辐射式仿真系统有源诱偏试验能力分析

云 雷，杜 震，王 岩，刘鹏军

（中国洛阳电子装备试验中心，河南 洛阳471003）

0 引言

反辐射武器是防空体系最大的威胁之一，它利用敌方雷达辐射的电磁波进行导引并攻击该雷达，命中精度极高，对雷达产生了极大威胁，被称为雷达的“克星”。反辐射武器包括反辐射导弹（ARM）和反辐射无人机，ARM 是其典型代表，ARM 的出现使得电子战有了硬杀伤手段，是现代战争中取得制空权不可缺少的电子战武器，其主要特点是：频带宽、速度快、精度高、隐蔽性能好，其局限性主要体现在：灵敏度不够高、测向分辨角大。雷达抗ARM 技术主要有以下两个途径：一是利用硬杀伤武器摧毁来袭ARM；二是利用反辐射局限性对其进行干扰，使ARM 失效，如使用低截获概率雷达等以减少雷达信息被获取的概率，利用雷达发射控制和有源干扰等措施来干扰反辐射武器的跟踪等。利用多点源诱饵来干扰反辐射武器的跟踪，以提高雷达的生存能力，就是利用了反辐射武器分辨角大的弱点，成为对抗反辐射武器的重要手段。

反辐射武器的攻击角度、诱饵站的布站方式、射频信号频率与时序特性等都会对其攻击效果产生影响，因此，利用实体设备进行试验代价非常高昂，且难以全面检验各种战场情况的作战效果。而利用辐射式仿真试验系统模拟各种工作场景，可以检验各种作战条件的作战效果，代价相对低廉，对考察反辐射武器的抗多点源诱偏能力，具有较重大的意义。

1 反辐射武器辐射式仿真试验简介

1.1 辐射式仿真试验的组成与连接

辐射式仿真试验系统由仿真控制计算机、目标模拟器、馈电控制分机、天线阵列、武器仿真计算机、导弹转台、接口适配与数据录取分机及微波暗室组成。多点源有源诱偏辐射式仿真试验连接框图如图1所示。

图1 有源诱偏辐射式仿真试验连接框图

仿真控制计算机是仿真试验系统的“大脑”，它控制着仿真试验的开始与结束、进行试验运行的管理；目标模拟器在仿真控制计算机的控制下产生雷达信号、诱饵信号及其它环境信号；馈电控制分机与天线阵列通过控制辐射信号的幅度与相位，模拟目标在空间位置及运动变化；被试反辐射武器接收到信号后，开始对信号进行处理，并将处理结果通过接口适配与数据录取分机实时地送给武器仿真计算机，由它解算出反辐射武器的运动姿态控制量，通过导弹转台完成反辐射武器的运动模拟。

1.2 辐射式仿真试验系统基本能力分析

根据有源诱偏系统的工作原理和作战过程，反辐射武器辐射式仿真系统的主要能力为：

1）ARM 的运动模拟能力

在仿真试验中，试验系统提供真实模拟ARM 攻击雷达过程的功能，试验系统根据ARM 接收到的信号处理生成的运动控制量，来控制ARM 产生与真实的运动姿态与方向一致的变化，在整个试验过程中，生成与实际工作一致的运动状态和信号接收状态。

2）作战对象与作战场景模拟能力

①多点源模拟能力

有源诱偏系统的配置，能满足同时辐射点源射频信号的数量的需求，当使用二点源、三点源或四点源诱偏时，需要试验系统能同时辐射相应数量的射频信号。其次，具有点源信号的时序控制能力，通过修改以测试各点源之间时序变化对ARM 跟踪的影响。

②作战环境模拟能力

随着军事技术的发展，新体制的雷达也不断出现，在战场上使用电子装备的范围越来越大，信号密度变得越来越高，信号样式越来越多。因此，需要仿真试验模拟与真实战场相近的电磁环境信号。

3）数据采集与分析处理能力

在仿真试验中，系统需要实时采集反辐射武器导引头对目标的搜索、分选识别、跟踪、运动控制等实时处理数据，供仿真试验系统闭环控制和效果评估使用。其中对目标的处理信息应用于实时战情推进与控制，运动控制信号用于反辐射武器的姿态。

反辐射武器的有源诱偏仿真试验的主要能力要求如表1所示。

针对反辐射武器开展多点源诱偏试验，多点源及电磁环境模拟信号均由试验系统产生，空间对抗过程的模拟是靠天线阵列来实现的，下面重点分析天线阵列对多点源信号的模拟的影响。

表1 辐射式仿真试验能力需求表

2 多点源诱偏试验环境模拟能力分析

2.1 多点源诱偏模拟需求分析

ARM 攻击方式主要有两种，一种是中、高空攻击方式，或称为直接瞄准式或自卫式，当载机被敌方雷达发现跟踪后，发射ARM 对雷达进行攻击；第二种是低空攻击方式，或称为间接瞄准式，它是直接向敌方防区概略瞄准发射，ARM 根据预设编程弹道飞行或绕待攻击区域上空巡航飞行，自动搜索和攻击目标。

多点源有源诱偏试验着重考察ARM 不同攻击方式下，在不同的有源诱饵配置下对雷达站的攻击效果。通过分析有源诱偏系统的工作原理可知，其重点是跟踪过程中ARM 对雷达信号与诱饵信号的识别能力、有源信号的分离过程及最终攻击点。

为了对抗ARM，有效保护雷达站，一般使用三点源和四点源诱偏，三点源诱偏一般使用三角形布局，四点源诱偏一般使用菱形布局，其常用布局如图2所示。

图2 多点源诱偏系统布局示意图

非相干有源诱偏扰布站的最佳距离可采用如下公式进行计算［1］：

式中，ΔθR为ARM 的分辨角；vrel为ARM 飞行目标的速度；Jmax为ARM 的最大过载；α 为ARM 的攻击角。它与ARM 的速度、分辨角、ARM 的特性和攻击方式有关。

需要对诱饵站功率、频率和发射进行有效的设置。一般设置诱饵站的功率略大于雷达站的功率，但其功率比小于1.2，以防止ARM 通过积累等技术分辨出攻击目标。其次，在频率上要求与雷达站一致，确保ARM 无法通过测量信号频率分辨出目标。最后，脉冲发射时间一致，防止ARM 利用时间门技术，使后到的信号脉冲失效。

反辐射武器区分目标后，以最大过载转向一个目标，其最大失误为［1］：

式中，vrel是反辐射武器的运动速度，其Ma 数一般在1～4之间。由式（2）可知，最大失误与ΔθR、Jmax和vrel关系密切，Jmax和vrel是反辐射武器本身的技术指标特性，受外界影响较小，而ΔθR易受诱饵功率等各种因素影响。因此，仿真试验的关键是对反辐射武器分离目标的过程模拟。

2.2 辐射式仿真试验系统多点源信号模拟能力分析

天线阵列使用三元组工作方式，主要用于信号模拟射频信号的发射，通过控制每个天线的输出功率、信号相位来模拟信号在三角形区域内的运动。通过切换信号在不同三元组天线输出，来完成信号在整个天线阵列区域模拟信号的空间角度运动。

在仿真试验中，主要通过控制输出的射频信号功率、信号与反辐射武器的相对角位置和时间关系来模拟有源诱偏试验的对抗过程。因此，主要是分析天线阵列的输出功率和视角的大小对试验的影响。

1）输出功率影响

反辐射武器接收到的目标信号功率随着距离的变化而变化，本文主要讨论它对仿真试验距离的影响。

辐射式仿真试验系统的信号辐射与接收都在暗室内完成，由于发射天线和侦察机接收天线实际距离上只有几十米，大气衰减和反射的影响都非常小，可以忽略。在暗室阵列球心处，试验系统能产生的功率密度为：

式中，Ra为天线阵列球面的半径，Gat阵列天线的增益，Pa阵列天线的输入功率。

在进行辐射式仿真试验中，导引头的接收到的目标信号功率为：

若侦察机的接收灵敏度为Prmin，则可以得到天线阵列的模拟目标最小输入信号功率为：

假设阵列天线的增益为5～17dB，可绘出天线阵最大输出功率（天线输入端）曲线与设备可检测到的最小信号曲线，如图3所示。

图3 天线阵列最小功率需求曲线

图3中绘出了灵敏度为-50dBm 和-90dBm 时，接收机能侦测到的天线阵模拟目标的最小输出功率值，曲线的上部为接收机能侦测到的信号功率值区域。

导引头能接收到的最大功率为：

式中，Ra为天线阵列球面的半径，Pamax为阵列天线的最大输入功率。则目标模拟的最小距离为：

由式（7）可以看出，目标模拟的最小距离除了与辐射信号的最大功率有关，还与模拟的雷达辐射功率、天线增益有关。

2）天线阵列视角影响分析

天线阵列的视角对有源诱偏射频模拟的影响主要有两方面，一是在于对反辐射武器对多点源分辨过程的模拟，只有天线阵列模拟多点源信号的角度大于反辐射武器的分辨角时，才能模拟出对抗试验的分离过程。二是在反辐射武器攻击目标过程中，随着距离的减少，点源与反辐射武器所成的夹角随之增加。因此，天线最大视角一定的情况下，可以计算出最小试验距离。设点源与反辐射武器的位置关系如图4所示。图4中，两点源之间的距离为d，反辐射武器到两点源中心的距离为R，反辐射武器从空中攻击，因此，反辐射武器与两点源的距离相差不大，为了计算方便，假设反辐射武器与两点源的距离相等，则：

图5为视角为30°时，最小试验距离与两点源距离的关系曲线。图5中，横坐标为点源间隔，当视角度不变时，随着点源间隔的增加，最小试验距离值随之增加。

3）多点源模拟的实现

通过前文的分析可知，当天线阵视角不小于点源的夹角时，其天线阵列输入功率大小为：

图4 点源与反辐射武器的位置关系示意图

图5 试验距离与目标夹角关系曲线

式中，Pt为点源的辐射功率，Gt为点源天线增益，Gat为天线阵列的天线增益，R 为模拟距离，Ra为天线阵列到球心的距离。

当两点源的夹角大于天线阵列的视角时，利用等效技术进行点源的模拟。当反辐射武器跟踪的目标点源依然利用式（9）进行计算，对出现在天线视角以外的点源，其输出功率设为：

式中，f 为天线方向图，θ为模拟的点源与天线电轴所成夹角，Δθ为模拟点源的角位置与实际模拟输出的角位置的差。

3 结束语

本文结合反辐射武器对抗有源诱偏试验需求，对辐射式仿真试验系统的试验能力进行分析。对仿真试验系统必须具备的作战对象与作战场景模拟能力、ARM 的运动模拟能力进行了初步分析；同时针对天线阵列的多点源模拟的实现，分析了输出功率、视场角范围等对试验的影响，提出了目标点源的实现方法。通过对仿真试验系统能力分析，为反辐射武器内场半实物仿真试验设计提供了参考依据。■

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