馬亞濤,曹星江,李德權(quán)
(中國(guó)洛陽(yáng)電子裝備試驗(yàn)中心,洛陽(yáng)471003)
分布式干擾系統(tǒng)一般使用一定數(shù)量以小型無(wú)人機(jī)、炮彈、氣球等為載體的電子干擾機(jī)臨近敵方陣地,自動(dòng)或受控地對(duì)選定的敵方雷達(dá)或組網(wǎng)雷達(dá)進(jìn)行主瓣干擾的對(duì)抗措施。這種干擾體制采用逼近的分布式網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu),是對(duì)抗低/超低副瓣雷達(dá)、組網(wǎng)雷達(dá)等先進(jìn)預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)的有效技術(shù)途徑[1-2]。
傳統(tǒng)的遠(yuǎn)距離支援干擾發(fā)射大功率干擾信號(hào)對(duì)敵方實(shí)施干擾,同時(shí)又不可避免地對(duì)己方電子設(shè)備造成一定的影響。而分布式干擾機(jī)通常配置在靠近敵方電子設(shè)備、遠(yuǎn)離己方陣地的位置,對(duì)己方電子設(shè)備影響較小,不用考慮對(duì)己方電子設(shè)備的電磁兼容性問(wèn)題。在離敵方電子設(shè)備較近的同時(shí),由于分布式干擾機(jī)數(shù)量大,相對(duì)遠(yuǎn)距離支援干擾等干擾方式,具有很大的距離優(yōu)勢(shì)和功率優(yōu)勢(shì)。在對(duì)組網(wǎng)雷達(dá)進(jìn)行干擾時(shí),如果采用分布式干擾,實(shí)現(xiàn)多干擾機(jī)對(duì)多雷達(dá)進(jìn)行干擾,甚至組網(wǎng)干擾機(jī)(即“狼群戰(zhàn)術(shù)”)對(duì)組網(wǎng)雷達(dá)干擾,則能取得單個(gè)干擾設(shè)備所不能達(dá)到的干擾效果。分布式干擾還可以通過(guò)適當(dāng)布陣,采取靈活多變的信號(hào)樣式,對(duì)敵方電子設(shè)備進(jìn)行大扇面的主瓣干擾。
本文以采用小型無(wú)人機(jī)為載體的分布式干擾系統(tǒng)為例,研究分析其對(duì)單部雷達(dá)及組網(wǎng)雷達(dá)干擾時(shí)的布陣方法。
在實(shí)際使用中,需根據(jù)所要求的目標(biāo)掩護(hù)區(qū)域或佯攻區(qū)域,考慮被干擾雷達(dá)性能及無(wú)人機(jī)飛行性能及對(duì)其有影響的天氣、干擾機(jī)性能等條件,合理計(jì)算干擾機(jī)數(shù)量、規(guī)劃干擾機(jī)的布陣及飛行航線等,使干擾信號(hào)總有部分能從雷達(dá)主瓣進(jìn)入,并保證產(chǎn)生的主瓣干擾扇面覆蓋所要求的目標(biāo)掩護(hù)區(qū)域或佯攻區(qū)域。如果所需要掩護(hù)的目標(biāo)為飛機(jī)或突防導(dǎo)彈等飛行目標(biāo)時(shí),還需讓干擾信號(hào)所覆蓋的區(qū)域能夠包含被掩護(hù)目標(biāo)所要求的活動(dòng)區(qū)域。
無(wú)人機(jī)陣的布陣距離R與最小干擾距離Lmin、無(wú)人機(jī)和敵方雷達(dá)(以下簡(jiǎn)稱“雷達(dá)”)的海拔高度差h、無(wú)人機(jī)上的干擾機(jī)俯仰方向有效干擾角度ψ、雷達(dá)和干擾機(jī)性能及戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用有關(guān)。
假設(shè)被掩護(hù)空域與雷達(dá)距離為Rs,滿足被掩護(hù)空域要求的無(wú)人機(jī)陣與雷達(dá)的最大距離為Rj。
抗干擾改善因子的雷達(dá)干擾方程如下[3-4]:
式中:Kj為雷達(dá)信息處理設(shè)備輸入端干信比(即干擾壓制系數(shù));PjGj為干擾等效輻射功率;PtGt為雷達(dá)等效輻射功率;σ為被保護(hù)目標(biāo)的雷達(dá)反射面積;Lj為干擾信號(hào)的極化損失和機(jī)內(nèi)傳輸損耗;Lr為目標(biāo)回波信號(hào)在雷達(dá)內(nèi)的傳輸損耗;Gr(θ)為雷達(dá)天線接收干擾信號(hào)的增益;Gr為雷達(dá)天線接收目標(biāo)回波信號(hào)的增益;Δfo為雷達(dá)中放帶寬;Δfj為干擾信號(hào)帶寬;Daj為干擾信號(hào)通過(guò)雷達(dá)脈沖壓縮后的處理增益;Da為雷達(dá)信號(hào)通過(guò)雷達(dá)脈沖壓縮后的處理增益;Dbj為干擾信號(hào)通過(guò)雷達(dá)多普勒濾波器后的相干積累系數(shù);Db為雷達(dá)回波信號(hào)通過(guò)雷達(dá)多普勒濾波器后的相干積累系數(shù);Dcj為干擾信號(hào)通過(guò)雷達(dá)其它信號(hào)處理措施后的系數(shù);Dc為雷達(dá)回波信號(hào)通過(guò)雷達(dá)其它信號(hào)處理措施后的系數(shù)。
由式(1)可以得到Rj:
Gr(θ)的計(jì)算由經(jīng)驗(yàn)公式給出:
式中:θ0.5為雷達(dá)主瓣3dB波束寬度;常數(shù)K通常取0.04~0.10,對(duì)于高增益方向性天線,K 取0.07~0.10,對(duì)于波束較寬、增益較低的天線,取0.04~0.06。
具體情況如圖1所示。
由圖1可知:
其中:
另外,根據(jù)戰(zhàn)術(shù)需要,有時(shí)還要考慮將無(wú)人機(jī)陣布置在敵大部分火炮、高炮、近程地空導(dǎo)彈的有效射程之外。
圖1 影響布陣距離的因素示意圖
無(wú)人機(jī)可實(shí)現(xiàn)在一定高度范圍內(nèi)的定高飛行,在遂行干擾任務(wù)時(shí)的使用高度與掩護(hù)通道的空域范圍有關(guān)。分布式干擾機(jī)在其方位面、俯仰面形成一定角度的干擾扇面,干擾扇面的覆蓋要求和方位覆蓋的計(jì)算方法相同。分布式干擾機(jī)的分布既要滿足方位面覆蓋的需要,同時(shí)也要滿足俯仰面覆蓋的需要,否則就可能暴露我方突防飛機(jī)。
一般情況下,較遠(yuǎn)距離處,允許攻擊飛機(jī)以較大高度突防;如采取近距高空突防方式,則需干擾機(jī)分層布置,否則不能兼顧遠(yuǎn)距或起飛、爬升階段的掩護(hù)要求。
分布式無(wú)人機(jī)干擾系統(tǒng)形成干擾壓制效果的前提是干擾陣列的形成。支援航空兵進(jìn)攻作戰(zhàn)的時(shí)序要求:
(1)在攻擊編隊(duì)進(jìn)入敵方預(yù)警探測(cè)范圍前,分布式無(wú)人機(jī)干擾系統(tǒng)干擾陣列必須形成,可正常遂行干擾壓制任務(wù);
(2)在攻擊編隊(duì)返航,脫離敵方預(yù)警探測(cè)范圍后,分布式無(wú)人機(jī)干擾系統(tǒng)才可終止干擾壓制任務(wù)。
在干擾技術(shù)有效的前提下,對(duì)雷達(dá)的有效干擾時(shí)間主要由無(wú)人機(jī)的飛行性能來(lái)保證。無(wú)人機(jī)在不同飛行高度上可以有一個(gè)飛行速度的范圍。當(dāng)無(wú)人機(jī)以不同飛行速度飛行時(shí),所能達(dá)到的飛行航程和飛行時(shí)間是不相同的。
分布式無(wú)人機(jī)必須保證在作戰(zhàn)使用時(shí),無(wú)人機(jī)陣列內(nèi)不互相干擾。由于欺騙干擾機(jī)要接收微弱的雷達(dá)信號(hào),并將相近頻率的干擾信號(hào)進(jìn)行功率放大輸出,就必然存在收發(fā)隔離問(wèn)題。如果系統(tǒng)增益大于收發(fā)之間的隔離度,將使發(fā)射的干擾信號(hào)進(jìn)入接收通道,引起系統(tǒng)自激。當(dāng)多個(gè)無(wú)人機(jī)同時(shí)在干擾區(qū)巡航飛行干擾時(shí),如果相互之間的距離太近,將造成多個(gè)欺騙干擾機(jī)互相轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號(hào),在一定程度上將造成設(shè)備不能正常工作。為避免同頻段干擾機(jī)之間相互轉(zhuǎn)發(fā),同頻段干擾機(jī)應(yīng)保持一定的空間隔離。
在作戰(zhàn)使用過(guò)程中,分布式無(wú)人機(jī)需與我方作戰(zhàn)飛機(jī)協(xié)同作戰(zhàn),分布式無(wú)人機(jī)分布在靠近敵前沿陣地區(qū)域,遠(yuǎn)離我方雷達(dá)和遠(yuǎn)距離支援干擾飛機(jī),同時(shí),由于分布式干擾功率較小且指向敵方,不會(huì)干擾己方雷達(dá)正常工作。
一般分布式干擾系統(tǒng)的干擾機(jī)功率較小,只能干擾雷達(dá)主瓣。如果水平向上相鄰2部干擾機(jī)與被干擾雷達(dá)連線的夾角大于該雷達(dá)主瓣水平波束寬度,則最小暴露距離變大(即壓制效果變差);如果該夾角小于雷達(dá)主瓣水平波束寬度,則最小暴露距離略有變小,與該夾角等于雷達(dá)主瓣水平波束寬度時(shí)的干擾效果相比,改善并不顯著。因此,水平向上相鄰2部干擾機(jī)與被干擾雷達(dá)連線的最優(yōu)夾角應(yīng)等于雷達(dá)主瓣水平波束寬度。俯仰向上同理[4]。
設(shè)干擾要求的空域的水平角和俯仰角(均是相對(duì)雷達(dá)而言)分別為θJ和ψJ,所需的最少干擾機(jī)數(shù)量mθ。
如干擾機(jī)只干擾主瓣,則mθ可由下式?jīng)Q定:
式中:ΔθsΔψs為被干擾雷達(dá)的角度單元。
其為兩坐標(biāo)雷達(dá)時(shí),令Δψs=ψJ=1后,按式(6)計(jì)算即可。
例如,干擾所要求的空域?yàn)?0°×30°,干擾機(jī)只干擾主瓣,被干擾雷達(dá)是1部米波警戒雷達(dá),其角度單元為ΔθsΔψs=5°×30°,則:
如被干擾雷達(dá)是1部厘米波三坐標(biāo)雷達(dá),其角度單元ΔθsΔψs=1°×5°,則:
由此可見(jiàn),干擾1部大信息容量的雷達(dá)比干擾1部小信息容量的雷達(dá),對(duì)于同樣的空域要多很多倍的干擾機(jī)[4]。
如上所述,實(shí)施分布式干擾需要一定數(shù)量的分布式無(wú)人機(jī)才能起作用,而且干擾機(jī)的空間分布必須滿足一定的要求。干擾機(jī)的數(shù)量及分布與被干擾雷達(dá)站的分布情況、所需掩護(hù)的通道、單個(gè)干擾機(jī)的干擾能力、配置距離、干擾機(jī)的定位誤差等因素有關(guān)。多數(shù)分布式干擾系統(tǒng)的干擾機(jī)只能干擾同波段的雷達(dá),如果在同一方向上有2部不同波段的雷達(dá),則需采用2組對(duì)應(yīng)波段的干擾機(jī)在空中分層排列。
下面,只考慮同波段不同位置雷達(dá)的情況,尋求最佳布陣方式和最佳效能,其方法也可推廣到分層排列中。
分布式無(wú)人機(jī)布陣的示意圖如圖2所示。
圖2 干擾機(jī)的布陣示意圖
假設(shè)單部干擾機(jī)的空域覆蓋范圍為θs×ψs,(即以無(wú)人機(jī)為位置標(biāo)準(zhǔn),水平覆蓋角度為θs,俯仰覆蓋角度為ψs),如果分布式干擾機(jī)飛行航線互相平行,則可以看到,分布式干擾機(jī)對(duì)雷達(dá)可以造成θs的最大干擾扇面。此時(shí)如果再往第n部與第n+1部干擾機(jī)旁再增加干擾機(jī),被干擾雷達(dá)將不能被增加的干擾機(jī)的干擾所覆蓋。如果需要對(duì)雷達(dá)造成的干擾扇面超過(guò)θs,則需要改變新增加的干擾機(jī)航線的方向,使其盡量靠近其與雷達(dá)的連線方向,呈現(xiàn)扇形布陣,使雷達(dá)可被干擾機(jī)的干擾所覆蓋(如第n+2部、第n+3部干擾機(jī)所示)。
如果對(duì)單部雷達(dá)進(jìn)行干擾,干擾機(jī)陣距離雷達(dá)陣面x,則1組無(wú)人干擾機(jī)覆蓋寬度為:2x·tan(θs/2)。
如果對(duì)分布較寬且雷達(dá)之間間距較大的雷達(dá)陣面,分布式干擾機(jī)最好采取分段布置的布陣方式,即分別在各雷達(dá)陣面形成干擾陣,得到所需的有效掩護(hù)區(qū)域。
為了避免在轉(zhuǎn)彎時(shí)出現(xiàn)干擾縫隙,應(yīng)合理安排無(wú)人機(jī)的發(fā)射時(shí)間和發(fā)射次序,使對(duì)同一作戰(zhàn)目標(biāo)干擾的無(wú)人機(jī)在規(guī)劃航線上前后錯(cuò)開(kāi)。
如圖3所示,組網(wǎng)雷達(dá)的探測(cè)區(qū)定義為網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)探測(cè)區(qū)的并集,表示為:
式中:Anet為組網(wǎng)雷達(dá)合成探測(cè)區(qū)域;Ai為第i部雷達(dá)的探測(cè)區(qū)域;n為網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)數(shù)目。
圖3 組網(wǎng)雷達(dá)探測(cè)區(qū)域示意圖(粗線內(nèi)區(qū)域?yàn)锳net)
同理,組網(wǎng)雷達(dá)干擾暴露區(qū)定義為網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)暴露區(qū)的并集,表示為[5]:
式中:Bnet為組網(wǎng)雷達(dá)合成干擾暴露區(qū);Bi為第i部雷達(dá)的暴露區(qū);n為網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)數(shù)目。
干擾機(jī)對(duì)組網(wǎng)雷達(dá)干擾的掩護(hù)區(qū)定義為干擾機(jī)對(duì)網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)干擾掩護(hù)區(qū)的交集,表示為:
式中,Cjnet為干擾機(jī)對(duì)組網(wǎng)雷達(dá)干擾的合成掩護(hù)區(qū);Cji為干擾機(jī)對(duì)第i部雷達(dá)干擾的掩護(hù)區(qū);n為網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)數(shù)目。
設(shè)預(yù)定掩護(hù)空域?yàn)镸,則必須保證M?Cjnet。這樣,暴露區(qū)不包含M的網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)不需干擾,暴露區(qū)包含M的網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)則需分布式無(wú)人機(jī)分別對(duì)其合理布陣并進(jìn)行干擾。
這樣,問(wèn)題演化為分布式干擾機(jī)對(duì)單部雷達(dá)進(jìn)行干擾的布陣分析。結(jié)合以上部分的研究,使預(yù)定掩護(hù)空域M包含在干擾機(jī)對(duì)各個(gè)雷達(dá)干擾的合成掩護(hù)區(qū)內(nèi)即可。
假設(shè)網(wǎng)內(nèi)需干擾的雷達(dá)為3部,布陣方法如圖4所示。
圖4 對(duì)組網(wǎng)雷達(dá)干擾的布陣演示
設(shè)分布式無(wú)人機(jī)需對(duì)敵方網(wǎng)內(nèi)2部雷達(dá)進(jìn)行多假目標(biāo)干擾。干擾空域?yàn)橐粓A形區(qū)域,圓心坐標(biāo)為(0,0),半徑為20km;敵方2部雷達(dá)主瓣寬度分別為1.20°、3°,坐標(biāo)分別為(-50,-100)、(60,-80)。
取典型雷達(dá)、被掩護(hù)目標(biāo)及干擾機(jī)參數(shù)進(jìn)行仿真:Pt=600kW,Pj=15W,Gt=Gr=33dB,Gj=9 dB,σ=5m2,θ0.5=3°,K=0.05,△fj/△fo=Da/Daj=Db/Dbj=Dc/Dcj=1=0dB,Lj/Lr=-8dB,Kj=6dB。
無(wú)人機(jī)采用扇形布陣,航線距雷達(dá)最遠(yuǎn)端和最近端分別為60km、30km,對(duì)2部雷達(dá)干擾的無(wú)人機(jī)分別為18部和8部,仿真結(jié)果如圖5所示。
圖5 對(duì)雷達(dá)組網(wǎng)干擾的仿真
通過(guò)以上研究及仿真可以看出分布式無(wú)人機(jī)干擾系統(tǒng)對(duì)雷達(dá)干擾的布陣方法受多種因素的影響。如文中所述,無(wú)人機(jī)飛行性能及對(duì)其有影響的天氣條件、干擾機(jī)性能、被掩護(hù)區(qū)域的位置和戰(zhàn)術(shù)要求等條件可被我方掌握,但被干擾雷達(dá)的位置、性能及與其相關(guān)的一些參數(shù)也應(yīng)明確,這樣才能對(duì)無(wú)人機(jī)陣的布置及其航線的設(shè)定做出有效的分析和判斷。
分布式干擾依靠著自身的優(yōu)勢(shì),在現(xiàn)代電子戰(zhàn)中倍受重視。本文對(duì)影響分布式干擾機(jī)布陣的主要因素進(jìn)行了分析說(shuō)明,并分別對(duì)其干擾單部雷達(dá)和組網(wǎng)雷達(dá)的布陣方法進(jìn)行了分析研究,并做出了一些建議,對(duì)分布式干擾機(jī)的作戰(zhàn)應(yīng)用具有一定意義。
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