高动态雷达导引头掠海目标电磁信号建模方法及回波特性研究

Sea skimming targets can put a great threat to the air defense. The interception success rate of air defense missiles against sea-skimming targets is low. One of the main reasons is the complex echo characteristics of missile radar seeker when it’s detecting and tracking sea-skimming targets. Therefore, it is urgent to study the echo characteristics of radar seeker when it’s detecting sea-skimming targets. The echo data of actual high dynamic radar seeker are difficult to be retrieved directly or acquired through field test, so the numerical simulation study is very necessary. This project is based on two key scientific problems, the electromagnetic signal modeling and echo characteristics of the highly dynamic seeker. The electromagnetic signal model of the highly dynamic radar seeker platform is constructed in the course of trajectory flight in the project based on the theory of the electromagnetic scattering and the radar seeker signal processing. The echo verification will be carried out through the wave-making tank and hardware-in-the-loop simulation experiments. The echo forming mechanisms will be discovered, and the echo characteristics in the space-time –frequency domain will be studied under various missile’s, target’s and sea state conditions. The evaluation and improvement of the detection and tracking performance of the real radar seeker is of great theoretical significance and application value to enhance the detection, defense and confrontation ability of the air defense forces of our country to the sea-skimming targets.

掠海目标可对国土防空构成巨大威胁。防空导弹对掠海目标的拦截成功率低，主要原因之一就是弹上雷达导引头探测跟踪掠海目标时回波成分复杂，影响导引头目标检测，因此亟需研究雷达导引头探测掠海目标的回波特性。实际高动态雷达导引头的回波数据难以通过直接回传或外场试验获取，研究雷达导引头掠海目标回波数值模拟方法十分必要。本项目围绕高动态雷达导引头电磁信号建模方法和回波特性规律两个关键科学问题，基于电磁散射和导引头信号处理理论，建立弹道飞行中高动态雷达导引头探测掠海目标回波特性闭合仿真模型，通过造波池和半实物仿真试验进行回波校验，揭示高动态雷达导引头掠海目标多尺度复合散射及回波形成机理，探寻高动态导引头、目标、海面“三动”条件下的回波空时频域特性及变化规律。研究成果可支撑实际雷达导引头对掠海目标探测跟踪性能的评估和改进，对提升我国防空力量对掠海目标的探测、防御、对抗能力具有重要的理论意义和应用价值。

掠海突防是现代战争中最常见的空袭作战样式，对我国防空构成严重威胁。雷达导引头探测跟踪掠海目标时回波成分复杂，影响导引头目标检测跟踪，是导致防空导弹对掠海目标的拦截成功率低的主要原因。掠海目标的电磁散射及雷达回波特性是涉及电磁散射计算、雷达回波建模、雷达信号处理等交叉学科领域具有挑战性的问题，对掠海目标雷达探测、跟踪以及信息感知等方面都有重要作用。本项目围绕高动态雷达导引头电磁信号建模方法和回波特性规律两个关键科学问题，按照研究计划，完成了海环境几何建模及局部多尺度海面散射机理描述方法研究，研究了卷浪、毛细波、泡沫等多尺度海面结构的物理特性、存在条件、分布情况、散射机理和描述方法，搭建了计算不同海况条件下电大多尺度海面散射特性的计算模型；完成了掠海目标多尺度复合散射机理及混合电磁计算方法研究，开发了高效的掠海目标复合散射高频混合计算方法及加速方法，开展了多种海况与目标条件下掠海目标电磁散射特性的数值仿真试验；完成了高动态雷达导引头的掠海目标回波模拟、试验校验及回波特性规律研究。基于雷达导引头构建了掠海目标回波模型和信号处理模型，开展了造波池试验和导引头挂飞试验校验了回波模型，通过数值仿真试验研究不同海况下雷达导引头掠海目标回波特性，形成了雷达导引头掠海目标回波特性数据库，开发了雷达导引头回波特性数值仿真软件，在国内首次完成防空导弹雷达导引头“电磁建模-散射计算-回波模拟-信号处理-拦截评估”全过程闭合仿真，揭示了高动态雷达导引头掠海目标回波形成机理，探寻了掠海目标回波特性及随导引头、目标与海环境参数的变化规律。研究成果已应用于工业部分防空导弹新型号及现役型号改进研制评估提供模型输入，对掠海目标探测、防御对抗能力的提升具有重要的理论和应用价值，同时对提升我国在防空导弹雷达导引头掠海目标防御理论方面的快速发展和理论积淀具有强有力的推动作用。