認(rèn)為處于干擾環(huán)境，引信進(jìn) 入抗干擾工作模式。此時(shí)同時(shí)抬高云霧門限和目 標(biāo)門限，在抗干擾工作模式下，當(dāng)幅度大于干擾中 云霧門限的回波張角小于120°時(shí)，認(rèn)為當(dāng)前背景 干擾較輕，此時(shí)若該回波幅值同時(shí)超過干擾中目 標(biāo)門限認(rèn)為目標(biāo)存在。

由于本文僅驗(yàn)證該算法的可行性而無(wú)具體探 測(cè)或抗干擾指標(biāo)限制，因此只要保證凈空環(huán)境下 的云霧門限、干擾環(huán)境下的云霧門限和干擾環(huán)境下 的目標(biāo)門限具有一定的區(qū)分度即可，與此同時(shí)，若 干擾環(huán)境下的目標(biāo)門限設(shè)置過高，將會(huì)降低引信 對(duì)云霧中目標(biāo)的識(shí)別能力，綜合考慮，將干擾中云 霧門限和目標(biāo)門限分別定為1V和2V。

（3）小脫靶量工作模式：若云霧強(qiáng)度繼續(xù)增大， 引信進(jìn)入小脫靶量工作模式，此時(shí)使用最高門限作 為判決門限，只要有回波超過該門限即認(rèn)為目標(biāo)存 在。由于該工作模式下僅有近距目標(biāo)回波能夠越過 門限，因此將其命名為小脫靶量工作模式。

小脫靶量工作模式的設(shè)計(jì)主要為了解決表1中 近距目標(biāo)回波張角有可能超過120°的情況，故要求 此時(shí)目標(biāo)回波能夠越過最高門限。激光引信的回波 強(qiáng)度公式：

Pr=PtT1T22ρ1rAr/2πR2 式中：Pr為接收功率；R為目標(biāo)到引信的距離。由 前文中4m處典型目標(biāo)回波為1V，可算得2m處 目標(biāo)回波為4V，這里只要保證2m處目標(biāo)能夠越 過最高門限而最濃云霧不能越過該門限即可，這 里取2m處目標(biāo)回波幅值與云霧回波最大值的均 值3.2V作為最高門限。

當(dāng)云霧回波超過目標(biāo)門限時(shí)，抗干擾工作模 式無(wú)法繼續(xù)識(shí)別目標(biāo)，然而此時(shí)小脫靶量工作模 式仍在正常工作。引信平臺(tái)從抗干擾工作模式進(jìn) 入小脫靶量工作模式后，類似于從凈空環(huán)境進(jìn)入 干擾環(huán)境后工作模式的轉(zhuǎn)變，目標(biāo)判決門限又一 次提高，因此激光引信的抗云霧干擾能力將得到 進(jìn)一步提升。

3.1 算法目標(biāo)識(shí)別能力驗(yàn)證

算法設(shè)計(jì)完成后，首先驗(yàn)證了它在凈空環(huán)境 下的目標(biāo)探測(cè)能力，本文采用激光引信系統(tǒng)全數(shù) 字仿真軟件對(duì)單門限算法和多門限抗干擾算法進(jìn) 行了仿真，仿真條件為：仿真參數(shù)設(shè)置和引信平臺(tái) 一致，以三代機(jī)作為目標(biāo)，導(dǎo)彈瞄準(zhǔn)點(diǎn)為飛機(jī)幾何 中心，相對(duì)速度為50～1300m/s，交會(huì)角為0°～ 180°。分別對(duì)1m，1.5m，2m，3m，4m，5m，6 m，7m脫靶量情況下不同彈目交會(huì)姿態(tài)共2400 條彈道進(jìn)行仿真，得到每條彈道的目標(biāo)回波幅值， 以多門限抗干擾算法對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行判別。激光 引信系統(tǒng)全數(shù)字仿真環(huán)境如圖5所示，仿真數(shù)據(jù)處 理結(jié)果如表2所示。

從表2中看出，多門限抗干擾算法和單門限算 法對(duì)目標(biāo)的啟動(dòng)概率完全一致，說(shuō)明兩種算法的 目標(biāo)探測(cè)能力相同。

3.2 算法抗干擾能力驗(yàn)證

結(jié)合現(xiàn)有條件，在云霧室分別對(duì)燒寫了單門 限算法和抗干擾算法的激光引信平臺(tái)進(jìn)行云霧干 擾試驗(yàn)，驗(yàn)證算法的抗干擾能力。

引信平臺(tái)周圍不擺放目標(biāo)，向室內(nèi)注入云霧， 觀察引信隨云霧濃度增加的反應(yīng)情況。隨著云霧 濃度的增加，燒寫了單門限算法的引信平臺(tái)在云 霧能見度40m時(shí)虛警，引信喪失了目標(biāo)探測(cè)能力， 而燒寫了抗干擾算法的引信平臺(tái)一直未出現(xiàn)虛警， 此時(shí)能見度儀讀數(shù)在10m能見度以下。以人作為 目標(biāo)進(jìn)入探測(cè)視場(chǎng)，當(dāng)目標(biāo)足夠靠近時(shí)引信平臺(tái) 能夠給出引炸信號(hào)。

試驗(yàn)表明，抗干擾算法將激光引信的抗云霧 干擾能力提高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，且該算法使引信 具有一定的云霧中識(shí)別目標(biāo)能力。

4 結(jié) 論

本文根據(jù)云霧和目標(biāo)的回波特征設(shè)計(jì)了一種 基于多門限的抗干擾算法，現(xiàn)有引信平臺(tái)條件下 的軟件仿真和抗干擾能力試驗(yàn)結(jié)果表明，采用多 門限抗干擾算法后，引信平臺(tái)在單門限算法探測(cè) 目標(biāo)能力的基礎(chǔ)上，抗干擾能力提高了一個(gè)數(shù)量 級(jí)以上，并兼具一定的云霧中識(shí)別目標(biāo)能力，在不 增加激光系統(tǒng)復(fù)雜度和成本的前提下有效地提高 了激光引信的抗云霧干擾能力。

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