激光角度欺騙干擾誘餌設備測試仿真研究

梁巍巍,殷瑞光,郭 豪

(電子信息系統(tǒng)復雜電磁環(huán)境效應國家重點實驗室,河南 洛陽 471003)

1 引 言

半主動激光制導武器具有精度高、結構簡單和性價比高等優(yōu)點,在最近的幾場戰(zhàn)爭中都有大規(guī)模使用,受到世界各國越來越多的重視[1]。面對戰(zhàn)場上日益增長的激光制導武器威脅,針對激光制導武器的對抗技術也在飛速發(fā)展之中,激光角度欺騙干擾是對抗半主動激光制導武器的有效手段之一,引起了廣泛的關注。激光角度欺騙干擾設備已廣泛地應用于各類武器平臺上,如美軍的AN/GLQ-13型車載激光誘騙系統(tǒng)、LATADS激光對抗誘餌系統(tǒng)、英國GEC-Marconi航空電子設備公司研制的405型激光誘騙系統(tǒng)等[2-3],用于保護高價值的地面目標和作戰(zhàn)平臺。

現(xiàn)代戰(zhàn)爭的戰(zhàn)場環(huán)境日益復雜,如何評價激光角度欺騙干擾的干擾效果成為研究的熱點,已經(jīng)有很多研究團隊對激光角度欺騙干擾技術進行了研究[4-5],其中,假目標的設置直接決定著導引頭處干擾激光和指示激光能量對比關系,對激光角度欺騙干擾的干擾效果有重要影響。有的團隊針對激光角度欺騙干擾在作戰(zhàn)中的假目標漫反射板的選擇、束散角選擇以及假目標和干擾機的配置進行了研究[6-7]；有的團隊實際測量了典型自然地物的激光反射系數(shù),對自然地物假目標設置時的材料及面形選擇提出了建議[8]；有的團隊研究了不同自然地物的BRDF函數(shù),分析了假目標反射特性對激光角度欺騙干擾效果的影響,建議應選擇高反射系數(shù)且具有一定傾斜面的自然地物作為假目標[9-10]。

從已有文獻報道可以看出[4-14],目前激光角度欺騙干擾假目標的設置受到平臺、作戰(zhàn)環(huán)境等多重限制,不利于其最大作戰(zhàn)效能的發(fā)揮,本文介紹了一種激光角度欺騙干擾假目標設置方式,其采用誘餌體制,不依賴于自然地物或人工靶板的反射特性,設置簡單方便,能夠有效提高激光角度欺騙干擾的靈活性；對誘餌設備進行了測試,得到了其空間能量密度分布,根據(jù)戰(zhàn)情設置,仿真計算了激光角度欺騙干擾條件下某激光制導武器的彈道曲線和落點分布,研究結果有利于為激光角度欺騙干擾設備提供更加全面的效果評估。

2 激光角度欺騙干擾戰(zhàn)術應用分析

激光角度欺騙干擾的原理是,激光告警設備實時探測敵方來襲指示激光信號,識別敵方激光指示信號的波長、重頻、編碼、方位等威脅信息和碼型信息；復制時序特性和編碼方式與指示激光完全相同,并采用超前同步轉發(fā)的方式,觸發(fā)干擾激光器發(fā)射干擾激光,干擾激光照射在假目標上經(jīng)漫反射后形成激光欺騙干擾信號,對激光導引頭實施欺騙干擾,將其引偏至假目標,完成對敵方來襲半主動激光制導武器的角度欺騙干擾。

激光角度欺騙干擾成功的條件可以總結為[2-6]:

(1)干擾激光的波長、重頻、碼型與指示激光一致；

(2)設置的假目標在激光制導武器導引頭視場內(nèi)；

(3)到達激光導引頭的干擾激光能量要強于指示激光；

(4)到達激光導引頭的干擾激光時間應超前于指示激光。

半主動激光制導武器的作戰(zhàn)方式通常有地面指示作戰(zhàn)(飛機載激光制導武器,地面設置激光指示器)、單機作戰(zhàn)(本機投擲激光制導武器,本機激光指示器指示目標)和雙機協(xié)同作戰(zhàn)(本機投擲激光制導武器,它機激光指示器指示目標)等多種方式。

以單機作戰(zhàn)為例,對激光角度欺騙干擾作戰(zhàn)模式進行介紹。載機到達目標區(qū)后,飛行員借助電視攝像機或紅外前視設備搜索并識別目標；在選定攻擊目標后,用激光目標指示器照射目標,然后發(fā)射激光制導武器,激光制導武器發(fā)射后,導引頭開始對目標進行搜索,當搜索到目標后進入穩(wěn)定跟蹤的末制導階段,在激光導引頭的目標搜索段和末制導段,要求激光目標指示器始終照射目標,激光導引頭追蹤目標反射的激光信號,形成制導鏈路。

激光角度欺騙干擾主要是針對激光制導武器的目標搜索階段和末制導階段實施干擾的,在激光告警設備探測到激光指示信號后,信息處理機識別來襲激光信號信息,并將指示信號的方位信息傳送到角度欺騙干擾設備,干擾設備在接到方位信息后,調(diào)轉激光干擾機瞄準預先設定的假目標,干擾設備對威脅源識別處理后,采用超前同步轉發(fā)的方式發(fā)射干擾信號,從而使激光導引頭在目標搜索階段或末制導階段中因接收到干擾信號而出現(xiàn)偏差,最終引偏至假目標,導致激光制導武器攻擊目標失敗。

3 誘餌設備測試分析

激光角度欺騙干擾中,假目標的設置直接影響著導引頭處干擾激光和指示激光能量對比關系,直接決定著激光角度欺騙干擾能否成功,是研究的熱點之一[5-9]。根據(jù)報道,目前假目標的設置方式主要有人工設置靶板、自然地形地物等。

人工設置靶板,一般采用各向一致性較好的高反射系數(shù)郎伯體制作,其表面激光反射分布符合郎伯定律；自然地形地物一般有山體植被、土壤、草地等。在實際作戰(zhàn)時,假目標的激光反射系數(shù)影響干擾激光的反射能量。參照文獻資料[8],軍用涂層的1.064 μm激光反射系數(shù)見表1,不同自然地物1.064 μm激光反射系數(shù)見表2。

表1 不同軍用涂層的1.064 μm激光反射系數(shù)Tab.1 Laser reflective factor of different military coatings in 1.064 μm

表2 不同自然地物的1.064 μm激光反射系數(shù)Tab.2 Laser reflective factor of different nature ground object in 1.064 μm

假目標的設置一方面受限于干擾平臺高度的限制,另一方面又要考慮假目標要離被保護目標有一定的距離,且要保持通視,使用自然地物或人工設置靶板作為假目標,經(jīng)常會受到各種條件的限制,導致干擾失敗。

激光角度欺騙干擾誘餌設備可以有效提高激光角度欺騙干擾的成功概率,該誘餌設備為一碗狀結構,作戰(zhàn)時,使用三腳架將誘餌設備架設在被保護目標附近,可以將激光制導武器誘偏至誘餌,從而達到保護目標的目的。

誘餌設備的激光能量分布是激光角度欺騙干擾能否成功的關鍵因素之一,為了對誘餌設備的空間激光反射特性進行研究,對誘餌設備在各個方向上的能量分布進行了測試,如圖1所示。

圖1 誘餌設備測試示意圖Fig.1 Testing schematic diagram of bait

為誘餌設備的測試示意圖。將誘餌設備固定在二維轉臺上,激光能量探測器與誘餌設備的距離為R,激光能量探測器法線與誘餌設備軸線夾角為θ,通過二維轉臺轉動不同的角度θ,發(fā)射激光,記錄此時激光能量探測器入瞳處的能量密度E,可以得到距離R處誘餌設備的漫反射激光能量密度,將激光的大氣衰減考慮在內(nèi),可以建立誘餌設備的能量密度空間分布模型,推導出任意距離處不同角度下誘餌設備的漫反射激光能量密度。

由于誘餌設備為一軸對稱結構,為不失一般性,將誘餌設備旋轉120°,對誘餌設備進行了3組測試,獲得了誘餌設備的3組測試數(shù)據(jù)。測試曲線表明,夾角為0°時,對應的激光能量密度最強；誘餌設備的空間能量密度分布曲線以0°為軸,左右對稱；夾角大于0°范圍內(nèi),隨著夾角的增大,能量密度呈下降趨勢。除中心(夾角為0°附近)外,3組測試數(shù)據(jù)的一致性較好；夾角較小時,可能存在一定的干擾激光沒有經(jīng)過反射直接穿透光學玻璃的情況。

4 激光角度欺騙干擾仿真研究

以單機作戰(zhàn)為例,將采用誘餌設備的激光角度欺騙干擾設備納入激光制導武器數(shù)學仿真系統(tǒng),進行彈道仿真,如圖2所示。

圖2 激光角度欺騙干擾態(tài)勢示意圖Fig.2 Schematic diagram of laser angle deceptive jamming situation

為單機作戰(zhàn)條件下激光角度欺騙干擾態(tài)勢示意圖,敵機攜帶激光制導武器和激光目標指示器攻擊我方雷達站等地面目標,敵機選定目標后使用激光目標指示器照射目標,同時投擲激光制導武器；激光角度欺騙干擾設備執(zhí)行要地防空任務,布設在目標附近,激光告警設備對來襲的指示激光告警,將指示激光的波長、重頻、編碼、方位等威脅信息上報給激光角度欺騙設備信息處理機,信息處理機根據(jù)程序設置的超前時間和能量觸發(fā)激光角度欺騙干擾設備激光器出光,誘餌設備布設在遠離目標的激光制導武器的殺傷范圍之外,干擾激光經(jīng)過光纖傳輸后通過誘餌設備投射到空中,將激光制導武器誘偏至誘餌處,從而達到保護目標的目的。

在數(shù)學仿真中,設定誘餌設備中心軸線垂直地面向上,使反射的激光投射到空中,超前時間根據(jù)設備的具體參數(shù)設定；首先根據(jù)誘餌設備、目標和武器的相對位置關系,計算誘餌設備和目標是否在視場內(nèi)；其次根據(jù)指示激光能量和誘餌設備能量空間分布,計算到達導引頭的干擾激光和指示激光能量密度；最后,綜合視場和能量密度情況判斷導引頭是跟蹤目標還是誘餌設備,并輸出相應的制導指令。

利用激光角度欺騙干擾數(shù)學仿真系統(tǒng),設置某型激光制導武器的戰(zhàn)情為:指示方式為本機照射,投彈高度3000 m,初始速度250 m/s,下推角0°,投彈距離5600 m,目標位置為(0,0,0),誘餌設備位置為(0,0,-100),考慮器件隨機誤差和隨機風影響,進行了數(shù)學仿真,彈道曲線如圖3所示,可以看出干擾成功,激光制導武器擊中了誘餌設備,目標得到了保護。

圖3 干擾條件下激光制導武器彈道曲線示意圖Fig.3 Ballistic curves of laser guided weapon in jamming condition

為了更加全面地評估干擾效果,采用蒙特卡洛方法,使用激光角度欺騙干擾數(shù)學仿真系統(tǒng)對誘餌設備進行了100次仿真計算,如圖4所示為干擾條件下激光制導武器100次落點分布示意圖。從圖中可以看出,炸彈的落點基本分布在誘餌設備附近,遠離目標,能夠有效干擾激光制導武器,保護目標。

圖4 干擾條件下激光制導武器落點分布示意圖Fig.4 Impact point distribution of laser guided weapon in jamming condition

5 結 論

激光角度欺騙干擾是對抗半主動激光制導武器的有效手段之一,假目標的布設是激光角度欺騙干擾效果的重要影響因素,本文首先對激光角度欺騙干擾的戰(zhàn)術應用進行了分析,介紹了一種新的激光角度欺騙假目標布設方法,其采用誘餌體制,對誘餌設備進行了測試,建立了誘餌設備的能量密度空間分布模型,將模型接入某激光制導武器數(shù)學仿真系統(tǒng),仿真計算了激光角度欺騙干擾條件下激光制導武器的彈道曲線和落點分布,結果表明,采用誘餌設備結構的激光角度欺騙干擾設備能夠有效干擾激光制導武器,成功保護目標。

由于誘餌設備具有架設方便的優(yōu)勢,在實際作戰(zhàn)中,還可以在目標周圍架設多個誘餌設備,能夠更好的保護目標。研究結果為激光角度欺騙干擾的作戰(zhàn)效能評估提供了重要技術支撐,為下一步提高干擾設備的作戰(zhàn)效能提供了一定的借鑒意義。