基于周期判別的反輻射無人機抗同步閃爍誘偏方法

潘 奎，許鵬程，姜 珂，朱桂清，李陸軍

（1.空軍預警學院雷達士官學校，武漢 430019；2.解放軍95174 部隊，武漢 430040；3.解放軍61764 部隊，海南 三亞 572013）

0 引言

反輻射無人機是電子戰中的一種重要硬殺傷武器，其利用反輻射導引頭對接收到的輻射源信號進行識別、分選，實時檢測無人機與目標輻射源的角度偏差信號，形成控制指令，引導無人機飛向目標并最終摧毀目標［1］。為應對反輻射武器的威脅，可在雷達附近部署有源誘餌，誘餌輻射信號與雷達信號在時域、空域、頻域、能量域、碼域、極化域中相近甚至重合［2］。而閃爍誘餌比恒功率誘餌更能對單脈沖雷達導引頭實施有效的角度欺騙，達到顯著的誘偏效果［3］。反輻射抗誘餌技術本質是從以上幾個維度尋找雷達與誘餌以及誘餌間的不同，并從中識別雷達和誘餌。本文結合反輻射無人機與誘餌作戰特點，提出基于導引頭測向偏差角來判別閃爍周期，進而分選出某一部誘餌進行攻擊的方法。

1 誘餌系統同步閃爍誘偏機理分析

實際應用中，考慮到誘偏效果、誘餌安全以及成本等因素，有源誘餌的個數以3 個為宜，即誘偏系統由1 部被保護雷達和3 個有源誘餌組成［4-5］。雷達誘餌通過有線方式接收雷達激勵信號及模式轉變信號，產生時間可控的激勵信號。雷達誘餌輻射出與雷達相同誘餌信號，并能與雷達保持同步模式［6］。通過控制雷達誘餌信號的發射時序，可以使雷達誘餌工作在同步閃爍模式，如圖1 所示，誘餌間存在嚴格的時間同步關系，為確保雷達絕對安全，在任一時刻，每部誘餌信號前后沿都始終“包裹”雷達信號同步輻射［7］。同時，三誘餌信號按照時間間隔 的時序依次交替靠前，靠前時間通常為微秒級。

圖1 雷達誘餌的閃爍時序圖

導引頭大多采用脈沖前沿采樣跟蹤體制［8］，該體制導引頭將對脈沖靠前的誘餌信號進行采樣處理。在閃爍模式下，前沿采樣體制導引頭只能對最先到達的誘餌信號進行采樣處理，下一部誘餌信號靠前到達導引頭之前，導引頭測向誤差角數據為上一部誘餌角度數據。三誘餌交替靠前閃爍方式可以等效為三誘餌源周期性地交替發射誘偏信號，如圖2 所示，在任意時刻可認為只有一個誘餌輻射信號，其他誘餌信號處于信號發射間歇期，即不發射信號。誘餌間交替靠前時間間隔為，三部誘餌完成一次交替靠前的時間為T=3 ，它也是誘餌系統的閃爍周期。

圖2 誘餌同步閃爍時序簡化圖

假設t=0 時刻，雷達誘餌開始工作，其閃爍時序為：

其中，k=0，1，2，…，n，T=3 。

從式（1）可以看出，不同時間段，導引頭將受到3 部誘餌信號交替誘偏影響，經過一個周期T 后，又按照交替時序發射誘偏信號。

2 導引頭對誘餌的測角分析

比相體制導引頭使用5 個天線陣元構成相互垂直的兩對干涉儀天線，分別位于導引頭天線陣的方位面和俯仰面，其空間位置如圖3 所示，陣元天線在同一平面且呈長短基線分布。

圖3 干涉儀天線空間位置及角度關系示意圖

θx、θy和θz為目標視線（目標M 與天線C0的連線）與Xp、Yp和Zp軸夾角。那么，目標來波方向在天線陣水平面OXPZP的投影OE 與天線橫軸的夾角α為方位面偏差角。目標來波方向在天線陣俯仰面OYPZP上投影OD 與OP 的夾角β 為俯仰面偏差角。

雷達來波方向與俯仰面、方位面天線子陣基線夾角分別為［9］

那么，目標雷達來波方向與天線軸線OXP的夾角θx：

飛控系統根據偏差角數據，引導無人機對目標進行橫向和縱向跟蹤。但導引頭存在視場角Δθ 范圍限制，隨著無人機不斷逼近誘偏系統，誘餌可能脫離導引頭視場范圍。如圖4 所示，ARUAV 在對閃爍誘餌的攻擊過程中，無人機航跡隨著誘餌閃爍不斷修正航向，當俯沖攻擊到某一高度點，某一閃爍誘餌脫離導引頭的視場，失去誘偏功能，視場角內剩下一個雷達誘餌。最后一個閃爍誘餌存在閃爍信號間歇期，加上無人機航向角改變而脫離導引頭視場。在攻擊階段末段，ARUAV 可能出現視場范圍內的無閃爍誘餌信號，最終按照最后一次測角數據實時記憶攻擊。

圖4 無人機攻擊多閃爍誘餌航跡示意圖

因此，在分析誘餌誘偏影響中，還需考慮誘餌在tk是否在導引頭視場范圍內。判定臨界條件為［10］：

3 導引頭天線測角誤差角度數據仿真分析

ARUAV 性能參數：飛行高度為2 000 m，搜索階段飛行速度為45 m/s；導引頭視場角范圍為60°。

誘偏系統參數：誘餌頻率與雷達頻率相同，閃爍周期為3 s。三誘餌與雷達采用菱形布陣方式［11］，相互間距為300 m。根據以上原則，設置其空間坐標為：雷達（-260 m，0 m，0 m），誘餌1（0 m，0 m，150 m），誘餌2（260 m，0 m，0 m），誘餌3（0 m，0 m，-150 m）。

3.1 閃爍誘偏下，導引頭測向偏差角變化情況

在ARUAV 按照固定搜索路徑飛行時，根據比相導引頭天線陣測向原理，導引頭天線方位面和俯仰面測向誤差角角度變化情況如圖5，圖6 所示。

由圖5，圖6 可見：

圖5 天線方位面偏差角變化曲線

圖6 天線俯仰面偏差角變化曲線

1）從測向偏差角數據跳變大小和方向可以明顯判斷出有三部誘餌且周期交替變化。這說明，在末制導攻擊階段，導引頭天線方位面和俯仰面的測角數據隨著誘餌交替靠前的變化而呈周期跳變樣式。那么，導引頭信號處理系統就可以通過不同時刻測角數據跳變關系和測角大小，可以測定誘餌系統的閃爍周期Tc。

2）根據測定的誘餌閃爍周期，如果修改無人機飛控系統測角采樣周期Ts與誘餌閃爍周期Tc同步，可以實現對某部誘餌的穩定跟蹤攻擊，如圖7所示，當Ts=Tc，無人機能夠穩定跟蹤某一部誘餌，并最終命中。

圖7 Ts=T 時，無人機航跡圖

3）從數據的不斷跳變到歸零的變化趨勢可以看出，ARUAV 飛控系統將按照導引頭測向誤差角數據適時調整攻擊姿態，使無人機始終朝著誤差角減小的方向調整，由于導引頭天線數據在三誘餌間不斷跳變，從而控制機體反復跟蹤三誘餌，使整個攻擊航跡呈現出追擺狀態，航跡如圖8 所示。無人機末制導攻擊末段，隨著無人機不斷逼近雷達誘餌布陣，三部誘餌先后都脫離導引頭視場，誘餌1、誘餌2、誘餌3 分離點空間位置分別為（120.7，279.2，23.6），（124.2，227.7，30.3），（104.9，535.7，-34.5）。無人機最終落點位于（139.6，0，59.7），雷達和誘餌均安全。

圖8 無人機在閃爍誘偏下的攻擊航跡

3.2 測角采樣周期對ARUAV 攻擊效能的影響分析

飛控系統的測角采樣周期是指飛控系統從導引頭獲取測向偏差角數據的時間間隔。圖9 給出了在末制導測角采樣周期為0.2 s、1 s 和3 s 情況下，ARUAV 在2 000 m 的高度平面上，從360 °圓周全方位對雷達陣地實施攻擊的落點分布圖，殺傷半徑為30 m，每間隔2 °進行一次模擬仿真，共計180 次。

圖9 不同末制導測角采樣周期下ARUAV 落點分布圖

由圖9 可見，在多誘餌閃爍誘偏下，導引頭的末制導測角采樣周期對ARUAV 的落點有一定影響。這是因為在攻擊過程中，末制導測角采樣周期的大小將決定機體調整時刻，上傳飛控系統的目標角偏差數據來自哪部誘餌，以及對各誘餌的跟蹤次數，這些都會直接影響ARUAV 的最終落點位置。

假設ARUAV 末制導測角采樣周期在0.2 s 到4 s 間變化，步進為0.2 s。在不同末制導測角采樣周期情況下，對命中概率情況進行仿真。仿真結果如下頁圖10 所示。

圖10 命中概率與末制導測角采樣周期關系曲線

從圖10 可以看出，首先雷達是安全，ARUAV對各誘餌的命中概率跟測角采樣周期有關。當測角采樣周期為3 s 時，即測角采樣周期跟閃爍周期同步時，ARUAV 命中概率最高，對三誘餌的命中概率分別達到33.3 %，對整個誘偏系統的命中概率達100%。也就是說，當導引頭測角采樣周期等于誘餌閃爍周期時，任意方向入侵的ARUAV 總是能夠命中其中一部誘餌。在測角采樣周期與誘餌系統閃爍周期相近時，命中概率相對較高，如在3.2 s 和3.4 s時，對誘偏系統的命中概率分別為39.3%、17.4%。為提高ARUAV 攻擊效能，對誘餌信號模式及閃爍周期的判斷尤為重要。

因此，無人機飛控計算機信號處理軟件應增加對誘餌工作模式的判定、對閃爍信號周期的測量及自動調整末制導測角采樣周期的功能，使ARUAV在攻擊過程中，飛控系統能夠根據誘餌工作特點自動調整末制導測角采樣周期，使其與誘餌閃爍周期大小匹配，提高導引頭鎖定單部誘餌攻擊的概率。其軟件控制調整流程如圖11 所示。

圖11 末制導測角采樣周期控制框圖

由于ARUAV 搜索目標階段飛行速度較不高，而導引頭正確識別并穩定跟蹤目標輻射源的距離為數百公里。因此，ARUAV 在末制導階段有充足的時間來完成誘餌工作模式的判定和末制導測角采樣周期的測試和修改。

4 結論

本文研究了在固定航向搜索目標階段，反輻射導引頭對閃爍誘餌測角偏差數據，得出了以下結論：1）在同步閃爍誘餌誘偏條件下，導引頭測得的角度數值呈周期跳變的規律性，但對每部誘餌的測角數據大小和方向相對穩定。2）根據偏差角數據的大小和跳變規律，可以實現對誘餌進行的識別分選。3）在反輻射無人機對抗閃爍誘餌方面，可以通過分析無人機搜索階段的測角數據，識別出誘餌系統的閃爍周期；在末制導攻擊階段，無人機飛控系統按照閃爍周期間隔來采樣測角數據，可以實現對誘餌系統某一部誘餌的摧毀。