激光诱偏干扰效果评估方法研究

宿天桥， 刘志国， 满芳芳

(1.火箭军工程大学，西安 710000； 2.中国人民解放军96922部队，辽宁 大连 116000)

0 引言

激光诱偏干扰效果能够直观地反映激光诱偏干扰装备的干扰对抗能力，激光诱偏干扰效果评估是对激光诱偏干扰装备干扰对抗能力的检验和评价。因此，建立一套合理、可行的激光诱偏干扰效果评估方法是客观、准确检验和评价激光诱偏干扰装备干扰对抗能力的基础。激光诱偏干扰效果评估作为光电干扰效果评估的一个分支，同样缺乏被普遍认可的合理、可行的评估方法[1]。

本文针对激光诱偏干扰装备在实装对抗训练中缺少合理、可行干扰效果评估方法的问题，改进了地面模拟评估方法并对其合理性进行了分析，最后通过外场试验验证了改进后的地面模拟评估方法的可行性[2-10]。

1 激光诱偏干扰效果评估方法构成要素

激光诱偏干扰效果评估在框架上依然遵循光电干扰效果评估所确立的基本原则，可以概括为“三个要素，两个过程，一个准则”。三个要素：一是我方目标，二是敌方激光半主动制导武器，三是我方激光诱偏干扰装备。两个过程包括激光诱偏干扰效果试验和激光诱偏干扰效果评估。一个准则是干扰效果评估准则，包括干扰效果评估指标和干扰效果等级，如图1所示。

图1 激光诱偏干扰效果评估结构图

激光诱偏干扰效果评估的两个基本过程为：首先，根据确立的干扰效果评估准则和试验条件选择合适的被干扰对象，组织合理、可行的干扰效果试验方法，按试验方法要求布设试验现场，完成干扰效果试验并获取测试数据；然后，根据干扰效果评估准则和测试数据对激光诱偏干扰效果进行定性或定量的评价。

激光诱偏干扰效果评估方法是确定配试目标的干扰效果评估准则和某种激光诱偏干扰效果试验方法的总和。因此，研究激光诱偏干扰效果评估方法需要解决3个主要问题：1) 确立相应的干扰效果评估准则；2) 确定合适的被干扰对象；3) 选择可行的干扰效果试验方法。

2 激光诱偏干扰评估准则分析

2.1 评估准则提出

干扰效果评估准则作为干扰效果评估的核心，是评估干扰效果时所遵循或依据的基本标准，包括干扰效果评估指标和干扰效果等级。在激光诱偏干扰装备干扰对抗中，激光诱偏干扰装备实施干扰后，被干扰对象的激光导引头被激光干扰信号引偏角度而无法正常跟踪攻击目标，从而导致激光半主动制导导弹制导精度下降，即制导误差或脱靶量增大，进而使激光半主动制导导弹对我方目标的命中概率和杀伤概率下降。激光导引头被激光干扰信号引偏角度是激光半主动制导导弹一系列关键指标变化的根本，是决定激光诱偏干扰效果的主导因素。因此，在确定适用于激光导引头模拟器干扰效果评估准则时，以实施激光诱偏干扰前后，激光导引头被激光干扰信号引偏角度作为干扰效果评估指标，并以引偏角度数值区间划分干扰效果等级。这种引偏角评估指标外加合适的干扰效果等级，就构成了完整的“引偏角准则”。

2.2 评估准则分析

2.2.1 引偏角干扰效果评估指标

激光干扰效果评估指标是激光干扰效果的具化或表征，表现为被干扰对象与激光有源干扰装备干扰对抗后关键性能指标的变化。激光导引头模拟器作为配试干扰对象进行干扰效果试验，在无激光对抗装备干扰时，导引头模拟器会锁定跟踪激光制导信号。在遭受干扰后，一般会出现以下两种情况：一是导引头模拟器没有受到干扰影响，仍然稳定跟踪激光制导信号；二是激光导引头模拟器受激光干扰信号影响导致跟踪失锁，丢失对激光制导信号的跟踪，转而跟踪激光干扰信号，或跟踪激光制导信号同激光干扰信号能量中点，或交替捕获制导、干扰信号，或暂时或永久失去跟踪能力而处于不断搜索的状态。第一种情况下，在实施激光诱偏干扰前后没有发生变化，相对于激光干扰信号引偏角度为零；第二种情况下，在实施激光诱偏干扰前后激光导引头模拟器跟踪目标性能的变化情况可用其被引偏的角度来表征,具体可分为3种情形，如图2所示。

图2 激光诱偏干扰引偏角示意图Fig.2 Schematic diagram of deviation angle of laser decoy jamming

图2中：D点代表导引头模拟器，M点为真目标，J点为假目标。第1种情形如图2(a)所示，导引头模拟器稳定跟踪干扰信号，其中，α为制导信号与干扰信号的引偏角，θ为制导信号与干扰信号的引偏角方位角分量，ψ为制导信号与干扰信号的引偏角俯仰分量。第2种情形如图2(b)所示，导引头模拟器跟踪激光制导信号同激光干扰信号能量中点S，红线相当于一种干扰信号。第3种情形如图2(c)所示，导引头模拟器在S点失去跟踪能力后惯性飞行，红线为惯性飞行前干扰信号轴线。显而易见，引偏角能够作为激光诱偏干扰效果评估指标，用以表征激光导引头与激光干扰装备干扰对抗效果。

2.2.2 引偏角干扰效果等级

通常情况下，从影响被干扰对象完成规定任务能力的角度，根据引偏角量值区间可以把干扰效果等级评定分为干扰成功、干扰有效和干扰失败3个等级。干扰成功是指在某一引偏角量值区间内激光半主动制导武器无法损伤我方目标；干扰有效是指在某一引偏角量值区间内,激光半主动制导武器虽然无法命中我方目标但有可能对其产生损伤；干扰失败是指干扰信号无法对敌方导引头产生干扰，敌方制导武器对我方目标进行了精确打击。

在激光干扰装备作战运用中，会出现我方的重点目标受敌方激光半主动制导导弹攻击后，只要产生损伤就会严重影响性能或完成规定任务能力的情况，例如，发射车关键部位受到轻微损伤也可能造成发射任务无法正常进行。因此，根据干扰对抗的实际情况，可以把干扰效果等级调整为干扰成功和干扰失败2个等级。

根据图2中几何关系可以得出引偏角与引偏距离的对应关系为

(1)

可以根据式(1)中实施干扰后引偏角α对应的引偏距离MJ相对于导弹对目标杀伤半径R的大小来判定干扰效果试验中干扰是否成功：1) 当α对应的MJ≤R，干扰失败；2) 当α对应的MJ>R，干扰成功。

显然，引偏角越大，对应引偏距离就越大，说明干扰效果越好。可以根据作战运用背景，依据引偏角相对杀伤半径的大小，将成功干扰进一步细划若干等级。

2.3 激光诱偏干扰被干扰对象分析

在激光诱偏干扰对抗中，由于干扰效果是通过被干扰对象关键指标的变化直接体现，不同的被干扰对象会对应不同的干扰效果评估准则。因此，在确定干扰效果评估准则之后可以结合试验条件选择合适的被干扰对象，即进行被干扰对象分析。

激光诱偏干扰效果试验中被干扰对象是激光诱偏干扰装备作战对象(敌方无人机载激光半主动制导导弹)的等效模型，主要包括激光半主动制导导弹的实弹(或经过改装的模拟弹或飞行控制弹)、仿真模型和激光导引头模拟器。

在作战运用中，激光诱偏干扰装备作战对象的特点主要表现为：1) 作战对象是敌方主战或新列装的激光半主动制导导弹，其技战术指标是敌方的核心机密，获取困难；2) 激光半主动制导导弹核心部件激光导引头的制导机理是通用的，其结构类型清楚，容易等效模拟；3) 敌方激光导引头抗干扰技术受限于激光技术的发展没有重大突破，还是采用脉冲编码技术、时间波门技术和脉冲选通技术等常规的抗干扰措施。

激光诱偏干扰装备在实装对抗训练中干扰效果试验条件要求有以下3点。1) 可实施性高：试验场地要求不高，被干扰对象便于操作，试验过程便于组织实施，试验数据可视性强，效果评估周期短。2) 安全性较高：装备和人员在试验过程中发生安全事故的概率很小。3) 耗费代价较小：作为装备训练试验，需要被干扰对象和其他试验设备能够多次重复试验。

以激光导引头模拟器为核心，搭配双轴转台、CCD/红外视频采集器、激光测距仪、显控计算机可以构成激光半主动制导导弹模拟系统，激光导引头模拟器、CCD/红外视频采集器、激光测距仪搭载在双轴转台台体上，通过通信接口与显控计算机连接。该系统主要功能：1) 对激光半主动制导导弹进行模拟，利用激光导引头模拟器和双轴转台来完成激光半主动制导导弹制导和被诱偏的过程，激光测距仪测量记录弹目距离，CCD/红外视频采集器记录激光导引头模拟器的运动轨迹；2) 方便对诱偏干扰效果进行评估，利用显控计算机对诱偏干扰效果进行记录和处理，并上传至激光诱偏干扰效果评估系统进行评估。激光半主动制导导弹模拟系统具备以下特点：1) 布设方便，激光半主动制导导弹模拟系统结构紧凑、组装简单，双轴转台配有三角支架，支腿可以滑动伸缩后锁定，适合外场布站；2) 试验数据可视性强，效果评估周期短，显控计算机能够实时记录和显示干扰效果数据，并根据引偏角干扰效果评估准则实时解算出干扰效果等级；3) 安全性较高，按照系统布设操作规程布站装备和人员在试验过程中发生安全事故的概率极小；4) 耗费代价较小，激光诱偏干扰效果评估系统只要做好维护保养，可长时间重复使用。

综合考虑激光诱偏干扰装备干扰试验条件和作战对象的特点，以激光导引头模拟器为核心的激光半主动制导导弹模拟系统具有激光导引头的全部功能，具备多种编码方式，能够模拟几种不同编码类型的导引头，具备成本低、可实施性和安全性高的优点，可以作为实际运用时干扰效果试验的被干扰对象。

2.4 激光诱偏干扰效果试验分析

激光诱偏干扰效果外场试验中，以激光导引头模拟器作为被干扰对象的干扰效果试验有地面模拟法和挂飞模拟法。地面模拟法将激光模拟器导引头静置于地面，模拟激光半主动制导武器某一时刻的攻击态势，同时被试激光诱偏干扰装备按照战术要求对激光导引头模拟器进行激光诱偏干扰，测量装备实时测量并记录激光导引头干扰效果评估指标相关的数据。挂飞模拟法是飞行平台搭载激光导引头模拟器，在一定程度上模拟激光半主动武器攻击态势逼近我方目标，在此过程中，干扰装备实施干扰，测量装备获取试验数据。

由于挂飞模拟法无法真实模拟激光半主动制导武器的攻击轨迹，加之在作战运用中敌方武器攻击轨迹信息获取困难，挂飞模拟法所获取的关于激光半主动制导武器攻击过程中导引头动态数据的置信度不高，与地面模拟法相比不能形成较大优势。地面模拟法具备试验条件要求低、配试装备简单、安全风险低、组织实施容易等优点。显而易见，地面模拟法更适合作为激光干扰装备实装对抗训练的干扰效果试验方法。

地面模拟法属于静态试验，不能模拟导弹飞行过程中激光导引头在干扰条件下的动态变化情况。为了更加全面地反映激光导引头在干扰条件下的实际效应，可以采用由远及近多点测量的方法，来考察导弹在不同时刻导引头的干扰对抗效果。

改进地面模拟法还通过在激光指示器和干扰激光器瞳部加装衰减片的方法，来降低对试验场地的要求，例如，加装20 dB衰减片可以对指示激光和制导激光10倍衰减，在300 m的场地上就能模拟3000 m距离的激光干扰对抗。

以激光半主动制导导弹模拟系统为被干扰对象的引偏角干扰效果评估准则，外加地面模拟法干扰效果试验，就构成了激光诱偏干扰装备实装对抗训练中的干扰效果评估方法。

3 干扰效果评估试验验证

3.1 试验设备

除了激光诱偏干扰装备以外，参加试验的设备还包括：1)以激光导引头模拟器为核心，搭配双轴转台、CCD/红外视频采集器、激光测距仪和显控计算机的激光半主动制导导弹模拟系统；2)可编码激光指示器，可产生编码周期、码型可调的精确频率码、脉冲调制码、任意时间码和伪随机码激光制导信号，为激光导引头模拟器指示目标；3)被保护目标，用于模拟激光诱偏干扰装备保护的我方目标，一般采用具有相同激光漫反射率的漫反射标靶代替；4)衰减片，用于对指示激光和干扰激光的作用距离进行衰减，达到降低场地要求的目的；5)空间能量密度检测，该设备用于测量经过外场反射后到达导引头处的激光辐射能量密度；6)激光能量计，用于对激光目标指示器出口能量和频率进行检测。

激光半主动制导导弹模拟系统中的激光导引头模拟器，敏感目标相对于导引头模拟器光轴的方位角，然后解算出相对弹轴的目标误差角信号，为便于解码不同类型激光半主动武器的制导信号编码，模拟器内安装了几种与可编码激光目标指示器编码型号相对应的解码模块，可以实现几种不同编码类型导引头的切换；双轴转台，是激光导引头模拟器、激光测距仪和CCD/红外视频采集器的搭载平台，通过数据接口完成相互通信，控制它们来模拟导弹在俯仰和偏航两个方向的运动，并完成对导引头模拟器引偏角度的测量；CCD/红外视频采集器，用于可视化观看激光导引头模拟器视场，直观监测、记录导引头模拟器的跟踪状态；激光测距仪，用于测量、采集弹目距离信息；显控计算机，通过数据接口同双轴转台连接，用于接收和显示导引头引偏角信息、弹目距离数据、导引头视场内目标的位置信息和视频信号，并对各部件的状态进行控制,最后对干扰效果进行评估。

3.2 外场角度欺骗干扰效果评估试验

3.2.1 试验前的测试准备工作

按照图3外场角度欺骗干扰效果评估试验布局图，首先布设柱状漫反射标靶(即真目标)；激光角度欺骗干扰车进入试验场停靠在漫反射标靶图示位置，然后将漫反射板(即假目标)以柱状漫反射标靶为中心，面向其呈等边三角形布设，相邻漫反射板法线夹角为120°，每块漫反射板距离被保护目标20 m，漫反射板的布设位置要保证与激光角度欺骗干扰车之间保持通视，假目标布设完毕后干扰车各设备先后开机，干扰控制器对各分设备进行自检，最后给激光干扰发射设备加装20 dB衰减片，可以对指示激光和制导激光10倍衰减，在300 m的场地上就能模拟3000 m距离的激光干扰对抗；在指定位置布设激光指示器加装20 dB衰减片；图3中3，4位置与漫反射板中点的连线同漫反射板的法线角度为70°。

激光半主动制导导弹模拟系统会以高重频干扰车车顶为测试平台(以实现激光导引头模拟器、被保护目标、假目标之间的通视)，分别在图3中1，2，3，4位置测试角度欺骗干扰效果。

图3 外场激光角度欺骗干扰效果评估试验布局图Fig.3 Experimental layout of laser angle deception jamming effect evaluation in outfield

3.2.2 干扰效果评估试验

搜索阶段具体试验为：首先在位置1，激光导引头模拟器开机并开启搜索模式，然后打开激光指示器，等待激光导引头模拟器对其跟踪锁定后关机；激光角度欺骗干扰车开机戒备，同时打开激光指示器和激光干扰器，观察激光诱偏干扰效果，同时试验数据录取设备记录分析角度欺骗干扰效果数据，根据引偏角评估法则对干扰效果进行评估；在位置2，3，4分别重复上述试验步骤。

跟踪阶段试验与搜索阶段不同：首先在位置1，激光导引头模拟器开启搜索模式，然后激光指示器开机工作，让激光导引头模拟器锁定跟踪角度欺骗干扰激光一段时间；然后，激光角度欺骗干扰车开机戒备并打开高重频激光干扰器，对激光导引头进行诱偏干扰，同时试验数据录取设备记录分析角度欺骗干扰效果数据；最后对干扰效果进行评估；在位置2，3，4 分别重复上述试验步骤。

3.2.3 试验结果及分析

在位置1，2，3，4都能成功诱偏来袭目标，由试验结果可以看出：1)试验中3，4位置漫反射板的防护角为70°，验证了在常规条件下，漫反射板的防护角大于等于70°；2)在常规条件下，角度欺骗干扰装备采用正确的假目标布设方案在不同的干扰时机都能获得理想的干扰效果；3)外场角度欺骗干扰效果评估试验采用改进地面模拟法能够达到试验目的。

3.3 外场高重频激光诱饵干扰效果评估试验

3.3.1 试验前的测试准备工作

按照图4外场高重频激光诱饵干扰效果评估试验布局图，高重频激光干扰车进入试验场停靠在漫反射标靶图示位置，然后将高重频激光诱饵布设在距离被保护目标20 m处，车辆上各设备先后开机，干扰控制器对各分设备进行自检，最后给高重频激光诱饵加装20 dB衰减片，可以对指示激光和制导激光10倍衰减，在300 m的场地上就能模拟3000 m距离的激光干扰对抗。激光半主动制导导弹模拟系统会以角度欺骗干扰车车顶为测试平台，分别在图4中1，2位置测试高重频激光诱饵干扰效果。

图 4 外场高重频激光诱饵干扰效果评估试验布局图Fig.4 Experimental layout of high-repetition-rate laser decoy jamming effect evaluation in outfield

3.3.2 干扰效果评估试验

搜索阶段试验中高重频激光重复频率分别为50 kHz，60 kHz和70 kHz。具体试验为：首先在位置1，激光导引头模拟器开机并开启搜索模式，然后打开激光指示器，等待激光导引头模拟器对其跟踪锁定后关机，打开高重频激光干扰器设置重复频率为50 kHz，控制高重频激光照射激光导引头模拟器，让激光导引头模拟器锁定跟踪高重频干扰激光一段时间；然后激光指示器开机工作，观察并记录高重频干扰效果数据，根据引偏角评估法则对干扰效果进行评估；改变高重频重复频率按上述步骤重复试验。

在位置2按上述试验步骤进行高重频导引头搜索阶段试验。

跟踪阶段试验中高重频激光重复频率分别为150 kHz，200 kHz和250 kHz。与搜索阶段不同：首先在位置1，激光导引头模拟器开启搜索模式，然后激光指示器开机工作，让激光导引头模拟器锁定跟踪制导激光一段时间；接着，打开高重频激光干扰器设置重复频率为150 kHz，对激光导引头进行诱偏干扰，同时试验数据录取设备记录分析高重频干扰效果数据并对干扰效果进行评估；按照已选定的高重频激光重复频率重复以上试验步骤。

在位置2按上述试验步骤进行高重频导引头跟踪阶段试验。

3.3.3 试验结果及分析

搜索与跟踪阶段干扰效果与干扰频率之间关系分别如表1、表2所示。

表1 搜索阶段干扰效果与干扰频率之间关系表

表2 跟踪阶段干扰效果与干扰频率之间关系表

在位置1，2可以获得表1和表2的结果，可以看出，在常规条件下，高重频干扰装备采用正确的高重频激光诱饵运用方案在不同的干扰时机都能获得理想的干扰效果。

由外场激光诱偏干扰效果评估试验可以得出结论：改进地面模拟法在外场激光诱偏干扰效果评估试验中的运用，可以解决激光诱偏干扰装备在实装对抗训练中缺少合理、可行干扰效果评估方法的问题。

4 结论

本文主要对激光诱偏干扰装备的干扰效果评估方法进行了研究，提出了引偏角干扰效果评估准则，并对干扰效果评估指标和干扰效果等级进行了分析，引偏角能够表征激光导引头与激光干扰装备干扰对抗效果，可以根据引偏角的量值区间划分干扰效果等级；选择激光半主动制导导弹模拟系统作为被干扰对象并对其可行性进行了研究；改进了地面模拟干扰效果试验方法并进行了可行性验证。以激光半主动制导导弹模拟系统为被干扰对象的引偏角干扰效果评估准则，外加地面模拟法干扰效果试验，就构成了激光诱偏干扰装备实装对抗训练中合理、可行的干扰效果评估方法。