前置点比例导引制导律对抗拖曳诱饵研究*1



前置点比例导引制导律对抗拖曳诱饵研究*1

刘德忠，石德平，林万菁，张维刚

(北京电子工程总体研究所，北京100854)

摘要：以典型拖曳式诱饵干扰模式为设计对象，结合导引头跟踪诱饵的工作模式和前置点比例导引制导律的设计，对末制导抗拖曳干扰导引方法进行了理论推导与分析，为导引头抗拖曳诱饵干扰措施的设计与验证提供了理论依据。

关键词：雷达主动导引头；拖曳诱饵；前置点比例导引；制导律；拖曳式雷达有源诱饵；视线角

0引言

机载拖曳式诱饵对地面跟踪雷达和弹上导引头的干扰作用十分有效,可对武器系统的作战效能造成重大影响，典型的拖曳诱饵有AN/ALE-50、AN/ALE-55和光线拖曳式诱饵(FOTD)。1998年1月，ALE-50(V)开始空投试验，其射频诱饵在1999

年科索沃战争中由联军首次实战使用，当时诱饵装备在F-16和B-1B战斗机上，导致南联盟发射的10枚实际上已经跟踪到目标的地空导弹无法击中目标[1]。本文在分析拖曳式诱饵特点的基础上,提出雷达主动导引头对抗拖曳式诱饵的末制导导引技术方法,供导引头对抗拖曳式诱饵设计参考。

1典型干扰威胁及抗干扰措施

1.1复杂战场环境下的主要干扰模式

主动导引头典型干扰威胁环境包括远距支援干扰(stand-off jamming,SOJ)、随队支援干扰(escort support jamming,ESJ)和自卫干扰(self-screening jamming,SSJ),自卫干扰包括噪声压制类干扰、距离和速度欺骗干扰、多假目标欺骗干扰、箔条干扰和机载拖曳式诱饵干扰，下面以ALQ-184电子干扰吊舱和ALE-50拖曳诱饵系统为重点介绍拖曳式诱饵干扰。

ALQ-184电子干扰吊舱的关键是使用了Raytheon公司的多波束技术，用一组可靠的微型管取代老式吊舱的高功率发射管为高增益天线阵馈电。新系统具有更高的灵敏度，更快的响应时间，更大的有效辐射功率，它可检测威胁信号并对多部敌方雷达发射大功率干扰信号。电子干扰吊舱通常只侦收导引头波形，然后拖曳诱饵复制波形后以几十W的固定功率辐射干扰导引头跟踪。1998年美国国会计划为最终装备的600架F/A-18E/F射频对抗系统，采购费为250亿美元，约18 000个诱饵，其中ALE-50采购费为120亿美元；预计为美国空军437架F-16战斗机和95架B-1轰炸机17 000多个诱饵。

2001年，Raytheon公司签订了一个5 460万美元的合同为F-16提供2 477枚AN/ALE-50(V)拖曳式诱饵。2003年，Raytheon公司赢得了为美国空军生产1 012个AN/ALE-50(V)拖曳式诱饵和为美国海军生产300个单元的2 790万美元的合

同。从1996年12月到2006年7月，位于美国加州Goleta的Raytheon空间与机载系统(space and airborne system，SAS)商业部电子战系统单位(electronic warfare systems)已为美国空军位于佐治亚州的华纳罗宾斯(Warner Robins)空军后勤中心(air logistics center，ALC)电子战产品空军大队(electronic warfare product group)完成2万个AN/ALE-50拖曳诱饵的投产。2010年5月7日，Raytheon(Goleta)赢得了为美国空军第542战斗维护部队采购空军中队生产947枚先进机载电子诱饵ALE-50系统的2 310万美元的合同。

从图1和图2可以看出，AN/ALE-50拖曳式诱饵系统有3种主要的作战使用平台，分别为F/A-18E/F的3枚装发射器、B-1B的4枚装发射器和F-16的2枚装发射器[2-3]。

参照图1和图2的说明可以确认图3上图圆圈处为F-16装备的2枚拖曳诱饵的ALE-50发射器，图4中图为B-1B装备的4枚拖曳诱饵ALE-50发射器[4-6]。

1.2典型拖曳诱饵干扰目标特性

AN/ALQ-184(V)9作战使用单元由多平台发射控制器、发射器、储存发射筒和诱饵组成，其中诱饵储存发射筒的质量为1.1 kg(2.5 lb),尺寸为48.9 cm×6.9 cm×6.9 cm,诱饵重2.9 kg,尺寸为40 cm×6.1 cm,系统质量<27.2 kg,主电源(prime power)由800 W/115 V/400 Hz交流电源和140 W/28 V 直流电源(DC)组成，可提供100 ms脉冲宽度峰值240 W的辐射功率[7]。

图1　AN/ALE-50诱饵系统展示图Fig.1　AN/ALE-50 towed decoy system showing chart

图2　AN/ALE-50发射及发射控制器Fig.2　AN/ALE-50 towed decoy system launch controller

图3　AN/ALE-50拖曳式诱饵装备F-16战斗机Fig.3　AN/ALE-50 towed decoy system for F-16 warcraft

图4　AN/ALE-50装备B-1B轰炸机Fig.4　AN/ALE-50 towed decoy system for B-1B bomber

拖曳线缆的长度L首先要确保诱饵到载机的作用距离足够远，当导弹在诱饵与载机之间爆炸时，不伤及载机，一般选取范围为L>2D,D由具体型号导弹的有效杀伤半径决定。TRAD拖曳线的长度一般选取90～150 m，波音767军用运输机的拖曳线长度为91～122 m，其他战斗机通常在100 m左右。

从表1可以方便的确认目标和拖曳诱饵在给定视场角内的理论分辨和分开的弹目距离,以半波束宽度为1°为例,拖曳线视在长度为50 m时,角度上分开距离约3 km, 拖曳线视在长度为100 m时,角度上分开距离约6 km, 拖曳线视在长度为150 m时,角度上分开距离约9 km。当弹目接近速度为1 000 m/s时，表中角偏差的幅值变化值即为前置角变化率的幅值。

表1　拖曳诱饵与目标在导引头视场内的视在角偏差

1.3雷达主动导引头末制导对抗策略

针对雷达型拖曳式诱饵可以采取的末制导对抗策略大致有目标检测选择性跟踪策略、雷达红外双模导引头信息融合策略、弹地信息融合策略和末制导偏置导引策略。鉴于诱饵的装备数量较多和对作战费效比的考虑，暂不主动使用先击落诱饵再打击载机的策略。

目标检测选择性跟踪抗拖曳诱饵干扰策略主要通过导引头距离分辨、前沿跟踪策略实现，该策略只有在高空或上视、小于一定干信比、干扰信号杂散不高等条件下有效，存在较大局限性。

拖曳式诱饵的干扰功率通常远大于目标的反射功率,导致雷达导引头跟踪拖曳式诱饵,但拖曳式雷达有源诱饵(TRAD)短期内还不具备对毫米波导引头形成干扰，也不能够对红外导引头形成干扰，还可以采用X,Ku，K多频段复合导引头或不同频段导引头导弹共架齐射来对抗拖曳干扰。但这种策略只能解决类似于AN/ALE-50这类单纯雷达主动拖曳诱饵，但后续AN/ALE-50(V)将具备红外载荷、宽频带同时侦测同时干扰和对毫米波的干扰能力，这时复合制导策略对于雷达红外复合式拖曳诱饵将失去意义[8-15]。

如果拖曳式雷达有源诱饵只是针对雷达导引头工作频段进行干扰，未对地面制导雷达进行干扰，则在中高空、中近程上可以考虑利用雷达和惯导的位置速度信息进行计算滤波，提高中制导的制导精度，在脱靶量指标要求范围内利用中末制导信息融合或中制导到底实现攻击诱饵载机。还有一种在跟踪干扰源的情况下，利用地面信息控制导弹沿诱饵与载机连线逆向攻击，在命中诱饵的过程中击中靶机。

最后可以在制导控制策略上改进设计，一般诱饵的有效雷达反射面积是载机雷达反射面积的1-10倍以上，拖曳式雷达有源干扰(TRAD)的高转发功率可以保证导引头输出起伏误差很小的角偏差，理论上提高了导引头的测角精度，只要保证了导弹导引轨迹比诱饵提前一个合适角度，就可以偏置探测导引，正中目标。本文主要就是这种考虑下的前置比例导引制导律进行设计与验证。

2前置点比例导引制导律设计

前置点比例导引最早在红外制导的空空(地空)导弹中有所应用，红外导引头正常会锁定飞机引擎喷口的红外辐射源，发动机喷口处与飞机易损部位或最佳起爆位置还有一段距离，为此采用前置点比例导引锁定期望命中部位[15]。

修正的比例导引制导律指令加速度aC表达式如下：

(1)

式中：N为有效导航比；vI为导引头多普勒速度回路跟踪输出的弹目接近速度;qT为载机相对拦截导弹的视线角。

图5　前置点比例导引拦截几何关系示意图Fig.5　Lead point proportional navigation (PN) geometry

如图5所示角度关系有

qTRAD=qT+Δq，

(2)

(3)

3抗机载拖曳式干扰的前置点比例导引制导律设计

前置点比例导引制导律的设计基于如下2个几何关系：

Δq·R=LsinσT，

(4)

vTsinσT=vMsinσM，

(5)

vI=vTcosσT-vMcosσM，

(6)

(7)

则可实现的前置点比例导引表达式为

(8)

式中：vT,vM可由雷达和惯导量测数据融合滤波获得；R可由雷达主动导引头中重频测距获得；拖曳线长度L可由雷达给出或取典型经验值，若雷达主动导引头具有距离高分辨能力，则可提供m级精度的L量测值;σM可近似为位标器框架角，至此实现制导律的所有必要的物理量均已具备。

3.1前置角速度对拖曳线长度等的敏感度分析

导引头多普勒速度跟踪回路弹目接近速度vI测量误差可小于20 m/s，而vI本身一般大于1 000 m/s，vI测量精度的影响小于2%。

导引头距离跟踪回路弹目距离测量误差可小于10 m，在弹目距离1 km以外，其影响小于1%。

若导引头采用距离高分辨模式，导引头对拖曳线的视在长度分辨率可优于2 m，拖曳线视在长度取100 m，则其影响小于2%。若按雷达测距最大系统误差15 m计算，其影响达15%，但其在中高空中近程上雷达量测拖曳线长度可以提高很多，有望使其影响控制在10%以内。

由图6可以看出，在标称条件下，导弹速度矢量前置角σM的估计误差为2°时，可导致0.01(°)/s的视线转率计算误差，σM的计算误差对视线前置角变化率影响不大。

图6　前置点比例导引视线前置角变化率曲线Fig.6　Lead angle rate due to the lead path angle

3.2三维空间拦截前置点比例导引制导律的推导

三维空间拦截前置点比例导引的实现主要是把前置角Δq在导引头天线量测坐标系内进行二维分解，设由雷达和惯导量测值解算的弹目连线相对于弹体的方位角俯仰角分别为φy，φz，表征诱饵与导弹连线矢量方向的导引头跟踪诱饵实测框架角分别为φy1，φz1，导弹诱饵视线系到弹目视线系的方位角俯仰角分别为Δqy，Δqz，则

σM=arccos(cosφy1cosφz1)，

(9)

(10)

(11)

(12)

4结束语

本文以典型的ALE-50拖曳式诱饵干扰模式为设计对象，结合雷达主动导引头跟踪诱饵的工作模式和前置点比例导引制导律的设计，对末制导抗拖曳干扰导引方法进行了理论推导与分析，可供雷达主动导引头抗拖曳诱饵干扰措施的设计与验证参考。

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Countermeasures to Airborne TRAD Jamming with Lead Point PN

LIU De-zhong , SHI De-ping, LIN Wan-jing, ZHANG Wei-gang

(Beijing Institute of Electronic System Engineering, Beijing 100854, China)

Abstract:Considering the decoytracking mode of active radar seekers and the design of lead point proportional navigation(PN) guidance law, a theory derivation and analysis of the terminal guidance law is done. It is also a reference for the designing process and conclusion in some RFCM practical application.

Key words:active radar seeker; towed decoy; lead point proportional navigation(PN); guidance law; towed radar active decoy(TRAD)；line of sight(LOS) angle

中图分类号：TJ765.3;TJ760.1

文献标志码：A

文章编号：1009-086X(2015)-06-0001-06

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2015.06.001

通信地址：100854北京142信箱30分箱E-mail：9889702@qq.com

作者简介：刘德忠(1978-)，男，吉林永吉人。高工,博士生，主要研究方向为无线电主动探测末制导总体技术。

基金项目：有

*收稿日期：2014-10-01；修回日期：2015-01-28

编者按：“2014年复杂战场环境与精确制导技术研讨会”成功举行。会议得到了国内从事空天防御的军方、军工单位、科研院所、高校等的积极响应和大力支持，共征集到近70篇论文，《现代防御技术》特开辟专栏陆续分期刊登此次会议的部分优秀论文，供读者参考。