调幅式调制盘导引头干扰原理分析及验证

周德召,王合龙,陈 方

(洛阳电光设备研究所,河南 洛阳 471009)

·光电对抗·

调幅式调制盘导引头干扰原理分析及验证

周德召,王合龙,陈 方

(洛阳电光设备研究所,河南 洛阳 471009)

介绍了调幅式红外导引头的工作原理,并进行了激光对调幅式红外导引头的干扰原理分析。激光干扰作用是通过扰乱跟踪处理器使导弹失去其跟踪目标。结果显示干扰信号频率对干扰效果影响很大。通过中红外激光对红外导引头干扰实验验证了理论分析的正确性。

激光;调幅式导引头;干扰

1 引 言

在现代战争中,决定战争胜负的关键因素之一是制空权。各国普遍重视关注不断发展和进步的空中威胁的红外制导防空导弹。红外制导导弹成为飞机的主要威胁源。红外防空制导导弹经历了三代的发展,从解决尾追“报复性”射击,到解决包含迎攻射击在内的一定的全向攻击能力,再到解决一定的抗人工红外干扰能力[1-2]。目前,主要的红外制导导弹仍是红外点源制导导弹[3-4]。因此,研究干扰调幅式红外制导导弹的技术具有十分重要的意义。

本文研究了干扰红外调幅式红外制导导弹的方法及实验研究。分析了调幅式导引头工作方式、信号处理方式及干扰方式。通过中红外激光对调幅式导引头模拟器的干扰实验研究,实现了对导引头的有效干扰。

2 调幅式红外制导导引头

图1为调幅式导引头光学结构示意图,目标的红外辐射经整流罩辐射到主镜上,然后汇聚反射到次镜,经过调制盘后被探测器接收[5]。

图1 调幅式导引头光学结构

图2为典型红外制导处理过程示意图。红外导弹包括跟踪回路和制导回路两个回路。其工作过程是,目标红外辐射由导引头的光学系统收集聚焦到红外探测器光敏面,经调制盘调制后由探测器接收转变为电信号。经前置放大器放大,然后再送达信号处理器。信号处理结果分两路输出,一路由导引头转矩电路处理后驱动旋转陀螺对目标实现跟踪,另一路经调制解调器,尾舵控制电路处理后驱动和变更尾舵来不断修正导弹的运动方向,使导弹始终朝目标方向飞去[6]。

图2 典型红外制导处理过程示意图

3 激光干扰导引头原理分析

以旭日式调制盘为例进行分析。对于具有恒定辐射功率的连续输出激光,作用的结果是使目标的辐射增强,而探测器产生的脉冲信号对应的角信息不变,无法起到干扰的效果,如图3所示。

图3 连续干扰信号及其输出信号示意图

下面分析脉冲激光干扰信号输入后对导引头解调出来的角信息的影响。设调制盘旋转角频率为ωm,对于图4(a)中的调制波型,调制盘的调制函数为：

(1)

式中,α为像点位置的半径与调制盘半径之比(0≤α≤1)；mt(t)为载波的选通函数(方波),如图4(b)所示；ωc为载波频率。

载波选通函数的傅里叶级数表达式为：

(2)

设目标在调制盘上的辐射功率为A,调制干扰源在调制盘上的辐射功率函数为Pj(t),则探测器接收到的辐射功率Pd(t)可表示为：

Pd(t)=[A+Pj(t)]mr(t)

(3)

在探测器上,Pd(t)转变为电压或电流,用载波放大器(增益由自动增益AGC电路控制)、包络检波器和进动放大器电路处理,再用此信号去驱动导引头。

式(3)中,调制干扰源的辐射功率函数Pj(t)也具有频率为ωc的载波形式,并在频率ωj处选通,如图4(c)所示,即：

(4)

式中，mj(t)具有与mt(t)相似的表达式,但要用ωj代替ωm；B为干扰源辐射功率峰值。

图4 旋转扫描的调制波形

(5)

式中，φj为相对mt(t)的任意相位角。

(6)

设载波放大器只让具有载波频率或接近载波频率的信号通过,即只允许式(6)中的后两项信号通过,则载波放大器的输出可用下式近似表达：

(7)

公式(7)载波调制的包络为：

(8)

(9)

(10)

将公式(9)、(10)代入式(8)中,得到：

(11)

设ωj与ωm接近,对式(11)进行整理,得到导引头的驱动信号：

(12)

式中,β(t)=(ωm-ωj)t-Φj。

驱动信号驱动旋转陀螺：旋转陀螺和导引头转动力矩相互作用,使进动率正比于两者矢量之和。陀螺对缓慢变化的交流分量有很好的响应,跟踪误差正比于P(t)。

没有干扰时(B=0),目标的像点沿着相位角方向向调制盘中心移动,直到到达中心平衡点为止。干扰信号进入后(B≠0),在常向量基础上加入了干扰信号,则中心不再是系统的平衡点。只有进入的干扰激光信号频率接近目标载频或者为调制盘旋转频率的整数倍时,才能实现有效干扰。

4 干扰实验及结果

4.1 实验装置

图5所示为干扰实验装置示意图。将中红外激光源和红外辐射模拟器放置在距离调幅式调制盘导引头模拟器一定的距离上。红外辐射模拟器作为目标,使导引头模拟器跟踪红外辐射模拟器。然后发射中红外激光,对导引头模拟器进行干扰。

图5 干扰实验装置示意图

4.2 实验结果

离轴角信号为导弹探测器光轴与导弹弹轴之间的夹角,通过观测离轴角信号的变化既能判断导引头是否跟踪目标。采用特定工作方式的激光照射后,离轴角信号输出由较为稳定的正弦波到正弦波形出现紊乱,说明导引头被干扰,丢失目标。如图6(a)所示,当导引头探测器稳定跟踪红外辐射模拟器之后,其输出离轴角信号为百毫伏量级。当发射一定功率的中红外激光之后,导引头输出离轴角信号如图6(b)所示。离轴角信号幅值为数伏量级,此时导引头的光轴与弹轴的偏差量使导弹无法进行继续跟踪目标。

图6 离轴角信号测量结果

5 结 论

红外导引头干扰技术是应对红外导弹日趋严峻的威胁采取的对抗手段。通过分析调幅式调制盘红外导引头的工作原理,提出了对红外导引头的干扰机理及有效干扰方法,并进行了试验验证,实验结果与理论分析向一致。

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Jamming-principle analysis and validation of infrared seeker with amplitude modulation reticle

ZHOU De-zhao,WANG He-long,CHEN Fang

(Luoyang Institute of Electro-optical Equipment，Luoyang 471009，China)

The principle of infrared seeker with amplitude modulation reticle is introduced,and laser jamming effect on infrared seeker with amplitude modulation reticle was analyzed. The function of laser jamming is to cause the missile to miss its intended target by disturbing tracking process of the seeker. The results show that the jamming effect is greatly influenced by the frequency of the jammer signal. Finally,the correctness of the principle analysis is validated by the experiments.

laser；infrared seeker with amplitude modulation reticle；jamming

周德召(1980- )，男，硕士学位，高级工程师，从事光电对抗方面研究。E-mail:eoei@vip.sina.com

2014-11-08;

2014-12-20

1001-5078(2015)07-0850-04

TN97

A

10.3969/j.issn.1001-5078.2015.07.025