反辐射导弹对舰船雷达目标引战配合效率＊

2013-10-16刘纪文尚雅玲

舰船电子工程 2013年2期

刘纪文尚雅玲路明

（1.海军装备部北京 100081）（2.海军航空工程学院烟台 264001）

1 引言

反辐射导弹ARM（Anti－Radiation Missile）又称反雷达导弹，是指利用敌方雷达的电磁辐射进行导引，从而摧毁敌方雷达及其载体的导弹［1］。在现代电子战中扮演越来越重要的角色。除地面雷达站外，水面舰艇也是反辐射导弹对付的重要目标。本文针对水面目标的目标特性，根据反辐射导弹引战系统工作机理，分析影响引战配合效率的因素，提出提高反辐射导弹对水面目标引战配合效率的主要技术途径。

2 舰船雷达目标特性

舰船目标雷达特性主要包括结构特性、易损特性、几何特性、散射特性、运动特性，这些特性都是影响导弹引战配合效率的重要因素。

2.1 结构及易损特性

目标的结构特性主要是指目标的几何结构布局，要害部位的分布和位置，以及不同部位的材料、厚度和强度等。易损特性是指在受到不同战斗部的攻击时，目标被毁伤的难易程度［2］。现代舰船雷达多为传统机械扫描雷达和相控阵雷达，从结构上由雷达舱体、天线、传输电缆等附属部件组成。反辐射导弹采用近炸方式引爆战斗部，主要靠战斗部爆炸后产生的破片摧毁目标，高速破片对天线及传输电缆等结构强度较低的目标毁伤效果较好，而对雷达舱体等结构强度较高的目标难易产生理想的毁伤效果。

2.2 几何及散射特性

反辐射导弹配用的近炸引信多为激光引信，也可用无线电引信，依靠发射激光束或射频信号探测目标，接收目标反射的回波信号获取目标信息，选择适当时机引爆战斗部。舰载雷达的几何及散射特性，决定回波信号的强弱、方向，影响引信的启动时机及引战配合效率。

2.3 运动特性

目标的运动特性是指目标的运动的速度、高度、位置、姿态、轨迹和机动等。尽管舰船为低速移动目标，但由于舰船的运动及纵横摇摆，使舰船雷达的运动姿态及轨迹非常复杂。激光引信探测舰船雷达目标时，由于上述的复杂远动，舰船雷达部件反射的激光束的方向和强度非常复杂，影响激光引信探测目标概率，从而影响引战配合效率。

3 引战系统工作机理

反辐射导弹的引战系统的引信多为触发引信＋近炸引信，其中近炸引信与引战配合有关；战斗部多为以爆轰作用为主、破片杀伤作用为辅的战斗部［3～8］。

3.1 探测目标机理

配用于反辐射导弹的近炸引信多为激光引信。激光引信是随着光技术的发展出现的一种新型近炸引信，它的出现为近炸引信增添了一个新的分支，标志着引信技术提高到一个新的水平。激光引信是利用激光束探测目标，作用原理与激光雷达相似，激光引信有很强的抗干扰能力，能精确地控制起爆位置。由于激光引信具有许多优点，在反辐射导弹上得到广泛应用［5］。

激光引信的测距原理与脉冲无线电引信基本相同，只要测出激光脉冲从发射瞬间到遇目标后反射到引信处的时间，便可计算出目标的距离。激光引信按其工作原理可分为主动式激光引信和半主动式激光引信两类。一般多采用主动式激光引信，它本身发射激光，激光以重复脉冲形式发送，光束到达目标后发生反射，有一部分反射激光被引信接收系统接收变成电信号，经过信号处理，引信在距目标一定距离上引爆战斗部［6］。

反辐射导弹也可配用无线电引信，无线电引信是指利用无线电波获取目标信息而作用的引信。根据工作波段可分为米波式、微波式和毫米波式等；按其作用原理可分为多普勒式、调频式、脉冲调制式、噪声调制式和编码等。如果反辐射导弹配用无线电引信，无线电引信可充分利用导引一体化技术，提高对目标的毁伤效率。

3.2 毁伤机理及威力分析

反辐射导弹的战斗部多为以爆轰作用为主、破片杀伤作用为辅的战斗部，战斗部爆炸后，近距离主要靠战斗部主装药爆炸产生爆轰波摧毁目标，远距离靠破片毁伤目标。

1）爆破杀伤作用［3］

爆轰作用规律可用空气冲击波参数临界值－最大超压ΔP和受压时的比冲I的标准杀伤规律描述公式：

式中：ΔP为空气冲击波波阵面地超压现有值；I为空气冲击波的比冲值；P·、I·、K为常数，取决于目标的易损性。

战斗部爆炸产生的空气冲击波超压ΔP和比冲I作用在目标上，当满足条件：

能达到毁伤目标的目的。

2）战斗部破片飞散特性［6］

弹丸（战斗部）在静止爆炸时，其破片在空间的飞散区称为破片静态飞散区，通常战斗部破片静态飞散区具有轴向对称性。

战斗部破片动态飞散区是指在遭遇点爆炸时破片相对运动的飞散区域。破片相对运动速度是破片本身的静态飞散速度和弹目相对运动速度之合成速度。由于破片有效杀伤距离相对不大，故在分析破片动态飞散区时通常忽略破片在空气中的速度衰减。

设在弹体坐标系内某一方位β上的一个破片，其相对运动速度为向量，则

图1 战斗部破片静态、动态飞散角及飞散速度

图2 VP（β）速度的合成

从图2可看出

破片的动态飞散方向角Ω在弹体坐标系内为

在β方向上破片动态飞散初速V0r（β）为

图3 战斗部破片动态飞散方向角随β的变化

由于相对速度向量V→r相对弹轴Oxm不对称，故战斗部破片动态飞散方向角Ω及动态飞散速度V→0r相对弹轴亦不对称，即Ω和V→0r均为飞散方位角β的函数，Ω（β）随β的变化如图3所示。

3）动态飞散密度分布［6］

破片动态飞散密度分布函数是单位动态飞散角中破片的百分数，已知静态密度分布函数就可以求出相应的动态密度分布函数如图4所示。

图4 破片飞散密度分布函数

动态飞散角要比静态飞散角窄，即dφ／dΩ＞1，因此动态飞散密度比相应的静态飞散密度要大。

4 影响引战配合效率的因素

4.1 导弹相对目标的交会参数

所谓交会参数是指导弹与目标在弹道遭遇段的相对弹道参数。遭遇段可理解为导弹与目标接近过程中引信能收到目标信号的一段相对运动轨迹［9］。由于遭遇段时间很短，目标和导弹机动性造成的轨迹弯曲很小，因此在分析引战配合效率时把遭遇段看成直线等速运动轨迹，而交会参数在遭遇段亦视为不变的常数。这些参数主要由目标飞行特性和导弹在杀伤区内的空域点位置所决定。

4.2 引信的特征参数

1）近炸引信的探测场

近炸引信的探测场是与敏感装置有密切联系的一个空间区域，在该区域内敏感装置能够探测出目标的存在及其位置，探测场的性质取决于引信的类型与体制。

2）引信灵敏度和引信动作门限

引信的灵敏度决定了引信的作用距离及启动概率。当探测场确定后，灵敏度的高低将影响引信启动的位置。敏感装置输入端信号电平一般与该信号的入射方向有关，因此在探测场范围内它是变化的。这就使得灵敏度对启动区的影响与探测场有关：当探测场视角越小时，灵敏度的变化对启动区的影响越小；视角越大时，其影响也越大。

3）引信距离截止特性

为了提高引信抗地面和海面杂波干扰的性能，通常采用一些启动距离限制措施，如脉冲引信的距离波门和伪随机码引信的相关处理等技术，使引信接收信号功率在远大于灵敏度的距离上实现距离截止。

4）引信信号动作积累时间和延迟时间

为使引信动作可靠，减少虚警和假启动概率，需要对引信接收到的信号进行一定的能量积累和信号处理。这不但要求信号有一定的幅值，而且要有一定的信号持续时间或脉冲信号个数。

4.3 战斗部的特征参数［10］

1）战斗部破片飞散参数

主要包括破片静态飞散密度分布、破片静态飞散初速分布、破片静态飞散角及飞向角。这些参数决定了战斗部静止爆炸后破片在空间的飞散区。

2）破片的杀伤特性

主要包括战斗部爆炸形成的破片数、破片的质量、材料密度、破片形状特征参数、破片的飞散速度及衰减系数等。这些参数决定了破片命中目标后的杀伤效果。

3）战斗部的爆轰性能

主要指爆轰超压随距离变化及超压的持续时间等，它们决定了战斗部爆炸产生的冲击波对目标的毁伤能力。

4）战斗部的威力半径

上述特征参数归纳起来可用战斗部对特定目标的威力半径来表示。战斗部威力半径是指对特定目标平均有50%的毁伤概率时，目标中心与战斗部中心之间的静态距离。

5 提高引战配合效率的技术途径

1）选择引信敏感装置的方向性

无线电引信可通过改变接收天线的方向图相对于弹轴的夹角来调整起爆区，红外引信可通过改变敏感装置光轴倾角来调整起爆区。为了在不同射击条件下均能获得最大引战配合效率，引信的方向图倾角应是射击条件的函数，即要求引信方向图随射击条件而变化，目前实现这个要求相当困难。因此在选择引信方向图时，应尽量保证在常用射击条件下引战配合的效率。但随着相控阵天线技术的发展，可研究自适应引信天线，它能根据探测的弹目相对速度，通过电调自适应地改变引信天线方向图的指向。

2）战斗部杀伤物的定向飞散性及分档起爆

减小战斗部破片飞散角，可以提高破片在飞散角内的密度，使杀伤效能提高。通过选择战斗部中起爆点位置来改变破片的飞散方向，可以改善引战配合效能。战斗部内起爆点的选择可以由引信根据探测的目标速度信息来完成。例如某导弹引信就是采用前、中、后三档起爆的方法来提高引战配合效率的：前档起爆时，破片飞散角后倾，适合于对付高速目标；后档起爆时，破片飞散角前倾，适合于对付低速目标；中档起爆时，破片飞散角对称分布，适合于对付中速目标。

3）引信炸点的调整与控制

目前，在对空引信中一般采用延迟时间的方法来调整引信的炸点以协调引战配合。对于弹目交会动态范围较小的弹药引信，可采用固定的延迟时间方案，其时间长短要根据最常用的交会条件及中等弹目相对速度来确定。这样势必要牺牲个别高、低相对速度时的引战配合效率。这种方法不是很理想，如果能根据相对速度或接近速度信息来选择不同的延迟时间，可以更好地改善引战配合的效果。例如某导弹引信采用三段分档延迟时间，有的导弹则改进到用六档延迟时间。最理想的方法是自适应选择炸点，不需要延迟时间，而大规模集成电路及计算机技术的迅速发展，已为引信自适应控制炸点创造了有利条件。

4）采用不同探测体制及信号处理电路

现代引信广泛采用了脉冲多普勒、伪随机码、连续波调频等体制，增强了距离的选择及抗干扰能力，提高了对引信启动区的控制精度。例如利用多普勒体制及比相体制的测角特性，可以根据相对速度大小，选择不同的起爆角，实现角度分档起爆或自适应选择起爆角。

信号处理电路是引信的核心部分，通过它可将接收的信号加工为所需要的控制信号。例如，利用接收的多普勒信息进行频谱分析，可以判别导弹接近目标头部、中部或尾部的时刻，从而适时起爆战斗部。又如利用引信自身探测或制导系统送来的速度、距离及角度等信息，通过微机或微处理器进行各种运算和处理，可实现自适应控制最佳炸点。