超低空导弹掠海试验技术概述

王家鑫, 薛正国, 张元, 姜毅

（1.海军驻上海地区航天系统军事代表室,上海 201105；2.上海无线电设备研究所,上海 200090）

超低空导弹掠海试验技术概述

王家鑫1, 薛正国2, 张元2, 姜毅2

（1.海军驻上海地区航天系统军事代表室,上海 201105；2.上海无线电设备研究所,上海 200090）

随着武器技术的发展,现代战场交战双方的对抗早己由陆地扩展到陆海空天电一体化的多维空间,由于以海环境为背景的战场环境复杂多变,及低空/超低空突防技术的迅猛发展,使得超低空导弹掠海试验技术成为武器系统研制中的一项关键技术。介绍了三种超低空导弹掠海试验技术,对其中造波池内模拟弹目交会试验系统的组成和原理进行了详细介绍,并列举了掠海试验技术的一些成功应用案例。

超低空；海环境；掠海试验；弹目交会；导弹

0 引言

随着武器技术的发展,现代战场交战双方的对抗早己由陆地扩展到陆海空天电一体化的多维空间。以海环境为背景的战场环境不同于自由空间,自由空间中的主要散射回波是目标散射,而在海环境下,电磁散射回波是目标散射、海面散射以及海面与目标多次散射的合成[1],目标散射回波有时完全被淹没在海杂波信号中,远比自由空间复杂。此外,随着低空/超低空突防技术的迅猛发展[2],武器制导与引信系统必须具有探测和抑制海杂波的能力,也使得从海杂波环境中迅速提取目标成为一个挑战。因此,作为检验超低空武器性能的重要手段,超低空导弹掠海试验技术得到了越来越多的重视。

1 超低空导弹掠海试验技术

1.1 直升机挂飞试验

直升机挂飞试验的主要目的是检验超低空引信抗海杂波干扰能力,检验引信跟踪海面和压缩目标通道接收波门的性能。挂飞试验采用速度缩比原理,试验时,直升机携带引信产品按照规划的飞行轨迹自上而下作俯冲飞行,模拟载有引信的导弹攻击低空目标情况,引信接收到的回波信号由数据采集器进行采集。直升机开始俯冲高度一般不低于500 m,结束俯冲高度不高于10 m,俯冲角为-10°左右,俯冲飞行速度约为30 m/s,图1为试验示意图。直升机挂飞试验可验证各阶段引信抗模糊距离区内海面回波干扰的能力、超低空海面跟踪和波门压缩工作情况。

图1 直升机挂飞试验示意图

1.2 船载掠海飞行试验

船载掠海飞行试验系统包括运动船本体、升降轨道、旋转平台及运动控制系统、试验数据采集及处理计算机系统等,如图2所示。运动船本体一般选用较长的铁壳散货船,避免运动过程中船头上下剧烈运动,船头距吃水线10 m以上,便于轨道能够安装。升降轨道中有两条圆柱导轨,用于安装试验平台,传动装置选用O型一体皮带齿轮,通过电机齿轮带动试验平台上下运动,掠海角由船行速度和导弹下降速度之比决定。高速旋转平台及运动控制系统固定在试验平台上,核心是旋转关节,它是探测器供电、数据交换的枢纽。同时,高速旋转平台可以做俯仰动作,模拟飞行中弹体的真实姿态。信号采集处理系统由计算机、路由器、基于LXI总线技术的数据采集器等设备组成。

船载掠海飞行试验时,将超低空导弹安装在船头竖立的升降轨道上快速下降,船舶以一定的速度向前运动,通过控制不同运行速度和探测器下降速度比来调节掠海飞行角度,同时根据需求可以将探测器安装在旋转平台上,通过旋转关节将信号线和控制线引出,模拟探测器真实飞行过程中的弹旋。在真实海环境下,用船前进速度、引信下落速度以及引信旋转速度合成探测器的超低空俯冲弹道速度特性,在此准动态超低空俯冲飞行过程中,测试引信以不同的模式、不同俯冲角情况下,超低空波门压缩以及超低空无杂波虚警高度等性能。

1.3 造波池内模拟弹目交会试验

直升机挂飞、船载等室外测试费用昂贵,且易受自然条件和时间的限制。随着实验室内造波池的兴建,在造波池内开展精确可控的模拟弹目交会试验成为一种新的解决途径。造波池内模拟弹目交会试验系统主要由实验室内海浪模拟系统、交会运动设施、信号采集处理系统和目标装订设施等组成,如图3所示。

实验室内海浪模拟系统可在造波池模拟不同的海情,包括规则波和不规则海谱；交会运动设施由交会动力装置、弹体姿态装订设备和运动位标装置组成,用来模拟导弹掠过海面的状态；信号采集处理系统可完成对信号的分析处理,包括定标处理、静态散射系数计算、分段式频谱分析等,获取海杂波模拟测量数据；目标装订设施由目标吊挂装置（塔吊）、目标姿态控制设备和小目标模拟发射设备组成,目标采用塔吊、低反射尼龙绳完成对目标全脱靶方位的吊装,小目标模拟发射器可模拟小目标的快速运动,完成弹目同时交会运动。

图2 船载掠海飞行试验系统框图

图3 造波池内模拟弹目交会试验系统

2 造波池内模拟弹目交会试验系统

在造波池内开展模拟弹目交会试验安全可控且费用较低,可满足型号研制开展大量试验的需求,为武器系统提供关键参数设计依据和性能指标验证手段,本文详细介绍一下造波池内模拟弹目交会试验系统组成和工作原理。

2.1 实验室内海浪模拟系统

实验室内海浪模拟系统原理是通过造波部件的受控机械运动,扰动水体产生波动,生成所需的模拟海浪。整个系统主要由造波池、造波设备和消波装置等硬件和波浪产生及迭代程序、波浪特征统计分析、波谱分析程序和实验仪表标定模块等软件组成,可模拟1～3级海情的规则波和不规则波。

实验室内海浪模拟系统硬件核心为造波设备,一般采用液压伺服摇板式造波机。液压伺服式摇板造波机实际是一个位移控制系统,如图4所示,计算机发出指令经伺服放大器、伺服阀、伺服缸以及位移反馈装置形成一个闭环系统。根据信号的连续变化,油缸带动摇板连续运动,产生各种类型的波浪[3]。

图4 液压伺服系统框图

实验室内海浪模拟系统软件可以控制产生规则波、不规则波和海上实时历程,并通过浪高仪,瞬时记录模拟海面高度,作为造波系统的反馈信号。海浪模拟时,造波软件首先根据需要模拟的海情,由测控计算机选择对应的海谱,并将输入的频域波能谱换算成一个时域随机序列,以此序列来控制摇板运动。输入时间序列V（t）和输出时间序列H（t）的波能谱之间存在以下关系：

式中：SV（ω）为输入电压谱；G（iω）为系统传递函数；SH（ω）输出电压谱。由SV（ω）求得输入电压信号的时间序列V（t）,送至电液伺服系统控制造波,由浪高仪将测得的波高参数（电压信号）经A/D转换,进行反馈修正,其流程框图如图5所示。

图5 造波软件流程框图

2.2 基于LXI总线的分布式测控平台

在超低空导弹掠海试验过程中,测试总线在自动测试系统中起着重要的作用,它负责控制指令和测试数据的传送,相当于中枢神经系统。在自动测试领域,伴随着计算机技术的渗透与发展,总线技术主要经历了GPIB、VXI、PXI几个阶段[4]。在超低空导弹掠海试验中,如图6所示,基于LXI总线技术,可构成分布式控制系统。

LXI网把单个分散的测量控制设备连接成可以相互沟通、共同完成自动化测控任务的网络终端,并可提供与远程局域网的远程监控、数据处理及存储服务。

图6 基于LXI总线的分布式测控平台结构图

3 超低空导弹掠海试验技术的应用

超低空导弹掠海试验技术主要应用在主动无线电引信、激光引信等超低空性能验证研究中。

3.1 无线电引信超低空试验

无线电引信超低空试验主要包括波门压缩技术验证试验、频谱识别试验等。

3.1.1 波门压缩技术验证试验

压缩引信距离波门即波门压缩技术,引信波门压缩示意图如图7所示,大圆表示导弹脱靶区,两个小圆分别表示目标和导弹引信,引信右上方的虚线箭头表示引信向海面俯冲运动轨迹,r表示目标和引信的距离,h表示引信到海面的距离。

图7 波门压缩示意图

在超低空掠海试验中,模拟导弹高度的降低,引信中的高度计开始探测到海面,海面回波进入高度计波门且回波能量超过门限后,高度计波门的前沿和引信视频接收波门的后沿同步向左移动,使海杂波不能进入引信视频接收波门,从而抑制了海杂波干扰,防止了引信误爆。超低空导弹掠海试验现已成为超低空无线电引信研制过程中不可缺少的试验验证环节[5]。

3.1.2 频谱识别试验

超低空导弹攻击掠海飞行的反舰导弹时,一般采用迎头攻击的方式。在这种情况下,弹目相对速度大于导弹相对于海面的速度,目标回波的多普勒频率大于海杂波的多普勒频率,根据目前的频率分辨技术,可分辨出目标回波和主杂波（进入天线主瓣窄带的海杂波）。

利用造波池内模拟弹目交会试验系统,可开展频谱识别试验。探测器以海环境为背景与模拟高速小目标作交会运动,采集的海杂波多普勒信号和目标多普勒信号略有不同,如图8所示,通过频谱分析可将目标信号从杂波信号中清楚地分辨出来。

图8 频谱识别试验

3.2 激光引信超低空试验

激光引信可以工作在超低空,且相对无线电引信有其独特之处,具有方向性好、高亮度、单色性、高相干性等特点。

利用船载掠海飞行试验系统可以模拟引信在真实海背景下超低空掠海飞行[6],由于探测器前置安装和自旋转平台的使用,使得引信能够慢速模拟真实战场环境,考核探测器全通道抗海杂波性能及距离截止特性等指标。

4 结束语

随着高科技武器系统的发展,低空突防与防御技术要求武器系统具有低空、超低空作战能力。本文介绍了几种常用的导弹超低空掠海试验技术,从模拟环境试验和真实环境试验两方面满足超低空导弹研制和定型的需求,为导弹的研制提供了试验服务和技术保障。

[1] K.Y.e.al.Thermal Radiative and Reflective Characteristics of a Wind Roughened Water Surface[J].JOSA,1994,11（6）：1186-1993.

[2] 刘跃龙,张艳.超低空引信技术综述[J].制导与引信,2010,31（4）：1-7.

[3] 俞聿修.随机波浪及其工程应用[M].大连：大连理工大学出版社,2003.

[4] 徐昕.LXI总线接口的设计及其在军用测试系统中的应用[J].计算机与控制,2009,17（10）.

[5] 路明,林涛.无线电引信抗海杂波干扰技术分析[J].探测与控制学报,2007,29（2）.

[6] 张荫锡,张好军.激光引信抗环境干扰技术分析[J].制导与引信,2002,23（3）.

A Summary of Skimming Sea Measurement Technologies for Over-low Altitude Missiles

WANG Jia-xin1, XUE Zheng-guo2, ZHANG Yuan2, JIANG Yi2
（1.The Navy of Millitary Representative Office in SAST,Shanghai 201105；2.Shanghai Radio Equipment Research Institute,Shanghai 200090,China）

With the development of weapon technologies,the battlefield confrontation between both sides has been extended from the ground to multidimensional space including the necessary parts of ground,sea,air,sky and electromagnetism.The skimming sea measurement technology for over-low altitude missile has been the key technology on the developing process of weapon systems due to the complexity of battlefield with sea environment as well as the rapid development of over-low altitude and over-low altitude penetration techniques.Three kinds of skimming sea measurements of over-low altitude missiles were introduced in this paper.The setup and mechanism of missile target encounter testing in the wave basin were described in details.Moreover,several examples with successful applications of skimming sea measurements were presented.

over-low altitude；sea environment；missile target encounter；missile

TN011

A

1671-0576（2014）02-0034-05

2014-05-16

王家鑫（1971-）,男,工程师,主要从事武器系统技术的研究。