导弹制导控制系统抗干扰测试方案研究

马金龙　马立元　方丹　徐帅

摘要：试验鉴定中需要基于半实物仿真测试环境测试分析导弹制导控制系统的抗干扰性能，现阶段干扰方案的设计繁多且缺乏科学性，不便于指导武器装备的鉴定验收工作。该文采用正交分析的方法设计抗干扰测试方案，利用导弹制导控制系统数学模型分析各个干扰因素对脱靶量的具体影响，根据分析的结果合理设置正交因素的水平值，以较少的测试方案反映出更加全面的测试信息。利用该测试方案可以减少导弹制导控制系统的测试时间，节约经费，并较好地反映出了导弹制导控制系统的真实抗干扰能力，便于武器装备的定型和验收。

关键词：抗干扰;试验鉴定;正交分析;制导控制

中图分类号：TP274.5

文献标志码：A

文章编号：1674–5124（2019）03–0024–06

Research on anti-jamming test scheme of missile guidance control system

MA Jinlong， MA Liyuan， FANG Dan， XU Shuai（Shijiazhuang Campus of the Army Engineering University， Shijiazhuang 050003， China）

Abstract： In the test appraisal， it is necessary to analyze and test the anti-jamming performance of the missile guidance control system based on the semi-physical simulation test environment test. At present， the design of the interference plan is numerous and scientifically inconvenient to guide the appraisal and acceptance work of the weapons and equipment. In this paper， orthogonal test method is used to design anti-jamming test scheme. The mathematical model of missile guidance system is used to analyze the influence of each interference factor on the amount of miss distance. According to the result of the analysis， the level of orthogonal factor is set reasonably. Reflect a more comprehensive test information. The test program can reduce the test time of missile guidance control system， save money， and better reflect the true anti-jamming capability of missile guidance control system to facilitate the setting and acceptance of weapons and equipment.

Keywords： anti-jamming test; test evaluation; orthogonal analysis; guided control

0 引言

隨着仿真技术的发展，半实物仿真技术已经全面地应用于导弹研制的全过程。试验鉴定中常常利用半实物仿真技术考核导弹制导控制系统在各种干扰条件下的性能[1]。在性能测试领域，正交分析方法因为其科学高效的特点已逐渐成为工程相关的技术研究人员所必须精通的一门技术[2]。赵海军等[3]采用正交试验设计手段对穿孔管等多种消声单元的结构参数进行选择和确定，并检验了显著性;董怀民[4]以正交矩阵设计来分析岩石电性影响因素的水平组合，从而区分影响岩石电性的主要因素和次要因素;张旭辉等[5]提出了判别边坡稳定影响因素敏感性的正交分析法，以正交矩阵设计来安排因素水平组合，同时对因素敏感性进行评价。然而，在抗干扰性能测试中，还没有相关研究利用正交分析方法测试导弹的性能，工程应用中通常直接给定各个干扰量的最大值来组合分析导弹的抗干扰性能[6]，这种方法的优点是通过大量的试验得到较为准确的性能信息，缺点是需要的干扰方案繁多，并且带有一定的盲目性[7]。本文采用正交分析的方法设计出一种混合干扰的测试方案，利用正交分析表简单高效的特点，科学合理的指导导弹制导控制系统半实物仿真条件下的性能测试，不仅能全面考核其抗干扰能力，还可缩短试验时间，节约成本。

1 制导控制系统数学模型仿真分析

1.1 干扰因素及其水平值的确认原则

本文中采用的正交表为四因素三水平正交表，如表1所示。所采用的分析方法是一般计算分析方法，该方法能够充分利用正交表数据，计算出“最优方案”[8]。

A、B、C、D分别代表4个因素或指标，Z代表脱靶量，数字表示因素和指标的水平。根据表中的数据，可以计算出水平均值，即将各干扰类型和各水平对应的脱靶量相加，然后和水平出现的次数相除。这样对应每个干扰类型的不同水平都可以计算出一个脱靶量的水平均值。将各水平均值的最大值和最小值相减，可以得到极差，极差代表了不同因素对指标的影响程度。

为了缩短考核导弹抗干扰性能的测试时间，节约成本，应充分利用导弹的数学仿真模型。在导弹的定型阶段，最终由厂家提供的模型已经十分可靠，工程上一般认为此时的数学模型是十分可信的。因此，通过数学模型分析的数据结果指标半实物仿真方案的设计是十分有必要的，并且数学模型的结果还可以反过来验证半实物仿真测试结果的正确性。制导控制系统的六自由度全量弹道模型由质心运动学方程、绕质心转动学方程、质心动力学方程等组成。这些方程在各种飞行参考资料中均有详细描述，在此不再赘述[9-10]。本文用于分析的数学模型如图1所示，该模型的可信度已经十分高，可以用于导弹制导控制系统的性能分析。

影响导弹制导控制系统的干扰因素有很多，为了简化分析过程本文仅针对4个主要干扰类型进行分析。4个主要干扰因素分别是气动参数上下限（CA、CN、Cmz）、风干扰（逆风、顺风、侧风）、结构干扰（?m0、?Jx、?Jy、?Jz、?ρ）、姿态角偏差（?φ、?ψ、?γ）。为了便于分析，可将干扰因素分为A（结构干扰）、B（气动干扰）、C（姿态角干扰）、D（风偏干扰），根据制导控制系统六自由度模型分析各因素水平值[11]。

由于影响导弹脱靶量的因素很多，各种混合干扰组合的影响也较为复杂，并不一定干扰误差越大脱靶量就越大，这一点在本文的试验中也得到了证实。因此，为保证确定的因素水平值尽可能反映系统真实的信息，基于数学模型分析确定各因素的水平值原则如下：

1）干扰量与脱靶量的关系图较为平缓时，取最大干扰量为水平值的1、3水平值，其中1水平为正干扰，3水平为负干扰。

2）干扰量与脱靶量的关系图存在极值点时，取正向干扰量极大值所对应的干扰偏差为1水平值，负向干扰量极大值所对应的干扰偏差为3水平值。

3）各类型干扰量的组合水平值应保证脱靶量的叠加，避免内部干扰量之间的相互抵消。

4）2水平为无干扰状态。

1.2 干扰因素水平值的仿真分析

数学仿真条件设置均为：目标设置为固定目标，弹目距离设置为1000m，发射角设为10°。各因素的仿真结果分析如下（下文中误差%表示相对于试验设定标准值的偏差量大小，包括数值和量纲;CEP表示脱靶量）。

1.2.1 结构干扰

质量的偏差范围为±0.5kg，密度和转动惯量的偏差范围为±10%（转动惯量各分量的偏差量保持一致），仿真结果如图2所示。

从图中可以看出，密度偏差量与脱靶量的关系图有两个极大值点，质量和转动惯量的偏差对脱靶量的影响较为平缓。现取密度偏差的两个极大值点所对应的偏差量（4%和–4%）作为正交水平值的1、3水平，质量和转动惯量依据经验最大偏差量作为正交表的1、3水平值。正交表中结构干扰因素的三水平表如表2所示。

1.2.2 气动偏差干扰

反坦克导弹的气动偏差相对较小，工程上通常考虑的偏差范围为15%。气动偏差对导弹制导控制系统的影响较为复杂，各个方向的影响偏差有可能会存在相互抵消的关系，因此需要分析各个气动参数的具体影响。气动偏差与脱靶量的关系图如图3所示。

从图中可以看出：法向力系数对脱靶量的影响最大，轴向力系数次之，俯仰力矩系数最小。其中，法向力偏差–13%，轴向力偏差–5%，俯仰力矩系数偏差9%产生的脱靶量为叠加关系，故设置该组合为气动参数的3水平值，同理可得气动参数的1水平值。根据气动偏差和脱靶量的关系图可得气动参数的水平值确定如表3所示。

1.2.3 姿态角误差干扰

本文初值干扰只考虑姿态角（?φ、?ψ、?γ）的初始偏差（姿态角各分量的偏差保持一致）。姿态角偏差的设置范围是±1°，其仿真结果如图4所示。

从图中可以看出姿态角偏差在±1°以内时也同样不会产生较大的脱靶量偏差。正偏差时，姿态角偏差为0.6°时脱靶量最大;负偏差时，–0.2°时脱靶量最大。因此姿态角因素的水平值如表4所示。

1.2.4 风偏干扰

通过在模型中建立风速的干扰模型，分别在正向风、逆向风、侧风的情况下进行数学仿真分析，研究风速对脱靶量的具体影响[12]，其仿真结果如图5、图6所示。

从图中可以看出：正向风和逆风对导弹脱靶量的影响相对较小，而侧风的影响相对较大。侧风对脱靶量的影响大致呈线性关系，并且当侧风风速达到2.7m/s后脱靶量就超过了1m。现将风速分为侧向风和正逆风分别确定干扰量的正交水平值。正逆风时，风速为7m/s左右时脱靶量最大;侧风时，由于反坦克导弹的制导精度要求较高，一般要求脱靶量小于1m，为便于测试分析，风速水平值拟设2m/s。故风干扰的水平值如表5所示。

2 试验方案验证

基于正交试验表，得到的干扰组合方案如表6所示。表中K1，K2，K3分别代表各因素的各水平对脱靶量的影响程度，R为各因素对脱靶量影响的极差值。其中K值的计算与各测试方案的脱靶量有关，R为对应因素K值的最大差，R越大表示该因素对脱靶量的影响越大，相应的R越小，表示该因素的重要程度越低[13]。

分析表中数据可知：正逆风时，气动干扰的影响最大，正逆向风偏影响最小。四因素对脱靶量的影响顺序从大到小为气动干扰、结构干扰、姿态角干扰、风偏干扰。2m/s侧风时，气动干扰和2m/s侧风干扰权值相近，姿态角误差和结构干扰的权值相近。此时产生最大脱靶量的干扰组合为：1水平的结构干扰、3水平的气动干扰、3水平的姿态角干扰、3水平的侧风干扰，并且此时的脱靶量达到了4m，對于反坦克导弹来说4m的脱靶量必然导致其无法命中目标，因此该干扰状态对导弹制导控制系统的影响非常大。

若直接依据干扰量最大值设置，所得正交分析表如表7所示，由表可知：正逆风时，四因素对脱靶量的影响顺序从大到小为：气动偏差、姿态角、正逆风偏、结构干扰;产生最大脱靶量的干扰组合为：3水平的结构干扰、3水平的气动干扰、2水平的姿态角干扰、1水平的风偏干扰。2m/s侧风时，四因素对脱靶量的影响顺序从大到小为：侧风干扰、气动干扰、姿态角、结构干扰。对比表6可知，这种干扰组合方式并没有测试出可能出现的最大脱靶量，也证明了并不是干扰量误差越大产生的脱靶量就越大，因此该测试方案很容易造成测试者在某方面的误判。

3 结束语

相比于误差最大值的设计方案，本文所设计的干扰方案可以产生较大的脱靶量，主要有以下两点优势：1）反映出更加真实的系统信息，弥补了现阶段干扰测试方案设计繁多盲目的缺点，由于该测试方案的脱靶量数据明显优于误差最大值的情况，因此所得数据可靠性相对较高;2）仿真试验次数较少，仅设置9组混合干扰状态，以往的测试方案主要依据各干扰量的排列组合来设置测试干扰方案，往往需要上百次测试方案，该方案测试次数少但也能够获得足够量的系统信息。本文所设计的基于正交分析的抗干扰测试方案具有分析简单、便于工程化的特点，可应用于试验鉴定中武器装备的验收测试，也为相关的测试方案设计提供了借鉴。

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（编辑：商丹丹）