激光半主动制导武器角度欺骗干扰效果评估方法研究*

刘尊洋,沈 阳,李修和,冉金和

(电子工程学院,合肥 230037)

0 引言

激光角度欺骗干扰是激光半主动制导武器的主要对抗手段,其干扰效能直接关系到被保护目标的生存概率,准确评估激光半主动制导武器的角度欺骗干扰效果,可以为干扰设备设计、干扰方案优化等工作提供重要参考,因而具有重要军事价值。近年来,相关学者针对这一问题开展了一系列的研究,并取得了重要进展[1-8]。但现有研究一般主要针对干扰效果的部分影响因素进行理论分析,考虑因素尚不够全面。例如,尚未见关于干扰延迟时间以及能量对比度对干扰效果影响的建模分析,在计算欺骗干扰引偏成功率时仅考虑了超前同步干扰对首脉冲制导的干扰的成功概率,未考虑导引头采取其他制导模式时的干扰效果,而且尚未见关于角度欺骗干扰效果评估指标体系建立的研究报道。

文中结合激光半主动制导武器攻击及欺骗干扰原理,建立了激光欺骗干扰引偏成功率评估指标体系以及计算模型,进一步综合各指标计算激光欺骗干扰的引偏成功率,以及激光欺骗干扰对激光半主动制导攻击杀伤概率的影响。然后,介绍了干扰效果评估的基本流程并结合具体的实例利用文中方法分析了主要干扰因素对干扰效果的影响。

1 干扰效果评估指标与计算模型

1.1 评估指标体系

激光半主动制导干扰主要涉及威胁告警、编码识别、干扰时机、模式匹配以及波长、空域、能域等因素,因此为了综合评估激光欺骗干扰的效能,建立了激光欺骗干扰效果评估指标体系如图1所示。

1.2 指标含义及计算模型

1.2.1 告警成功率

制导激光一般直接照射攻击目标,告警系统主要通过探测制导激光的离轴散射光实现告警,因此当告警系统距离敌攻击目标超过一定范围时将无法实施有效告警,此处做一定简化,假设告警头在距离敌攻击目标r0之内可以有效告警,否则无法告警,则告警成功率指标Sa为：

(1)

1.2.2 时域相关度

欺骗干扰的时机对干扰效果有较大影响,且随着延迟时间越长对干扰效果影响越严重,文中使用时域相关度St指标评价干扰时机对干扰效果的影响。假设目标指示器发光时间为0时刻,干扰机实施干扰的时间区间为t(通常情况下t>0)。因此仅考虑时间因素,干扰激光延迟时刻越短干扰效果越好。假设激光半主动制导武器在指示激光发出后T到达攻击目标,则时域相关度指标可表示如下:

(2)

1.2.3 波长一致性

光学系统的选择透过性以及探测器的选择响应性决定只有干扰波长λj与目标指示激光波长λg相同才能够产生干扰效果。因此波长一致性指标可以表述为:

(3)

1.2.4 空域相关度

空域相关度指标主要用于判断干扰激光能否进入导引头视场,主要和假目标距离保护目标的距离相关[9]。假设导引头半视场角为φ,视场中心正对攻击目标,导引头距攻击目标L,则为满足空间匹配条件激光欺骗假目标距离敌攻击目标最大距离d0需要满足:

d0=L·tan(φ)

(4)

干扰空域相关度指标Sd可以用下式计算:

(5)

1.2.5 码型匹配度

干扰激光与目标指示激光码型是否匹配是决定干扰成功与否的重要因素,干扰激光与目标指示激光码型匹配度主要由告警系统的解码成功率决定,码型匹配指标可以由下式决定。

Sc=kcSec

(6)

式中:Sc为码型匹配度,Sec为解码成功率,可以根据解码结果与接收到的指示信号匹配程度计算;kc为比例系数。

1.2.6 模式匹配度

激光导引头内部信号处理部件普遍采用时间波门技术来提高导引头的抗干扰性能[10],此外,为了减少干扰光对制导的影响,导引头会采取一定的检测模式对时间波门内的信号进行取舍,常用的有首脉冲检测和末脉冲检测两种模式。相应的激光欺骗干扰模式可分为首脉冲干扰、末脉冲干扰和双脉冲干扰3种模式。需要说明的是,由于激光器重频抖动等原因,干扰激光只能以一定概率实现超前或滞后目的。

模式匹配度指标计算的就是不同干扰模式对各种制导模式的模式匹配度及其对干扰效果的影响程度,文中根据经验,设定干扰模式匹配指标为:

(7)

式中:mg为导引头检测模式,取值1和2分别表示导引头采用首脉冲检测和末脉冲检测模式;mj为干扰机工作模式,取值1、2和3分别表示干扰机采用首脉冲干扰、末脉冲干扰和双脉冲干扰模式。

1.2.7 能量对比度

由于激光制导武器导引头采用自动增益控制(AGC)电路进行信号处理[11],所以如果干扰激光能量大于目标指示激光回波能量,则导引头收到干扰信号后根据干扰激光能量降低系统增益,则可能导致在增益回复之前都无法检测目标指示激光信号。假设导引头表面接收到的干扰激光的照度为Ej,导引头表面接收到的目标回波照度为Es,则干扰与指示信号照度比Ec如式(8)所示,能量对比度指标Sp如式(9)所示:

Ec=Ej/Es

(8)

(9)

式中,Kj为干扰系数。

1.3 综合干扰效果评估

1.3.1 引偏成功率

由于各指标为串行关系,使用加权积方法计算综合干扰效果,即引偏成功率:

(10)

式中:wa为告警成功率相关指标Sa的权值;wt为时域相关指标St的权值;wλ为波长一致指标Sλ的权值;wd为空域相关指标Sd的权值;wc为码型匹配指标Sc的权值;wm为模式匹配指标Sm的权值;wp为能量对比度指标Sp的权值。

1.3.2 杀伤概率下降程度

以制导武器杀伤概率下降程度为指标,则干扰效果可表示为:

(11)

式中:P为干扰效果,P0为无干扰时激光半主动制导武器对目标的杀伤概率,Pj为实施干扰后激光半主动制导武器对目标的杀伤概率,可用下式计算:

Pj=(1-Pcs)P0+Pcs·P1

(12)

式中:Pcs为引偏成功率,P1为制导武器被引偏后对真实目标的杀伤概率。

2 干扰效果评估流程及典型案例分析

2.1 干扰效果评估流程

干扰效果评估流程如图2所示。首先获取干扰效果评估计算所需的参数并完成参数的预处理等计算准备工作;然后分别计算干扰效果评估的各项指标,设定指标权重;最后综合计算引偏成功率和杀伤概率下降程度等指标评价角度欺骗干扰效果。

2.2 干扰效果评估案例分析

2.2.1 典型条件下干扰效果计算

假设典型条件下角度欺骗干扰效果评估的输入参数如表1所示。则根据指标计算模型可得典型条件下效能评估基本指标值如表2所示。根据各干扰效果评估指标对对干扰效果的影响的程度,结合专家经验设定权值如表3所示。

图2 激光欺骗干扰效果评估基本流程

参数参数值物理意义r/m50告警头与保护目标距离r0/m70有效告警范围T/s20武器打击时间t/s2干扰延迟时间λg/μm1.06指示激光波长λj/μm1.06干扰激光波长L/km10开始干扰时导引头距离φ/(°)10导引头视场角d0/m80假目标与保护目标距离Sec/%92激光告警设备解码成功率kc1比例系数mg1导引头检测模式mj1干扰模式Ec2.3干信比(干扰与指示信号照度比)Kj0.95干扰系数

表2 效能评估基本指标

表3 效能评估权重设置

利用论文指标聚合模型,计算得到在上述条件下引偏成功率为70.4%。假设无干扰时激光半主动制导武器对目标的杀伤概率P0为90%,实施干扰后激光半主动制导武器对目标的杀伤概率Pj为2.6%,则干扰效果为68.3%。

图3 主要指标变化对干扰效果的影响

2.2.2 主要影响因素分析

实战过程中一般按照一定战术要求部署告警头和假目标以确保告警成功率和干扰目标与保护目标能够同时进入导弹导引头视场,而且激光半主动制导武器所使用的波长比较固定。一般情况下,对干扰效果影响比较多的因素主要是时域相关度、码型匹配度、模式匹配度和能量对比度4个指标,下面以针对上述主要影响指标,分别分析其对干扰效果的影响。分析时,假定其他输入条件同表1,权重设置同表3,分别分析上述4个指标对应参数变化时干扰效果的变化规律,如图3所示。

首先结合4个子图分析具体指标变化对干扰效果的影响情况:观察图3(a)可以发现,随着干扰时间延迟增大,干扰效果逐渐下降,且下降速度呈现先慢后快规律,在时延接近导弹攻击时间时干扰效果迅速下降为0,说明在实施干扰时应当尽可能减小干扰时延,因此需要尽可能提高系统的告警和解码效率;观察图3(b)可以发现,干扰效果随码型匹配度增大而增加,因此提高情报处理部分的解码能力可以有效提高干扰效果;观察图3(c)可以发现,干扰效果随模式匹配度增大而增加,所以,在实施干扰时,采取正确的干扰模式对干扰效果有较大影响,另外,由于难以直接通过侦察掌握导引头的工作模式,可以在条件允许时通过采取双脉冲干扰方式来提高干扰成功率;观察图3(d)可以发现,干扰效果随干信比的增大呈分段变化规律,在干信比小于0.5时和大于2.0时均恒定不变,在二者之间时,则随干信比增大而增大,据此在实施干扰时,如果可以控制干扰激光能量,使干信比稍大于2.0则可以达到较好的干扰效率,如果无法获取准确的干信比,则应尽可能提高干扰激光能量。另外,综合图3的4个子图可以发现,杀伤概率下降程度与引偏成功率呈正相关关系,且始终稍低于引偏成功率,说明引偏成功可以降低敌激光半主动制导武器的杀伤概率,同时由于成功引偏后也存在对真实目标毁伤的可能,所以杀伤概率下降程度始终低于引偏成功率。

3 结束语

文中结合激光半主动制导武器打击和激光角度欺骗干扰的原理,建立了比较系统全面的激光欺骗干扰效果评估指标体系和计算模型,介绍了干扰效果评估基本流程,并结合典型数据分析了主要指标对干扰效果的影响,结果表明,缩短干扰反应时间、提高码型匹配度、增加干扰功率以及提高模式匹配度或使用双脉冲干扰方式都可以提高干扰效果。该研究结论对综合评估角度欺骗干扰效果和有效实施激光角度欺骗干扰具有一定的参考价值。

此外,该项研究重点在于构建角度欺骗干扰效果评估指标体系与综合评估方法,因此对于部分指标的计算采取了一定的简化措施,下一步工作可以针对告警成功率、空域相关度、模式匹配度等具体指标的计算模型开展深入研究,建立更加准确可靠的计算模型,提高干扰效果评估的精确度。