舷外雷達有源誘餌干擾反艦導彈仿真建模與分析

賴中安，王彩英

（解放軍91404部隊，秦皇島066000）

0 引 言

近年來，隨著電子對抗技術(shù)的發(fā)展，舷外雷達有源誘餌作為水面艦艇對抗現(xiàn)代反艦導彈的一種有效方式，逐漸引起大家的高度關(guān)注。它接收導彈末制導雷達信號，然后將該信號放大后轉(zhuǎn)發(fā)出去，使導彈制導雷達無法區(qū)分目標艦船和誘餌，形成對導彈制導雷達的質(zhì)心干擾，從而將導彈誘離目標。

本文通過分析舷外雷達有源誘餌的干擾機理，對其布放距離、布放角度等關(guān)鍵參數(shù)進行數(shù)學建模，并仿真分析關(guān)鍵參數(shù)的最佳值，尋求最佳方法發(fā)揮舷外有源誘餌的干擾效能，為舷外有源誘餌的戰(zhàn)場使用和部隊訓練打下基礎(chǔ)。

1 舷外雷達有源誘餌對抗反艦導彈的干擾機理

目前反艦導彈的末制導雷達大多采用了單脈沖雷達體制。單脈沖雷達通過瞬時比較回波信號幅度來完成對目標的定向。對于傳統(tǒng)的舷內(nèi)干擾設(shè)備，不論其采用何種干擾樣式，在角度上都無法實現(xiàn)真正的干擾。而舷外雷達有源誘餌通過放大轉(zhuǎn)發(fā)與目標艦艇回波信號一致的雷達信號，對單脈沖雷達進行非相干雙點源干擾，其干擾作用的機理是質(zhì)心效應(yīng)，從而實現(xiàn)了真正的角度欺騙[1]。

1.1 雷達有源誘餌干擾方程

有源誘餌能否有效干擾反艦導彈，主要依賴于干擾信號與目標反射信號的相對幅度對導彈角度跟蹤系統(tǒng)的影響。

假設(shè)反艦導彈、目標艦船和有源誘餌的空間關(guān)系如圖1所示。反艦導彈的制導雷達以天線主瓣指向目標，干擾機以天線主瓣指向雷達。在一般情況下，干擾機和被掩護的目標沒有配置在一起，所以干擾能量會從雷達天線的旁瓣進入雷達。根據(jù)圖1所示關(guān)系，制導雷達接收機同時接收2個信號：目標回波信號Pres和干擾信號Prej。

圖1 拖曳式雷達有源誘餌保護艦船示意圖

當干擾信號與回波信號的功率比大于壓制系數(shù)KJ時，可以得到有效干擾：

式中：Pt為制導雷達的脈沖功率；Gt為制導雷達發(fā)射／接收天線增益（這里假設(shè)發(fā)射和接收共用同一天線）；σ為目標艦船的散射截面積；Rt為制導雷達到目標艦船的距離；Pj為干擾機的發(fā)射功率；Gj為干擾機發(fā)射天線增益；Gt（α）為偏離開雷達天線主瓣最大方向α角的雷達天線接收增益；Rj為干擾機到雷達的距離；rj為干擾信號與雷達信號的極化失配損失系數(shù)[2]。

式（1）就是雷達有源干擾方程的一般表達式，它為舷外雷達有源誘餌的技術(shù)設(shè)計和戰(zhàn)術(shù)使用提供了理論依據(jù)。

1.2 干擾方程分析

若要拖曳式雷達有源誘餌能夠有效干擾反艦導彈，需要有源誘餌發(fā)射的干擾功率滿足：

式中：PD＝PjGj。

由于沒有具體的雷達天線參數(shù)，對Gt（α）利用經(jīng)驗公式近似表示[3]：

式中：k為與制導雷達天線相關(guān)的常數(shù)，取0.04～0.10；θ0.5為制導雷達天線主瓣寬度；α為制導雷達與目標連線和制導雷達與誘餌連線之間的夾角。

從圖1中的空間關(guān)系，應(yīng)用三角形余弦定理可以得到：

正常情況下，誘餌離目標的距離總是小于目標離導彈的距離，即Rd≤Rt，則有α＜90°。在這種情況下，將式（3）和式（4）代入式（2）中，可得：

1.3 舷外雷達有源誘餌的布放距離仿真分析

在式（5）中，取KJ＝10，Pt＝10kW、Gt＝100，σ＝5 0m2，Lp＝3dB，k＝0.0 5，θ0.5＝1 0°，Rt＝50km（以上數(shù)據(jù)為虛構(gòu)，實際應(yīng)用中應(yīng)由情報或試驗得到），可做出PD～α關(guān)系和PD～Rd關(guān)系如圖2所示。

從以上仿真分析可得到如下結(jié)果：

（1）θ和α的值越靠近0°，PD的值越小；當θ＝0°時，α＝0°，此時PD取極小值。該結(jié)果表示：在實際使用時，誘餌應(yīng)該盡量在目標艦船和反艦導彈之間布設(shè)，這樣可以降低干擾發(fā)射功率要求。

（2）RD越大，PD的值越小。該結(jié)果表示：在實際使用時，誘餌應(yīng)該盡量在目標艦船和反艦導彈之間，離被保護目標艦船盡量遠一些。

前面的分析沒有考慮導彈末制導雷達的距離分辨率因素。如果舷外雷達有源誘餌與目標艦船的距離大于距離分辨率，則被制導雷達分辨為2個目標，無法形成質(zhì)心干擾。因此，考慮到這個因素，還需要

誘餌與目標艦船的距離小于距離分辨率。

圖2 雷達有源誘餌干擾發(fā)射功率PD與α和Rd的關(guān)系圖

2 舷外雷達有源誘餌質(zhì)心干擾效果分析

2.1 舷外雷達有源誘餌質(zhì)心干擾方程

雷達有源誘餌通過放大和轉(zhuǎn)發(fā)敵方雷達的信號，與水面艦艇的真實回波信號共同作用來完成導彈誘騙。其干擾作用的機理是質(zhì)心效應(yīng)[4]。如圖3所示，很明顯，為了引誘導彈遠離目標艦，應(yīng)該讓θ2越大越好。

圖3 舷外雷達有源誘餌質(zhì)心干擾過程

由質(zhì)心原理可知：

從而可得：

在α變化、其他條件不變的情況下，KJ與α的關(guān)系為：

當?shù)那闆r，即式（9）可進一步簡化得到：

圖4 舷外雷達有源誘餌布放角度示意圖

2.2 舷外雷達有源誘餌布放角度數(shù)學模型

假定反艦導彈對準目標艦船，雷達有源誘餌與目標艦對導彈的張角為α；目標艦與導彈的距離為Rt；雷達有源誘餌與導彈的距離為Rj；導彈與目標艦對雷達有源誘餌的張角為γ；有源誘餌的布放角度為β；導彈制導雷達的距離分辨率為Dj；導彈制導雷達的角度分辨率為J；主波束角度為θ0.5。對于導彈制導雷達，一般角度分辨率小于半波束角，即J

從圖4中的空間關(guān)系，根據(jù)三角形正弦定理有：

則可得到有源誘餌的布放角度β為：

在上面的討論中，沒有考慮反艦導彈導引頭的距離分辨率和角度分辨率。在實際雷達有源干擾過程中，有源誘餌與目標艦對導彈的張角α在角度分辨率內(nèi)才能形成質(zhì)心干擾。同時由于制導雷達的距離分辨率限制，雷達有源誘餌并不能無限制布放。因此，在實際舷外雷達有源誘餌的布放中，這2個因素是必須要考慮的重要方面[5]。

下面分2種情況進行討論。

（1）受導彈制導雷達的距離分辨率Dj的限制，有源誘餌與目標艦對導彈的張角α小于制導雷達角度分辨率J。

由于因此有源誘餌一定在主波束內(nèi)。此時，有源誘餌的最佳布放角度β為：

此時需要滿足條件：Rd≤Dj≤RtsinJ，且引偏角度，其中

（2）有源誘餌不受導彈制導雷達的距離分辨率Dj限制，但受制導雷達角度分辨率J限制。

此時，為了達到最佳干擾效果，應(yīng)該選擇α＝J。則有源誘餌的最佳布放角度β為：

此時需要滿足條件：Dj≥Rd＞RtsinJ，且引偏角度，其中

2.3 舷外雷達有源誘餌布放角度仿真分析

根據(jù)以上分析，取PD＝100kW，Pt＝10kW，（以上數(shù)據(jù)為虛構(gòu)，實際應(yīng)用中應(yīng)由情報或試驗得到），可做出Rt從12km到2km范圍內(nèi)，最佳布放角度β和Rt的關(guān)系如圖5所示。

圖5 雷達有源誘餌最佳布放角度β與Rt關(guān)系圖

從圖5可以看出，當導彈距離目標艦船比較遠時，舷外雷達有源誘餌的最佳布放角度比較大，接近于90°；隨著導彈不斷接近目標艦船，最佳布放角度越來越小[6]。其布放位置變化趨勢如圖6所示。

圖6 雷達有源誘餌布放位置變化趨勢圖

3 結(jié)論

以上理論分析和仿真實驗表明：

（1）對于布放距離來說，舷外雷達有源誘餌距離目標艦艇越遠越好，距離反艦導彈越近越好，且小于等于制導雷達的距離分辨率Dj。即其應(yīng)盡量在目標艦船和反艦導彈之間，向?qū)椃较蛲斗耪T餌。

（2）對于布放角度來說，舷外雷達有源誘餌的布放角度與導彈到目標艦船的距離、導彈制導雷達的角度分辨率和距離分辨率相關(guān)。其對應(yīng)關(guān)系為：

式中：β為最佳布放角度；Dj為導彈制導雷達的距離分辨率；Rt為導彈到目標艦船的距離；J為導彈制導雷達的角度分辨率；Rd為布放距離。

[1]王萬通.投擲式有源雷達誘餌技術(shù)分析[J].電子對抗技術(shù)，1997（3）：1－3.

[2]王萬通，龐國榮.拖曳式有源雷達誘餌[J].電子對抗技術(shù)，1998，13（3）：21－25.

[3]于兵，高東華.舷外誘餌對抗單脈沖雷達體制反艦導彈的研究[J].艦船電子工程，2003（2）：51－54.

[4]朱炳賢譯.舷外有源誘餌對付反艦導彈的有效性[J].水雷戰(zhàn)與艦船防護，2003（4）：1－17.

[5]石長安.舷外誘餌及其戰(zhàn)術(shù)使用方式分析[J].飛航導彈，2004（11）：59－62.

[6]許海龍.艦載舷外雷達有源誘餌作戰(zhàn)應(yīng)用和效能分析[J].電子信息對抗技術(shù)，2007（4）：50－53.