激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器抗干擾技術(shù)研究*

夏興宇，閻沖沖，何吉祥

(中國(guó)洛陽(yáng)電子裝備試驗(yàn)中心，河南 洛陽(yáng) 471003)

激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器抗干擾技術(shù)研究*

夏興宇，閻沖沖，何吉祥

(中國(guó)洛陽(yáng)電子裝備試驗(yàn)中心，河南 洛陽(yáng) 471003)

抗干擾是激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器必須具備的性能與指標(biāo)，為提高激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器抗干擾能力，在研究激光信號(hào)編碼與設(shè)置波門(mén)抗干擾的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了時(shí)/空域相關(guān)抗干擾、首/末脈沖鎖定抗干擾等干擾方式的原理與數(shù)學(xué)模型。結(jié)合實(shí)際干擾情況，分析了搜索段與制導(dǎo)段抗干擾方式的弊端與不足，按照優(yōu)化組合的方式，提出了抗干擾優(yōu)化策略，并利用超前轉(zhuǎn)發(fā)典型干擾方式，對(duì)抗干擾策略進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。

激光制導(dǎo)；抗干擾；時(shí)域相關(guān)；空域相關(guān)

0 引言

激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器抗干擾技術(shù)涉及多個(gè)領(lǐng)域，目前采用的抗干擾措施主要有以下幾種形式：一是將目標(biāo)指示信號(hào)設(shè)計(jì)為具有一定規(guī)律的編碼信號(hào)，導(dǎo)引頭設(shè)置相應(yīng)的解碼電路和解碼軟件，當(dāng)激光導(dǎo)引頭瞬時(shí)視場(chǎng)內(nèi)出現(xiàn)多批指示信號(hào)時(shí)，通過(guò)解碼識(shí)別，分別出自己的指示信號(hào)[1-2];二是導(dǎo)引頭設(shè)置脈沖錄取波門(mén)，只有在己方指示信號(hào)到達(dá)的時(shí)刻才開(kāi)放波門(mén)，而在波門(mén)關(guān)閉的時(shí)刻不接收任何信號(hào)[3];三是時(shí)/空域相關(guān)抗干擾，當(dāng)多批碼型相同的指示信號(hào)出現(xiàn)在波門(mén)內(nèi)時(shí)，根據(jù)信號(hào)的時(shí)域與空域特征進(jìn)行相關(guān)性匹配，超出己方動(dòng)態(tài)范圍的信號(hào)可認(rèn)為是干擾信號(hào)[4];四是首/末脈沖鎖定，針對(duì)地物二次或更多的反射信號(hào)與超前/滯后干擾信號(hào)，利用首/末脈沖對(duì)信號(hào)進(jìn)行篩選，屏蔽背景多次反射與激光有源干擾。

本文分析首/末脈沖鎖定與時(shí)/空域相關(guān)抗干擾方式的原理與數(shù)學(xué)模型，結(jié)合激光制導(dǎo)的搜索段與制導(dǎo)跟蹤段的工作過(guò)程，對(duì)抗干擾方式運(yùn)用進(jìn)行了探討，最后為彌補(bǔ)時(shí)/空域相關(guān)分辨率低的弊端，按照優(yōu)化組合的方式提出了抗干擾策略。

1 抗干擾方式及其判據(jù)

1.1 首/末脈沖鎖定

首/末脈沖鎖定是針對(duì)多個(gè)進(jìn)入波門(mén)的激光脈沖信號(hào)，取最首位脈沖或者最末位脈沖作為真實(shí)跟蹤信號(hào)，對(duì)波門(mén)內(nèi)其他信號(hào)不進(jìn)行處理[5-7]。原理如圖1所示。

圖1 首/末脈沖鎖定原理示意圖Fig.1 Sketch map of first/last pulse locking theory

1.2 時(shí)域相關(guān)

時(shí)域相關(guān)判據(jù)是針對(duì)相鄰2個(gè)脈沖中第1個(gè)脈沖時(shí)刻，依據(jù)解碼序列相關(guān)性計(jì)算第2個(gè)脈沖到來(lái)的時(shí)刻，根據(jù)實(shí)際檢測(cè)到的第2個(gè)脈沖時(shí)刻，判斷是否是真實(shí)激光脈沖信號(hào)，如果第2個(gè)脈沖時(shí)刻在應(yīng)該到達(dá)的時(shí)域動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，則認(rèn)為此信號(hào)是真實(shí)激光脈沖信號(hào)，原理如圖2所示。

圖2 時(shí)域相關(guān)原理示意圖Fig.2 Sketch map of time-pertinency theory

判據(jù)數(shù)學(xué)模型為

(1)

式中：f為激光指示信號(hào)重頻；n為相鄰2個(gè)脈沖之間序列長(zhǎng)度；Δt為脈沖不確定性偏差;τ為不確定性偏差最大值。如果激光脈沖信號(hào)在Ti+1的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，則可認(rèn)為符合抗干擾判據(jù)。

1.3 空域相關(guān)

空域相關(guān)是對(duì)相鄰2個(gè)脈沖中第1個(gè)脈沖的空域特征，如在四象限探測(cè)器中的位置信息，依據(jù)跟蹤靜態(tài)目標(biāo)或低速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)不會(huì)在四象限探測(cè)器中輸出較大的位置偏移量的原則，如果實(shí)際檢測(cè)到的第2個(gè)脈沖的位置信息沒(méi)有超出空域動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，則認(rèn)為此信號(hào)是真實(shí)激光脈沖信號(hào)。

判據(jù)數(shù)學(xué)模型為

(2)

式中：ΔS為激光指示器不穩(wěn)定性等因素造成光斑抖動(dòng)在距離上表現(xiàn)出來(lái)的偏差。如果Li+1指在(0，ΔS)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，則認(rèn)為符合抗干擾判據(jù)。

空域相關(guān)映射到四象限探測(cè)器和差比幅電路后表現(xiàn)為俯仰角偏差和方位角偏差。

判據(jù)數(shù)學(xué)模型為

(3)

式中：Δx為光斑抖動(dòng)造成的角偏差。如果方位角偏差Xi+1與俯仰角偏差Yi+1在判據(jù)公式的范圍內(nèi)，則認(rèn)為符合抗干擾判據(jù)。

圖3為激光導(dǎo)引頭對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤并遭受干擾的方位及俯仰角偏差曲線。從圖3可知，方位誤差角出現(xiàn)較大偏差，可知導(dǎo)引頭在橫向方位上受到干擾，為此選取制導(dǎo)跟蹤過(guò)程中方位角偏差的前15 s進(jìn)行處理。圖4中上圖為方位角偏差的變化，中圖為方位角偏差的一階差分曲線，下圖為方位角偏差的二階差分曲線。

圖3 角偏差變化曲線Fig.3 Change curve of angle error

圖4 角誤差0，1，2階差分曲線Fig.4 0, 1, 2 rank change curve of angle error

當(dāng)沒(méi)用干擾時(shí)，導(dǎo)引頭在穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)后，角偏差與一階、二階差分曲線應(yīng)呈現(xiàn)出小幅振蕩，而遭受角度欺騙干擾后，干擾信號(hào)將引導(dǎo)導(dǎo)引頭至假目標(biāo)，瞬時(shí)造成角偏差的劇烈變化。從曲線的變化趨勢(shì)可以看出，在前5 s導(dǎo)引頭受到自身與光斑的抖動(dòng)，造成角偏差呈現(xiàn)小幅振蕩，在5 s時(shí)，各曲線出現(xiàn)較大偏差，5～15 s各曲線恢復(fù)小幅振蕩狀態(tài)。因此，空域相關(guān)可通過(guò)建立角偏差量ΔS閾值，超出ΔS則可認(rèn)為導(dǎo)引頭檢測(cè)到的是干擾信號(hào)。

2 抗干擾方式運(yùn)用分析

激光導(dǎo)引頭可運(yùn)用上述的3個(gè)方式抗干擾。在某種程度上，運(yùn)用3個(gè)判據(jù)其一便可提高制導(dǎo)跟蹤效果，但也存在著諸多弊端。

2.1 搜索階段

如果激光導(dǎo)引頭還未識(shí)別出真實(shí)的制導(dǎo)信號(hào)時(shí)，角度欺騙干擾已經(jīng)成功偵察告警并且復(fù)制出同樣的制導(dǎo)信號(hào)，超前真實(shí)制導(dǎo)信號(hào)ΔJ時(shí)：

激光導(dǎo)引頭進(jìn)行空域相關(guān)判別時(shí)，便將干擾信號(hào)作為了目標(biāo)指示信號(hào)，轉(zhuǎn)而對(duì)假目標(biāo)進(jìn)行鎖定跟蹤，而對(duì)真實(shí)目標(biāo)則認(rèn)定為干擾。

激光導(dǎo)引頭進(jìn)行時(shí)域相關(guān)判別時(shí)，干擾信號(hào)處于導(dǎo)引頭檢測(cè)脈沖動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，且超前真實(shí)指示信號(hào)，則導(dǎo)引頭在時(shí)序上認(rèn)定干擾信號(hào)為真實(shí)信號(hào)。

2.2 跟蹤階段

首/末脈沖鎖定抗干擾方式：首脈沖鎖定不能抵御超前轉(zhuǎn)發(fā)干擾，末脈沖鎖定不能排除地物多次反射造成的影響。

時(shí)域相關(guān)抗干擾方式：由于單個(gè)脈沖在一定范圍的時(shí)域上表現(xiàn)出不確定性，呈現(xiàn)出正態(tài)分布的特性，造成了時(shí)域相關(guān)必須在一定時(shí)域范圍內(nèi)相關(guān)抗干擾，針對(duì)敵同步轉(zhuǎn)發(fā)、超前轉(zhuǎn)發(fā)、高重頻等干擾樣式[8-9]，干擾信號(hào)與真實(shí)指示信號(hào)在時(shí)域上差別很小，利用在時(shí)間域上的相關(guān)對(duì)真實(shí)指示信號(hào)進(jìn)行識(shí)別具備一定難度。

空域相關(guān)抗干擾：激光脈沖信號(hào)在四象限探測(cè)器上的位置，運(yùn)用和差比幅電路，推算出俯仰和方位的角偏差。針對(duì)固定目標(biāo)，導(dǎo)引頭穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)后，如果遭受干擾且干擾有效，導(dǎo)引頭檢測(cè)干擾源的空間位置關(guān)系，并將其映射到角偏差。其變化規(guī)律隨彈目距離的變化曲線如圖5所示。

圖5 干擾信號(hào)造成的角偏差隨彈目距離變化曲線Fig.5 Change curve of jamming angle error along with bomb-target distance

激光導(dǎo)引頭在較遠(yuǎn)距離對(duì)目標(biāo)跟蹤的初段，由于干擾漫反射板與目標(biāo)漫反射的光斑在導(dǎo)引頭四象限探測(cè)器上的位置幾乎重合，使空域相關(guān)抗干擾方式分辨激光脈沖是否為干擾脈沖具備一定難度。

3 抗干擾優(yōu)化與仿真

3.1 抗干擾優(yōu)化

根據(jù)第2節(jié)抗干擾方式運(yùn)用的分析，可組合運(yùn)用各抗干擾判據(jù)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行抗干擾，將時(shí)域與空域緊密連續(xù)起來(lái)，克服超前轉(zhuǎn)發(fā)、高重頻干擾時(shí)時(shí)域相關(guān)分辨率低的弊端，制導(dǎo)初段空域相關(guān)分辨率低的弊端，排除地物多次反射造成的末脈沖鎖定失效的問(wèn)題。

抗干擾判據(jù)策略：針對(duì)搜索階段激光脈沖信號(hào)識(shí)別后，設(shè)定激光脈沖基準(zhǔn)，按照碼型時(shí)序計(jì)算下一個(gè)脈沖信號(hào)到來(lái)的時(shí)刻與空間相對(duì)位置，利用波門(mén)濾波技術(shù)濾除部分雜散光與干擾信號(hào)，其次按照時(shí)域相關(guān)與空域相關(guān)對(duì)進(jìn)入波門(mén)的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)性剔除濾波，對(duì)符合制導(dǎo)信號(hào)時(shí)域與空域的特征信號(hào)進(jìn)行處理，其次還可選擇首/末脈沖鎖定對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行抗干擾篩選?？垢蓴_策略如圖6所示。

圖6 抗干擾優(yōu)化策略Fig.6 Antijamming optimization strategy

3.2 抗干擾策略仿真

選取超前轉(zhuǎn)發(fā)干擾為分析對(duì)象，對(duì)時(shí)域/空域相關(guān)抗干擾及優(yōu)化后的抗干擾策略進(jìn)行仿真。

3.2.1 時(shí)域相關(guān)抗干擾仿真

以編碼激光制導(dǎo)脈沖為仿真研究對(duì)象，分析脈沖信號(hào)到達(dá)探測(cè)器前端時(shí)刻的影響因素，得出：接收的激光脈沖與標(biāo)準(zhǔn)激光脈沖有一定的時(shí)間偏差，其變化規(guī)律服從一定規(guī)律[10-12]，通過(guò)仿真得出了制導(dǎo)信號(hào)相對(duì)偏移量，如圖7所示，選取數(shù)據(jù)極大值作為時(shí)域相關(guān)數(shù)據(jù)邊界。

圖7 激光編碼脈沖時(shí)間偏移量仿真Fig.7 Time offset simulation of coding pulse

干擾模型以超前轉(zhuǎn)發(fā)干擾為例，超前量ΔJ選取為8，5 μs進(jìn)行仿真，如圖8，9所示。分析得出：8 μs超前量干擾信號(hào)均處于時(shí)域動(dòng)態(tài)檢測(cè)以外，時(shí)域抗干擾具備抗干擾能力，而5 μs超前量部分干擾脈沖處于時(shí)域檢測(cè)以內(nèi)，此時(shí)無(wú)法完全抗干擾。

圖8 8 μs超前量的時(shí)域相關(guān)抗干擾仿真Fig.8 Antijamming simulation of time-pertinency with about 8 μs leading

圖9 5 μs超前量的時(shí)域相關(guān)抗干擾仿真Fig.9 Antijamming simulation of time-pertinency with about 5 μs leading

通過(guò)以上分析，超前量是決定時(shí)域相關(guān)抗干擾能否有效的重要條件，超前量大時(shí)具備抗干擾能力，超前量小時(shí)需要借助空域相關(guān)抗干擾進(jìn)一步檢測(cè)脈沖特征進(jìn)行抗干擾。

3.2.2 空域相關(guān)抗干擾仿真

空域相關(guān)抗干擾需要對(duì)空域檢測(cè)數(shù)據(jù)邊界進(jìn)行研究，通過(guò)分析得出：激光指示光斑抖動(dòng)，激光導(dǎo)引頭跟蹤精度，激光導(dǎo)引頭系統(tǒng)誤差等因素造成激光制導(dǎo)武器在跟蹤目標(biāo)過(guò)程中具有動(dòng)態(tài)變化的實(shí)時(shí)脫靶量，變化規(guī)律如圖10所示。動(dòng)態(tài)脫靶量極值可作為空域相關(guān)數(shù)據(jù)邊界。

圖10 無(wú)干擾脈沖脫靶量仿真Fig.10 Missing distance simulation without jamming pulse

通過(guò)對(duì)時(shí)域相關(guān)抗干擾中超前量取5 μs的超前轉(zhuǎn)發(fā)干擾模型的分析，部分干擾脈沖在時(shí)域動(dòng)態(tài)檢測(cè)范圍內(nèi)，而在空域相關(guān)檢測(cè)時(shí)，激光制導(dǎo)武器動(dòng)態(tài)脫靶量呈現(xiàn)以下特征，如圖11所示。

圖11 含有部分干擾脈沖的脫靶量仿真Fig.11 Missing distance simulation with several jamming pulse

雖然部分干擾脈沖進(jìn)入到時(shí)域檢測(cè)范圍，但在空域檢測(cè)時(shí)，呈現(xiàn)較大的脫靶量輸出，超出了空域動(dòng)態(tài)檢測(cè)范圍，即認(rèn)定為干擾進(jìn)行濾除。

3.3 仿真結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)干擾策略仿真得出：時(shí)域相關(guān)針對(duì)不同的超前量，抗干擾性能也不同，超前量較小時(shí)只能部分抗干擾，將仿真結(jié)果輸入至空域相關(guān)抗干擾，空域相關(guān)可以檢測(cè)出干擾脈沖進(jìn)行濾除。

干擾策略利用了時(shí)域/空域相關(guān)抗干擾的優(yōu)勢(shì)，激光制導(dǎo)武器可以從含有干擾脈沖的激光脈沖序列中正確識(shí)別制導(dǎo)脈沖，濾除干擾脈沖，達(dá)到了抗干擾的目標(biāo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器抗干擾是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要考慮多個(gè)方面的因素，不同的干擾方式均有針對(duì)性的抗干擾技術(shù)。本文針對(duì)首/末脈沖鎖定、時(shí)/空域相關(guān)等抗干擾技術(shù)進(jìn)行了研究，對(duì)搜索制導(dǎo)過(guò)程中的各個(gè)階段抗干擾技術(shù)的缺陷進(jìn)行了分析，為提高綜合抗干擾能力，提出了抗干擾優(yōu)化策略，并利用超前轉(zhuǎn)發(fā)典型干擾方式，對(duì)優(yōu)化的抗干擾策略進(jìn)行了初步仿真驗(yàn)證。在實(shí)際應(yīng)用中，為達(dá)到較好的抗干擾效果，激光半主動(dòng)制導(dǎo)武器系統(tǒng)還必須具備較高的采樣率，系統(tǒng)耦合與抗干擾算法之間能實(shí)現(xiàn)較好的匹配。

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Research on Antijamming Technology of Semi-Active Laser-Guided Weapon

XIA Xing-yu，YAN Chong-chong，HE Ji-xiang

(Luoyang Electronic Equipment Test Center of China，Henan Luoyang 471003，China)

Antijamming technology is the necessary capability of semi-active laser-guided weapon. To improve the antijamming ability, on the base of laser encoding and time-gate setting research, theories and calculating model of time/space-pertinency and first/last pulse locking antijamming technology are studied. Based on the practical jamming experimentation, shortcomings of antijamming technology applied to search and home phase of semi-active laser-guided weapon are analyzed. According to optimizing and combinational methods, the antijamming strategy is proposed. Through the leading transmit laser-jamming test, simulation results indicate that antijamming strategy is efficient.

laser-guided；antijamming；time-pertinency；space-pertinency

2014-07-16；

2014-09-10

夏興宇(1983-)，男，河北新河人。工程師，碩士，研究方向?yàn)殡娮訉?duì)抗。

通信地址：471023 河南省洛陽(yáng)市061信箱512分箱 E-mail：rxy830927@sina.com

10.3969/j.issn.1009-086x.2015.04.023

TN973

A

1009-086X(2015)-04-0138-06