一种基于多门限的周视激光引信抗干扰方法研究

    杨若愚+梁谦+于海山

    摘 要：提出了一种基于多门限的周视激光引信抗干扰方法，通过理论分析、软件仿真和试验确 定了云雾干扰和目标的回波特性，据此设计了一种能够应对云雾环境的抗干扰算法。软件仿真和云 雾试验表明，多门限抗干扰技术在保证了对目标探测能力的前提下，显著提高了激光引信的抗云雾 干扰能力，在干扰环境下，引信具有一定的目标识别能力。

    关键词：激光引信；云雾干扰；多门限

    中图分类号：TJ43+9.2 文献标识码：A 文章编号：1673-5048（2014）03-0020-04

    StudyofNovelAntiInterferenceMethodforPanoramicLaser FuzeBasedontheMultiThreshold

    YANGRuoyu，LIANGQian，YUHaishan

    （ChinaAirborneMissileAcademy，Luoyang471009，China）

    Abstract：Anovelantiinterferencemethodforpanoramiclaserfuzebasedonmultithresholdispro posedinthispaper.Thecharacteristicsoftargetechowavesandtheinterferencesarestudiedbytheoretic analysis，softwaresimulationandexperiments.Basedonthis，anantiinterferencealgorithm，whichcanad justthecircumstanceofcloudsandmist，isdesigned.Thesimulatingandexperimentalresultsshowthat， withtheassuranceoftargetacquisitioncapability，theantiinterferenceabilityofthelaserfuzeistremen douslyimprovedbythemultithresholdtechnique，andthefuzehascertaintargetacquisitionabilityunder thecircumstancesofinterference.

    Keywords：laserfuze；cloudandmistinterference；multithreshold

    0 引 言

    激光引信因具有抗电磁干扰能力强、体积小和 启动精度高等优点已经在各种型号的战术导弹武器 系统中得到广泛应用，但由于工作波段的原因，激 光引信也存在着受云雾等自然环境影响较大的局限 性，成为制约激光引信发展和应用的“瓶颈”，因此， 如何提高激光引信的抗云雾干扰能力是一个亟待解 决的问题。国内外对激光引信抗云雾干扰的研究主要集中于光电探测前端，如超窄脉冲激光收发技术、 多波段复合探测等，虽然这些方案能提高引信的抗 云雾干扰能力，但对于发射机和接收机指标却提出 了更高的要求，引信成本和研制难度也会随之加大。 结合现状，本文拟在现有激光引信抗干扰技术的基 础上寻求软件突破。

    传统激光引信一般采用单一固定门限，利用过 门限连续脉冲的数量判断目标和干扰，这样一来， 大量回波信息并未被有效利用，无法准确区分目标 与干扰。针对此现状，通过对云雾和目标的回波特 性展开分析，设计基于多门限的周视激光引信抗干 扰识别算法，提高激光引信的抗云雾干扰能力，使 其在干扰环境下也具有一定的目标识别能力。

    1 激光引信回波特性分析

    1.1 飞机目标

    飞机是一个不规则多面几何体，飞机目标对于 导弹是蓦然出现的，引信从无回波信号到获得持续 多个具有一定变化趋势的回波信号是突然的。

    在引信探测目标的过程中，首先会出现回波信 号从无到有的现象。由于目标各个部位对激光的反 射截面不同，随着交会的进行，引信沿弹道获得的 目标回波序列呈现出图1的变化趋势。

    另一方面，在弹目交会过程中，由于飞机是流 线型的体目标，所以对引信的张角是有限且连续变 化的，引信在探测目标直至给出引炸信号的过程中 一般不会有多个或不连续象限同时出现回波的情 况，飞机对引信的张角一般小于180°。

    1.2 云雾干扰

    云雾相对于飞机而言体积较大，基本处于静止 不动的状态，这些悬浮粒子将均匀弥漫在弹体周围， 因此，云雾对引信的张角往往大于180°。云雾边缘 过渡平滑、自然，后向散射的强度随云雾浓度缓慢变 化，通常不会产生突然增强或减弱的趋势，如图2 所示。

    在相同作用距离处，具有穿透性的云雾等气溶 胶粒子回波强度相对实体目标较弱，而且距离引信 探测窗口越近的云雾对引信的影响越大，随着距离 的增加，较远区域的云雾对引信的影响将显著下降。

    1.3 回波特征对比

    （1）依据目标和干扰回波的张角即形体特征， 可以认为回波张角较小时由目标造成，较大时认为 引信工作在云雾环境下。

    （2）云雾回波强度变化缓慢，而目标回波往往 具有明显的变化趋势。因此可以利用回波超过门限 的速度来判断目标和干扰，如是缓慢上升的回波认 为由云雾造成，反之则为目标。

    （3）虽然云雾也能造成较强的干扰回波，但它 毕竟是具有可穿透性的气溶胶悬浮颗粒，一般情况 下在相同作用距离处云雾回波将显著小于实体目 标。故只要设置足够高的门限，在绝大多数情况下 就可以保证近距目标回波能够越过该门限而云雾回 波却不能。

    2.1 多门限抗干扰技术应用背景

    为算法的实现搭建了激光引信模拟测试平台， 包括发射系统、接收系统和信号处理系统。采用多 象限周向探测视场，目标识别门限为1V，对该平台 进行目标和云雾试验以确定幅值张角特征。

    试验测得在4m处以人作为目标对引信平台的 回波为1V。使用激光引信系统全数字仿真软件进 行仿真，观察各种弹目交会条件下目标对引信产生 的回波张角变化情况，如表1所示。

    在云雾室对引信平台进行试验，结果发现：其 幅值与理论计算结果基本吻合，云雾回波强度随 着能见度的降低幅度变化较为缓慢，云雾回波在 各象限均存在，试验时发现云雾对引信平台造成 的回波最大幅值约为2.4V。

    2.2 抗干扰算法工作模式与门限设计

    结合云雾和目标回波的动态特性，设计了使 用于不同环境下的三种工作模式：正常工作模式、 抗干扰工作模式以及小脱靶量工作模式。

    （1）正常工作模式：未被干扰时的正常工作模 式，使用目标门限检测目标，并使用低于目标门限 的云雾门限检测引信工作环境，当幅度大于云雾 门限的回波张角小于120°时，认为当前无背景干 扰，此时若该回波幅值同时超过了目标门限，则认 为目标存在。

    （2）抗干扰工作模式：当引信回波张角大于 120°且超过云雾门限时认为处于干扰环境，引信进 入抗干扰工作模式。此时同时抬高云雾门限和目 标门限，在抗干扰工作模式下，当幅度大于干扰中 云雾门限的回波张角小于120°时，认为当前背景 干扰较轻，此时若该回波幅值同时超过干扰中目 标门限认为目标存在。

    由于本文仅验证该算法的可行性而无具体探 测或抗干扰指标限制，因此只要保证净空环境下 的云雾门限、干扰环境下的云雾门限和干扰环境下 的目标门限具有一定的区分度即可，与此同时，若 干扰环境下的目标门限设置过高，将会降低引信 对云雾中目标的识别能力，综合考虑，将干扰中云 雾门限和目标门限分别定为1V和2V。

    （3）小脱靶量工作模式：若云雾强度继续增大， 引信进入小脱靶量工作模式，此时使用最高门限作 为判决门限，只要有回波超过该门限即认为目标存 在。由于该工作模式下仅有近距目标回波能够越过 门限，因此将其命名为小脱靶量工作模式。

    小脱靶量工作模式的设计主要为了解决表1中 近距目标回波张角有可能超过120°的情况，故要求 此时目标回波能够越过最高门限。激光引信的回波 强度公式：

    Pr=PtT1T22ρ1rAr/2πR2 式中：Pr为接收功率；R为目标到引信的距离。由 前文中4m处典型目标回波为1V，可算得2m处 目标回波为4V，这里只要保证2m处目标能够越 过最高门限而最浓云雾不能越过该门限即可，这 里取2m处目标回波幅值与云雾回波最大值的均 值3.2V作为最高门限。

    当云雾回波超过目标门限时，抗干扰工作模 式无法继续识别目标，然而此时小脱靶量工作模 式仍在正常工作。引信平台从抗干扰工作模式进 入小脱靶量工作模式后，类似于从净空环境进入 干扰环境后工作模式的转变，目标判决门限又一 次提高，因此激光引信的抗云雾干扰能力将得到 进一步提升。

    3.1 算法目标识别能力验证

    算法设计完成后，首先验证了它在净空环境 下的目标探测能力，本文采用激光引信系统全数 字仿真软件对单门限算法和多门限抗干扰算法进 行了仿真，仿真条件为：仿真参数设置和引信平台 一致，以三代机作为目标，导弹瞄准点为飞机几何 中心，相对速度为50～1300m/s，交会角为0°～ 180°。分别对1m，1.5m，2m，3m，4m，5m，6 m，7m脱靶量情况下不同弹目交会姿态共2400 条弹道进行仿真，得到每条弹道的目标回波幅值， 以多门限抗干扰算法对仿真结果进行判别。激光 引信系统全数字仿真环境如图5所示，仿真数据处 理结果如表2所示。

    从表2中看出，多门限抗干扰算法和单门限算 法对目标的启动概率完全一致，说明两种算法的 目标探测能力相同。

    3.2 算法抗干扰能力验证

    结合现有条件，在云雾室分别对烧写了单门 限算法和抗干扰算法的激光引信平台进行云雾干 扰试验，验证算法的抗干扰能力。

    引信平台周围不摆放目标，向室内注入云雾， 观察引信随云雾浓度增加的反应情况。随着云雾 浓度的增加，烧写了单门限算法的引信平台在云 雾能见度40m时虚警，引信丧失了目标探测能力， 而烧写了抗干扰算法的引信平台一直未出现虚警， 此时能见度仪读数在10m能见度以下。以人作为 目标进入探测视场，当目标足够靠近时引信平台 能够给出引炸信号。

    试验表明，抗干扰算法将激光引信的抗云雾 干扰能力提高一个数量级以上，且该算法使引信 具有一定的云雾中识别目标能力。

    4 结 论

    本文根据云雾和目标的回波特征设计了一种 基于多门限的抗干扰算法，现有引信平台条件下 的软件仿真和抗干扰能力试验结果表明，采用多 门限抗干扰算法后，引信平台在单门限算法探测 目标能力的基础上，抗干扰能力提高了一个数量 级以上，并兼具一定的云雾中识别目标能力，在不 增加激光系统复杂度和成本的前提下有效地提高 了激光引信的抗云雾干扰能力。

    参考文献：

    [1]袁正，孙志杰.空空导弹引战系统设计[M].北京：国 防工业出版社，2007.

    [2]李东根.空空导弹激光引信面临的干扰及抗干扰浅析 [J].航空兵器，2008（5）.

    [3]张荫锡，张好军.激光引信抗阳光、云雾干扰技术分析 [J].航空兵器，2002（1）.

    [4]高宠，刘建新，张京国.等.基于蒙特卡罗法的激光引 信云雾回波信号研究[J].航空兵器，2008（3）.

    [5]胡俊雄，张艳.激光引信抗干扰技术综述[J].制导与 引信，2009（4）.

    [6]高宠，刘建新，张京国，等.激光引信的目标回波特征 仿真[J].航空兵器，2009（5）.

    [7]王广生.激光引信云雾后向散射的特征与识别[J].探 测与控制学报，2006（6）.

    试验测得在4m处以人作为目标对引信平台的 回波为1V。使用激光引信系统全数字仿真软件进 行仿真，观察各种弹目交会条件下目标对引信产生 的回波张角变化情况，如表1所示。

    在云雾室对引信平台进行试验，结果发现：其 幅值与理论计算结果基本吻合，云雾回波强度随 着能见度的降低幅度变化较为缓慢，云雾回波在 各象限均存在，试验时发现云雾对引信平台造成 的回波最大幅值约为2.4V。

    2.2 抗干扰算法工作模式与门限设计

    结合云雾和目标回波的动态特性，设计了使 用于不同环境下的三种工作模式：正常工作模式、 抗干扰工作模式以及小脱靶量工作模式。

    （1）正常工作模式：未被干扰时的正常工作模 式，使用目标门限检测目标，并使用低于目标门限 的云雾门限检测引信工作环境，当幅度大于云雾 门限的回波张角小于120°时，认为当前无背景干 扰，此时若该回波幅值同时超过了目标门限，则认 为目标存在。

    （2）抗干扰工作模式：当引信回波张角大于 120°且超过云雾门限时认为处于干扰环境，引信进 入抗干扰工作模式。此时同时抬高云雾门限和目 标门限，在抗干扰工作模式下，当幅度大于干扰中 云雾门限的回波张角小于120°时，认为当前背景 干扰较轻，此时若该回波幅值同时超过干扰中目 标门限认为目标存在。

    由于本文仅验证该算法的可行性而无具体探 测或抗干扰指标限制，因此只要保证净空环境下 的云雾门限、干扰环境下的云雾门限和干扰环境下 的目标门限具有一定的区分度即可，与此同时，若 干扰环境下的目标门限设置过高，将会降低引信 对云雾中目标的识别能力，综合考虑，将干扰中云 雾门限和目标门限分别定为1V和2V。

    （3）小脱靶量工作模式：若云雾强度继续增大， 引信进入小脱靶量工作模式，此时使用最高门限作 为判决门限，只要有回波超过该门限即认为目标存 在。由于该工作模式下仅有近距目标回波能够越过 门限，因此将其命名为小脱靶量工作模式。

    小脱靶量工作模式的设计主要为了解决表1中 近距目标回波张角有可能超过120°的情况，故要求 此时目标回波能够越过最高门限。激光引信的回波 强度公式：

    Pr=PtT1T22ρ1rAr/2πR2 式中：Pr为接收功率；R为目标到引信的距离。由 前文中4m处典型目标回波为1V，可算得2m处 目标回波为4V，这里只要保证2m处目标能够越 过最高门限而最浓云雾不能越过该门限即可，这 里取2m处目标回波幅值与云雾回波最大值的均 值3.2V作为最高门限。

    当云雾回波超过目标门限时，抗干扰工作模 式无法继续识别目标，然而此时小脱靶量工作模 式仍在正常工作。引信平台从抗干扰工作模式进 入小脱靶量工作模式后，类似于从净空环境进入 干扰环境后工作模式的转变，目标判决门限又一 次提高，因此激光引信的抗云雾干扰能力将得到 进一步提升。

    3.1 算法目标识别能力验证

    算法设计完成后，首先验证了它在净空环境 下的目标探测能力，本文采用激光引信系统全数 字仿真软件对单门限算法和多门限抗干扰算法进 行了仿真，仿真条件为：仿真参数设置和引信平台 一致，以三代机作为目标，导弹瞄准点为飞机几何 中心，相对速度为50～1300m/s，交会角为0°～ 180°。分别对1m，1.5m，2m，3m，4m，5m，6 m，7m脱靶量情况下不同弹目交会姿态共2400 条弹道进行仿真，得到每条弹道的目标回波幅值， 以多门限抗干扰算法对仿真结果进行判别。激光 引信系统全数字仿真环境如图5所示，仿真数据处 理结果如表2所示。

    从表2中看出，多门限抗干扰算法和单门限算 法对目标的启动概率完全一致，说明两种算法的 目标探测能力相同。

    3.2 算法抗干扰能力验证

    结合现有条件，在云雾室分别对烧写了单门 限算法和抗干扰算法的激光引信平台进行云雾干 扰试验，验证算法的抗干扰能力。

    引信平台周围不摆放目标，向室内注入云雾， 观察引信随云雾浓度增加的反应情况。随着云雾 浓度的增加，烧写了单门限算法的引信平台在云 雾能见度40m时虚警，引信丧失了目标探测能力， 而烧写了抗干扰算法的引信平台一直未出现虚警， 此时能见度仪读数在10m能见度以下。以人作为 目标进入探测视场，当目标足够靠近时引信平台 能够给出引炸信号。

    试验表明，抗干扰算法将激光引信的抗云雾 干扰能力提高一个数量级以上，且该算法使引信 具有一定的云雾中识别目标能力。

    4 结 论

    本文根据云雾和目标的回波特征设计了一种 基于多门限的抗干扰算法，现有引信平台条件下 的软件仿真和抗干扰能力试验结果表明，采用多 门限抗干扰算法后，引信平台在单门限算法探测 目标能力的基础上，抗干扰能力提高了一个数量 级以上，并兼具一定的云雾中识别目标能力，在不 增加激光系统复杂度和成本的前提下有效地提高 了激光引信的抗云雾干扰能力。

    参考文献：

    [1]袁正，孙志杰.空空导弹引战系统设计[M].北京：国 防工业出版社，2007.

    [2]李东根.空空导弹激光引信面临的干扰及抗干扰浅析 [J].航空兵器，2008（5）.

    [3]张荫锡，张好军.激光引信抗阳光、云雾干扰技术分析 [J].航空兵器，2002（1）.

    [4]高宠，刘建新，张京国.等.基于蒙特卡罗法的激光引 信云雾回波信号研究[J].航空兵器，2008（3）.

    [5]胡俊雄，张艳.激光引信抗干扰技术综述[J].制导与 引信，2009（4）.

    [6]高宠，刘建新，张京国，等.激光引信的目标回波特征 仿真[J].航空兵器，2009（5）.

    [7]王广生.激光引信云雾后向散射的特征与识别[J].探 测与控制学报，2006（6）.

    试验测得在4m处以人作为目标对引信平台的 回波为1V。使用激光引信系统全数字仿真软件进 行仿真，观察各种弹目交会条件下目标对引信产生 的回波张角变化情况，如表1所示。

    在云雾室对引信平台进行试验，结果发现：其 幅值与理论计算结果基本吻合，云雾回波强度随 着能见度的降低幅度变化较为缓慢，云雾回波在 各象限均存在，试验时发现云雾对引信平台造成 的回波最大幅值约为2.4V。

    2.2 抗干扰算法工作模式与门限设计

    结合云雾和目标回波的动态特性，设计了使 用于不同环境下的三种工作模式：正常工作模式、 抗干扰工作模式以及小脱靶量工作模式。

    （1）正常工作模式：未被干扰时的正常工作模 式，使用目标门限检测目标，并使用低于目标门限 的云雾门限检测引信工作环境，当幅度大于云雾 门限的回波张角小于120°时，认为当前无背景干 扰，此时若该回波幅值同时超过了目标门限，则认 为目标存在。

    （2）抗干扰工作模式：当引信回波张角大于 120°且超过云雾门限时认为处于干扰环境，引信进 入抗干扰工作模式。此时同时抬高云雾门限和目 标门限，在抗干扰工作模式下，当幅度大于干扰中 云雾门限的回波张角小于120°时，认为当前背景 干扰较轻，此时若该回波幅值同时超过干扰中目 标门限认为目标存在。

    由于本文仅验证该算法的可行性而无具体探 测或抗干扰指标限制，因此只要保证净空环境下 的云雾门限、干扰环境下的云雾门限和干扰环境下 的目标门限具有一定的区分度即可，与此同时，若 干扰环境下的目标门限设置过高，将会降低引信 对云雾中目标的识别能力，综合考虑，将干扰中云 雾门限和目标门限分别定为1V和2V。

    （3）小脱靶量工作模式：若云雾强度继续增大， 引信进入小脱靶量工作模式，此时使用最高门限作 为判决门限，只要有回波超过该门限即认为目标存 在。由于该工作模式下仅有近距目标回波能够越过 门限，因此将其命名为小脱靶量工作模式。

    小脱靶量工作模式的设计主要为了解决表1中 近距目标回波张角有可能超过120°的情况，故要求 此时目标回波能够越过最高门限。激光引信的回波 强度公式：

    Pr=PtT1T22ρ1rAr/2πR2 式中：Pr为接收功率；R为目标到引信的距离。由 前文中4m处典型目标回波为1V，可算得2m处 目标回波为4V，这里只要保证2m处目标能够越 过最高门限而最浓云雾不能越过该门限即可，这 里取2m处目标回波幅值与云雾回波最大值的均 值3.2V作为最高门限。

    当云雾回波超过目标门限时，抗干扰工作模 式无法继续识别目标，然而此时小脱靶量工作模 式仍在正常工作。引信平台从抗干扰工作模式进 入小脱靶量工作模式后，类似于从净空环境进入 干扰环境后工作模式的转变，目标判决门限又一 次提高，因此激光引信的抗云雾干扰能力将得到 进一步提升。

    3.1 算法目标识别能力验证

    算法设计完成后，首先验证了它在净空环境 下的目标探测能力，本文采用激光引信系统全数 字仿真软件对单门限算法和多门限抗干扰算法进 行了仿真，仿真条件为：仿真参数设置和引信平台 一致，以三代机作为目标，导弹瞄准点为飞机几何 中心，相对速度为50～1300m/s，交会角为0°～ 180°。分别对1m，1.5m，2m，3m，4m，5m，6 m，7m脱靶量情况下不同弹目交会姿态共2400 条弹道进行仿真，得到每条弹道的目标回波幅值， 以多门限抗干扰算法对仿真结果进行判别。激光 引信系统全数字仿真环境如图5所示，仿真数据处 理结果如表2所示。

    从表2中看出，多门限抗干扰算法和单门限算 法对目标的启动概率完全一致，说明两种算法的 目标探测能力相同。

    3.2 算法抗干扰能力验证

    结合现有条件，在云雾室分别对烧写了单门 限算法和抗干扰算法的激光引信平台进行云雾干 扰试验，验证算法的抗干扰能力。

    引信平台周围不摆放目标，向室内注入云雾， 观察引信随云雾浓度增加的反应情况。随着云雾 浓度的增加，烧写了单门限算法的引信平台在云 雾能见度40m时虚警，引信丧失了目标探测能力， 而烧写了抗干扰算法的引信平台一直未出现虚警， 此时能见度仪读数在10m能见度以下。以人作为 目标进入探测视场，当目标足够靠近时引信平台 能够给出引炸信号。

    试验表明，抗干扰算法将激光引信的抗云雾 干扰能力提高一个数量级以上，且该算法使引信 具有一定的云雾中识别目标能力。

    4 结 论

    本文根据云雾和目标的回波特征设计了一种 基于多门限的抗干扰算法，现有引信平台条件下 的软件仿真和抗干扰能力试验结果表明，采用多 门限抗干扰算法后，引信平台在单门限算法探测 目标能力的基础上，抗干扰能力提高了一个数量 级以上，并兼具一定的云雾中识别目标能力，在不 增加激光系统复杂度和成本的前提下有效地提高 了激光引信的抗云雾干扰能力。

    参考文献：

    [1]袁正，孙志杰.空空导弹引战系统设计[M].北京：国 防工业出版社，2007.

    [2]李东根.空空导弹激光引信面临的干扰及抗干扰浅析 [J].航空兵器，2008（5）.

    [3]张荫锡，张好军.激光引信抗阳光、云雾干扰技术分析 [J].航空兵器，2002（1）.

    [4]高宠，刘建新，张京国.等.基于蒙特卡罗法的激光引 信云雾回波信号研究[J].航空兵器，2008（3）.

    [5]胡俊雄，张艳.激光引信抗干扰技术综述[J].制导与 引信，2009（4）.

    [6]高宠，刘建新，张京国，等.激光引信的目标回波特征 仿真[J].航空兵器，2009（5）.

    [7]王广生.激光引信云雾后向散射的特征与识别[J].探 测与控制学报，2006（6）.