機(jī)載自衛(wèi)雷達(dá)干擾源干擾效果的等效模擬方法

儲(chǔ)潔強(qiáng)，黃 晨

（電子工程學(xué)院，合肥 230037）

0 引 言

機(jī)載自衛(wèi)雷達(dá)干擾系統(tǒng)是機(jī)載電子戰(zhàn)裝備的重要發(fā)展方向，幾乎所有的先進(jìn)作戰(zhàn)飛機(jī)均裝有這種系統(tǒng)設(shè)備。該類干擾系統(tǒng)對(duì)各種地基雷達(dá)構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，是陸戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境的主要研究對(duì)象之一。運(yùn)用雷達(dá)干擾模擬器對(duì)敵方機(jī)載自衛(wèi)雷達(dá)干擾系統(tǒng)進(jìn)行模擬，是構(gòu)建陸軍合同戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練電磁環(huán)境的重要環(huán)節(jié)。

已有的雷達(dá)干擾模擬器的干擾樣式包括壓制性干擾和欺騙性干擾，且工作頻段覆蓋范圍廣，能夠模擬多種類型的雷達(dá)干擾信號(hào)。但是，為了保證模擬器的高性價(jià)比和便攜性，模擬器的干擾功率通常比較小。因此，如何運(yùn)用較小功率的模擬器模擬敵方機(jī)載自衛(wèi)雷達(dá)干擾系統(tǒng)的干擾效果成為亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。本文以機(jī)載自衛(wèi)雷達(dá)有源壓制干擾系統(tǒng)為研究對(duì)象，探討不同平臺(tái)雷達(dá)干擾模擬器的干擾效果等效模擬方法。

1 車載模擬器的等效模擬方法

目前，車載模擬器因其調(diào)度靈活、效費(fèi)比高、便于更新維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用，是雷達(dá)干擾模擬器的主要類型。車載模擬器搭載車輛在訓(xùn)練場(chǎng)地進(jìn)行機(jī)動(dòng)，其干擾功率無(wú)法實(shí)時(shí)微調(diào)，通常只能在準(zhǔn)備實(shí)施干擾階段進(jìn)行粗略的調(diào)節(jié)。對(duì)于這類模擬器，應(yīng)在整個(gè)干擾時(shí)域上調(diào)整其與雷達(dá)之間的配置距離，以模擬機(jī)載自衛(wèi)雷達(dá)干擾系統(tǒng)的干擾效果。

根據(jù)功率準(zhǔn)則，在壓制性干擾條件下，干擾效果等效的充要條件是雷達(dá)接收機(jī)輸入端的“干信比”相等。假設(shè)雷達(dá)的探測(cè)目標(biāo)不變，且干擾信號(hào)帶寬覆蓋雷達(dá)接收機(jī)的帶寬，根據(jù)干擾方程推算可知，敵機(jī)載自衛(wèi)雷達(dá)干擾系統(tǒng)實(shí)施干擾時(shí)的雷達(dá)接收端干信比為：

式中：Pt、Pj、Pm分別為雷達(dá)、敵干擾系統(tǒng)、模擬器的功率，單位為 W；Δf r、Δf j、Δf m分別為雷達(dá)接收機(jī)、敵干擾系統(tǒng)、模擬器的帶寬，單位為Hz；σ為敵機(jī)的有效反射面積，單位為m2；Rj、Rm分別為雷達(dá)和敵機(jī)之間、模擬器和雷達(dá)之間的距離，單位為km；Gt、Gj、Gm分別為雷達(dá)、敵干擾系統(tǒng)、模擬器的主瓣增益；Gt（β）為雷達(dá)天線在模擬器方向上的接收增益，其中β是雷達(dá)對(duì)敵機(jī)和模擬器的張角；γj、γm分別為敵干擾系統(tǒng)和模擬器的干擾信號(hào)對(duì)雷達(dá)天線的極化損失；L t、L j、Lm分別為雷達(dá)、敵干擾系統(tǒng)、模擬器發(fā)射信號(hào)的大氣損耗。

那么，要使得模擬器與敵機(jī)載自衛(wèi)雷達(dá)干擾系統(tǒng)的干擾效果等效，必須滿足：

因此，在整個(gè)干擾過(guò)程中，模擬器與雷達(dá)之間的配置距離Rm（t）應(yīng)為：

式中：Rj（t）為敵機(jī)至雷達(dá)的時(shí)間 －距離函數(shù)，單位為km；β（t）為雷達(dá)對(duì)目標(biāo)和模擬器的時(shí)間 －張角函數(shù)，單位為°。

在進(jìn)行模擬時(shí)，可以人為地設(shè)置模擬器的天線極化方式、帶寬，使得γm＝γj，Δf m＝Δf j，所以：

顯然，雷達(dá)天線主瓣方向會(huì)隨著時(shí)間的推移，因雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)（敵機(jī)）空間位置的改變而變化，難以精確計(jì)算雷達(dá)天線在模擬器方向上的接收增益，只能用簡(jiǎn)化計(jì)算模型進(jìn)行估算［1］。另外，敵干擾系統(tǒng)對(duì)地基雷達(dá)的干擾屬于空對(duì)地干擾，而車載模擬器的干擾屬于地對(duì)地干擾，干擾信號(hào)傳播路徑的不同導(dǎo)致了傳播損耗的巨大差異，需要在實(shí)際應(yīng)用時(shí)利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)大氣損耗因子進(jìn)行修正。這些因素對(duì)車載模擬器等效模擬敵干擾系統(tǒng)的逼真程度起到了負(fù)面的影響。

2 靜止升降平臺(tái)模擬器的等效模擬方法

靜止升降平臺(tái)模擬器是指在訓(xùn)練場(chǎng)地某固定位置建造升降塔，將雷達(dá)干擾模擬器置于升降平臺(tái)上。運(yùn)用該類模擬器進(jìn)行模擬時(shí)，通過(guò)模擬器的勻速垂直機(jī)動(dòng)模擬來(lái)襲敵機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性；與此同時(shí)實(shí)時(shí)調(diào)整模擬器的干擾功率，來(lái)等效模擬機(jī)載自衛(wèi)雷達(dá)干擾系統(tǒng)的干擾效果。

圖1 靜止升降平臺(tái)模擬器等效模擬示意圖

建立平面直角坐標(biāo)系如圖1所示，來(lái)襲敵機(jī)以速度v j向雷達(dá)所在位置O點(diǎn)方向做勻速運(yùn)動(dòng)，飛行高度為h，初始時(shí)刻處于F（x j，h）點(diǎn)，t時(shí)刻后到達(dá)F′（x′j，h）點(diǎn)，雷達(dá)波束的仰角由θ變?yōu)棣取?。靜止升降平臺(tái)與雷達(dá)間距離為r。為等效模擬敵機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性，使雷達(dá)波束仰角的變化速率相等，模擬器應(yīng)向上作垂直運(yùn)動(dòng)，T0時(shí)刻應(yīng)處于F點(diǎn)的替代點(diǎn)M，T1時(shí)刻后應(yīng)到達(dá)F′點(diǎn)的替代點(diǎn)M′。因此，可得在T0到T1時(shí)刻之間，模擬器垂直運(yùn)動(dòng)速度的計(jì)算公式為：

由公式（6）可知，模擬器的垂直運(yùn)動(dòng)速度是由干擾時(shí)域、飛機(jī)起始位置、飛行高度、飛行速度及升降平臺(tái)的位置共同決定的。根據(jù)第1節(jié)中對(duì)干擾效果等效充要條件的論述，可知在模擬器垂直運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，應(yīng)使其干擾功率Pm滿足：

式中：干擾功率Pm（t）是以時(shí)間t為自變量的函數(shù)，T0≤t≤T1。

靜止升降平臺(tái)模擬器規(guī)避了雷達(dá)天線增益方向性及電波傳播路徑差異造成的負(fù)面效應(yīng)，相比車載模擬器而言，能夠更好地模擬敵方機(jī)載雷達(dá)干擾系統(tǒng)的干擾效果。但是靜止升降平臺(tái)必須搭建在固定的位置，無(wú)法根據(jù)訓(xùn)練實(shí)際需要而挪動(dòng)，在效費(fèi)比和使用的便捷性、靈活性方面不如車載平臺(tái)模擬器。

3 低空直軌平臺(tái)模擬器的等效模擬方法

靜止升降平臺(tái)模擬器僅適用于模擬朝雷達(dá)方向飛行的來(lái)襲敵機(jī)，對(duì)于橫掠飛行的敵機(jī)，需要采用低空直軌平臺(tái)模擬器進(jìn)行模擬。低空直軌平臺(tái)模擬器是指在訓(xùn)練場(chǎng)地某固定兩點(diǎn)搭建高塔，在高塔之間拉起直線軌道，將模擬器吊掛在軌道上進(jìn)行機(jī)動(dòng)。運(yùn)用該類模擬器進(jìn)行模擬時(shí)，模擬器通過(guò)水平機(jī)動(dòng)來(lái)模擬橫掠飛行敵機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性，與此同時(shí)，實(shí)時(shí)調(diào)整模擬器的干擾功率來(lái)等效模擬敵機(jī)載自衛(wèi)雷達(dá)干擾系統(tǒng)的干擾效果。

圖2 低空直軌平臺(tái)模擬器等效模擬示意圖

假設(shè)敵機(jī)飛行軌跡與直軌平行，建立三維直角坐標(biāo)系如圖2（a）所示：雷達(dá)位于O點(diǎn)，敵機(jī)以速度vj做水平勻速運(yùn)動(dòng)，飛行高度為hj，T0時(shí)刻處于F（x j，y j，h）點(diǎn)，T1時(shí)刻后到達(dá)F′（x′j，y′j，h）點(diǎn)；直軌的2個(gè)落腳點(diǎn)位置分別為（a，0，0）和（0，b，0），軌道高度為hm。要等效模擬敵機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性，使雷達(dá)波束方位角的變化速率相等，模擬器應(yīng)與敵機(jī)同向做水平運(yùn)動(dòng)，T0時(shí)刻應(yīng)處于F點(diǎn)的替代點(diǎn)M，T1時(shí)刻應(yīng)到達(dá)F′點(diǎn)的替代點(diǎn)M′。圖2（b）為敵機(jī)及模擬器運(yùn)動(dòng)軌跡在oxy面上的投影，θ為T0時(shí)刻的雷達(dá)方位角，θ′為T1時(shí)刻的雷達(dá)方位角。根據(jù)三角形相似的幾何原理，T0到T1時(shí)刻之間模擬器水平運(yùn)動(dòng)速度的計(jì)算公式為：

由公式（6）可知，模擬器的水平運(yùn)動(dòng)速度由飛機(jī)飛行高度、飛行速度及直軌的高度共同決定。根據(jù)第1節(jié)中對(duì)干擾效果等效充要條件的論述，可知T0到T1時(shí)刻之間模擬器干擾功率Pm應(yīng)為：

4 客觀條件受限時(shí)的等效模擬問(wèn)題

在實(shí)際應(yīng)用中，由于模擬器自身性能、模擬器平臺(tái)機(jī)動(dòng)能力、訓(xùn)練場(chǎng)地地理環(huán)境等客觀因素的限制，以及敵方作戰(zhàn)運(yùn)用方式的多樣性，上文給出的3種典型情況下的等效模擬方法未必適用。為了解決客觀條件受限時(shí)的干擾效果等效模擬問(wèn)題，這里提出一種折衷的等效模擬方法：定義“干信比偏離度”為干信比差值在整個(gè)干擾時(shí)域上的積分與敵方干擾系統(tǒng)實(shí)施干擾時(shí)干信比積分的比值，以字母X表示。首先針對(duì)具體情況列出可能的模擬方案，然后計(jì)算各個(gè)方案的干信比偏離度，對(duì)比選取偏離度最小的方案為此客觀條件下的等效模擬方法。X的計(jì)算公式為：

下面以車載模擬器為例，形象化地說(shuō)明這種方法：如圖3所示，某型車載模擬器，無(wú)法任意調(diào)整其配置距離和干擾功率，只能在訓(xùn)練場(chǎng)地公路上勻速行進(jìn)。建立三維直角坐標(biāo)系，雷達(dá)位于O點(diǎn)，飛機(jī)初始時(shí)刻位于點(diǎn)F（x j，0，h），飛行軌跡為y＝0，z＝h（h為飛行高度），飛行速度為vj；車輛行進(jìn)路線為y＝a＋bx，z＝0（a、b為常數(shù)）。

圖3 某型車載模擬器等效模擬示意圖

只有車輛初始位置、車輛行進(jìn)速度是可調(diào)控的，因此，不妨假設(shè)初始位置為 （x0，a＋bx0，0），行進(jìn)速度為vm。由幾何知識(shí)可得t時(shí)刻后位置為根據(jù)式（10）計(jì)算可供選擇模擬方案的干信比偏離度為：

顯然，公式（11）為X關(guān)于車輛初始位置和行進(jìn)速度的函數(shù)。在掌握各項(xiàng)參數(shù)、估算各項(xiàng)因子后，運(yùn)用數(shù)學(xué)解析法或者計(jì)算機(jī)工具，可以求出使X取得最小值時(shí)的車輛初始位置和行進(jìn)速度，以此作為模擬器的等效模擬方法。

［1］林象平.雷達(dá)對(duì)抗原理［M］.西安：西北電訊工程學(xué)院出版社，1985.

［2］邵國(guó)培.電子對(duì)抗作戰(zhàn)效能分析［M］.北京：解放軍出版社，1998.