海面激光引偏角測量布站研究及數(shù)據(jù)分析

劉靜梅

（中國人民解放軍91404部隊，河北秦皇島 066001）

激光引偏干擾通過向海面發(fā)射布設(shè)與敵方照射激光相似的欺騙光斑，能夠誘騙半主動激光制導武器跟蹤激光引偏光斑，實現(xiàn)對我方艦船目標的保護［1］。激光引偏角是評價激光引偏干擾性能的重要指標，開展激光引偏角測量與評定是激光引偏干擾裝備研制過程中不可缺少的一項科研活動。激光引偏角是激光導引頭受干擾后光軸在方位和俯仰方向的偏轉(zhuǎn)角度，是計算引偏距離、評判引偏效果的前提和依據(jù)［2］。本文根據(jù)艦載激光引偏設(shè)備使用特點、試驗結(jié)果評判對數(shù)據(jù)錄取要求和測量保障條件，提出了導引頭模擬設(shè)備陸上架設(shè)、艦船架設(shè)和空中平臺架設(shè)三種測量布站方案設(shè)計。針對不同測試距離和設(shè)備架設(shè)高度，對激光引偏角和引偏距離誤差進行理論計算與數(shù)據(jù)分析，并從裝備試驗實戰(zhàn)要求、技術(shù)實現(xiàn)和測量保障等方面，對幾種試驗布站方案進行比對，提出海上激光引偏干擾試驗布站的選取原則和測試要求，以便為試驗方法的制定、設(shè)備布站方案的選取提供依據(jù)，為激光引偏設(shè)備干擾能力的測量與考核提供必要的研究基礎(chǔ)。

1 三種導引頭模擬設(shè)備架設(shè)方案

1.1 導引頭模擬設(shè)備陸上架設(shè)方案

1.1.1 陸上架設(shè)布站設(shè)計

將導引頭模擬設(shè)備架設(shè)在陸上進行引偏角測量，是利用現(xiàn)有保障條件和試驗海域完成引偏干擾能力試驗的一種方法。試驗布站原理如圖1 所示，采用這種試驗方法，導引頭模擬設(shè)備架設(shè)在陸上某一高點，高度的選擇應盡可能滿足對導彈飛行高度的模擬，并保證使其處于海面反射引偏激光能量的集中區(qū)域［3］。載有激光引偏設(shè)備的目標艦在海上就位，目標艦與導引頭模擬設(shè)備之間的距離應在導引頭作用距離范圍內(nèi)。測試時岸上的目標指示器和導引頭模擬設(shè)備對目標艦進行照射、搜捕和跟蹤工作過程，引偏設(shè)備探測到照射激光威脅信號后，發(fā)射引偏激光對導引頭實施引偏干擾。在這一過程中，目標艦保持向?qū)б^方向機動航行，兩者之間逐漸接近，通過目標艦與導引頭距離的變化，模擬導彈對艦船攻擊時逐漸飛近目標時的過程。

圖1 導引頭模擬設(shè)備陸上架設(shè)布站示意圖Fig.1 Diagram of land station distribution for seeker simulator

導引頭模擬設(shè)備采用陸上架設(shè)布站方案，是通過目標艦的機動來實現(xiàn)模擬導彈逐漸飛近目標艦的過程。試驗布站動用兵力少，實施相對簡便。采用這種方法，要根據(jù)艦船航行速度，選擇試驗起始距離，在引偏激光器連續(xù)發(fā)射時間內(nèi)完成導彈對目標攻擊工作過程的模擬。

1.1.2 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)設(shè)定的導引頭高度h1、目標指示點高度h2、測試距離R與引偏光斑的相對位置關(guān)系，對引偏角和引偏距離誤差數(shù)據(jù)進行理論計算，結(jié)果見表1。假設(shè)引偏激光發(fā)射距離為150 m，目標指示點高度為15 m，導引頭高度分別設(shè)為40 m、50 m、100 m 和200 m。結(jié)果表明，相同的測試距離，導引頭架設(shè)位置越高，對應的引偏角越大，引偏距離計算誤差越小。而當導引頭架設(shè)高度不變時，隨著測試距離由遠至近，引偏角逐漸變大，引偏距離誤差逐漸變小（表1）。

表1 陸上布站理論計算數(shù)據(jù)Tab.1 Theoretical data of land station distribution

由表1 可知，測試距離是影響引偏距離計算誤差的主要因素。雖然提高導引頭架設(shè)高度能夠減小引偏距離計算誤差，但效果并不明顯，原因是當導引頭距試驗目標艦船較遠時，海面上引偏光斑與目標艦船之間的距離在導引頭視線方向的投影距離很短，形成的引偏角很小。當測試距離較遠時，導引頭較小的測角誤差會對引偏距離計算帶來很大誤差，隨著測試距離的拉近，這種影響程度下降很快，這與導彈攻擊目標時隨著距離的拉近不斷修正彈道的原理是一致的。因此采用陸上架設(shè)導引頭進行海上引偏效果試驗，應首先保證測試距離滿足引偏距離計算精度要求，試驗過程中目標艦船應航行至導引頭模擬設(shè)備很近的距離范圍內(nèi)，要求試驗海域水深滿足艦船航行安全要求。

測量布站設(shè)計除了考慮目標和引偏光斑同處于引偏角測量系統(tǒng)跟蹤視場內(nèi)［4］，還要保證引偏角測量滿足一定的置信度要求，一般要求測量值要大于測量誤差的2～3倍［5］。假設(shè)引偏角測量誤差取0.1°，試驗布站應保證導引頭受引偏干擾后偏轉(zhuǎn)角在0.2°～0.3°，以滿足數(shù)據(jù)錄取和結(jié)果評判的要求。根據(jù)引偏角理論計算數(shù)據(jù)，當導引頭架設(shè)高度為50 m 時，目標艦航行至距導引頭3 km到4 km處，導引頭受引偏干擾其視線的偏轉(zhuǎn)角達到0.24°至0.34°范圍，即滿足對引偏角測量精度的要求。

1.2 導引頭模擬設(shè)備艦船架設(shè)方案

1.2.1 艦船架設(shè)布站設(shè)計

導引頭模擬設(shè)備艦船架設(shè)試驗布站原理如圖2 所示。為了避免目標指示器后向散射激光對導引頭模擬設(shè)備的影響，測量設(shè)備分別架設(shè)在兩條試驗船上。目標艦與導引頭模擬設(shè)備之間的距離應在導引頭作用距離范圍內(nèi)。采用這種試驗方法，導引頭模擬設(shè)備架設(shè)高度受到船體高度的限制，只能架設(shè)在較低高度上，模擬導彈在低空飛行時對艦船的攻擊。

圖2 導引頭模擬設(shè)備艦船架設(shè)布站示意圖Fig.2 Diagram of boat station distribution for seeker simulator

試驗時架設(shè)在試驗艦上的目標指示器和導引頭模擬器模擬武器系統(tǒng)工作，對目標艦進行照射、捕獲和跟蹤，載有導引頭模擬設(shè)備的試驗艦向目標艦方向機動航行，模擬導彈對艦船攻擊時逐漸飛近目標時距離變化過程，引偏設(shè)備接收到激光威脅信號信息后，發(fā)射引偏激光對導引頭實施引偏干擾。載有導引頭模擬設(shè)備的試驗艦一直保持向目標艦方向機動航行，直至兩艦距離不能滿足艦船安全航行為止。將導引頭模擬設(shè)備和目標指示器架設(shè)在艦船上進行引偏干擾試驗，不受陸上試驗場和試驗海域水深的限制，可根據(jù)試驗需求靈活機動地選擇試驗海域。為了克服艦船搖擺的影響，導引頭模擬器和目標指示器架設(shè)在自穩(wěn)平臺上，轉(zhuǎn)臺的穩(wěn)定性要確保激光目標指示器對目標實施連續(xù)穩(wěn)定的激光照射。

1.2.2 數(shù)據(jù)分析

表2 是導引頭模擬設(shè)備采用艦船架設(shè)布站方案時，對引偏角和引偏距離誤差數(shù)據(jù)進行的理論計算結(jié)果。導引頭高度值的選取考慮了艦船的可安裝高度。表2 中引偏角和引偏距離計算誤差隨導引頭高度和測試距離的變化規(guī)律與陸上架設(shè)試驗方案一致。測試距離是影響引偏距離計算誤差的主要因素，在艦船提供的導引頭安裝條件下，通過改變導引頭架設(shè)高度對提高引偏距離計算精度影響不大。

表2 艦船布站理論計算數(shù)據(jù)Tab.2 Theoretical data of boat station distribution

測試時可根據(jù)艦船航速、引偏激光連續(xù)發(fā)射時間等因素，綜合選擇測試距離，通過試驗艦與目標艦的機動，拉近兩艦的距離，模擬導彈攻擊目標時的距離變化。這種布站方法導引頭架設(shè)高度較低，測試距離對引偏角的影響相對較大，當導引頭模擬設(shè)備架設(shè)高度為15 m時，兩艦距離接近400 m時，引偏光斑和目標指示器照射光斑對導引頭形成的夾角超過3°，引偏距離計算誤差在15 m 左右；測試距離從2 km 變化到4 km時，引偏角數(shù)值從0.22°變化到0.46°，滿足對引偏角測量精度的要求，但引偏距離計算誤差較大。

1.3 導引頭模擬設(shè)備空中平臺架設(shè)方案

1.3.1 空中平臺架設(shè)布站設(shè)計

將導引頭模擬設(shè)備架設(shè)于空中運動平臺上，利用空中平臺的運動速度和飛行高度，模擬雙方在作戰(zhàn)狀態(tài)下的攻防對抗，是測試場條件下對抗裝備貼近實戰(zhàn)的一種方法。試驗布站原理如圖3 所示。試驗布站時，采用模擬激光半主動武器系統(tǒng)的雙機作戰(zhàn)模式，將引偏效果測量設(shè)備安裝在機載或其他空中平臺上，目標指示器安裝于另一機載空中平臺上，對目標艦實施照射，模擬對目標艦的攻擊。

圖3 空中平臺架設(shè)布站示意圖Fig.3 Diagram of air station distribution for seeker simulator

根據(jù)激光引偏干擾原理，引偏效果隨著導彈飛近目標效果區(qū)域明顯。測試時試驗設(shè)備的布站應模擬產(chǎn)生引偏角、引偏角不斷加大、目標完全脫離導引頭跟蹤的全過程［6］。特別是對來自目標上方導彈的引偏干擾試驗，只有采用空中平臺的布站方法，才能夠更逼真地模擬武器系統(tǒng)的攻擊［7］，得出的試驗結(jié)果能夠更準確地反映出實戰(zhàn)結(jié)果。

1.3.2 數(shù)據(jù)分析

表3 是導引頭模擬設(shè)備采用空中平臺布站方案時，對引偏角和引偏距離誤差數(shù)據(jù)進行的理論計算結(jié)果。導引頭高度值的選取考慮試驗時空中平臺可能的高度，引偏角和引偏距離計算誤差隨導引頭高度和測試距離的變化規(guī)律與陸上試驗方案一致。測試距離同樣是影響引偏距離計算誤差的主要因素，由于導引頭高度選取范圍較大，對引偏角測量和引偏距離計算結(jié)果的影響比陸上架設(shè)方案和艦船架設(shè)方案更加明顯。空中平臺架設(shè)方案中，要求用于激光目標指示的機載光電吊艙有非常高的穩(wěn)定跟蹤精度。

表3 空中平臺布站理論計算數(shù)據(jù)Tab.3 Theoretical data of air station distribution

空中布站方法導引頭架設(shè)高度較高，導引頭受干擾后在俯仰方向上偏離目標的角度較大，測試距離和架設(shè)高度對引偏角的影響都比較明顯，引偏角測量精度和引偏距離計算精度較前兩種方案更容易滿足。當導引頭模擬架設(shè)高度為300 m 時，根據(jù)引偏角數(shù)據(jù)結(jié)果，測試距離從6 km 變化到4 km 時，引偏角數(shù)值從0.22°變化到0.38°，即滿足對引偏角測量精度的要求。在滿足同樣引偏角測量精度的前提下，該方案可以在較遠測試距離進行試驗實施。

2 測量布站方案比對分析

根據(jù)對海上激光引偏角測量布站方法的研究，從裝備試驗實戰(zhàn)要求、技術(shù)實現(xiàn)和測量保障方面，對幾種可行的試驗布站方案進行比對分析，以便為試驗方法的制定、設(shè)備布站方案的選取提供依據(jù)，見表4。

表4 測量布站方案的比對分析Tab.4 Comparative analysis of station distribution schemes

采用空中運動平臺承載導引頭模擬設(shè)備的試驗方法，模擬武器系統(tǒng)對目標的攻擊，與引偏干擾裝備構(gòu)成的攻防態(tài)勢較真實地反映了實際作戰(zhàn)，是在非實彈條件下完成引偏干擾測量試驗最接近實戰(zhàn)的試驗方法。采用這種布站方法，能夠模擬激光制導系統(tǒng)從艦船上方對其甲板等部位的照射攻擊狀態(tài)，而且這種攻擊方式，是激光半主動制導武器對目標攻擊時采用最廣泛的。這種布站方案的有效實現(xiàn)，前提是對測量設(shè)備轉(zhuǎn)臺的穩(wěn)定性及跟蹤精度要求很高。

導引頭模擬設(shè)備采用艦船作為承載平臺，相對空中平臺方法簡單易行，目前測試條件容易滿足，但要考慮艦船臨近時的航行安全。這種布站方法要求測試設(shè)備在艦載條件下能穩(wěn)定跟蹤艦船目標。采用這種方法，受艦船航速和高度所限，參試、被試系統(tǒng)對引偏干擾攻防態(tài)勢的模擬有很大影響。由于艦船運動速度慢，受引偏激光發(fā)射器連續(xù)工作時間所限，模擬導彈和引偏設(shè)備雙方攻防對抗不如空中試驗平臺方法逼真；受艦船高度所限，測試設(shè)備僅能模擬武器系統(tǒng)對目標艦側(cè)舷的攻擊，不能模擬對武器系統(tǒng)從目標艦上方的攻擊過程。

利用岸邊試驗陣地架設(shè)導引頭模擬設(shè)備的試驗方法，對測試設(shè)備跟蹤穩(wěn)定性和精度要求一般。由于陸上試驗平臺不易大幅度提升高度，通過改變導引頭高度對試驗結(jié)果影響不大。引偏效果是隨測試距離的拉近體現(xiàn)出來的，因此測試距離是影響結(jié)果測量和評判的主要因素，需要靠近岸邊的海域水深滿足艦船安全航行的要求，但目前試驗海域很難滿足。

3 結(jié)語

本文在海上引偏干擾裝備試驗中，針對激光引偏角的測量要求和保障條件，提出了導引頭模擬設(shè)備陸上架設(shè)、艦船架設(shè)和空中平臺架設(shè)三種測量布站方案設(shè)計。對每種測量布站方案，針對不同測試距離和設(shè)備架設(shè)高度，分別給出了激光引偏角和引偏距離誤差理論計算結(jié)果，并根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果對布站方案的主要影響原因及測量精度要求等進行了分析。最后從裝備試驗實戰(zhàn)要求、技術(shù)實現(xiàn)和測量保障等方面，對幾種試驗布站方案進行優(yōu)劣比對，提出海上激光引偏干擾試驗布站的相關(guān)選取原則和測試要求，為試驗方法的確定、設(shè)備布站方案的選取提供了必要的技術(shù)研究和數(shù)據(jù)支撐。