海面激光引偏角测量布站研究及数据分析

刘静梅

（中国人民解放军91404部队，河北秦皇岛 066001）

激光引偏干扰通过向海面发射布设与敌方照射激光相似的欺骗光斑，能够诱骗半主动激光制导武器跟踪激光引偏光斑，实现对我方舰船目标的保护［1］。激光引偏角是评价激光引偏干扰性能的重要指标，开展激光引偏角测量与评定是激光引偏干扰装备研制过程中不可缺少的一项科研活动。激光引偏角是激光导引头受干扰后光轴在方位和俯仰方向的偏转角度，是计算引偏距离、评判引偏效果的前提和依据［2］。本文根据舰载激光引偏设备使用特点、试验结果评判对数据录取要求和测量保障条件，提出了导引头模拟设备陆上架设、舰船架设和空中平台架设三种测量布站方案设计。针对不同测试距离和设备架设高度，对激光引偏角和引偏距离误差进行理论计算与数据分析，并从装备试验实战要求、技术实现和测量保障等方面，对几种试验布站方案进行比对，提出海上激光引偏干扰试验布站的选取原则和测试要求，以便为试验方法的制定、设备布站方案的选取提供依据，为激光引偏设备干扰能力的测量与考核提供必要的研究基础。

1 三种导引头模拟设备架设方案

1.1 导引头模拟设备陆上架设方案

1.1.1 陆上架设布站设计

将导引头模拟设备架设在陆上进行引偏角测量，是利用现有保障条件和试验海域完成引偏干扰能力试验的一种方法。试验布站原理如图1 所示，采用这种试验方法，导引头模拟设备架设在陆上某一高点，高度的选择应尽可能满足对导弹飞行高度的模拟，并保证使其处于海面反射引偏激光能量的集中区域［3］。载有激光引偏设备的目标舰在海上就位，目标舰与导引头模拟设备之间的距离应在导引头作用距离范围内。测试时岸上的目标指示器和导引头模拟设备对目标舰进行照射、搜捕和跟踪工作过程，引偏设备探测到照射激光威胁信号后，发射引偏激光对导引头实施引偏干扰。在这一过程中，目标舰保持向导引头方向机动航行，两者之间逐渐接近，通过目标舰与导引头距离的变化，模拟导弹对舰船攻击时逐渐飞近目标时的过程。

图1 导引头模拟设备陆上架设布站示意图Fig.1 Diagram of land station distribution for seeker simulator

导引头模拟设备采用陆上架设布站方案，是通过目标舰的机动来实现模拟导弹逐渐飞近目标舰的过程。试验布站动用兵力少，实施相对简便。采用这种方法，要根据舰船航行速度，选择试验起始距离，在引偏激光器连续发射时间内完成导弹对目标攻击工作过程的模拟。

1.1.2 数据分析

根据设定的导引头高度h1、目标指示点高度h2、测试距离R与引偏光斑的相对位置关系，对引偏角和引偏距离误差数据进行理论计算，结果见表1。假设引偏激光发射距离为150 m，目标指示点高度为15 m，导引头高度分别设为40 m、50 m、100 m 和200 m。结果表明，相同的测试距离，导引头架设位置越高，对应的引偏角越大，引偏距离计算误差越小。而当导引头架设高度不变时，随着测试距离由远至近，引偏角逐渐变大，引偏距离误差逐渐变小（表1）。

表1 陆上布站理论计算数据Tab.1 Theoretical data of land station distribution

由表1 可知，测试距离是影响引偏距离计算误差的主要因素。虽然提高导引头架设高度能够减小引偏距离计算误差，但效果并不明显，原因是当导引头距试验目标舰船较远时，海面上引偏光斑与目标舰船之间的距离在导引头视线方向的投影距离很短，形成的引偏角很小。当测试距离较远时，导引头较小的测角误差会对引偏距离计算带来很大误差，随着测试距离的拉近，这种影响程度下降很快，这与导弹攻击目标时随着距离的拉近不断修正弹道的原理是一致的。因此采用陆上架设导引头进行海上引偏效果试验，应首先保证测试距离满足引偏距离计算精度要求，试验过程中目标舰船应航行至导引头模拟设备很近的距离范围内，要求试验海域水深满足舰船航行安全要求。

测量布站设计除了考虑目标和引偏光斑同处于引偏角测量系统跟踪视场内［4］，还要保证引偏角测量满足一定的置信度要求，一般要求测量值要大于测量误差的2～3倍［5］。假设引偏角测量误差取0.1°，试验布站应保证导引头受引偏干扰后偏转角在0.2°～0.3°，以满足数据录取和结果评判的要求。根据引偏角理论计算数据，当导引头架设高度为50 m 时，目标舰航行至距导引头3 km到4 km处，导引头受引偏干扰其视线的偏转角达到0.24°至0.34°范围，即满足对引偏角测量精度的要求。

1.2 导引头模拟设备舰船架设方案

1.2.1 舰船架设布站设计

导引头模拟设备舰船架设试验布站原理如图2 所示。为了避免目标指示器后向散射激光对导引头模拟设备的影响，测量设备分别架设在两条试验船上。目标舰与导引头模拟设备之间的距离应在导引头作用距离范围内。采用这种试验方法，导引头模拟设备架设高度受到船体高度的限制，只能架设在较低高度上，模拟导弹在低空飞行时对舰船的攻击。

图2 导引头模拟设备舰船架设布站示意图Fig.2 Diagram of boat station distribution for seeker simulator

试验时架设在试验舰上的目标指示器和导引头模拟器模拟武器系统工作，对目标舰进行照射、捕获和跟踪，载有导引头模拟设备的试验舰向目标舰方向机动航行，模拟导弹对舰船攻击时逐渐飞近目标时距离变化过程，引偏设备接收到激光威胁信号信息后，发射引偏激光对导引头实施引偏干扰。载有导引头模拟设备的试验舰一直保持向目标舰方向机动航行，直至两舰距离不能满足舰船安全航行为止。将导引头模拟设备和目标指示器架设在舰船上进行引偏干扰试验，不受陆上试验场和试验海域水深的限制，可根据试验需求灵活机动地选择试验海域。为了克服舰船摇摆的影响，导引头模拟器和目标指示器架设在自稳平台上，转台的稳定性要确保激光目标指示器对目标实施连续稳定的激光照射。

1.2.2 数据分析

表2 是导引头模拟设备采用舰船架设布站方案时，对引偏角和引偏距离误差数据进行的理论计算结果。导引头高度值的选取考虑了舰船的可安装高度。表2 中引偏角和引偏距离计算误差随导引头高度和测试距离的变化规律与陆上架设试验方案一致。测试距离是影响引偏距离计算误差的主要因素，在舰船提供的导引头安装条件下，通过改变导引头架设高度对提高引偏距离计算精度影响不大。

表2 舰船布站理论计算数据Tab.2 Theoretical data of boat station distribution

测试时可根据舰船航速、引偏激光连续发射时间等因素，综合选择测试距离，通过试验舰与目标舰的机动，拉近两舰的距离，模拟导弹攻击目标时的距离变化。这种布站方法导引头架设高度较低，测试距离对引偏角的影响相对较大，当导引头模拟设备架设高度为15 m时，两舰距离接近400 m时，引偏光斑和目标指示器照射光斑对导引头形成的夹角超过3°，引偏距离计算误差在15 m 左右；测试距离从2 km 变化到4 km时，引偏角数值从0.22°变化到0.46°，满足对引偏角测量精度的要求，但引偏距离计算误差较大。

1.3 导引头模拟设备空中平台架设方案

1.3.1 空中平台架设布站设计

将导引头模拟设备架设于空中运动平台上，利用空中平台的运动速度和飞行高度，模拟双方在作战状态下的攻防对抗，是测试场条件下对抗装备贴近实战的一种方法。试验布站原理如图3 所示。试验布站时，采用模拟激光半主动武器系统的双机作战模式，将引偏效果测量设备安装在机载或其他空中平台上，目标指示器安装于另一机载空中平台上，对目标舰实施照射，模拟对目标舰的攻击。

图3 空中平台架设布站示意图Fig.3 Diagram of air station distribution for seeker simulator

根据激光引偏干扰原理，引偏效果随着导弹飞近目标效果区域明显。测试时试验设备的布站应模拟产生引偏角、引偏角不断加大、目标完全脱离导引头跟踪的全过程［6］。特别是对来自目标上方导弹的引偏干扰试验，只有采用空中平台的布站方法，才能够更逼真地模拟武器系统的攻击［7］，得出的试验结果能够更准确地反映出实战结果。

1.3.2 数据分析

表3 是导引头模拟设备采用空中平台布站方案时，对引偏角和引偏距离误差数据进行的理论计算结果。导引头高度值的选取考虑试验时空中平台可能的高度，引偏角和引偏距离计算误差随导引头高度和测试距离的变化规律与陆上试验方案一致。测试距离同样是影响引偏距离计算误差的主要因素，由于导引头高度选取范围较大，对引偏角测量和引偏距离计算结果的影响比陆上架设方案和舰船架设方案更加明显。空中平台架设方案中，要求用于激光目标指示的机载光电吊舱有非常高的稳定跟踪精度。

表3 空中平台布站理论计算数据Tab.3 Theoretical data of air station distribution

空中布站方法导引头架设高度较高，导引头受干扰后在俯仰方向上偏离目标的角度较大，测试距离和架设高度对引偏角的影响都比较明显，引偏角测量精度和引偏距离计算精度较前两种方案更容易满足。当导引头模拟架设高度为300 m 时，根据引偏角数据结果，测试距离从6 km 变化到4 km 时，引偏角数值从0.22°变化到0.38°，即满足对引偏角测量精度的要求。在满足同样引偏角测量精度的前提下，该方案可以在较远测试距离进行试验实施。

2 测量布站方案比对分析

根据对海上激光引偏角测量布站方法的研究，从装备试验实战要求、技术实现和测量保障方面，对几种可行的试验布站方案进行比对分析，以便为试验方法的制定、设备布站方案的选取提供依据，见表4。

表4 测量布站方案的比对分析Tab.4 Comparative analysis of station distribution schemes

采用空中运动平台承载导引头模拟设备的试验方法，模拟武器系统对目标的攻击，与引偏干扰装备构成的攻防态势较真实地反映了实际作战，是在非实弹条件下完成引偏干扰测量试验最接近实战的试验方法。采用这种布站方法，能够模拟激光制导系统从舰船上方对其甲板等部位的照射攻击状态，而且这种攻击方式，是激光半主动制导武器对目标攻击时采用最广泛的。这种布站方案的有效实现，前提是对测量设备转台的稳定性及跟踪精度要求很高。

导引头模拟设备采用舰船作为承载平台，相对空中平台方法简单易行，目前测试条件容易满足，但要考虑舰船临近时的航行安全。这种布站方法要求测试设备在舰载条件下能稳定跟踪舰船目标。采用这种方法，受舰船航速和高度所限，参试、被试系统对引偏干扰攻防态势的模拟有很大影响。由于舰船运动速度慢，受引偏激光发射器连续工作时间所限，模拟导弹和引偏设备双方攻防对抗不如空中试验平台方法逼真；受舰船高度所限，测试设备仅能模拟武器系统对目标舰侧舷的攻击，不能模拟对武器系统从目标舰上方的攻击过程。

利用岸边试验阵地架设导引头模拟设备的试验方法，对测试设备跟踪稳定性和精度要求一般。由于陆上试验平台不易大幅度提升高度，通过改变导引头高度对试验结果影响不大。引偏效果是随测试距离的拉近体现出来的，因此测试距离是影响结果测量和评判的主要因素，需要靠近岸边的海域水深满足舰船安全航行的要求，但目前试验海域很难满足。

3 结语

本文在海上引偏干扰装备试验中，针对激光引偏角的测量要求和保障条件，提出了导引头模拟设备陆上架设、舰船架设和空中平台架设三种测量布站方案设计。对每种测量布站方案，针对不同测试距离和设备架设高度，分别给出了激光引偏角和引偏距离误差理论计算结果，并根据数据结果对布站方案的主要影响原因及测量精度要求等进行了分析。最后从装备试验实战要求、技术实现和测量保障等方面，对几种试验布站方案进行优劣比对，提出海上激光引偏干扰试验布站的相关选取原则和测试要求，为试验方法的确定、设备布站方案的选取提供了必要的技术研究和数据支撑。