脉冲无线电引信设计

引言

无线电引信的出现是引信发展史上的一次重大技术革命,由于它不是利用触觉,而是利用目标回波所携带的位置、速度等信息确认目标,因此比触发引信和时间引信更能有效地发挥弹丸对目标的毁伤效能,被称为是现代武器系统终端效能的倍增器,已经成为引信发展的主要方向。

无线电引信按工作体制分为多普勒式、调频式、脉冲式、比相式和编码式等无线电引信，本文以地－空攻击目标时的弹目交会为背景，以脉冲无线电引信为对象，利用外差式多普勒引信原理。探讨了弹目交会和脉冲无线电引信的工作过程．由多普勒频率原理可知，若发射信号频率一定，那么多普勒频率随引信与目标的接近速度的变化而变化。而又取决于射击条件和弹目交会条件。由此可知，多普勒频率的变化可以反映弹目接近速度信息。因此，研究弹目接近过程中多普勒频率的变化规律具有重要的实际意义。

1 多普勒效应的原理

1.1 多普勒效应的原理

多普勒效应的实质：在振荡源与接收机之间存在相对运动时，接收机接收到的振荡频率与振源的振荡频率不同。这一现象首先在光学上由奥地利物理学家多普勒与1842年发现。

假设波源S 以V S 的速度运动与接收机间R 的相对速度V R 接近（如图1.1（a)）所示，与接收机距离r 的波源在时间t 1发出的波到达接收机的时间见式1.1

R

W V V r

t ++

=11θ （1.1）

在时间t 2=t 1+τ，波源发出的波到达接收机的瞬时见式1.2

（1.2）

如果波源的振荡频率为f 0 ,则在τ时间内发射出的波数见式1.3

（1.3） 而接收机接收的频率是

（1.4）

（1.5）

（1.6）

（1.7） 同理我们也可得到波源远离目标时接收机接收到的频率见式1.8

R

W R V V V t +++

=)(V -r S 22θτ0f N =τ

ττ

R W R S V V V V f f ++-=

0τ

R

W R

S R W V V V V V V f +--+=

f V V V V S

W R

W -+=

11f V V V V W

S

W

R -

+

=

（1.8）

从式（1.7）和式（1.8）可以看出，当波源和接收机存在相对运动时，接收机接收到的振荡频率与振源频率不同，这就是多普勒效应。

r

图1.1(a) 波源相对接收机接近的多普勒效应

r

图1.1(b) 波源相对接收机远离的多普勒效应

如果发射机与接收机间的相对速度远远小于光速，即，则式（1.7）与式（1.8)可以完全的近似表示成下式（正号表示接收机接近发射源，负号表示接收机远离发射源)

（1.9）

在无线电系统中发射机与发射源处于同一弹体中，式 （1.9）表示与引信有相对运动的目标处振荡频率。那么接收机接收到的由目标反射信号之多普勒频率将增大一倍，有

（1.10）

则

（1.11）

如果弹目是接近运动，则fd 为正值，如果远离运动，则fd 为负值

011f

V V V V f W

S W

R --

=W

V S V R V W

V S V R V c V R <<00/λR V f f ±=00/2λR V f f ±=02λR

d V f =

2 地空弹目交会的原理与仿真

2.1弹目交会原理分析

多普勒频率的变化可以反映弹目接近速度信息，下面以地对空射击为例观察多普勒频率变化规律。

图2.1 地空射击时R v 与交会条件的关系

在图2.1中，T v 是目标速度；M v 是弹速；r v 为弹对目标的相对速度；R v 为弹与目标的接近速度（径向速度）；ρ为目标到相对弹道的距离（通常称为脱靶量）；θ为弹目连线与相对弹道之间的夹角；β为弹速矢量与目标速度矢量之间的夹角（称为弹目交会角）；R 为弹目间得距离，设h 为弹目相对高度；l 为弹目水平距离。

由图2.1可以得到：

cos R r v v θ=(2.1)

r v =（2.2)

cosθ==(2.3) 由（2.1）、（2.2）和（2.3）可得

d

f= 2.4）

在一次具体射击中，式（2.4）中的

M

v、

T

v、

λ和β都是一定的，

d

f仅取决与弹

目距离R和脱靶量ρ。当弹目距离很远时，即R>>ρ时，

max

d d

f f

==（2.5）于是可以把式（2.4）写成：

d d

f f

= 2.6）

由上式可知，对空中目标射击时，多普勒频率

d

f与引信工作频率

f、弹及目标速

度

M

v和

T

v、交会角β以及ρ/R有关。

图2.2

d

f与R/ρ的关系曲线

为了分析

d

f随R变化的情况，把（2.6）以曲线的形式表示出来，如图2.2所示。

由曲线可知，当R>2ρ时，

d

f变化很小，并趋近于

max

d

f，当R<2ρ时，

d

f很快下降；当

R=ρ时，

d

f=0。当弹目之间距离由最近继续增大时，

d

f也由零开始增高。因此，在R=

ρ附近

d

f有急剧地变化，变化最大的区间在R<2ρ范围内。