非等密度箔條走廊及其干擾效果的改善

王洪迅,葉廣強(qiáng),王紅衛(wèi),喬慶剛

(1.空軍工程大學(xué) 工程學(xué)院,西安 710038,2.陸軍航空兵學(xué)院,北京 101123)

1 引 言

在大機(jī)群對預(yù)定目標(biāo)進(jìn)行突防攻擊時(shí),常采用箔條走廊掩護(hù)攻擊機(jī)群。由于箔條走廊制造簡單、成本低、使用方便、通用性強(qiáng),因此目前仍然是突防的重要掩護(hù)手段之一。

目前許多文獻(xiàn)對箔條干擾走廊的應(yīng)用、提高其干擾效能進(jìn)行了分析。文獻(xiàn)[1-2]解釋了箔條對雷達(dá)的干擾原理;文獻(xiàn)[3]研究了大氣環(huán)境下箔條機(jī)械運(yùn)動特性;文獻(xiàn)[4]介紹干擾走廊的一般原理與設(shè)計(jì)方法;文獻(xiàn)[5-8]從各種環(huán)境,針對不同類型雷達(dá)討論了干擾走廊的戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用及效果;文獻(xiàn)[9-14]從干擾走廊對電磁波進(jìn)行衰減的角度展開,分析了箔條干擾走廊對各種雷達(dá)的干擾效能。但是這些文獻(xiàn)在對箔條走廊的研究中,均存在一個(gè)相同的假設(shè)條件,即箔條走廊處處均勻,也就是箔條走廊的箔條密度處處相同。

但考慮到實(shí)際戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用情況,多數(shù)條件下雷達(dá)電磁波對于箔條干擾走廊是傾斜照射的。在前述假設(shè)條件下,會對箔條干擾走廊的干擾效果造成顯著的影響。本文從雷達(dá)電磁波傾斜照射這一實(shí)際條件出發(fā),修正了箔條干擾走廊對電磁波的作用模型。

2 傳統(tǒng)箔條走廊分析

如圖1所示,為了掩護(hù)攻擊飛機(jī)T,將大量具有一定長度和頻率響應(yīng)特性的箔條拋灑在空中形成箔條走廊,從而遮蔽雷達(dá)R對T的探測?？梢钥闯?雷達(dá)電磁波對于箔條干擾走廊是傾斜照射的。

圖1 普通箔條走廊干擾示意圖Fig.1 Common chaff corridor jamming sketch

對雷達(dá)而言,鋪設(shè)箔條走廊后,傳統(tǒng)上其接收信號有兩種:一種是目標(biāo)直接回波PRTR,即目標(biāo)直接反射雷達(dá)波所形成的回波信號,與目標(biāo)特性有關(guān);另外一種是箔條直接回波PRCR,即箔條直接反射所形成的回波信號,與箔條特性有關(guān)。

由文獻(xiàn)[1-2]可知,雷達(dá)接收的目標(biāo)直接回波的功率為

箔條直接回波的功率為

定義壓制系數(shù)為 kCT=PRCR/PRTR,式(1)和式(2)代入并化簡可得:

通常認(rèn)為 RRT≈RRC,因此:

式中,PR為雷達(dá)輻射功率,GR為發(fā)射天線增益,σT為目標(biāo)截面積,RRT為目標(biāo) T到雷達(dá)R的距離,RRC為箔條到雷達(dá)的距離;σC、σT分別為箔條、目標(biāo)有效反射面積,hc為箔條走廊厚度,n為箔條走廊箔條密度。

3 雷達(dá)傾斜入射的影響

由于雷達(dá)電磁波傾斜入射,會對箔條云的兩個(gè)參數(shù)產(chǎn)生影響,一個(gè)是箔條有效反射面積σC,另外一個(gè)是箔條云對雷達(dá)電磁波的衰減參數(shù)e-2n(0.17λ2)hc。

3.1 對箔條有效反射面積的影響

箔條有效反射面積 σC一般定義為雷達(dá)分辨單元內(nèi)箔條數(shù)量,雷達(dá)分辨單元一般與雷達(dá)波束方位角 、俯仰角 φ、距離 R、脈沖寬度 WPW四個(gè)因素有關(guān)。由于雷達(dá)傾斜入射,雷達(dá)到箔條走廊不同位置的距離不同,因此箔條走廊上不同位置的有效反射面積 σC也不盡相同。通常地面雷達(dá)脈寬WPW數(shù)值相對較大,約為數(shù)十至幾百微秒,對應(yīng)距離為數(shù)公里或數(shù)十公里,因此本文仿真中暫不考慮雷達(dá)波束的縱向距離分辨的限制。

如圖2所示,設(shè)雷達(dá)坐標(biāo)為(L,0),其波束正對目標(biāo),其波束俯仰角為θ,箔條走廊從左至右,其入端(遠(yuǎn)離雷達(dá)端)坐標(biāo)為(0,0),出端(靠近雷達(dá)端)坐標(biāo)為(x,0),箔條走廊底層高度為H,厚度為hc,目標(biāo)坐標(biāo)為(xT,yT)。

圖2 箔條走廊干擾幾何關(guān)系Fig.2 Geometry in chaff corridor

根據(jù)幾何關(guān)系可得:

解之可得:

3.2 對箔條走廊衰減參數(shù)的影響

箔條走廊衰減參數(shù)為e-2n(0.17λ2)hc,這個(gè)結(jié)果實(shí)際上是在雷達(dá)電磁波垂直照射情況下的分析結(jié)果。當(dāng)雷達(dá)電磁波為傾斜入射,雷達(dá)電磁波所經(jīng)途徑實(shí)際上并非干擾走廊的厚度,而是斜徑l(見圖2)。根據(jù)幾何關(guān)系,所經(jīng)過的斜徑長度為:l=hc/sinθ。因此該衰減參數(shù)應(yīng)修正為

4 公式修正與仿真

4.1 壓制系數(shù)修正

綜上所述,考慮雷達(dá)傾斜照射的情況下,壓制系數(shù)應(yīng)修正為

為便于分析,將壓制系數(shù)歸一化,采用相對壓制系數(shù)。以箔條干擾走廊入端(遠(yuǎn)離雷達(dá)端)為參照,定義箔條走廊入端壓制系數(shù)為

定義歸一化的相對壓制系數(shù)為

解之可得:

考慮到sinθ=H/RRC,并且只考慮箔條走廊的影響 ,σT≈σT0,則 :

4.2 等密度箔條走廊壓制效果

假設(shè)距雷達(dá)橫坐標(biāo)L=100 km,從原點(diǎn)上方H=6 km處開始布設(shè)箔條走廊,對雷達(dá)進(jìn)行壓制干擾。當(dāng)箔條走廊處處密度相等時(shí),仿真圖形如圖3和圖4所示。其中圖3為歸一化壓制系數(shù)量值隨干擾走廊位置的變化,圖4為歸一化壓制系數(shù)按dB計(jì)算的結(jié)果。

圖3 歸一化壓制系數(shù)量值變化示意圖Fig.3 Unitary blanket index linear curve

圖4 歸一化壓制系數(shù)指數(shù)變化示意圖Fig.4 Unitary blanket index exponential curve

顯然,在干擾走廊處處等密度的前提下,隨著箔條走廊向雷達(dá)的逼近,其歸一化壓制系數(shù)越來越小,仿真中當(dāng)箔條走廊鋪設(shè)經(jīng)過雷達(dá)上方時(shí),其歸一化壓制系數(shù)按dB計(jì)算降至-26.66 dB。也就是說,箔條走廊距離雷達(dá)越近的地方,歸一化壓制系數(shù)越小,壓制效果就越差。因此在鋪設(shè)等密度箔條走廊時(shí),若按靠近雷達(dá)最近的位置計(jì)算所需箔條數(shù)量,將造成箔條的極大浪費(fèi);而若按距離雷達(dá)最遠(yuǎn)的位置計(jì)算所需箔條數(shù)量,將可能達(dá)不到所需的壓制效果。

4.3 一種非等密度箔條走廊壓制效果

若要維持箔條走廊壓制效果,需要維持整個(gè)走廊的壓制系數(shù)基本不變,因此需要改變箔條走廊的厚度或者密度。一般情況下鋪設(shè)箔條走廊的載機(jī)勻速飛行,改變走廊密度較為容易實(shí)現(xiàn)。

為了找出影響壓制效果的主要因素,仍然假設(shè)箔條走廊處處等密度,長度為80 km,計(jì)算公式(13)及其中的平方項(xiàng)k1和指數(shù)項(xiàng)k2,結(jié)果如圖5所示。

圖5 相對壓制系數(shù)的量值變化Fig.5 Blanket index′s relative factor curves

圖5中從上到下3條曲線分別為k2、k1、 k的變化情況。從圖中可以看出,對歸一化壓制系數(shù)影響最大的是平方項(xiàng),因此若令箔條密度的變化為平方項(xiàng)的倒數(shù)將可能使歸一化壓制系數(shù)有較大的改善。根據(jù)幾何關(guān)系可知:

在題設(shè)條件下,箔條相對密度變化曲線如圖6所示。

圖6 改進(jìn)的箔條密度變化曲線Fig.6 Chaff density′s curve of upgrade

按公式(14)控制箔條密度所形成的箔條走廊,其歸一化壓制系數(shù)如圖7所示,可見整個(gè)箔條干擾走廊雖然各處的歸一化壓制系數(shù)仍然不同,但是其量值相對變化僅僅從1變化到1.25,而且是距離雷達(dá)越近,其壓制效果也越好,比較圖3而言有很大改善。

圖7 改進(jìn)箔條走廊歸一化壓制系數(shù)量值Fig.7 Unitary blanket index curve of upgrade

5 結(jié)束語

影響箔條走廊壓制效果的因素很多,如天氣、風(fēng)速、雷達(dá)頻率特性、布陣情況等,箔條走廊布設(shè)時(shí)需要對這些因素綜合考量。本文從理論上指出密度對箔條走廊壓制效果有很大的影響,傳統(tǒng)的走廊布設(shè)方式會使得干擾走廊距離雷達(dá)越近,壓制效果越差。通過改變箔條密度,并找到一個(gè)箔條密度變化曲線,可以達(dá)到既不浪費(fèi)箔條又可維持箔條走廊壓制效果的目的。對于從雷達(dá)旁側(cè)鋪設(shè)箔條走廊進(jìn)行遮蔽干擾的情況也可進(jìn)行類似分析,進(jìn)而得出類似結(jié)果。對多部雷達(dá)進(jìn)行壓制干擾時(shí),需要針對雷達(dá)的頻段、位置、威力區(qū)域等,對相應(yīng)頻段箔條的密度按照上述方式區(qū)別分析。

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