張 濤, 任志良, 孫常存, 李耀波

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魚雷電磁引信接收機(jī)對(duì)欺騙式干擾抗干擾能力評(píng)估

張 濤1, 任志良1, 孫常存1, 李耀波2

(1. 海軍工程大學(xué) 兵器工程系, 湖北 武漢, 430033; 2. 中國(guó)人民解放軍92538部隊(duì), 遼寧 大連, 116041)

為了定量分析和評(píng)估魚雷電磁引信接收機(jī)對(duì)欺騙式干擾的抗干擾能力, 通過對(duì)魚雷電磁引信目標(biāo)特性及工作機(jī)理的分析, 定義了抗干擾系數(shù)和幅值系數(shù), 給出了兩者之間的計(jì)算關(guān)系式, 并提出了以抗干擾系數(shù)作為評(píng)估指標(biāo)的定量評(píng)估方法。針對(duì)魚雷電磁引信接收機(jī)中典型的濾波電路和時(shí)間檢驗(yàn)電路, 利用電路分析法推算了二者的幅值系數(shù), 進(jìn)而推出其抗干擾系數(shù)。最后, 利用抗干擾系數(shù)對(duì)魚雷電磁引信接收機(jī)抗2種欺騙式干擾能力進(jìn)行評(píng)估, 其結(jié)果與實(shí)測(cè)一致, 驗(yàn)證了本文所提出的評(píng)估方法的可行性與有效性。

魚雷電磁引信; 接收機(jī); 抗干擾能力; 評(píng)估; 抗干擾系數(shù); 欺騙式干擾

0 引言

為了對(duì)魚雷引信的抗干擾能力進(jìn)行科學(xué)、客觀的評(píng)估, 需要對(duì)其進(jìn)行定量分析。在相近的專業(yè)領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外學(xué)者開展了大量的研究工作[1-5], 如對(duì)雷達(dá)的抗干擾能力評(píng)估已提出功率準(zhǔn)則、信息準(zhǔn)則、戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用準(zhǔn)則及概率準(zhǔn)則等評(píng)估準(zhǔn)則, 相應(yīng)評(píng)估指標(biāo)主要有抗干擾改善因子、抗干擾品質(zhì)系數(shù)、抗干擾度量概率、相對(duì)燒穿距離和自衛(wèi)距離等, 但目前還沒有形成成熟的評(píng)估體系。也有學(xué)者對(duì)無線電引信的抗干擾能力進(jìn)行了評(píng)估[6-8], 但從目前公開發(fā)表的文獻(xiàn)中, 還沒有涉及對(duì)魚雷引信抗干擾能力的評(píng)估。魚雷引信特殊的工作環(huán)境與雷達(dá)和無線電引信存在較大差異。因此, 雷達(dá)和無線電引信的抗干擾能力評(píng)估方法不能直接應(yīng)用于魚雷引信。

本文以魚雷裝備最多的電磁引信為例, 以欺騙式干擾(指具有與目標(biāo)信號(hào)特征相近或相同參數(shù)的干擾信號(hào))為研究對(duì)象, 旨在定量評(píng)估魚雷電磁引信接收機(jī)對(duì)欺騙式干擾的抗干擾能力?；趯?duì)魚雷電磁引信的目標(biāo)特性及工作機(jī)理的分析, 確定了魚雷電磁引信接收機(jī)抗干擾能力的評(píng)估方法和指標(biāo), 給出了引信接收機(jī)中典型的濾波電路和時(shí)間檢驗(yàn)電路評(píng)估指標(biāo)的具體計(jì)算方法。

1 魚雷電磁引信目標(biāo)特性及工作機(jī)理

目前, 魚雷電磁引信均采用主動(dòng)、連續(xù)波的工作方式, 即電磁引信系統(tǒng)由發(fā)射機(jī)提供一定頻率、一定功率的交流信號(hào), 通過發(fā)射天線在魚雷周圍媒質(zhì)中形成交變電磁場(chǎng), 當(dāng)魚雷解除各種保險(xiǎn)轉(zhuǎn)入待發(fā)狀態(tài)后, 如果魚雷接近目標(biāo)至一定距離范圍內(nèi), 接收天線將接收到目標(biāo)艦的反射信號(hào), 經(jīng)接收機(jī)的放大、濾波等各種處理檢驗(yàn)后, 如果信號(hào)各種參量均滿足引信戰(zhàn)術(shù)技術(shù)諸元, 則該信號(hào)被判定為有效目標(biāo)信號(hào), 系統(tǒng)將按預(yù)定程序點(diǎn)燃電爆管使魚雷裝藥爆炸。

魚雷電磁引信接收的目標(biāo)信號(hào)數(shù)學(xué)模型為[9]

一般情況下, 目標(biāo)信號(hào)的包絡(luò)可粗略的近似為一鐘形脈沖, 即

綜合式(1)和式(2), 魚雷電磁引信目標(biāo)信號(hào)的數(shù)學(xué)模型為

魚雷電磁引信的抗干擾措施主要包括收發(fā)天線配置和接收機(jī)電路兩部分。其中魚雷電磁引信的收發(fā)天線采用長(zhǎng)間距的垂直配置方式, 主要是利用接收線圈的指向性對(duì)信號(hào)進(jìn)行空域?yàn)V波。

接收機(jī)電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行的各種處理是引信主要的抗干擾措施, 本文只對(duì)接收機(jī)的抗干擾能力進(jìn)行評(píng)估。盡管不同型號(hào)魚雷引信接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)途徑不同, 但對(duì)常規(guī)電磁引信接收機(jī)的原理而言, 各種型號(hào)電磁引信之間的差別卻不明顯, 一般包括放大電路、濾波電路、檢波電路、時(shí)間檢驗(yàn)電路和門限比較電路, 主要完成對(duì)接收信號(hào)的幅度、頻率、相位及包絡(luò)時(shí)間特性等特征量的提取與鑒別, 其原理框圖見圖1。

圖1 常規(guī)電磁引信接收機(jī)原理

2 魚雷電磁引信接收機(jī)抗干擾能力評(píng)估

由魚雷電磁引信的目標(biāo)特性可知, 目標(biāo)信號(hào)主要包括幅度、頻率、相位和包絡(luò)時(shí)間特性等參數(shù)。在常規(guī)電磁引信接收機(jī)中, 都是通過門限比較電路對(duì)信號(hào)的幅值進(jìn)行判定, 進(jìn)而產(chǎn)生點(diǎn)火信號(hào)的。因此, 電磁引信接收機(jī)中各部分電路對(duì)信號(hào)不同參數(shù)的鑒別最后都轉(zhuǎn)化為對(duì)信號(hào)幅值的調(diào)整, 即如果接收信號(hào)的參數(shù)與目標(biāo)信號(hào)的理想?yún)?shù)相同時(shí), 信號(hào)能通過正常的放大、處理并使幅值達(dá)到或超過門限值; 反之接收信號(hào)的幅值將受到不同程度的衰減, 以至于小于門限值, 不能產(chǎn)生點(diǎn)火信號(hào)。

鑒于上述分析, 欺騙式干擾或其他干擾在電磁引信接收機(jī)處理時(shí), 信號(hào)參數(shù)的差異最終都體現(xiàn)在信號(hào)的幅值上。在欺騙式干擾的幅值與有效目標(biāo)信號(hào)的幅值相等的條件下, 如果干擾信號(hào)與目標(biāo)信號(hào)的其他參數(shù)不同, 引信接收機(jī)能夠有效鑒別; 但如果欺騙式干擾的幅值足夠大, 即使各參數(shù)得到抑制和幅值衰減, 其幅值仍然有可能達(dá)到門限, 從而造成引信的誤動(dòng)。因此, 針對(duì)欺騙式干擾, 如何判斷引信的抗干擾能力, 以及針對(duì)不同的欺騙式干擾, 對(duì)引信的抗干擾能力進(jìn)行定量評(píng)估都是十分必要的。

設(shè)欺騙式干擾為

其中

3 評(píng)估指標(biāo)的計(jì)算方法

評(píng)估指標(biāo)的計(jì)算關(guān)鍵就是分別計(jì)算魚雷電磁引信接收機(jī)中每種抗干擾措施的幅值系數(shù), 然后轉(zhuǎn)化為抗干擾系數(shù)。幅值系數(shù)可通過具體的試驗(yàn)直接測(cè)得, 但需要反復(fù)試驗(yàn)、不斷調(diào)整信號(hào)參數(shù)才能得到理想的結(jié)果。本文提出電路分析法推算魚雷電磁引信的幅值系數(shù), 主要根據(jù)抗干擾電路建立數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行理論計(jì)算, 該方法計(jì)算簡(jiǎn)單, 方便快捷, 但結(jié)果可能會(huì)與真實(shí)結(jié)果存在一定的誤差。

圖2 包絡(luò)持續(xù)時(shí)間隨時(shí)間特性參數(shù)的變化規(guī)律

3.1 電路分析法原理

接收機(jī)中濾波電路主要是帶通濾波[10], 其傳輸函數(shù)為

其歸一化幅頻響應(yīng)為

所以, 濾波電路的幅值系數(shù)為

則積分電路的傳輸函數(shù)為

綜上所述, 電路分析法的幅值系數(shù)可由式(13)和式(16)求得。

3.2 電路分析法仿真結(jié)果

分別按一定的步長(zhǎng)改變欺騙式干擾的頻率和包絡(luò)持續(xù)時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn), 然后利用最小二乘法對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)式擬合, 選擇合適的多項(xiàng)式階數(shù), 進(jìn)而得到幅值系數(shù)的擬合多項(xiàng)式。其中, 多項(xiàng)式的階數(shù)決定著擬合精度。

綜上所述, 試驗(yàn)測(cè)試的幅值系數(shù)可利用表1中的系數(shù)由式(17)和式(18)求得。

電路分析法計(jì)算的濾波電路和時(shí)間檢驗(yàn)電路的幅值系數(shù)分別如圖3, 圖4所示。

表1 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的擬合多項(xiàng)式系數(shù)

圖3 濾波電路的幅值系數(shù)

圖4 時(shí)間檢驗(yàn)電路的幅值系數(shù)

綜合圖3、圖4可得, 電路分析法和實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果得到的幅值系數(shù)存在一定的誤差, 但在精度允許的情況下, 電路分析法用于推算抗干擾電路的幅值系數(shù)是可行的。誤差主要由以下兩方面原因造成。

1) 電路分析只是對(duì)濾波和時(shí)間檢驗(yàn)電路的關(guān)鍵部分進(jìn)行建模, 未考慮電路中用于隔直流或檢波的電容等元件的影響, 這些元件在電路中同樣起到濾波或時(shí)間檢驗(yàn)的作用, 從而導(dǎo)致電路分析法所建數(shù)學(xué)模型帶來一定的偏差, 這也是試驗(yàn)結(jié)果比電路分析法的幅值系數(shù)大的主要原因。

2) 與電路分析法相比, 實(shí)際測(cè)試時(shí)電路自身產(chǎn)生的噪聲和環(huán)境噪聲不可避免地要進(jìn)入接收機(jī)電路, 也會(huì)引起誤差。

4 算例分析

表2 魚雷電磁引信接收機(jī)對(duì)抗2種欺騙式干擾能力評(píng)估

5 結(jié)束語

針對(duì)魚雷電磁引信接收機(jī)對(duì)欺騙式干擾的抗干擾能力評(píng)估, 提出了以抗干擾系數(shù)作為評(píng)估指標(biāo)的評(píng)估方法, 抗干擾系數(shù)越大, 魚雷電磁引信接收機(jī)的抗干擾能力就越強(qiáng); 并且可以依據(jù)抗干擾系數(shù)的符號(hào)作為魚雷電磁引信接收機(jī)能否有效對(duì)抗欺騙式干擾的判定標(biāo)準(zhǔn), 如果抗干擾系數(shù)為正, 則魚雷電磁引信接收機(jī)可以有效對(duì)抗該欺騙式干擾, 該干擾不會(huì)引起引信動(dòng)作; 否則欺騙式干擾將會(huì)引起引信誤動(dòng), 屬于有害干擾。

本文同時(shí)針對(duì)評(píng)估方法中評(píng)估指標(biāo)的計(jì)算,給出了抗干擾系數(shù)和幅值系數(shù)之間的計(jì)算關(guān)系式, 提出了推算幅值系數(shù)的電路分析法, 與實(shí)際測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了比較, 并對(duì)誤差原因進(jìn)行了分析。在精度允許的情況下, 可以利用電路分析法進(jìn)行推算, 也可以對(duì)相關(guān)電路作進(jìn)一步分析, 建立更精確的數(shù)學(xué)模型, 以減小與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果之間的誤差。

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Evaluation of Anti-interference Capability of Torpedo Electromagnetic Fuze Receiver Against Deceiving Jammings

ZHANG Tao1, REN Zhi-liang1, SUN Chang-cun1, LI Yao-bo2

(1. Department of Weaponry Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China; 2. 92538th, The People′s Liberation Army of China, Dalian 116041, China)

In order to analyze quantitatively and evaluate the anti-interference capability of a torpedo electromagnetic fuze receiver against deceiving jammings, an anti-interference coefficient and an amplitude coefficient are defined by analyzing the target characteristics and working principle of torpedo electromagnetic fuze, and the relational expression of the two coefficients is derived. Moreover, a quantitative evaluation method is put forward taking the anti-interference coefficient as an evaluation index. According to the typical filter circuit and timing test circuit in torpedo electromagnetic fuze receiver, their amplitude coefficients are calculated by using the circuit analysis method and their anti-interference coefficients are reckoned. The anti-interference capability of a torpedo electromagnetic fuze receiver against two deceiving jammings is evaluated with the anti-interference coefficient, and the result coincides with the measurement, which validates the feasibility and effectiveness of the proposed method.

torpedo electromagnetic fuze; receiver; anti-interference capability; evaluation; anti-interference coefficient; deceiving jamming

TJ431.7; TN97

A

1673-1948(2011)03-0181-06

2010-11-11;

2011-01-05.

張 濤(1983-), 男, 在讀博士, 研究方向?yàn)檐娪媚繕?biāo)特性及其信息處理技術(shù).

(責(zé)任編輯: 楊力軍)