基于半主動制導武器攔截超低空目標作戰研究?

張 樂 李蘇杭 劉麗龍 苗雨晴 陳建平

（1.上海機電工程研究所 上海 201109）（2.上海復合材料科技有限公司 上海 201112）

1 引言

現代戰爭態勢下超低空空襲是目前廣泛采用的進攻策略，近期中東某武裝組織利用巡航導彈、攻擊型無人機采用超低空戰術成功打擊了“阿美”石油公司的相關設備，造成沙特石油設備嚴重受損，帶來了巨大的損失。因此超低空突防武器給固定陣地防御帶來巨大的防空壓力。

面對超低空來襲目標時，防空武器系統受雷達架高限制、環境遮蔽及地球曲率的關系，嚴重影響了雷達對超低空目標發現的及時性，大大降低了武器系統的作戰反應時間。并且受到地面多路徑的影響，雷達及導引頭測角的誤差大，即使防空裝備及時開展攔截任務，也會導致雷達丟失目標和導彈錯鎖的風險［1］。

2 半主動制導武器對超低空戰法分析

半主動體制武器系統主要由地面雷達系統對目標及時發現并穩定跟蹤；彈上導引頭接收地面雷達照射目標的二次回波實現對目標的鎖定進而抗擊來襲目標，因此超低空目標的成功攔截主要受制于以下三個方面：1）雷達對目標的識別，2）導彈對目標的識別，3）引戰配合對目標的毀傷。

2.1 雷達對目標的識別

地面多路徑的效應，造成超低空目標雷達波束低仰角下波瓣的分裂，雷達接收機的回波信號由地面反射波和目標直達波疊加而成，多條路徑回波信號同相及反相的影響，帶來跟蹤角誤差的震蕩，嚴重情況下導致雷達對低空目標的丟失。

直達波與反射波之間歸一化的相關系數［3］：

由上式可知通過Δf的增加，時域相關系數x減小，通過采用頻率捷變雷達抗干擾手段，在雷達工作寬頻帶內的頻率的跳變，達到多路徑反射信號的去相關性，實現多路徑效應的削弱。利用雷達目標直達回波與多路徑反射回波及相位差在各頻點相互獨立的特點，通過頻率捷變利用信號載頻的變化，引起捷變帶寬的變化，從而削弱直達波與反射波的相關系數，實現去相關的效果［8～9］。結合仿真發現采用捷變頻后直達波與反射波去相關效果增強，跟蹤角誤差的震蕩效果減弱（見圖1），雷達對目標的識別明顯改善，可穩定跟蹤目標。

圖1 頻率捷變前后雷達俯仰角情況

2.2 導彈對目標的識別

超低空飛行因地面多路徑的影響，導引頭接收的信號包含目標反射回波和地面反射回波信號，接收機信號的閃爍帶來導彈測角誤差，導致導彈出現錯鎖或脫靶的隱患［5］。通過分析多路徑效應下導彈與目標彈目飛行關系（如圖2），有如下關系式。

圖2 多路徑效應下彈目關系圖

Rmt為彈目距離；為多路徑下彈目距離；Δfd為多路徑回波與直接回波的頻差；V為彈目相對速度；λ為照射波束波長

由上述關系式可知：當彈目速度比越大，導彈飛行高度越高，半主動導引頭檢測波門一定時，導彈頭不受多路徑影響的彈目距離越大，目標高度越低，有利于導彈遠對低空目標的鎖定，可有效避免鏡像目標的錯鎖問題。

通過仿真對低遠目標導彈發射上升階段，隨著彈目的變化，導引頭接收回波功率出現跌落現象容易出現短暫失鎖的問題（如圖3），隨著彈體的上升，導引頭頻差和功率差進一步拉大（如圖4），低空鏡像影響減弱，導引頭在多普勒頻率和回波功率上能區分鏡像目標，滿足導彈正常截獲目標的條件。

圖3 低遠目標導引頭回波功率變化情況

圖4 目標與鏡像頻差與功率差

2.3 引戰配合對目標的毀傷

半主動尋的制導體制對超低空突襲的目標，攔截導彈具有大俯沖角彈目交匯的現象，導致彈目相對速度與真實速度偏差大，嚴重影響了戰斗部的殺傷效果［4］。

半主動導引頭在彈目交匯階段因彈目距離遠遠小于雷達與目標的距離，半主動導引頭多普勒頻率可采用主動頭彈目多普勒公式，結合彈目交匯示意圖5有如下關系式：

圖5 彈目交匯示意圖

彈目交匯角度與導引頭輸出的彈目相對速度相關，當角度大于60°時輸出誤差增大，多普勒頻率誤差增大。通過仿真可知不同的發射時機彈目交匯角度分別為58°和35°（如圖6）。

圖6 平面彈道曲線

3 結語

本文通過半主動制導體制防空武器攔截超低空目標的分析與仿真，總結出在攔截超低空來襲武器時通過頻率捷變改善雷達跟蹤角誤差的震蕩實現對目標穩定跟蹤，通過復核導引頭接收機回波功率給一線指戰員提供系統初始攔截段，結合模擬彈目遭遇仿真情況，分析不同發射點下彈目交匯角對引戰效果的影響，通過啟用頻率捷變，選擇合適的攔截距離，從而提升半主動制導武器對超低空目標的作戰效能。