拖曳式诱饵对抗技术研究

郭颖睿,任宏滨

(空军工程大学导弹学院,陕西三原 713800)

1 引言

拖曳式诱饵由于其优越的干扰性能,受到各国的重视。美国AN/ALE-50型诱饵已经经过了战场检验,且近几年来先后数次增加拖曳式诱饵的订单并积极从事新型拖曳式诱饵研究[1]。文献[2]从数据融合处理角度,以双模复合制导地空导弹为背景,探讨了对抗有源诱饵的方法,说明了数据融合技术在对抗拖曳式诱饵上的优势,但其主要采用的是双模导引头转换工作的方式进行对抗。本文着重研究在雷达红外导引头复合工作方式下通过信息融合对抗拖曳式诱饵的技术。

2 拖曳式诱饵

拖曳式诱饵主要用于保护载机平台,通常由飞机通过拖曳线缆将诱饵拖拽飞行,拖曳式诱饵装有放大转发器和无源反射器,对雷达探测信号进行放大转发,以提高它的RCS,并在空中对跟踪雷达形成双点源干扰。通常发出与目标回波相同的信号,以达到角度欺骗的目的。

对于机载双点源干扰往往需要目标与干扰平台同处于雷达主波束内已形成对导引头角跟踪系统的欺骗。雷达导引头、目标和诱饵的空间几何关系如图1所示。

图1 雷达导引头、目标和诱饵的空间几何关系

目标T与诱饵S之间的距离为L,导引头天线等信号线方向与目标、诱饵之间的夹角分别为θ1、θ2,天线等信号线的指向角为θ0,天线瞄准轴偏离等信号线的距离为d,雷达导引头距测量点的距离为R,Δθ为目标与诱饵对雷达导引头的张角(即信号到达角θ1与θ2之差),则雷达接收到的和信号为:

差信号为:

式中μ表示每度角偏差产生的调制度;由于差和信号之比正比于合成信号偏离θ0的角度θ,得到跟踪天线指向角(天线瞄准轴相对与两干扰源中心线的偏离角)θ为:

式中,α为幅度比;φ为接收到的目标信号与诱饵信号之间的相位差。

通过对拖曳式诱饵作战特性的分析可以看出,拖曳式诱饵是通过与载机形成双点源来对导弹导引头形成角度欺骗的,对于脉冲雷达导引头具有较强的欺骗效果,对抗这种诱饵,采用传统的方法已很难奏效。雷达作为主动传感器,能提供目标完整的位置信息和多普勒信息,在目标探测及跟踪方面发挥了重要的作用。红外传感器具有测角精度高和目标识别能力强等优点。采用雷达/红外双模复合制导可以充分发挥两种制导体制的优势,互相弥补不足,提高导弹的抗干扰、目标识别能力及恶劣战场环境中的作战效能和生存能力。因此开展雷达/红外双模复合制导技术,充分发挥雷达导引头与红外导引头各自的优势,并通过信息融合提高导引头对抗拖曳式诱饵的能力已成为重要研究方向。目前美国正在抓紧对拖曳式诱饵进行改进,增加红外干扰设备以对抗红外导引头,但目前尚未成功[3],可见充分利用雷达与红外信息的融合来对抗拖曳式诱饵正是一种比较理想的对抗技术。

3 拖曳式诱饵对抗技术

双模导引头的工作模式主要有:同控式(并联式)、转换式(串联式)和复合式(串并联式)。相比同控式和转换式工作模式而言,复合式更能充分发挥各个导引头的优势,具有更强的精确跟踪能力和抗干扰能力。根据雷达导引头和红外导引头的特点,充分发挥其各自优势,以复合式工作模式为背景,给出双模寻的目标检测跟踪流程。在此过程中主要分为以下两个阶段:

第一阶段:雷达导引头跟踪目标。导弹进入末制导段,雷达导引头首先工作,检测目标是否受到拖曳式诱饵形成的双点源干扰;同时雷达导引头对目标进行跟踪,实时提供弹目距离及接近速度。雷达导引头跟踪目标,同时引导红外导引头的光轴进入雷达天线的波束内,在同步随动系统的作用下,使红外导引头的光轴与雷达天线的轴处于相同的空间方向。雷达天线的跟踪误差精度确保目标位于红外系统的瞬时视场内。这样,在弹目距离达到红外导引头探测距离时,红外导引头可以减少空间分割处理和空间搜索的处理过程,直接根据雷达天线所指的方向,实时取得“纯”背景信号,建立背景图像的统计模型[4]。当载机没有释放诱饵时,雷达导引头跟踪的是载机;当载机释放诱饵时,雷达导引头跟踪的位置将不再是载机位置,而是载机与诱饵对雷达导引头形成的角度欺骗位置。因此雷达导引头在对目标进行跟踪时,首先检测是否受到干扰,如若受到诱饵干扰,这时就对跟踪目标进行分辨,调整雷达导引头跟踪位置。

第二阶段:双模导引头工作。当弹目相对距离进入红外探测距离内,在实时背景图像模型的基础上,方便地利用阈值检测方法提取目标信号,给出所需的视线角误差信号,红外导引头稳定跟踪目标。由于诱饵与载机形成的干扰不能欺骗红外导引头,因此红外导引头就能够比较精确的跟踪载机。红外导引头跟踪目标的同时,调整雷达导引头主波束指向载机,使得雷达导引头跟踪载机位置。雷达导引头与红外导引头跟踪到目标后,将雷达测量数据与红外测量数据实时送入数据融合中心,进行融合处理,输出融合跟踪数据控制导弹飞向目标。随着弹目距离的减小,当载机和诱饵相对雷达导引头形成的张角达到临界角时,雷达导引头将会选择载机进行精确跟踪。

以非相干双点源干扰为例,在雷达导引头工作过程中,导引头初始指向两干扰源能量重心方向。如图2所示,两干扰源距离为L,当张角Δθ为ΔθR(临界角)时,导引头离干扰源能量重心点的距离为D,在分辨出目标以后,导引头以最大过载运动,则可得到最终失误:

图2 导弹飞行轨迹

式中ΔD最大过载飞行修正的失误量[5]。可以看出,当弹目距离较近时即使导引头按最大过载向目标飞行,它所能调整的修正误差也是十分有限,很有可能导弹在到达目标距离时,最终攻击误差仍然大于导弹的杀伤半径,使得攻击失败。由于红外导引头的探测距离一般为十几千米,红外导引头在弹目距离较远时就开始工作,有足够的时间调整目标跟踪航迹,确保导弹击中目标,这说明在该方法下双模导引头复合工作模式是可行的。

4 实验仿真

在第一阶段目标与导弹的距离较远,目标往往被看做是单点源,在此阶段主要是雷达导引头对目标进行检测跟踪,在此对其就不再进行仿真实验。下面对双模寻的检测跟踪的第二阶段(双模导引头工作阶段)进行仿真。在此阶段初始时刻,假设红外导引头搜索发现目标的时间可以忽略,即雷达红外导引头都跟踪上目标。

雷达观测方程:

红外观测方程:

WI为红外观测噪声。上标r表示雷达量,上标I表示红外量。Wr(k)与WI(k)的协方差为RrI(k)。

在导引头对目标进行跟踪过程中,雷达和红外跟踪系统对载机与诱饵的测量噪声是有关联的,因此采用基于测量噪声相关联的融合算法,其状态向量融合方法为[6]:

假设目标相对双模导引头做匀加速运动,载机的初始位置(10000,10000,10000),速度(420,420,0),加速度(10,0,10),拖曳线长度为120m,诱饵与目标的幅度比为1.2,诱饵与载机一起对雷达导引头形成非相干双点源干扰,因此雷达导引头实际跟踪的是诱饵与载机的能量中心,即雷达导引头跟踪目标的初始观测位置为(10000,10000,9940),雷达测距误差标准差为50m,测角(高低、方位)误差标准差为0.01rad,红外测角(高低、方位)误差标准差为0.001rad,雷达与红外测量噪声相关系数为0.5,雷达红外采样时间间隔均为1s,跟踪步数为100。另外在这里我们不考虑雷达红外导引头两者安装时形成的空间误差。图3～图6为在该假设条件下,应用状态向量融合方法得到的试验仿真图。

图6 跟踪曲线

从图6中可以看出由于受角度欺骗干扰的影响,雷达导引头的跟踪误差比红外导引头的跟踪误差大很多,采用双模导引头,经融合后的跟踪测量误差明显变小,能够对目标进行较为精确的跟踪。

5 结束语

本文对拖曳式诱饵形成双点源干扰的原理进行了简要介绍,在分析了国内对拖曳式诱饵研究背景的情况下,对拖曳式诱饵对抗技术进行了研究。根据拖曳式诱饵主要对雷达导引头形成角度欺骗这一特点,提出了基于雷达/红外信息融合的对抗技术,以复合式工作模式为背景,详细论述了双模寻的目标检测跟踪的过程。雷达/红外复合制导是导弹发展的重要方向,雷达/红外信息融合技术的发展为对抗拖曳式诱饵提供了一个有效的途径。■

1 立平.AN/ALE-55光纤拖曳式诱饵取得新进展[J].航天电子对抗,2006(1):38.

2 李朝伟.基于数据融合技术对抗有源诱饵研究[J].电子对抗技术,2004,19(2):27-34.

3 柯边.拖曳式诱饵的发展趋势(三)[J].航天电子对抗,2001(4):41.

4 汪朝群.雷达/红外成像双模导引头的联合探测概率研究[J].红外与激光工程,2003,32(3):221-225.

5 王军宁.多源信号的角分辨与角跟踪[D].西安电子科技大学,2002.

6 巴宏欣,杨飞,何心怡,等.测量噪声相关情况下的航迹融合和测量融合[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2008,32(3):473-476.

7 方有培.拖曳式有源射频诱饵干扰防空导弹研究[J].航天电子对抗,2001(4):16-19.

8 刘隆和.多模复合寻旳制导技术[M].北京:国防工业出版社,1999.