舰空导弹研制阶段抗干扰试验一体化方法研究

谢泽峰，罗华锋

(中国人民解放军92941部队42分队，辽宁 葫芦岛 125001)

0 引言

进入21世纪，随着电子对抗技术的发展，电子防御战在防空反导作战中显得尤为突出。舰空导弹面临的作战态势与战场环境日趋复杂[1]，为应对复杂的电磁干扰环境，舰空导弹在研制阶段需要不断提高抗干扰能力。

舰空导弹研制阶段一般可划分为三个阶段：方案论证阶段、工程设计阶段和设计定型阶段。在不同阶段，舰空导弹的抗干扰技术状态需求存在差异，抗干扰实现能力也存在差异[2]，因此需要以不同的抗干扰试验对导弹在电磁环境下的工作性能进行指标检验和鉴定。舰空导弹研制阶段抗干扰试验可描述为[3]：在内场和外场建立的典型干扰环境下，运用多种试验方法和手段，对舰空导弹在不同阶段、特定干扰环境下的性能进行综合检验和考核，重点是对导引头抗干扰开展的相关验证评估试验[4-5]。导引头抗干扰能力已成为衡量舰空导弹抗干扰的重要指标，其性能关系到导弹武器系统作战效能和生存能力[6-7]。舰空导弹研制阶段导引头抗干扰试验评估是一项不确定的技术难题[8]。由于抗干扰评估的复杂性，至今还没有全面统一的度量指标和方法。

本文对舰空导弹研制阶段导引头抗干扰试验和评估进行研究，提出采用一体化试验方法和基于层次分析法AHP的综合评估方法，对舰空导弹研制阶段抗干扰试验进行了总体设计和抗干扰评估。该方法比传统试验评估方法更全面科学，可为舰空导弹抗干扰试验设计与抗干扰性能鉴定提供参考。

1 舰空导弹抗干扰试验主要类型

舰空导弹作战时，常面临空战场电磁干扰因素的影响。空战场电磁干扰因素可分为自然干扰和人为干扰两大类[3]。自然干扰主要是指自然界具备的或者由自然界衍生的干扰，如自然电磁辐射和地海杂波等；人为电磁干扰主要是指人为有意产生的干扰，如箔条、有源诱饵干扰、自卫压制或欺骗干扰、箔条干扰、地/海杂波等有源或无源干扰。与之相对应，导弹必须采取相应的针对性抗干扰设计，实现在上述单一或组合干扰条件下对目标的有效拦截。因此，舰空导弹抗干扰试验的主要类型包括有源诱饵干扰试验、抗自卫压制/欺骗干扰试验、抗箔条干扰试验、抗地/海杂波干扰试验以及抗组合干扰试验等。

2 舰空导弹抗干扰试验目的及考核指标分析

舰空导弹抗干扰试验类型不同，与之相应的试验目的和考核指标也不同。舰空导弹抗干扰试验贯穿于从方案论证、工程研制至设计定型的全过程，并通过不同类型的试验全面验证与评估导弹在研制阶段的基本性能和抗干扰性能。舰空导弹抗干扰试验类型及试验目的和考核指标如表1所示。

3 舰空导弹研制阶段抗干扰试验一体化总体设计

舰空导弹在不同研制阶段的技术状态存在差异，抗干扰的类型不同，组织试验的难易程度也存在差异，因此，相应的导弹抗干扰试验要求、内容和方法也有所不同。

为了实现全面考核导引头的设计性能、验证其是否达到研制总要求规定的战术技术指标的目的，确定试验指导思想采用一体化试验方法[9-10]。一体化试验是指靶场综合集成各种试验资源，构建分布交互式试验环境，采用内外场一体化、空天地一体化等多种方式，协调一致地开展装备试验，达到试验信息共享、综合鉴定的目的。

采用一体化试验方法，将研制阶段各试验相结合，充分利用内外场试验、飞行试验等各种信息，统筹设计试验项目、制定实施计划，达到全面检验导引头的战术技术性能和抗干扰性能的目的。舰空导弹研制阶段抗干扰试验一体化设计如图1所示。

图1 舰空导弹研制阶段抗干扰试验一体化设计

3.1 方案论证阶段

在方案论证阶段，需要完成方案可行性论证和关键技术指标的可实现性，确定技术路线和关键技术验证策划，并完成系统方案设计工作。因此，这个阶段的抗干扰试验大多以服务于方案选择为目的，确定对抗策略、选择技术途径、预测抗干扰能力可达指标，确定抗干扰技术实施方案，主要采用全数字仿真的方法，重点检验导引头体制和波形选择的正确性，检验抗干扰方法和逻辑的可行性、有效性。

根据研制总要求和干扰技术现状与发展综合分析，确定了典型干扰环境及导引头抗干扰的基本技术途径后，即可进行导引头、目标和归纳绕环境特性建模，研制功能级抗干扰全数字仿真系统。一旦导引头的干扰对抗策略、抗干扰技术途径得到了数字仿真验证，即可完成本阶段的抗干扰设计工作，转入导弹工程研制。

3.2 工程设计阶段

研制阶段是抗干扰试验的主要时期，要开展大量的地面试验验证，研制阶段的抗干扰试验项目如表2所示。

导引头内场试验主要检验各类模拟干扰条件下导引头本机抗干扰性能的实现程度及抗干扰措施的有效性；导引头外场试验主要是在内场试验的基础上检验典型、真实干扰条件下导引头本机抗干扰措施的有效性，并验证校核典型的内场试验结果；制导控制系统内场试验则是在导引头内、外场试验基础上，检验导引头集成到控制系统后制导控制方法与算法对导引头抗干扰性能的适应性，同时改进完善制导控制设计；导弹抗干扰飞行试验是最高置信度的试验，在导引头预制导控制系统系列实验基础上，检验典型、真实干扰条件下导弹的飞行和拦截性能，为转入设计定型阶段提供决策支持。

表2 工程研制阶段抗干扰试验项目

在导弹研制的不同阶段，导弹各个组成部分的研制进度不同，一般按照从单机到系统、从基本性能到实战性能的顺序逐步集成。为此，导弹抗干扰试验一般也是按照由导引头单机至导弹系统、由内场至外场、由干扰模拟至实装的试验顺序进行，相互承接、互为补充，通常先是导引头内场试验，再是导引头外场试验，然后是制导控制系统内场试验，最后是导弹飞行试验。

限于篇幅，下面主要以有源诱饵干扰为典型试验类型，进行试验设计。

1)导引头抗有源诱饵干扰内场试验

在半实物仿真实验室内，导引头作为被试对象，利用诱饵干扰模拟器或实装诱饵干扰机模拟有源诱饵噪声干扰特性，通过仿真系统获取导引头性能数据，评定导引头对目标和诱饵的分辨、识别能力以及抗有源诱饵干扰的逻辑和流程。

内场试验系统组成如图2所示。射频信号生系统产生2路信号，一路模拟目标回波信号，一路接入诱饵干扰模拟器或实装诱饵干扰机，经天线阵列上不同位置天线向导引头辐射空间合成信号。导引头抗有源诱饵干扰试验的核心是设置典型干扰场景。内场试验时，设置仿真参数包括：目标回波信号和有源诱饵干扰信号的幅度、延迟、多普勒频率、角位置，有源诱饵干扰释放时序等。

图2 空战场电磁环境内场半实物仿真系统组成

2)导引头抗有源诱饵干扰外场挂飞试验

为了更真实地模拟干扰载机、诱饵和导引头呈三角态势运动关系，检验导引头分辨、识别目标和诱饵能力，抗有源诱饵干扰外场试验通常采用双机挂飞的方式进行。

外场试验系统组成如图3所示，其中，导引头载机包括导引头、导引头测试控制台、GPS接收机、惯性导航系统等；目标飞机包括有源诱饵干扰机、GPS接收机、本地记录器等；地面配套设备包括干扰检测设备、GPS基准站和数传接收系统等。

图3 导引头抗有源诱饵干扰外场试验系统组成

外场试验对参试设备技术状态有明确要求，通常要求导引头完成性能指标验证试验、内场抗干扰试验，其干扰措施经内场验证是有效的，软硬件状态也已经确定。以复现内场试验状态为原则，外场试验干扰条件与内场试验相似设置。

试验前，航向设计要注意两点：一是有源诱饵干扰天线波束要能够覆盖导引头载机的有效航线；二是导引头天线要能够覆盖靶机航线。试验时，目标飞机携带干扰吊舱，安装干扰机，进入预定航线后，导引头载机进入试验航线，其航线要便于与目标飞机呈迎头、尾追、三角态势等不同的空间位置关系。试验中，录取目标与导引头载机GPS、惯性导航数据、测试控制台与导引头交互的信息参数等数据，并处理得到双机飞行航线上不同位置的干扰强度参数与相应导引头的工作性能。

3)制导控制系统抗有源诱饵干扰内场试验

在导引头内场、外场试验基础上，被试设备进一步由导引头扩展到整个制导控制系统，分析评定导引头目标截获、稳定跟踪性能对导弹制导控制精度的影响，以及控制模型算法的适应性。试验系统组成如图3所示，试验条件尤其是诱饵模拟器与导引头内场试验基本相同，一般选取经过导引头内场试验的干扰样式和干扰强度参数进行试验。惯性测量装置、执行机构采用实物，也可用数学模型的形式参加试验，而弹道运动学和动力学环节等以数学模型的形式在仿真主控计算机上运行。

4)导弹抗有源诱饵干扰飞行试验

由无人机携带有源诱饵，在靶机、有源诱饵相对导弹呈迎攻、尾追或三角态势等不同空间关系下，导弹发射、拦截靶机。这是系统性的、最高级别要求的验证性试验，具有试验样本少、真实度高、代表性强等特点。

试验系统组成框图如图4所示，其中，由光测系统得到导弹飞行的外弹道数据和目标航线数据，遥测系统实时下传导弹各组成的工作状态与测量参数，干扰监测设备实时记录诱饵干扰的辐射特征。

图4 导弹抗有源诱饵干扰飞行试验系统组成框图

飞行试验对参试设备技术状态有严格要求，通常要求导引头必须完成各项性能指标验证试验、内场和外场抗有源诱饵干扰试验以及弹载环境条件试验，制导控制系统也要完成内场抗有源诱饵干扰试验，且导弹软硬件状态确定。其中靶机航线、试验弹道和试验的干扰样式要经过制导控制系统内场试验验证，配合试验的有源诱饵干扰设备、靶机齐备且正常工作。

为全面评价导弹抗有源诱饵的综合性能，尤其是检验导弹从不同方向拦截靶机时的效果差异，靶机航线设计可考虑中末交班、末制导阶段分别与目标、诱饵呈迎追、尾追、三角态势等不同状态。

试验时，将干扰机安装于无人飞机上，干扰天线一般采用宽波束，确保天线波束能覆盖设计试验区域的中末制导交班和末制导弹道。干扰靶机按典型高度、速度、航线进入武器系统有效杀伤区，靶机飞行至预定航线的进入端，释放诱饵，制导雷达截获跟踪目标。导弹发射，进入初、中制导飞行，导引头在雷达引导下天线对准目标，开机辐射信号，干扰靶机适时侦收导引头信号，产生给定样式干扰信号，经由诱饵向导弹辐射，对导引头目标截获跟踪过程进行干扰。记录靶机和导弹的雷达测量、光测、遥测数据和靶机辐射干扰参数，数据处理后得到中末交班、末制导阶段不同位置的相对实时干扰参数，可以对无人靶机的截获、跟踪误差和拦截效果进行判定和评价。

3.3 设计定型阶段

在设计定型阶段，导弹软硬件状态已全部固化，已经完成了研制阶段全部抗干扰试验验证，因此，导弹抗干扰状态基本固化，抗干扰边界条件已经明晰。这个阶段的试验重点是在接近实战条件下，通过典型干扰场景下的试验对导弹抗干扰性能进行考核，从而确认导弹是否满足实战要求、是否能够设计定型。

就检验导弹抗干扰性能而言，在设计定型阶段，一般进行制导控制系统抗干扰内场试验和导弹抗干扰飞行试验。前者主要验证导弹系统抗干扰流程及干扰条件下的制导控制精度，后者主要验证舰空导弹在指定干扰条件下稳定跟踪并打击目标的能力。试验内容、试验场景的确定，要依据导弹研制总要求。干扰机和干扰模拟器要尽可能按照实装要求，模拟实装设备或直接采用实装设备。

4 舰空导弹抗干扰试验结果综合评估方法

4.1 传统评估方法

针对舰空导弹在不同抗干扰环境的抗干扰指标考核，仅利用飞行试验结果完成对抗干扰性能指标的评定，飞行试验样本数要求很大。表3为置信度为0.8时利用飞行试验结果对导弹抗干扰性能指标进行评定[11]。

表3 导弹抗干扰性能指标评定

受飞行试验资源限制，对舰空导弹抗干扰指标的评估方法主要还是依托研制阶段仿真试验结果，运用经典统计或贝叶斯统计概率指标，这种评定存在以下问题：一是仿真试验结果受置信度的影响，其结论的充分性往往受到质疑；二是未能充分利用相关抗干扰试验获取的有效试验信息，尤其是抗干扰飞行试验的成败对评估结果没有贡献。

4.2 基于层次分析法(AHP)的舰空导弹导引头抗干扰指标综合评估方法

针对舰空导弹研制阶段抗干扰试验的试验结果，对不同试验手段获得的试验数据根据可信度进行区分对待，提高研制阶段试验信息综合评定的合理性；利用改进的贝叶斯公式[9]具备试验结果与试验次序无关的性质，进行多源数据融合，以充分利用各阶段试验信息；最后运用系统化的层次分析法(AHP)[12-14]完成对试验结果的综合评估。

通过舰空导弹研制阶段抗干扰试验一体化的五类抗干扰试验，可积累大量的抗干扰试验样本。为确保试验信息的可信度，优先选取导引头内场半实物仿真试验、外场挂飞试验、制导控制系统内场试验及导弹飞行四类试验样本进行抗干扰指标综合评估。

以某型导引头抗干扰概率为例，采用AHP对其进行综合评估，方法步骤如下：

1)构建评估层次

构建导引头抗干扰性能评估层次，示意图如图5所示，其中，目标层A为导引头抗干扰成功概率，目标层B1、B2、B3、B4分别为导引头内场抗干扰半实物仿真试验、导引头外场静态抗干扰试验、导引头外场挂飞抗干扰试验和导弹外场抗干扰飞行试验，与之对应的成功概率分别为P1、P2、P3和P4。

图5 导引头抗干扰性能评估层次示意图

2)构造A-B判断矩阵

根据图5中B层各个因素之间的相对重要性构造A-B判断矩阵，如表4所示。在判断矩阵中，aij表示要素i与要素j相比的重要性标度，可以由专家打分法获得，且其主对角线元素为1，aij和aji互为倒数，即判断矩阵为正互反矩阵。权重系数Wi为：

(1)

计算得到权重向量：

表4 A-B判断矩阵

3)一致性检验

为降低两两比较过程中，个别判断失误造成的影响，需对判断矩阵进行一致性检验。一致性校验的步骤如下：

Step1：计算一致性指标CI

CI=(λmax-n)/(n-1)

(2)

式中，λmax为判断矩阵的最大特征值；n为判断矩阵的阶次。

/Wi=4.0585

CI=(λmax-n)/(n-1)=0.0585/3=0.0195

Step2：查找一致性指标RI

RI是同阶随机判断矩阵的一致性指标的平均值，其引入可在一定程度上克服一致性判断指标随n增大而明显增大的弊端。查表5后可知RI= 0.09。

表5 平均随机一致性指标

Step3：计算一致性比例CR

CR=CI/RI=0.0195/0.90=0.0216<0.1

(3)

当CR<0.1时，即认为判断矩阵满足一致性，通过一致性检验后，根据求得权重系数Wi，即可得到导引头抗干扰概率综合评估公式：

P=W1P1+W2P2+W3P3+W4P4

=0.098P1+0.122P2+0.159P3+0.621P4

(4)

4.3 应用举例

针对某型舰空导弹导引头抗干扰成功率指标评定，取得导引头内场半实物仿真试验、外场挂飞试验、制导控制系统内场试验及导弹飞行试验结果，并得知相应的P1～P4值，采用式(4)计算可得导弹的抗干扰概率。针对抗干扰成功率指标及各阶段试验结果，采用综合评估方法的评估结果如表6所示。

表6 抗干扰指标综合评估结果

由表6可知，层次分析法在计算过程中包含了导弹研制过程中的各种试验数据，虽然外场试验样本小，但权重系数较大，导致干扰成功概率偏大，不过其结果是整个导弹研制过程中综合评估的结果，比较全面科学；而概率统计法虽然是选用可信度较高的飞行试验，但它没有充分利用研制阶段试验数据，对导弹的抗干扰性能没有进行全面的验证。

相比传统评估方法，层次分析法

综合了引头内场半实物仿真、外场挂飞、制导控制系统内场试验及导弹飞行试验数据，并进行了合理的权重分配，较全面科学地对导弹的抗干扰性进行了评估。因此，在导弹的研制过程中，可以采用层次分析法对导弹的抗干扰性能进行综合评估。

5 结束语

本文在对舰空导弹抗干扰试验主要类型进行分析的基础上，对舰空导弹抗干扰指标进行了分析，明确了试验目的。提出在舰空导弹研制阶段采用一体化试验方法和基于AHP的综合评估方法，对舰空导弹抗干扰试验进行总体设计和抗干扰评估。该方法比传统试验评估方法更全面科学，可为舰空导弹抗干扰试验设计与抗干扰性能鉴定提供参考。■