CN111025242A - 一种基于光栅尺定位的平台外诱饵干扰模拟装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光栅尺定位的平台外诱饵干扰模拟装置及方法，通过等效缩比的方法，在实验室内构建导引头实战中所面临的平台外诱饵干扰环境，逼真模拟平台外诱饵对导引头末制导性能的影响，为导引头抗干扰试验提供近似实战条件下的遍历仿真模拟手段，定量检验导引头末制导抗平台外诱饵干扰的战术技术性能和作战适应能力。本发明具有很强的可操作性和实用性，对于导引头复杂电磁环境适应性试验及抗干扰能力提升将起到重要的推动作用。

Description

一种基于光栅尺定位的平台外诱饵干扰模拟装置及方法

技术领域

本发明属于干扰模拟技术，具体涉及一种基于光栅尺定位的平台外诱饵干扰模拟装置及方法。

背景技术

自上世纪90年代以来，拖曳式诱饵已受到了世界发达国家的普遍关注。美国以及英、德等欧洲强国都相继大力试制和积极装备拖曳式诱饵，取得了显著的阶段性成果。为了保证美国在21世纪的空中优势，美国海军和空军合作的综合防御电子干扰（IDECM）项目中，拖曳式诱饵成为非常重要的组成部分。早在1987年，美国雷声（Raytheon）公司就研制开发了第一代拖曳式诱饵：AN/ALE-50。在1999年对南斯拉夫的作战中，第一代拖曳式诱饵即AN/ALE-50被美国空军的B-1B轰炸机机队用于试验，诱骗了已经锁定飞机的10枚地空导弹（仅有1枚诱饵被导弹直接命中），取得了优良的作战效果。从1997年开始，Sanders公司/ITT公司为美空、海军联合研制第二代拖曳式诱饵：一种“灵巧” 式可回收光纤拖曳式诱饵（FOTD），命名为AN/ALE-55。在2005年里，AN/ALE-55诱饵共进行了60多次研制试验飞行。随着研制工作的结束，AN/ALE-55诱饵很快进入海军研制和作战试验。据美国“老乌鸦”协会的评估，机载拖曳诱饵的大量使用已经在近年来的战争中初见成效，挽救了80%以上飞机被微波末制导导弹杀伤的概率。也正是由于这一原因，在美军现役的F-16、EA-18、B-2、A-10等主战飞机上都装备了机载拖曳诱饵。由于机载拖曳诱饵的机内挂架和投放器与中、小型飞机的隐身性能尚有一定的矛盾，对它是否适于在F-117A、F-22、F-35等小型隐身飞机上使用的问题，目前还存在一些争议。最主要的原因是：迄今为止，上述隐身目标基本上还没有被敌方微波末制导导弹命中的战例（包括在科索沃战争期间被击落的一架F-117A也不能确定是被微波末制导导弹击中的）。尽管存在争议，美军仍然开展了机载拖曳诱饵在小型隐身飞机上应用的可行性研究，进行了在F-117A、F-22、F-35三种机型上的改装和适应性飞行试验，初步具备了在这些机型上装备和使用的条件，一旦需要，可以很快在这些机型上投入列装使用。

欧洲强国亦不甘落后，拖曳式诱饵已成为英国、德国、意大利、西班牙等国家主战飞机的防卫辅助系统的组成部分。德国Daimler-Benz宇航公司已经研制出一系列拖曳式有源雷达诱饵，可供快速喷气式飞机和运输机使用。该公司所研制的一种名为“Sky Bazzer”的拖曳式诱饵已经在F-4和“狂风”上试飞；以EURODASS财团(英国)牵头的GEC-马可尼公司也为欧洲战斗机研制了新型拖曳式诱饵，Ariel是该产品系列中最成熟的；而BO2D拖曳式诱饵是由瑞典Celsius Tech电子公司研制的产品，该诱饵可以选择多种工作模式，已经在JSF-39载机上成功试飞。发展至今，从目前的技术状态看，许多欧美强国对于拖曳式诱饵的研究重点在于如何能更有效的将机上干扰发生器和机外诱饵结合起来，实施更加灵活和智能的干扰。

由于机载拖曳诱饵在美、台、日、韩等国的大量装备和使用，势必对我末制导雷达导引头的功能和性能产生严重的影响。因此研究机载拖曳诱饵，对我方末制导雷达导引头抗干扰能力提升具有非常重要的意义。目前对于末制导雷达导引头抗平台外诱饵干扰试验大都在军方基地外场进行，然而受外场资源尤其是试验架次、试验保障力量等限制，对导引头开展的抗平台外诱饵干扰试验不够充分，无法遍历影响试验结果的参数，也不能准确地摸清我方末制导雷达导引头的抗平台外干扰的能力，严重影响作战使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光栅尺定位的平台外诱饵干扰模拟装置及方法，解决了内场试验中等效模拟平台外诱饵干扰的难题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于光栅尺定位的平台外诱饵干扰模拟装置，其特征在于：包括干扰模拟器、滑轨组件、接收天线、发射天线和控制计算机，滑轨组件上设有能够移动的滑轨平台，控制计算机分别与干扰模拟器和滑轨组件连接，干扰模拟器分别与接收天线和发射天线连接，接收天线和发射天线均固定在滑轨平台上。

滑轨组件包括滑轨、伺服电机和本体框架，滑轨固定在本体框架上，滑轨平台沿滑轨滑动，伺服电机固定在滑轨平台上，伺服电机连接控制计算机控制滑轨平台沿滑轨运动，滑轨采用三段拼接齿轮齿条，配以光栅尺反馈实现传动的闭环。

控制计算机设置诱饵运动参数并下发至滑轨组件，设置干扰信号参数下发至干扰模拟器，其中诱饵运动参数包括：加速度、速度、开启时间、停止时间，干扰信号参数包括：干扰样式、干扰时间、干扰功率；接收天线接收末制导雷达导引头辐射信号，并传输至干扰模拟器，干扰模拟器进行信号分选、解析，得出分选结果，干扰模拟器根据信号分选结果及控制计算机下发的干扰信号参数，生成干扰信号；滑轨组件的伺服电机根据控制计算机下发的诱饵运动参数，控制滑轨运动，干扰信号通过射频电缆接入发射天线，发射天线随滑轨平台运动向末制导雷达导引头辐射干扰信号。

一种基于光栅尺定位的平台外诱饵干扰模拟装置的模拟干扰方法，步骤如下：

步骤1、控制计算机设置诱饵运动参数并下发至滑轨，设置干扰信号参数下发至干扰模拟器，诱饵运动参数包括：加速度、速度、开启时间、停止时间；干扰信号参数包括：干扰样式、干扰时间、干扰功率；

步骤2、接收天线接收末制导雷达导引头辐射信号，干扰模拟器对信号进行号分选、解析，得出分选结果；

步骤3、干扰模拟器根据信号分选结果及控制计算机下发的干扰信号参数，生成干扰信号；

步骤4、伺服电机根据控制计算机下发的诱饵运动参数，控制滑轨运动；

步骤5、干扰信号通过射频电缆接入天线，天线与滑轨平台固定，随滑轨平台运动向末制导雷达导引头辐射干扰信号。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

（1）本发明在内场实验室中模拟外场平台外诱饵干扰，解决了外场资源限制的难题，通过对试验中各维度的遍历试验，可以完成典型作战场景中多种战术使用方式及其电子对抗装备性能的动态模拟，摸清末制导雷达导引头的抗平台外诱饵干扰边界性能。

（2）本发明基于光栅尺，对诱饵运动控制极为精确，通过等效缩比的方法定量地模拟平台外诱饵干扰的运动规律。

（3）本发明的干扰模拟装置可通过内场半实物仿真试验进行验证，操作性强。

附图说明

图1 为本发明基于光栅尺定位的平台外诱饵干扰模拟装置的结构图。

图2 为本发明的滑轨组件结构图，其中a）为滑轨平台图，b）为本体框架图。

图3为本发明基于光栅尺定位的平台外诱饵干扰模拟装置的模拟干扰方法的信号分选处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1，一种基于光栅尺定位的平台外诱饵干扰模拟装置，包括干扰模拟器、滑轨组件、接收天线、发射天线和控制计算机，滑轨组件上设有可以移动的滑轨平台，控制计算机分别与干扰模拟器和滑轨连接，干扰模拟器分别与接收天线和发射天线连接，接收天线和发射天线均固定在滑轨平台上。

滑轨组件包括滑轨、伺服电机和本体框架，滑轨固定在本体框架上，伺服电机固定在滑轨的滑轨平台上，伺服电机连接控制计算机，控制滑轨平台沿滑轨运动，如图2所示。由于滑轨长度较长，出于可实现性考虑，采用三段拼接齿轮齿条，配以光栅尺反馈实现传动的闭环，装配完成后必须进行长度标校。滑轨控制分辨率和测量分辨率都是0.001mm，因此选择分辨率是0.001mm的光栅尺，采用成卷光栅尺在滑轨上进行贴附，光学读头和光栅尺进行结构封闭，保证可靠性和精度，去除杂光和灰尘对精度的影响。采用光栅尺进行位置反馈使控制闭环从而达到定位和重复精度的要求。定位精度和重复精度是0.01mm，要求选用的齿轮和齿条不得出现背隙。由于加速度最大要求10m/s2，配合外径50mm的齿轮，对伺服电机的转速要求就至少是4000RPM，功率200W左右。由于平台需要多次拆装，使用高强度铝合金型材进行拼接设计。本体框架选用80*80的工业铝型材，平均壁厚3mm，多种配件市场可以直接购买。需要进行过渡板和滑轨安装底板的设计制造，底板上需设计过渡孔便于光栅尺的调较。

控制计算机设置诱饵运动参数并下发至滑轨组件，设置干扰信号参数下发至干扰模拟器，其中诱饵运动参数包括：加速度、速度、开启时间、停止时间，干扰信号参数包括：干扰样式、干扰时间、干扰功率。接收天线接收末制导雷达导引头辐射信号，并传输至干扰模拟器，干扰模拟器进行信号分选、解析，得出分选结果，干扰模拟器根据信号分选结果及控制计算机下发的干扰信号参数，生成干扰信号。滑轨组件的伺服电机根据控制计算机下发的诱饵运动参数，控制滑轨运动。干扰信号通过射频电缆接入发射天线，发射天线随滑轨平台运动向末制导雷达导引头辐射干扰信号。

结合图3，一种基于光栅尺定位的平台外诱饵干扰模拟装置的模拟干扰方法，步骤如下：

步骤1、控制计算机设置诱饵运动参数并下发至滑轨，设置干扰信号参数下发至干扰模拟器。诱饵运动参数包括：加速度、速度、开启时间、停止时间。干扰信号参数包括：干扰样式、干扰时间、干扰功率。诱饵运动参数设置具体包含以下步骤：

步骤1-1、想定作战场景，确定作战时平台外诱饵的作战态势，通过控制滑轨运动来等效模拟诱饵在真实作战场景中的运动轨迹，并根据作战场景等效缩比的方法，计算滑轨运动的加速度、速度、开启时间、停止时间参数后下发给滑轨。

步骤1-2、针对想定场景，形成干扰策略。根据弹目距离、弹目相对速度，计算干扰时间、干扰功率以及干扰样式内部参数如拖引速度、拖引距离、拖引保持时间、拖引停止时间，形成干扰策略。干扰样式分为压制干扰和欺骗干扰。

步骤1-3、结合想定场景，对干扰信号、滑轨的时序进行确定，并通过控制计算机下发到干扰模拟器及滑轨组件。

步骤2、接收天线接收末制导雷达导引头辐射信号，干扰模拟器对信号进行号分选、解析，得出分选结果。

步骤2-1、对接收机给出的频率数据，进行信号分选、测量和识别，测量并确定雷达的主要参数如载波频率、脉冲宽度、脉冲重复周期。

步骤2-2、先进行常规雷达分选识别，后进行重频参差雷达分选识别及重频抖动雷达分选识别，再进行捷变频雷达分选识别。雷达脉冲信号分选处理流程图如图3所示。

步骤2-2-1、常规雷达的分选是采用脉冲间隔直方图法与序列搜索法相结合。重频参差雷达的分选办法类似于常规雷达的分选办法，对于n参差的雷达信号，其直方图中有n个无任何倍数关系的峰值，在进行序列搜索时，如果有连续的脉冲间隔T1、T2……Tn出现重复的变化，且连续重复出现三次，则认为n参差的脉冲序列提取成功，求出每个T的平均值及n值、平均脉宽PW、平均脉幅AM及载频值f，并剔除该脉冲序列。如果没有出现重复性的变化，则认为是一个n组变周期的脉冲序列。

步骤2-2-2、重频抖动雷达的分选方法，也是基于直方图的分析。在直方图中，存在许多峰值，这样既无倍数关系，且这些峰值的差值都落在T0×10%的范围内。在扩大的脉冲间隔容差范围内，对该区域的剩余脉冲进行常规雷达序列搜索，即作为重频抖动雷达分选。

步骤2-2-3、在进行完成所有载频区域内的常规雷达、重频参差雷达、重频抖动雷达的分选后，所有载频区域的剩余脉冲再归积到指定的区域。对这些剩余脉冲按脉冲到达时间出现的先后重新排序。按常规雷达的综合分选进行分选，满足要求的即为捷变频雷达。

步骤3、干扰模拟器根据信号分选结果及控制计算机下发的干扰信号参数，生成干扰信号。

步骤4、伺服电机根据控制计算机下发的诱饵运动参数，控制滑轨运动。

步骤5、干扰信号通过射频电缆接入天线，天线与滑轨平台固定，随滑轨平台运动向末制导雷达导引头辐射干扰信号。

实施例1

以机载拖曳式诱饵干扰(美军AN/ALE-55为代表的第二代拖曳式有源诱饵)为例，分析防空导弹末制导雷达导引头面临的平台外诱饵干扰，并对本发明的实施方法进行说明，其步骤具体如下：

步骤1、控制计算机设置诱饵运动参数并下发至滑轨，设置干扰信号参数下发至干扰模拟器。诱饵运动参数包括：加速度、速度、开启时间、停止时间。干扰信号参数包括：干扰样式、干扰时间、干扰功率。结合图2，诱饵运动参数设置具体包含以下步骤：

步骤1-1、想定作战场景，确定作战时平台外诱饵的作战态势，通过控制滑轨运动来等效模拟诱饵在真实作战场景中的运动轨迹，并根据作战场景等效缩比的方法，计算滑轨运动的加速度、速度、开启时间、停止时间后下发给滑轨。

作战场景按照防空导弹打击单个飞机目标进行设计。飞机目标受到导弹迎头攻击，由于导弹和目标的相对速度很高，导弹攻击的距离又不可能很远，所以很难进行的大转弯，多数情况下只能向左或向右急转弯(视当时的相对态势而定)，并全力加速，尽快形成“三角态势”，以便诱饵释放强干扰，扰乱导弹的跟踪系统，把导弹吸引到诱饵身上，或者使导弹从诱饵和目标中间穿过。通过等效缩比的方法，主要模拟三角态势形成过程中角度逐渐拉开时，末制导雷达导引头的跟踪、识别能力。根据此时弹目距离、弹目相对速度、导弹与飞机的角度，以及内场试验中导引头与目标模拟器天线之间距离，等效缩比，计算滑轨运动的加速度、速度、开启时间、停止时间。

步骤1-2、针对想定场景，设置干扰样式，干扰样式主要可分为压制干扰和欺骗干扰。根据弹目距离、弹目相对速度，计算干扰时间、干扰功率以及干扰样式内部参数如拖引速度、拖引距离。

根据想定的作战场景，选取一种干扰样式，以欺骗干扰中速度拖引为例，设置其起始时间：2s、拖引时间：10s、保持时间：5s、停止时间：2s，并设置拖引加速度为10m/s²、速度为30m/s，干信比设置为10dB。

步骤1-3、结合想定场景，对干扰信号、滑轨的时序进行确定，并通过控制计算机下发到干扰模拟器及滑轨。

由于试验模拟的是“三角态势”形成后角度逐渐拉开的过程，因此干扰信号与滑轨起始运动时间一致，即干扰信号施放时滑轨开始运动，通过控制计算机下发到干扰模拟器及滑轨。

步骤2、接收天线接收末制导雷达导引头辐射信号并进行信号分选、解析，将分选结果送干扰模拟器。

信号分选的主要功能是：对接收机给出的频率数据，进行信号分选、测量和识别，测量并确定雷达的载波频率、脉冲宽度、脉冲重复周期主要参数。信号分选主要由脉冲参数量化器、全脉冲参数相关缓冲器、信号预处理器、双口存储、雷达信号处理器、时钟产生器、时序信号控制器等所组成。信号分选的方法按先进行常规雷达分选识别，后进行重频参差雷达分选识别及重频抖动雷达分选识别。将信号分选出结果送至干扰模拟器。

步骤3、干扰模拟器根据信号分选结果及控制计算机下发的干扰信号参数，生成干扰信号。

干扰控制电路接收侦察处理的雷达信息，判断雷达导引头状态，释放相应的干扰样式，同时干扰控制还需要对干扰模拟器内部射频信号存储器、收发时序、微波链路进行实时控制，控制干扰源工作时序，产生所需干扰样式。

步骤4、滑轨根据控制计算机下发的诱饵运动参数，控制滑轨运动。

步骤5、干扰信号通过射频电缆接入天线，天线与滑轨固定，随滑轨运动向末制导雷达导引头辐射干扰信号。

由上可知，本发明的方法可以在内场试验中实现平台外诱饵干扰的模拟。

Claims (8)

1.一种基于光栅尺定位的平台外诱饵干扰模拟装置，其特征在于：包括干扰模拟器、滑轨组件、接收天线、发射天线和控制计算机，滑轨组件上设有能够移动的滑轨平台，控制计算机分别与干扰模拟器和滑轨组件连接，干扰模拟器分别与接收天线和发射天线连接，接收天线和发射天线均固定在滑轨平台上。

2.根据权利要求1所述的基于光栅尺定位的平台外诱饵干扰模拟装置，其特征在于：滑轨组件包括滑轨、伺服电机和本体框架，滑轨固定在本体框架上，滑轨平台沿滑轨滑动，伺服电机固定在滑轨平台上，伺服电机连接控制计算机控制滑轨平台沿滑轨运动，滑轨采用三段拼接齿轮齿条，配以光栅尺反馈实现传动的闭环。

3.根据权利要求2所述的基于光栅尺定位的平台外诱饵干扰模拟装置，其特征在于：控制计算机设置诱饵运动参数并下发至滑轨组件，设置干扰信号参数下发至干扰模拟器，其中诱饵运动参数包括：加速度、速度、开启时间、停止时间，干扰信号参数包括：干扰样式、干扰时间、干扰功率；接收天线接收末制导雷达导引头辐射信号，并传输至干扰模拟器，干扰模拟器进行信号分选、解析，得出分选结果，干扰模拟器根据信号分选结果及控制计算机下发的干扰信号参数，生成干扰信号；滑轨组件的伺服电机根据控制计算机下发的诱饵运动参数，控制滑轨运动，干扰信号通过射频电缆接入发射天线，发射天线随滑轨平台运动向末制导雷达导引头辐射干扰信号。

4.根据权利要求2所述的基于光栅尺定位的平台外诱饵干扰模拟装置，其特征在于：滑轨控制分辨率和测量分辨率均为0.001mm，光栅尺的分辨率为0.001mm，采用成卷光栅尺在滑轨上进行贴附，光学读头和光栅尺进行结构封闭，保证可靠性和精度，去除杂光和灰尘对精度的影响；采用光栅尺进行位置反馈使控制闭环从而达到定位和重复精度的要求，定位精度和重复精度是0.01mm，要求选用的齿轮和齿条不得出现背隙。

5.一种基于光栅尺定位的平台外诱饵干扰模拟装置的模拟干扰方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1、控制计算机设置诱饵运动参数并下发至滑轨，设置干扰信号参数下发至干扰模拟器，诱饵运动参数包括：加速度、速度、开启时间、停止时间；干扰信号参数包括：干扰样式、干扰时间、干扰功率；

步骤2、接收天线接收末制导雷达导引头辐射信号，干扰模拟器对信号进行号分选、解析，得出分选结果；

步骤3、干扰模拟器根据信号分选结果及控制计算机下发的干扰信号参数，生成干扰信号；

步骤4、伺服电机根据控制计算机下发的诱饵运动参数，控制滑轨运动；

步骤5、干扰信号通过射频电缆接入天线，天线与滑轨平台固定，随滑轨平台运动向末制导雷达导引头辐射干扰信号。

6.根据权利要求5所述的基于光栅尺定位的平台外诱饵干扰模拟装置的模拟干扰方法，其特征在于：步骤1中，诱饵运动参数设置具体包含以下步骤：

步骤1-1、想定作战场景，确定作战时平台外诱饵的作战态势，通过控制滑轨运动来等效模拟诱饵在真实作战场景中的运动轨迹，并根据作战场景等效缩比的方法，计算滑轨运动的加速度、速度、开启时间、停止时间参数后下发给滑轨；

步骤1-2、针对想定场景，形成干扰策略：

根据弹目距离、弹目相对速度，计算干扰时间、干扰功率以及干扰样式内部参数如拖引速度、拖引距离、拖引保持时间、拖引停止时间，形成干扰策略，干扰样式分为压制干扰和欺骗干扰；

步骤1-3、结合想定场景，对干扰信号、滑轨的时序进行确定，并通过控制计算机下发到干扰模拟器及滑轨组件。

7.根据权利要求5所述的基于光栅尺定位的平台外诱饵干扰模拟装置的模拟干扰方法，其特征在于：步骤2中接收天线接收末制导雷达导引头辐射信号，干扰模拟器对信号进行号分选、解析，得出分选结果，具体如下：

步骤2-1、对接收机给出的频率数据，进行信号分选、测量和识别，测量并确定雷达的主要参数：载波频率、脉冲宽度、脉冲重复周期；

步骤2-2、先进行常规雷达分选识别，后进行重频参差雷达分选识别及重频抖动雷达分选识别，再进行捷变频雷达分选识别。

8.根据权利要求7所述的基于光栅尺定位的平台外诱饵干扰模拟装置的模拟干扰方法，其特征在于：步骤2-2中，先进行常规雷达分选识别，后进行重频参差雷达分选识别及重频抖动雷达分选识别，再进行捷变频雷达分选识别，具体如下：

步骤2-2-1、常规雷达的分选是采用脉冲间隔直方图法与序列搜索法相结合，重频参差雷达的分选办法类似于常规雷达的分选办法，对于n参差的雷达信号，其直方图中有n个无任何倍数关系的峰值，在进行序列搜索时，如果有连续的脉冲间隔T1、T2……Tn出现重复的变化，且连续重复出现三次，则认为n参差的脉冲序列提取成功，求出每个T的平均值及n值、平均脉宽PW、平均脉幅AM及载频值f，并剔除该脉冲序列；如果没有出现重复性的变化，则认为是一个n组变周期的脉冲序列；

步骤2-2-2、重频抖动雷达的分选方法，即基于直方图的分析，在直方图中，存在许多峰值，这样既无倍数关系，且这些峰值的差值都落在T0×10%的范围内，在扩大的脉冲间隔容差范围内，对该区域的剩余脉冲进行常规雷达序列搜索，即作为重频抖动雷达分选；

步骤2-2-3、在进行完成所有载频区域内的常规雷达、重频参差雷达、重频抖动雷达的分选后，所有载频区域的剩余脉冲再归积到指定的区域，对这些剩余脉冲按脉冲到达时间出现的先后重新排序，按常规雷达的综合分选进行分选，满足要求的即为捷变频雷达。

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