诱偏抗反辐射导弹的导引信号模型及仿真

　第27卷第3期弹箭与制导学报

诱偏抗反辐射导弹的导引信号模型及仿真3

史　震,袁文亮,刘　涛

(哈尔滨工程大学自动化学院,哈尔滨　150001)

[摘要]文中给出了单个辐射源作用情况下的导引信号模型,针对辐射源的几种配置情况进行了诱偏效果仿真。

通过理论分析和仿真试验确定了从雷达站工作切换到诱偏源工作时ARM与雷达站的距离,以及各辐射源之间切换时间间隔等参数。文中通过仿真所得的结论,为战场抗反辐射导弹解决方案提供了非常有价值的参考。

[关键词]反辐射导弹;诱偏源;雷达;导引信号

[中图分类号]TN974 [文献标志码]A

Modeling and Simulation of Counting Anti2radiation

Missile by Decoying

SHI Zhen,YUAN Wen2liang,L IU Tao

(College of Automation,Harbin Engineering University,Harbin150001,China)

Abstract:In this paper,the guidance signal model is given in the case of single source,and the decoying effect is simula2 ted in several cases of radiation source distributions.Then some parameters,for example,the distance between ARM and radar station when switching happens and the interval time in which one source keep working etc,are determined by theory analysis and simulation.The conclusion f rom the simulation results provides a valuable reference to the scheme of countering ARM on the battlefield.

K ey w ords:anti2radiation missile(ARM);baiting source;radar;guidance signal

1　引言

随着现代科技的发展,反辐射导弹技术也不断取得了新的突破,对现代战场的雷达带来了更为严重的威胁[1]。因此如何抗击反辐射导弹已引起世界各国的高度关注,现在在抗反辐射导弹攻击方面已经有了多种途径,如反辐射导弹来袭告警、采用低截获概率雷达、对反辐射导弹进行有源诱偏、对来袭反辐射导弹进行硬摧毁以及诱偏和硬摧毁相结合技术等[3]。其中,利用有源诱偏抗反辐射导弹是一条行之有效的途径,有源诱偏系统由一部被保护雷达和多个诱饵辐射源组成。文中是在保证诱偏效果良好的条件下,合理判定几个辐射源的工作方案,既能保护雷达站,也使诱偏源不受损坏。

2　坐标系的定义

2.1　雷达站坐标系(OX o Y o Z o)

雷达站为原点,OX o轴指北,OZ o轴垂直向上,OY o轴按右手系来确定。该坐标系用于建立合成场模型。

2.2　地面坐标系(OX d Y d Z d)

雷达站为原点,OX d轴指向ARM来袭方位且在以原点为切点的切平面内,OY d轴垂直向上,OZ d轴按右手系来确定。

2.3　弹体坐标系(OX1Y1Z1)

原点在A RM的质心处,OX1轴沿弹体纵轴指向头部,OY1轴在包含OX1轴的弹体对称平面内,垂直于OX1指向上,OZ1轴按右手系来确定。

2.4　视线坐标系(OX q Y q Z q)

原点在A RM质心,OX q沿A R M与目标的连线指向目标,OY q在包含O X q的垂直平面内,垂直于OX q指向上,OZ q轴按右手系来确定。2.5　执行坐标系(OX′1Y′1Z′1)

原点在ARM的质心处,OX′1与OX1重合,从弹体尾部看,将OY1绕OX1顺时针转45°角即为OY′1,它与一对舵面的转轴平行,OZ′1轴按右手系

?

3

2

?

3收稿日期:2006-08-30; 修回日期:2006-09-13

作者简介:史震(1961-),男,黑龙江人,教授,博士,研究方向:导航、制导与控制。

弹箭与制导学报2007年　

来确定。

3　ARM 导引信号的形成及其模型

设雷达站坐标系如图1所示,各辐射源均位于地面,其位置矢量表示为r 1,r 2,…,r n 。ARM 位于空间的一点,可表示为P (R 0,α0,β0),各辐射源到导弹的矢径为R 1,R 2,…,R n 。图1中只画了第i 个辐射源的位置。文中只考虑同一时刻只有一个辐射源工作的情况下导引信号的模型

。

图1　雷达站坐标系示意图

在只有雷达站工作,没有其它辐射源同时工作的情况下,ARM 导引头只接雷达站的辐射,在采用直接瞄准法导引时,导引

信号是弹体纵轴与视线之间的夹角,其可以分解为

所示。

图2　制导信号分解示意图设雷达站位于坐标原点(0,0,0),ARM 在地面坐标系

的坐标为(X dd ,Y dd ,

Z dd ),将视线看成由

ARM 指向雷达站的

矢量,则其在地面坐标系3个轴上的投影为:

d x =0-X dd (1)d y =0-Y dd (2)d z =0-Z dd

(3)

利用地面坐标系与弹体坐标系的转换关系,可求得视线在弹体坐标系3个轴上的投影:

d x 1=d x co s ;co s

ψ+d y sin ;-d z cos ;sin ψ(4)

d y 1=d x (sin ψsin γ-co s ψsin ;co s γ)+d y co s ;co s γ+d z (sin ;cos γsin ψ+sin γco s

ψ)(5)

d z 1=d x (sin ψcos γ+co s ψsin ;sin γ)-d y co s ;sin γ+d z (co s γcos ψ-sin γsin ψsin ;)

(6)式中:ψ、;、γ分别为的偏航、俯仰、滚动3个姿态角。再利用弹体坐标系与执行坐标系之间的转换关系,可求得视线在执行坐标系3个轴上的投影:

d x ′1

=d x 1

(7)d y ′1=01707(d y 1+d z 1)(8)d z ′1

=01707(-d y 1+d z 1)(9)这样,可得:

(11)

在除雷达站之外,有其它的某一个诱偏源工作的情况下,其导引信号的模型与雷达站单独工作时的情况类似,只需将辐射源的坐标从雷达站时的原点(0,0,0)换成某个诱偏源所在的位置,并代入相应的公式即可。

4　几个问题

4.1　几个辐射源的工作顺序

本研究中几个辐射源(包括雷达站)的空间位置在一条直线上,雷达站位于地面坐标系的原点,其他几个诱偏源按等间距布置在通过地面坐标系原点的直线上[4]。

雷达站首先工作,当探测到ARM 与雷达站的距离小于某一距离R hj 时,雷达关机换接为与雷达站最近的一个诱偏源工作,工作一段时间

T jg 后,换接为与雷达站就近的另一个诱偏源工

作,同样工作T jg 时间后,换接为最远的一个诱骗源工作,工作时间T cx 后,该诱偏源也关机[2]。通过对T cx 的控制(T cx 与弹体动态特性有关)可以达到将ARM 诱骗到比最远的诱偏源还远的位置上,即达到保护雷达站和诱偏源的目的。

4.2　几个辐射源的空间位置分布

几个辐射源在地面上成一条直线分布,几个诱偏源均布置在雷达站的同一侧,诱偏源间距相隔L jg ,取100～150m [6]。

4.3　几个源的换接时间间隔T jg 及T cx 的确定

换接时间间隔T jg 及最后一个诱偏源工作时间T cx 的确定主要根据A RM 弹体的动态过程。在A RM 从跟踪某一辐射源到跟踪另一个辐射源的动态调整过程中,设A RM 纵轴从原来的方向第一次对准另一个辐射源的时间为T 0,A RM 弹体动态调节周期为T c ,则可取:

T 0≤T jg ≤T 0+

1

2

T c (12)1

2

T 0≤T cx ≤T 0(13)

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　第27卷第3期诱偏抗反辐射导弹的导引信号模型及仿真　史　震等

4.4　距离R hj 的确定

距离R hj 是指从雷达站工作换接为第一个诱偏源工作时ARM 与雷达站的距离。这个值不能过大,也不能过小。过大,意味着在ARM 距离雷达站较远时雷达站就关机,不利于更多地了解ARM 的飞行过程;过小,意味着在ARM

距离雷

图3　雷达站、ARM 、

诱偏源相对位置示意图

达站很近时雷达站才关机[5]。这虽然有利于更多了解A RM 的飞行过程,但此时辐射源之间的换接可能存在问题,有可能造成在换接时刻,待换接开始工作的辐射源处在ARM 导引头的视场之

外,图3

为雷达站、ARM 、诱偏源相对位置示意图,R hj 的具体取值见如下推导:

取θ≤2°,tan θ=L jg /R hj ,R hj =L jg

tan

θ=

100～150

01035

=2863～4295≈5000m

取R hj ≥5km 。

5　系统仿真

图4是雷达站和三个辐射源的位置示意图,其中●代表雷达站,○依次代表三个辐射源。

图4　雷达站和辐射源

的位置示意图

假设反辐射导弹来袭方向为正北,三点辐射源按直线分布,选取雷达站和辐射源的间距各为100m ,辐射

源的分布位置与正北方向夹角α分别为0、π/2、

π三种情况(图3为α=π/2时的示意图),由于α=3

π/2与α=π/2时仿真效果相同,结果不单列。α=0和α=π时雷达站和辐射源位置简图如图5

所示。

下面是对α的三种情况进行的仿真,其中三个辐射源与雷达站的功率比都选取β=1(实际上诱偏源的功率可以很小也能达到诱偏效果,之所以这样取是考虑到不使A RM 敏感到辐射场的突然变化)。

图5　

α=0、α=π时雷达站和辐射源位置简图设定雷达站在R hj 大约为8km 时停止工作,然后辐射源1、2、3开始顺次工作,各个辐射源之间的换接时间T jg 均为3s ,表中T cx 为第三个辐射源的工作时间;反辐射导弹导引头的视场角设为±2°;表中的x 、y 、z 表示反辐射导弹击中地面的位置,r 表示此位置与雷达站的距离。它们的仿真结果如表1～表3所示,其中T cx 的单位为s ,

x 、y 、z 、r 的单位均为m 。表1　

α=π/2时的仿真结果T cx

x

y z

r

0.1231.92-1.72242.58335.610.5184.74-1.98279.02334.641.0133.77-1.78296.63325.401.590.28-1.90301.65314.872.056.33-1.36302.29307.493.0

10.08

-1.97

300.47

300.64

α=π/2时仿真的ARM 飞行轨迹以及ARM 散落点的局部放大图如图6、图7所示。

图6　飞行轨迹图

从仿真结果可以看出:在α=π/2时,若T cx

<115s ,则ARM 的散落点距离雷达站和诱偏源

都比较远且不在二者之间的连线上,这样可以得到较好的诱偏反辐射导弹的效果;而在T cx 较大时,A RM 基本能够击中第三个辐射源或者ARM 的散落点距离诱偏源比较近(这是由于第三个辐射源的工作时间太长了,A RM 已经将其锁定的结果),这样尽管暂时能够起到保护雷达站的作

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弹箭与制导学报2007年　

用,但经受不住敌方的饱和攻击,且己方的经济损失也很大,没有达到最大的作战效能

。

图7　ARM 散落点局部放大图表2　

α=0时的仿真结果T cx

x y z r

0.1-40.96-1.92-0.2441.010.5-123.30-1.43-0.15123.311.0-188.94-1.57-0.08188.951.5-233.33-1.97-0.03

233.342.0-263.42-1.630.03263.433.0

-296.90

-1.64

0.11

296.91

表3　

α=π时的仿真结果T cx

x

y z

r

0.1507.98-1.480.03507.980.5498.84-1.530.23498.841.0462.22-1.700.42462.221.5419.33-1.830.58419.342.0380.66-1.470.35380.663.0

323.28

-1.48

0.41

323.29

从表2、表3的结果可以看出:在α=0和α=π时,A RM 的散落点全部在雷达站与辐射源之间的连线上,并且散落点距离雷达站和诱偏源比较近,这样使抗反辐射导弹的效果不尽理想。尽管当α=π,在T cx 比较短(小于3s )时,A RM 的散落点离雷达站和辐射源都比较远,可以达到抗反辐射导弹的效果。但由于ARM 的散落点全部在雷达站与辐射源的连线上,这对辐射源的操作工作提出了更高的要求,所以此种多点源的配置方法一般不予采用。

综上所述,在多点源分布为α=π/2时,即如图4所示配置的多点源能够产生最好的抗反幅射导弹效果,即反辐射导弹的散落点离雷达站比较远并且不在雷达站与辐射源之间的连线上,且第三个辐射源工作的时间较短时效果更好。

这样配置的多点源不仅保护了雷达站还使多点源自身避免受到损伤,这就具有了一定的抗饱和攻击的能力,取得了最大的作战效能[7]。

6　结束语

文中给出了多点源诱偏抗A RM 的导引信号模型,通过理论分析和数值计算对多点源诱偏抗A RM 的效果进行了深入分析,并给出了诱偏效果的动态数字仿真结果,进而得到了多点源诱偏抗A RM 问题中的几个关键参数,如从雷达站工作切换为诱偏源工作时刻雷达站与ARM 的距离、诱偏源的位置布局、诱偏源的间距、诱偏源工作切换时间等参数的取值。这为在战场应对反辐射导弹攻击的解决方案提供了很有价值的参考,并对现代战场上的反电磁战具有重要的实

际意义[8]。

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