雷達(dá)/紅外復(fù)合導(dǎo)引頭抗干擾指標(biāo)體系研究

李 學(xué)，王學(xué)偉

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雷達(dá)/紅外復(fù)合導(dǎo)引頭抗干擾指標(biāo)體系研究

李 學(xué)，王學(xué)偉

（海軍航空工程學(xué)院，山東 煙臺 264001）

雷達(dá)/紅外復(fù)合導(dǎo)引頭抗干擾能力評估對精確制導(dǎo)武器的發(fā)展具有重大推動作用。通過分析復(fù)合導(dǎo)引頭的工作原理，抗干擾效能評估準(zhǔn)則以及指標(biāo)體系構(gòu)建原則，系統(tǒng)構(gòu)建了雷達(dá)/紅外復(fù)合導(dǎo)引頭抗干擾指標(biāo)體系，并對指標(biāo)因子進(jìn)行了建模分析。

雷達(dá)/紅外；復(fù)合導(dǎo)引；抗干擾能力；指標(biāo)體系

0 引言

隨著制導(dǎo)技術(shù)的飛速發(fā)展，雷達(dá)/紅外復(fù)合制導(dǎo)導(dǎo)彈以其特有的抗干擾能力，越來越受到國內(nèi)外重視，國內(nèi)多型雷達(dá)/紅外復(fù)合制導(dǎo)導(dǎo)引頭已進(jìn)入靶場試驗階段。由于靶場試驗耗費巨大，更多的采用半實物仿真對導(dǎo)引頭性能進(jìn)行全面的測試，抗干擾能力是描述導(dǎo)引頭性能的重要指標(biāo)，王濤[1]等提出了導(dǎo)彈抗干擾能力多維度評估方法，龐艷靜[2]提出了基于層次分析法的導(dǎo)彈抗干擾能力評估方法，這些方法未能形成一個指標(biāo)體系。復(fù)合導(dǎo)引頭抗干擾指標(biāo)體系構(gòu)建是評估導(dǎo)引頭抗干擾效能的難點和重點，抗干擾指標(biāo)的選取直接影響評估結(jié)果的可信度[3]。目前，雷達(dá)/紅外復(fù)合導(dǎo)引頭抗干擾指標(biāo)體系的研究在國內(nèi)外可查閱文獻(xiàn)中鮮有涉及，但其中針對雷達(dá)導(dǎo)引頭抗干擾指標(biāo)體系的研究較多。本論文通過分析雷達(dá)/紅外復(fù)合導(dǎo)引頭工作原理以及抗干擾效能評估準(zhǔn)則，在參考雷達(dá)抗干擾指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)的構(gòu)建了雷達(dá)/紅外復(fù)合導(dǎo)引頭的抗干擾指標(biāo)體系，并對指標(biāo)因子的正確性、應(yīng)用范圍進(jìn)行了分析。

1 工作原理

雷達(dá)/紅外復(fù)合導(dǎo)引頭工作模式可以分為4個模塊：正常跟蹤模塊、干擾檢測模塊、決策模塊、抗干擾跟蹤模塊[4-5]。工作模式轉(zhuǎn)換如圖1所示。

圖1 雷達(dá)/紅外復(fù)合導(dǎo)引頭工作模式

復(fù)合導(dǎo)引頭在正常跟蹤模塊工作時，導(dǎo)引頭通過不斷獲取的穩(wěn)定目標(biāo)信息，對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤[6]。干擾檢測模塊通過對比正常跟蹤時記錄的目標(biāo)輻射能量以及量測角度的變化判斷是否出現(xiàn)假目標(biāo)。干擾檢測模塊的信息進(jìn)入決策模塊，決策模塊根據(jù)設(shè)定的閾值判斷進(jìn)入正常跟蹤模塊或抗干擾跟蹤模塊?？垢蓴_跟蹤模塊工作時，系統(tǒng)根據(jù)干擾的不同采取不同的抗干擾措施實現(xiàn)對目標(biāo)的跟蹤。

2 評估準(zhǔn)則

選擇正確的效能評估準(zhǔn)則，是進(jìn)行復(fù)合導(dǎo)引頭抗干擾效能評估的基礎(chǔ)。評估準(zhǔn)則選擇得是否合適，將直接關(guān)系到效能評估的科學(xué)性與合理性。因此，在研究雷達(dá)/紅外復(fù)合導(dǎo)引頭抗干擾效能評估中，必須科學(xué)合理地選擇有效的評估準(zhǔn)則[7-8]。

在進(jìn)行抗干擾效能評估時，主要有以下幾個評估準(zhǔn)則：

1）信息準(zhǔn)則；

2）效率準(zhǔn)則（戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用準(zhǔn)則）；

3）功率準(zhǔn)則；

4）時間準(zhǔn)則。

信息準(zhǔn)則利用導(dǎo)引頭受噪聲干擾后損失的信息衡量干擾效果，不確定性大，不方便使用。而效率準(zhǔn)則、功率準(zhǔn)則、時間準(zhǔn)則分別通過導(dǎo)引頭完成本事使命能力、有無干擾時系統(tǒng)信干比、排除干擾正常跟蹤的反應(yīng)時間來衡量干擾效果，直觀有效。在實際運(yùn)用中，單獨運(yùn)用一種評估準(zhǔn)則選取復(fù)合導(dǎo)引頭抗干擾效能評估指標(biāo)，往往不能較全面地反映復(fù)合導(dǎo)引頭的抗干擾性能。本文針對各評估指標(biāo)的特點，在選取抗干擾效能評估指標(biāo)時，綜合運(yùn)用了效率準(zhǔn)則、功率準(zhǔn)則、時間準(zhǔn)則。

3 構(gòu)建原則

雷達(dá)/紅外復(fù)合導(dǎo)引頭抗干擾效能評估由于其指標(biāo)眾多，并且各個指標(biāo)屬性不一，因此它屬于多指標(biāo)綜合評價的范疇。多指標(biāo)綜合評價是將反映研究對象不同屬性的多個指標(biāo)的信息聯(lián)合起來，得到一個綜合指標(biāo)，由此來反映被評價對象的整體情況，指標(biāo)選擇是進(jìn)行多指標(biāo)綜合評價的首要工作，它的主要任務(wù)是構(gòu)建一個能夠完整反映研究對象總體屬性的指標(biāo)體系[9]。要使評估結(jié)果可信，必須要建立起科學(xué)、合理的指標(biāo)體系。在建立指標(biāo)體系的過程中一般要遵循以下幾個原則：

1）完備性原則；

2）客觀性原則；

3）系統(tǒng)性原則：①相關(guān)性問題，②層次性問題，③整體性問題，④綜合性問題；

4）可測性原則；

5）突出性原則；

6）可比性原則；

7）定性與定量相結(jié)合的原則。

上述各項原則之間并不是毫無關(guān)系的。在建立雷達(dá)/紅外復(fù)合導(dǎo)引頭抗干擾指標(biāo)體系的時候，首先要根據(jù)系統(tǒng)性的原則來分析，在此基礎(chǔ)上才能選取科學(xué)合理的評估指標(biāo)來保證指標(biāo)體系的完備性。當(dāng)然在評估過程中，只有堅持定性與定量指標(biāo)相結(jié)合的原則才能進(jìn)行，最后上述所有原則的最終目的是實現(xiàn)雷達(dá)/紅外復(fù)合導(dǎo)引頭抗干擾效能的評估，從而體現(xiàn)了建立指標(biāo)體系的目的性原則。

4 體系構(gòu)建

體系構(gòu)建過程中，指標(biāo)因子的選取是構(gòu)建的重點也是難點，根據(jù)評估準(zhǔn)則就可以基于構(gòu)建原則來選取效能評估指標(biāo)。現(xiàn)有的雷達(dá)抗干擾指標(biāo)數(shù)量較多，如雷達(dá)抗干擾改善因子、抗干擾有效因子、燒穿距離、自衛(wèi)距離、干擾壓制系數(shù)、抗干擾品質(zhì)因素等，以上因子模型無法有效評估復(fù)合導(dǎo)引頭抗干擾性能。本文在分析了復(fù)合制導(dǎo)導(dǎo)引頭工作原理、抗干擾機(jī)理以及指標(biāo)構(gòu)建的原則后，通過參考已有的雷達(dá)抗干擾指標(biāo)體系，構(gòu)建了復(fù)合導(dǎo)引頭的抗干擾指標(biāo)體系。基于雷達(dá)和紅外傳感器的固有屬性，提出了抗干擾基本因子；基于復(fù)合導(dǎo)引頭對抗兩類欺騙干擾的能力，提出了抗欺騙干擾改善因子；基于復(fù)合導(dǎo)引頭融合算法和作戰(zhàn)效能，提出了權(quán)重系數(shù)改善因子；基于復(fù)合導(dǎo)引頭識別排除人為干擾的能力，提出了模塊跳轉(zhuǎn)時間因子和反應(yīng)距離因子；參考雷達(dá)抗干擾指標(biāo)體系修改了抗干擾改善因子。指標(biāo)體系構(gòu)建過程系統(tǒng)的考慮了導(dǎo)引頭自身性能、發(fā)現(xiàn)干擾排除干擾的能力、毀傷目標(biāo)概率的因素，比較客觀地反應(yīng)了導(dǎo)引頭排除干擾打擊目標(biāo)的過程，指標(biāo)因子在定性分析基礎(chǔ)上能夠定量計算，并且可以對比不同條件下的抗干擾效能。

初步建立的效能評估指標(biāo)體系如圖2所示。

5 效能評估支撐模型

5.1 抗干擾基本因子

基本抗干擾因子是復(fù)合導(dǎo)引頭的基本性能參數(shù)決定的抗干擾能力，其表達(dá)式定義為：

式中：t為雷達(dá)功率；s為信號帶寬；0為信號照射時間；t為天線增益；為雷達(dá)所能探測到的最小目標(biāo)有效反射面積；Δ為雷達(dá)分辨體積單元；m為實時大氣透過率；MRT為最小可辨溫差；MDT為最小可探溫差；NEDT為噪聲等效溫差。

紅外成像系統(tǒng)參數(shù)具體定義計算可以參照文獻(xiàn)[10]。設(shè)理想天氣條件下的己方所擁有的最先進(jìn)復(fù)合導(dǎo)引頭的基本抗干擾因子數(shù)值為，則歸一化后的基本因子為：

圖2 雷達(dá)/紅外復(fù)合導(dǎo)引頭抗干擾指標(biāo)體系

Fig.2 Jamming index system of Radar/IR seeker

1￠＝1/(2)

雷達(dá)因子部分可衡量雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)能力，雷達(dá)功率越大，天線增益越大其探測到微弱目標(biāo)的能力越強(qiáng)，對抗遮蔽類干擾的能力越強(qiáng)；紅外因子部分反映了紅外探測器發(fā)現(xiàn)目標(biāo)能力，大氣透過率越高，MRT、MDT、NEDT越小說明紅外傳感器探測目標(biāo)能力越強(qiáng)，對抗遮蔽隱身類干擾能力越好。這一因子綜合分析了雷達(dá)和紅外傳感器的工作原理，在一定程度上反映了復(fù)合導(dǎo)引頭發(fā)現(xiàn)目標(biāo)和對抗遮蔽、偽裝、隱身等干擾的能力。

5.2 抗欺騙干擾因子

復(fù)合導(dǎo)引頭抗干擾機(jī)欺騙電子干擾模型如圖3所示，結(jié)合概率準(zhǔn)則和效率準(zhǔn)則可定義復(fù)合導(dǎo)引頭抗干擾機(jī)欺騙性干擾概率因子為：

得到2后，就可以判斷復(fù)合導(dǎo)引頭抗干擾效果的好壞?？墒且ㄟ^該公式求得2，有些概率值需要通過仿真用統(tǒng)計的方法確定。導(dǎo)引頭抵抗誘餌彈欺騙干擾模型如圖4所示，餌彈信號經(jīng)過導(dǎo)引頭前端進(jìn)入識別系統(tǒng)時，雷達(dá)系統(tǒng)和紅外成像系統(tǒng)會分別對其進(jìn)行甄別，在這里我們假設(shè)兩個系統(tǒng)任何一個系統(tǒng)可以分辨它是假目標(biāo)時，復(fù)合導(dǎo)引頭就可以認(rèn)定它是虛假信號。仿照上面模型可建立詳細(xì)模型，但限于篇幅我們這在里簡化了模型。復(fù)合導(dǎo)引頭抗誘餌欺騙因子定義為下式：

3＝1－123(4)

式中：1為雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)并誤判概率；2為紅外成像系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)并誤判概率；3為融合后仍誤判概率。

圖3 抗干擾機(jī)欺騙電子干擾模型

圖4 抗誘餌欺騙模型

這一因子可用仿真實驗統(tǒng)計得到3個概率，進(jìn)行次蒙特卡洛實驗分別得到3個概率的乘積，最終得到抗欺騙干擾的數(shù)值。其運(yùn)用需要經(jīng)過仿真實驗或靶場試驗的分析，通過結(jié)果評估復(fù)合導(dǎo)引頭對抗不同欺騙干擾的能力，最終可建立一個對抗欺騙干擾的統(tǒng)計庫，對評估作戰(zhàn)能力具有指導(dǎo)意義。

5.3 權(quán)重系數(shù)改善因子。

這一因子是基于概率準(zhǔn)則提出的，在不同目標(biāo)環(huán)境中，復(fù)合導(dǎo)引頭的融合算法的權(quán)重系數(shù)定義為雷達(dá)導(dǎo)引系統(tǒng)系數(shù)，紅外導(dǎo)引系統(tǒng)，有：

＋＝1 (5)

這一系數(shù)分別為在復(fù)合導(dǎo)引頭工作中是時刻變化的，參考文獻(xiàn)[11]中仿真實驗9特征量分析法測試復(fù)合導(dǎo)引頭在采取抗干擾措施前后的目標(biāo)識別率的改變來衡量這一因子。假設(shè)未采取抗干擾措施時識別率為1，采取抗干擾措施后識別率為2，定義權(quán)重系數(shù)改善因子1，則：

這一因子可以用來衡量復(fù)合導(dǎo)引頭融合算法的優(yōu)劣。復(fù)合導(dǎo)引頭跟蹤的目標(biāo)發(fā)射紅外誘餌時，紅外導(dǎo)引頭將跟蹤目標(biāo)和干擾的質(zhì)心軌跡，雷達(dá)和紅外測量的角度出現(xiàn)的誤差逐步增大，超過閾值后，導(dǎo)引頭進(jìn)入抗干擾跟蹤模式，采取雷達(dá)跟蹤。這一跳變過程中，如果導(dǎo)引頭融合算法不能保持導(dǎo)引頭偏離在一定范圍內(nèi)，雷達(dá)導(dǎo)引頭視角范圍內(nèi)可能丟失目標(biāo)。文獻(xiàn)[5]中采取的融合算法具有自適應(yīng)調(diào)整性，能夠保證進(jìn)入雷達(dá)跟蹤時不丟失目標(biāo)。在對抗定向干擾和欺騙干擾時可使用這因子。

5.4 基于效率準(zhǔn)則提出的導(dǎo)引頭反應(yīng)距離因子

設(shè)復(fù)合導(dǎo)引頭發(fā)現(xiàn)目標(biāo)距離為，進(jìn)入抗干擾跟蹤模塊工作時，與目標(biāo)距離為R我們定義導(dǎo)引頭自衛(wèi)距離比例因子為：

5.5 基于時間準(zhǔn)則提出的模塊跳轉(zhuǎn)平均時間因子

自干擾出現(xiàn)到導(dǎo)引頭進(jìn)入抗干擾跟蹤平均時間為，自干擾出現(xiàn)到導(dǎo)彈擊中目標(biāo)時間為，定義模塊跳轉(zhuǎn)平均時間因子：

6＝exp(－/) (8)

導(dǎo)引頭排除虛假信息進(jìn)而跟蹤真實目標(biāo)的速度綜合反應(yīng)了其抗干擾的能力，這一過程可用導(dǎo)引頭工作時間、飛行距離來衡量。反應(yīng)時間越短，飛行距離越小說明導(dǎo)引頭對抗干擾能力越強(qiáng)。飛行時間過長或飛行距離越遠(yuǎn)偏離目標(biāo)的角度和距離就會增大，丟失目標(biāo)的概率增大，所以距離因子和時間因子指標(biāo)能夠衡量復(fù)合導(dǎo)引頭抗干擾能力。這一指標(biāo)考慮了導(dǎo)引頭角度跟蹤原理，其適合于范圍較廣，在仿真實驗和靶場試驗中這一指標(biāo)對衡量導(dǎo)引頭性能具有重要指導(dǎo)意義。

5.6 基于功率準(zhǔn)則提出的抗干擾改善因子

抗干擾改善因子是最早由Johnston S L[12]提出，這一指標(biāo)是衡量雷達(dá)抗干擾能力的重要指標(biāo)。對于復(fù)合導(dǎo)引頭其仍有較重要意義，復(fù)合模式的導(dǎo)引頭獲得了兩種單一模式導(dǎo)引頭的優(yōu)點，并且可以彌補(bǔ)互相缺點。復(fù)合導(dǎo)引頭的消耗的能量主要在于雷達(dá)系統(tǒng)，假設(shè)雷達(dá)平均功率占系統(tǒng)平均功率的比率為，根據(jù)雷達(dá)EIF定義可以得到修正后的改善因子EIF為：

式中：(/)0為未采取抗干擾措施時信干比；(/)為采取抗干擾措施后的信干比。

從文獻(xiàn)[13]中，可以看出這一指標(biāo)的通用性和可信性，對于二級的抗干擾改善因子不進(jìn)行討論。

導(dǎo)引頭抗干擾評估指標(biāo)還有很多，如文獻(xiàn)[5]、[14]中提出的雷達(dá)觀察扇區(qū)損失度改善因子，平均虛假航跡改善因子，目標(biāo)起始航跡平均時間改善因子、系統(tǒng)平均透漏航跡數(shù)改善因子等等。本文提出了6種指標(biāo)，并分析了指標(biāo)的使用范圍。其中權(quán)重系數(shù)改善因子、抗欺騙干擾因子、抗干擾改善因子、抗干擾基本因子4種因子的數(shù)值均是越大越好，而導(dǎo)引頭反應(yīng)距離因子和模塊跳轉(zhuǎn)平均時間因子則是越小越好。

6 實例分析

導(dǎo)引頭技術(shù)為自有最先進(jìn)水平，條件1：大氣透過率為0.95，發(fā)射5枚面源紅外誘餌，條件2：大氣透過率為0.95，相隔10s分別發(fā)射5枚紅外誘餌，條件3：大氣透過率0.85，發(fā)射5枚紅外誘餌。3種條件第1次發(fā)射干擾彈（相對輻射強(qiáng)度為目標(biāo)3倍）時，導(dǎo)彈速度350km/h，目標(biāo)50km/h距離目標(biāo)10km，雷達(dá)與紅外量測角度閾值設(shè)定為3°，超過閾值導(dǎo)引頭認(rèn)定干擾，導(dǎo)彈與目標(biāo)在同一水平線。評估導(dǎo)引頭在3種條件下的效能。

解：根據(jù)本文建立的指標(biāo)因子模型，選取指標(biāo)1、3、4、5、6進(jìn)行評估，采用專家打分法評估各指標(biāo)的權(quán)重，結(jié)果如表1所示（相對重要性表示行指標(biāo)相對列指標(biāo)的重要程度，采用1～7檔，1表示同等、3相對重要、5較重要、7絕對重要，2、4、6表示中間重要程度）：

綜合考慮各方因素，導(dǎo)引頭在正常跟蹤時發(fā)現(xiàn)目標(biāo)概率0.95，采取干擾措施后提升為0.98，跳轉(zhuǎn)時間

表1 指標(biāo)權(quán)重打分表

計算：采用簡化模型計算，彈目距離10000m量測質(zhì)心超過3°，能量質(zhì)心下降距離：

＝(2/)1/2≈12.3s，＝彈目×≈1025m

根據(jù)＝1×1＋2×3＋3×4＋4×5＋5×6，可計算得到3種條件抗干擾效能：

條件1：因子1＝0.95，3＝0.93，4＝0.5，5＝0.9，6＝0.9，1＝0.9113；

條件2：因子1＝0.95，3＝0.86，4＝0.5，e5=0.82，6＝0.81，2＝0.8581；

條件3：因子1＝0.85，3＝0.93，4＝0.5，5＝0.9，6＝0.9，3＝0.8862。

由結(jié)果可知，復(fù)合導(dǎo)引頭對紅外誘餌干擾效果非常好，隨著誘餌數(shù)目增多，大氣透過率降低，導(dǎo)引頭抗干擾效能會略有下降。

7 結(jié)束語

本論文通過分析雷達(dá)/紅外復(fù)合導(dǎo)引頭工作原理，抗干擾效能評估準(zhǔn)則以及指標(biāo)體系構(gòu)建原則，系統(tǒng)構(gòu)建了雷達(dá)/紅外復(fù)合導(dǎo)引頭的抗干擾效能評估指標(biāo)體系，并對指標(biāo)因子建模分析，最后以實例驗證。在國內(nèi)外可查文獻(xiàn)中對雷達(dá)/紅外復(fù)合導(dǎo)引頭指標(biāo)體系的描述非常少，因此本論文構(gòu)建的指標(biāo)因子需要大量的仿真實驗來驗證。

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Research of Radar/IR Composite Seeker Anti-jamming Index System

LI Xue，WANG Xue-wei

（，264001，）

The development of precision-guided weapons is promoted by Radar/IR composite seeker anti-jamming capability assessment. The working principle of composite seeker, anti-jamming effectiveness evaluation criteria and construction principles of indicators are analyzed. Radar/IR composite seeker anti-jamming index system is established and analyzed by modeling.

radar/IR，composite guide，anti-jamming capability，index system

TN97

A

1001-8891(2015)03-0258-05

2014-09-10；

2014-10-13 .

李學(xué)（1989-），山東德州人，碩士研究生，主要從事精確制導(dǎo)智能化技術(shù)研究。E-mail：Chnialxsky@yahoo.com。