半主动寻的武器区分镜像目标的仿真分析*

2020-03-30刘丽龙陈世豪高王升隋大鹏

弹箭与制导学报 2020年5期

刘丽龙,刘钊,陈世豪,高王升,隋大鹏

(上海机电工程研究所, 上海 201109)

0 引言

超低空飞行的反舰导弹是现代海上舰艇编队面临的重要威胁因素,在主动或半主动武器寻的制导过程中,镜像多路径效应严重影响了弹上导引头对目标的检测和跟踪[1-4]。文中试图给出一种基于半主动寻的武器跟踪镜像和目标的关系模型,并进行建模仿真[5],为规避超低空镜像干扰提供思路和参考。

1 半主动制导镜像原理

在半主动寻的制导系统中,载舰(地面)制导雷达对目标进行照射,弹上导引头接收目标反射的回波信号,并以制导雷达副瓣直波信号作为频率基准来解算目标的多普勒频率。

半主动制导武器在下视拦截超低空目标时,由于多路径效应[6-9](实际情况下,还存在着大量的漫反射,为便于分析主要矛盾,对模型简化分析)引起的镜面反射,照射多路径AT和AOT干涉结果使照射天线波瓣产生,在干涉点,照射器在目标处的增益下降可达20 dB以上,影响导引头回波信号的信噪比,同时,目标反射多路径TM和TO′M,使导引头测角产生误差,严重时导致导引头跟踪镜像目标,造成脱靶。

导引头跟踪镜像目标的原理示意如图1、图2所示。

图1 制导照射镜像示意图

图2 导弹跟踪目标镜像示意图

2 镜像目标回波功率计算模型

低空条件下,图2中导引头接收的目标和镜像功率为:

(1)

(2)

ΔP=P目-P镜≈10lg(σ1/σ2)+20lg[gr(θ1)/gr(θ2)]-20lgρ

(3)

2.1 照射天线增益干涉因子计算模型

根据图1得到,照射目标路径差引起的相位差为:

(4)

(5)

(6)

式(4)～式(5)中：yA为制导雷达距海/地面的距离；yT为目标距海/地面的距离。

通常情况下,在拦截超低空目标时,为避免制导照射雷达波束扫到地/海面引起大面积反射,对其跟踪目标的最低仰角进行限位。因此,假定照射波束仰角限位时,限位角为α0,模型如下:

导弹飞行过程中当α1≥α0时,利用天线方向图归一化方向性系数(dB表示)查出F(α1+α2)。

根据f1=1，f2=10exp(F(α1+α2)/20),求得干涉因子:

(7)

当α1<α0时,利用天线方向图归一化方向性系数查出:F(α0-α1),F(α0+α2)。

根据f1=10exp(F(α0-α1)/20)，f2=10exp(F·(α0+α2)/20)，按式(7)求得干涉因子。

2.2 海/地面反射系数计算模型

海/地面反射系数[1-2]为：

ρ=ρ0ρs

(8)

(9)

(10)

3 镜像目标影响仿真分析

在正常条件下,导引头回波接收机速度回路截获目标后,接收机测量出目标与天线电轴的角偏差,即雷达误差,然后接通伺服系统跟踪目标。当天线稳定跟踪目标后,接收机产生的雷达误差反映了目标视线角速度,弹上计算机送出误差修正指令。

在镜像干扰条件下,接收机测量出的雷达误差反映了目标和镜像瞬时功率重心与电轴的角偏差。而功率重心的影响可分为两部分:一部分为由于频差(相位变化)引起的周期性变化,简称为相位重心;另一部分为由功率差决定的功率重心。

实验室条件下,对于图2中的典型情况(θ1=1°,θ2=-1°)进行了测试验证,测试结果如表1。

表1 天线对双目标的跟踪角 (°)

测试发现：1)在目标与镜像功率差稳定的条件下,即功率重心一定时,当fd<20 Hz时,导引头天线响应由相位重心周期性变化引起雷达误差,摆动跟踪以消除雷达误差,其跟踪剩余雷达误差与目标或镜像视线角速度无关,因此会产生附加扰动指令;2)在功率差稳定的条件下,即功率重心一定时,当fd≥20 Hz时,导引头天线稳定跟踪在由相位重心引起的雷达误差平均值确定的位置上,该位置与功率重心有关,而相位重心引起的雷达误差经滤波后,不产生直流零位,因此不产生附加指令;3)当ΔP大于一定功率时,Δfd为20～100 Hz时,天线基本跟踪目标;4)当频差为800～1 000 Hz时,导引头在频域上可区分镜像;理论条件下,当镜目张角大于一定度数(约0.85～0.9波束宽度)时,导引头基本可在空间选择跟踪目标或镜像。

对遭遇斜距12 km、目标高度30 m、航路捷径1 km、目标速度300 m/s进行仿真，结果如图3～图7。

图3 目标与镜像多普勒频差

图4 目标与镜像角度差

图5 反射系数

图6 AGC、相干电压

图7 目标与镜像功率差

试验中由于目标高度较低,因此导引头无法区分目标与镜像,由于多普勒频差大于20 Hz,因此导引头视在中心介于目标与镜像之间,由功率差决定。而功率差主要受反射系数和目标反射截面影响,具有随机性,在13 s前,角度差小于1°,镜像影响较小,随着角度差增大,随功率差起伏镜像对雷达误差的影响变大。从AGC曲线上可以观察到功率差的影响。在双信号条件下,AGC会产生交调,交调频率为频差,交调深度取决于功率差,功率差越小,调制深度越大,调制深度还受到AGC带宽(100 Hz)的影响。