基于外场试验数据的舰艇箔条干扰仿真推演与评估*

贾宏进 申军岭 齐兆龙 刘 宇

（91336部队 秦皇岛 066326）

1 引言

现代舰艇平台通常装备了箔条无源干扰手段，用于破坏反舰导弹雷达导引头的识别与跟踪，来对抗反舰导弹的攻击，那么如何评价干扰效果、干扰时机和作战方法就成为当前迫切需要［1～3]。由于全弹道实弹打靶试验存在成本高、组织难度大、样本量有限等问题，当前的外场试验以定点架设雷达导引头静态试验为主，对试验数据的分析处理侧重于单项性能指标考核，在装备作战效能评估方面缺乏对试验数据的深层次挖掘应用。本文针对某型舰艇无源干扰能力评估问题，以外场试验数据关联应用为切入点，结合建模与仿真技术，探索基于外场静态试验数据，建立无源干扰条件下导引头行为特性模型，重构外场试验场景，将定点静态试验结果推演至导弹动态攻击目标的对抗过程，形成贴近实战的舰艇无源干扰对抗来袭反舰导弹的动态推演系统［4～8]。

2 水面舰艇无源干扰反导对抗基本原理

舰艇无源箔条干扰主要采用冲淡干扰和质心干扰两种方式，其中比较典型的是箔条质心干扰，即在末制导雷达开机或跟踪上目标后，按照一定的方向、距离投射，形成箔条云，使箔条云回波比舰艇自身的回波强度大，从而使雷达导引头的跟踪向箔条云转移，实现引偏反舰导弹的目的［9～11]。以质心箔条为例的舰艇平台干扰反导示意图如图1所示。

图1 舰艇平台箔条质心干扰反导示意图

影响无源干扰效果的因素主要有如下几个方面：一是导弹自身的机动特性，以及导引头识别跟踪、抗干扰能力；二是舰艇的RCS反射特性，战术机动策略；三是箔条干扰自身的反射特性、形成时间、空间分布要素，以及发射时机和作战应用态势等；四是试验的自然环境因素，比如气象条件、海浪和背景杂波特性等。要实现实战化的干扰效果评估，就要充分考虑上述因素，开展动态作战条件下的评定。

但是现有的试验通常采用雷达导引头定点架设静态试验的方法来开展，将导引头架设到一定高度，舰船置于导引头不同距离处施放无源干扰并机动，观察导引头的跟踪状态来判断干扰效果，定点外场试验示意图如图2所示。这种试验方式具有试验组织容易、成本低等优势，具有真实的海面背景、舰船目标以及干扰环境，试验数据真实可信。但定点架设外场试验相对于飞行试验具有无法判别导弹实际飞行时受干扰情况等局限性，因此本文从多源外场实测试验数据出发，充分挖掘利用定点架设试验数据，实现无源干扰效果的评估。

图2 定点架设外场试验示意图

3 试验数据采集与挖掘分析

要从静态试验实现动态评估，就要完整采集试验信息，主要包括试验类信息，如任务名称、组织形式、海空域、参加兵力及试验方案等；态势类信息，如平台、载体及阵地的位置、航向航速、姿态等；时间类信息，如绝对时、相对时、时统时刻等；环境类信息，如气象水文、风向风力、温湿度及海浪级别等；目标类信息，如舰船结构尺寸、RCS特性及机动等；无源干扰信息，如发射时机、干扰样式、箔条RCS及工作状态等；导引头工作信息，如雷达基本参数、工作模式状态、发射接收零中频数据、搜索跟踪结果数据等。数据收集整理完毕后，进行时空一致性解算，获取多维试验信息，实现数据资源管理、场景重构以及模型校验，达到对试验数据综合利用的目的。试验数据挖掘与关联应用流程图如图3所示。导引头录取的某一帧目标回波零中频数据如图4所示。

图3 舰艇平台无源干扰试验数据挖掘过程

图4 某一帧目标回波零中频试验数据

4 基于试验数据的动态推演系统构建

采用仿真建模和数据挖掘技术，首先利用外场定点架设导引头高速采集的零中频试验数据，分离出目标、箔条回波数据，提炼目标、箔条电磁辐射特性；然后利用舰艇平台记录的航向、航速、风向、风速以及箔条发射参数等信息，结合导引头架设的方位、距离信息等，对海上试验场景进行重构；再利用提炼的舰船、箔条特性参数（径向尺寸、多普勒信息、极化信息）等，结合导引头工作状态数据，实现对导引头行为特性建模并修正优化，形成较为完备的导引头行为特性模型。利用Matlab集成开发上述几个过程，形成末制导雷达抗无源干扰动态仿真推演系统，针对各种态势下，仿真推演无源干扰对导引头的干扰效果，为外场试验提供对比和数据支撑，整体数据处理与仿真推演思路如图5所示。

4.1 基于试验数据的目标回波拆分

雷达导引头录取的中频高速回波试验数据主要由目标、干扰、海杂波等组成，包含有丰富的目标与干扰多维试验信息，通过对雷达导引头高速回波数据处理可以得到雷达导引头分辨角范围内目标及箔条的回波数据、极化数据、径向尺寸等，在此基础上利用舰艇平台记录的诸如航向、航速、箔条发射要素等信息能够得出目标相对于导引头的多普勒信息、距离信息、能量信息，再利用刚性物体在多普勒域展宽有限的约束条件以及舰艇与箔条在极化信息方面的区别，关联应用以上试验数据实现对目标与箔条的分离。基于多源外场实测试验数据综合关联应用的目标拆分方法过程如图6所示。

图5 基于静态试验数据的动态推演系统构建流程

图6 目标回波拆分方法

选取某型雷达导引头外场定点架设的试验数据作为样本，综合利用多源试验数据，采用数据关联应用方法，完成回波中目标与箔条的拆分结果如图7所示，其中数据的关联与目标识别如图（a）所示，图（b）和图（c）分别为拆分后的目标和箔条回波。目标与箔条拆分具体实现过程主要是利用目标和箔条多普勒速度和多普勒展宽的差异，从多普勒维进行拆分。首先对原始数据进行聚类分析，剔除杂波数据，其次按照舰船目标运动速度计算出其中心多普勒位置，最后按照舰船目标多普勒展宽经验值（约10个多普勒单元）提取目标数据，剩余数据为箔条拆分数据。对于杂波数据提取主要采用原始数据同拆分数据相减的方法实现。由于目标在拆分过程中杂波被剔除，必须使用原始数据提取杂波。

图7 高速回波试验数据中目标与箔条的分离

4.2 基于试验数据的装备作战仿真模型构建

基于数据资源构建反舰导弹雷达导引头装备特性模型，是构建动态仿真推演系统的核心，而模型的逼真度直接影响无源干扰效能评估的准确度。本文利用多层次试验数据，提炼装备行为特性，完善模型细节，提高模型参数的逼真度，形成基于装备性能指标的装备特性模型，最后利用外场试验数据，验证装备行为特性和环境输入之间的关联关系，修正部分性能指标数据，完善仿真模型。其中雷达导引头作战仿真模型能够模拟雷达导引头的信号处理过程，能够实现对雷达信号处理中的脉冲压缩、相参积累、恒虚警处理、二维检波等核心环节进行仿真复现，通过输入舰船、箔条等试验数据，经雷达信号处理实现距离、角度等信息的输出。模型构建与验证总体思路如图8所示。

图8 装备作战仿真模型构建

4.3 基于试验数据的动态推演场景重构

根据上述雷达导引头高速试验数据解析、舰艇箔条分离方法实现对目标回波的拆分，在目标与箔条回波拆分的基础上，再根据动态推演设计的仿真推演态势等信息进行试验场景的重构。在静态和动态条件下影响目标和干扰场景变化的因素主要有以下几个：导弹、舰船、箔条干扰等运动带来的相对空间位置的变化；相对位置变化带来的目标能量、速度的变化、尺寸的变化，同时还会带来目标和干扰回波特性的一些变化，如在弹目逼近过程中，箔条和舰艇平台电磁辐射特性需按照场景重构后解算的距离信息进行能量域的实时调整，根据雷达方程：

在雷达发射功率Pt、雷达天线增益Gt、信号波长等因素不变的条件下，设回波功率系数比为K，当弹目径向距离由R0变为R(t)时，图9为某动态仿真推演态势条件下，采用场景重构方法实现的某时刻重构后的回波。

图9 基于高速回波试验数据的场景重构

基于雷达导引头高速回波试验数据实现的动态推演场景回波数据重构方法，最大限度地利用了目标原始回波，具有较高的逼真度。在场景重构过程中，除了采用目标与箔条回波拆分数据外，还可采用电磁计算模型数据进行场景重构。通过构建高精度目标几何模型，并利用CST等高性能电磁计算软件计算出模型数据，可构建出更为灵活、复杂的试验场景。仿真结果表明电磁计算的模型数据同拆分目标数据具有较高相似度，在一定条件下可替代使用。

5 仿真推演与干扰效果评估

5.1 动态仿真推演系统逼真度检验与应用

推演系统构建的逼真度直接影响系统的可信性。首先对动态推演系统的逼真度进行检验，通过构建与外场试验相同的试验场景，对场景重构后的结果进行仿真推演，对比外场实测试验结果，实现对比验证推演系统的逼真度，某一态势下的距离跟踪结果如图10所示。在本文研究中将雷达导引头目标识别跟踪为混合体时的距离输出置0，而导引头实装输出质心跟踪结果，但从受干扰趋势、距离跟踪结果上可以看出总体识别跟踪结果具有较高的一致性，可以认为该推演系统能够满足逼真度要求。

图10 定点场景重构与实测数据对比验证跟踪距离对比

在动态仿真推演系统检验验证的基础上，利用外场实测试验数据设计不同试验方案，并针对试验方案重构试验场景，实现导弹动态攻击目标的仿真推演，对无源干扰效果进行检验评判。某态势下导引头动态逼近目标的推演态势如图11所示。该态势下的距离跟踪结果如图12所示。

5.2 动态仿真推演系统无源干扰效果评估

将定点架设雷达导引头条件下的无源干扰实测试验数据，仿真外推至动态对抗过程，得出雷达导引头受干扰结果，实现面向干扰效果评估的仿真推演。以某型雷达导引头某态势下导引头定点架设设置和动态逼近目标条件下雷达导引头受干扰情况进行对比，输出雷达导引头识别干扰有效性标识位，0代表识别目标未受到干扰，非0代表识别为混合体或干扰，受干扰情况对比图如图13所示，通过计算雷达导引头识别干扰标识位实现干扰效果的评判，实现面向作战效能评估的无源干扰试验效果评估。

图11 动态仿真推演场景轨迹图

图12 动态对抗过程距离跟踪仿真推演结果

图13 导引头干扰识别结果

在上述研究的基础上，设定同一态势，改变箔条运动方向，可以检验箔条运动方向对雷达导引头识别跟踪结果的影响，实现对箔条作战使用的指导，推演结果如图14所示，可以看出当舰船航迹相同时，有几个区间干扰效果比较好，尤其是箔条飞行方向192°时无源干扰效果最佳。

图14 箔条飞行方向对干扰效果的影响

6 结语

基于实测试验数据的舰艇平台无源干扰抗反舰导弹雷达导引头作战效能评估动态推演系统，将定点架设所获取的试验数据仿真外推至加载弹道的弹目距离动态变化的对抗过程，完成面向对抗效果评估的无源干扰动态仿真推演，实现了对试验数据的关联应用与深度挖掘，为全面、客观评判舰艇平台作战系统无源干扰能力、末制导雷达抗干扰能力提供技术支撑，为优化舰艇无源干扰战术使用提供参考，达到发挥装备试验数据潜在价值、深化装备试验鉴定内涵的目的。