抗擊高超音速巡航導(dǎo)彈地基雷達(dá)部署方法研究

劉 健 管維樂 劉志航

空軍工程大學(xué)防空反導(dǎo)學(xué)院，西安710051

高超音速巡航導(dǎo)彈擁有極快打擊速度、精準(zhǔn)到達(dá)能力以及高速隱身突防能力，是快速全球反應(yīng)作戰(zhàn)的首選武器，必將引起未來作戰(zhàn)樣式的重大變革，使防空系統(tǒng)面臨巨大挑戰(zhàn)。

地基雷達(dá)是探測HCM的主要裝備，因此，合理有效地部署地基雷達(dá)是抗擊HCM的一個(gè)重要課題。關(guān)于地基雷達(dá)部署，國內(nèi)外已有不少研究，但基本都是針對防空、反導(dǎo)的雷達(dá)部署方法［1-10］。由于HCM目標(biāo)特性不同于以往空中目標(biāo)和彈道目標(biāo)特性，因此有必要對抗擊HCM的雷達(dá)部署方法進(jìn)行有針對性的研究。

HCM的作戰(zhàn)距離可達(dá)數(shù)千公里，突擊目標(biāo)難以預(yù)測。因此，除了在HCM末段進(jìn)行攔截以外，最好在其巡航飛行段進(jìn)行多次攔截。所以，盡早預(yù)警、持續(xù)跟蹤，提供目標(biāo)信息，是抗擊HCM的基本前提。

要使雷達(dá)盡早提供預(yù)警信息、穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)，就要求雷達(dá)有較大的探測距離和良好的跟蹤能力。但是，雷達(dá)的探測、跟蹤距離受多個(gè)因素的影響［11］，主要有:1)雷達(dá)自身的功率、增益和帶寬等性能因素，限制了雷達(dá)的最大探測和跟蹤距離;2)雷達(dá)探測跟蹤能力還受到目標(biāo)特性的影響，目標(biāo)的速度和RCS、飛行姿態(tài)、機(jī)動能力等都會影響雷達(dá)的探測、跟蹤距離;3)雷達(dá)探測距離還要受地球曲率、地物遮蔽和氣候變化等環(huán)境因素的影響。目標(biāo)特性、地物遮蔽和氣候變化等因素引起雷達(dá)探測能力的變化，從而對雷達(dá)部署構(gòu)成影響。限于篇幅，這些部署問題暫不討論。

大功率雷達(dá)的探測距離雖然很遠(yuǎn)，但在水平探測時(shí)，地球曲率的影響使得雷達(dá)的探測距離大為縮小。因此，地球曲率影響下的雷達(dá)最大探測距離是一個(gè)必須討論的問題，這也是雷達(dá)部署研究的基礎(chǔ)。顯然，預(yù)警雷達(dá)離攔截系統(tǒng)越遠(yuǎn)，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)越早，為攔截系統(tǒng)提供的預(yù)警時(shí)間就越多。但國土疆界是有限的，這限制了預(yù)警雷達(dá)的部署，從而限制了HCM的預(yù)警距離。而攔截作戰(zhàn)又需要一定的作戰(zhàn)準(zhǔn)備時(shí)間，那么，預(yù)警雷達(dá)離攔截系統(tǒng)的距離為多少時(shí)能滿足作戰(zhàn)準(zhǔn)備時(shí)間需求成為預(yù)警雷達(dá)離攔截系統(tǒng)的最小配置距離問題。

前面提到，對HCM應(yīng)盡可能地進(jìn)行接力跟蹤。由于地球曲率的影響，雷達(dá)探測距離有限，為了保持相鄰雷達(dá)探測空間的銜接，相鄰跟蹤雷達(dá)的前后配置間距也是一個(gè)必須討論的問題。

基于上述考慮，本文探討的問題主要有:1)地球曲率影響下的雷達(dá)最大探測距離計(jì)算方法;2)預(yù)警雷達(dá)離攔截系統(tǒng)最小配置距離的計(jì)算方法;3)接力跟蹤時(shí)相鄰跟蹤雷達(dá)前后配置間距計(jì)算方法。

為便于研究，提出下面假設(shè):1)不考慮雷達(dá)本身的探測能力，只考慮地球曲率對雷達(dá)最大探測距離的影響;雷達(dá)自身探測能力對抗擊HCM部署的限制，將另文討論;2)來襲HCM目標(biāo)特性確定、航路確定，只考慮HCM的巡航飛行段，設(shè)其在地球上空等高等速飛行;3)抗擊HCM的攔截系統(tǒng)部署合理，對HCM構(gòu)成攔截條件。

1 地球曲率影響下的雷達(dá)最大探測距離計(jì)算方法

當(dāng)目標(biāo)低空飛行或者目標(biāo)離雷達(dá)距離相當(dāng)遠(yuǎn)時(shí)，雷達(dá)對目標(biāo)的探測距離受地球曲率的影響。為此，首先對地球曲率影響下雷達(dá)的實(shí)際探測距離進(jìn)行分析。

2 預(yù)警雷達(dá)離攔截系統(tǒng)最小配置距離的計(jì)算方法

在抗擊HCM作戰(zhàn)過程中，相關(guān)事項(xiàng)時(shí)間有:

1)等級轉(zhuǎn)進(jìn)時(shí)間(Δt0)

攔截系統(tǒng)接到HCM預(yù)警信息后，進(jìn)行作戰(zhàn)等級轉(zhuǎn)進(jìn)需要一定的準(zhǔn)備時(shí)間，主要包括人員就位時(shí)間和武器系統(tǒng)開機(jī)及狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間，等級轉(zhuǎn)進(jìn)時(shí)間因白天、黑夜而不等。

2)攔截系統(tǒng)制導(dǎo)雷達(dá)對目標(biāo)指示的響應(yīng)時(shí)間(Δt1)

攔截系統(tǒng)接到上級雷達(dá)指示的目標(biāo)信息后，制導(dǎo)雷達(dá)對指定空域進(jìn)行搜索，經(jīng)歷對目標(biāo)指示的響應(yīng)時(shí)間后，制導(dǎo)雷達(dá)截獲目標(biāo)。

3)攔截系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間(Δt2)

從制導(dǎo)雷達(dá)截獲目標(biāo)到第一發(fā)攔截導(dǎo)彈發(fā)射，須經(jīng)歷穩(wěn)定跟蹤、諸元計(jì)算、定下射擊決心等環(huán)節(jié)，其間時(shí)間稱為系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間。

4)攔截彈飛行時(shí)間(Δt3)

攔截彈飛行至殺傷區(qū)各點(diǎn)時(shí)間基本是確定的，攔截彈必須在殺傷區(qū)與目標(biāo)遭遇，否則不能成功攔截目標(biāo)。

5)航跡形成、信息處理與通信時(shí)間(Δt4)

預(yù)警雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后，需要形成航跡、處理計(jì)算目標(biāo)信息，然后經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌r截系統(tǒng)，航跡形成、信息處理與通信都需要一定時(shí)間。

作戰(zhàn)事項(xiàng)與時(shí)間的構(gòu)成可用圖2表示。

圖2 作戰(zhàn)事項(xiàng)與時(shí)間構(gòu)成示意圖

設(shè)HCM水平飛行速度為vt，飛行高度為ht;攔截系統(tǒng)對HCM殺傷區(qū)的最大斜距為rmax。依據(jù)盡早攔截的作戰(zhàn)原則，設(shè)遭遇點(diǎn)位于殺傷區(qū)遠(yuǎn)界，即Δt3取攔截彈飛行至殺傷區(qū)遠(yuǎn)界的時(shí)間。設(shè)預(yù)警雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時(shí)HCM所處位置為預(yù)警點(diǎn)，這樣預(yù)警點(diǎn)到攔截系統(tǒng)殺傷區(qū)遠(yuǎn)界的最小距離為(Δt0+Δt1+Δt2+Δt3+Δt4)vt，預(yù)警點(diǎn)到攔截系統(tǒng)的最小距離為:

這樣，在時(shí)間上攔截系統(tǒng)才能對目標(biāo)構(gòu)成射擊條件。

3 接力跟蹤時(shí)相鄰跟蹤雷達(dá)前后配置間距計(jì)算方法

由于HCM突擊的目標(biāo)未知，所以對HCM不僅要盡早預(yù)警，還應(yīng)盡可能地進(jìn)行接力跟蹤。由于地球曲率的影響，雷達(dá)探測距離有限，并且相鄰雷達(dá)之間最好保持一定的銜接空間，因此，接力跟蹤時(shí)相鄰跟蹤雷達(dá)配置間距便是一個(gè)必須討論的問題。

圖3 接力跟蹤時(shí)相鄰跟蹤雷達(dá)配置間距計(jì)算示意圖

這就是接力跟蹤時(shí)相鄰跟蹤雷達(dá)配置間距的計(jì)算公式。

4 算例

1)由式(1)，雷達(dá)的實(shí)際探測距離為

2)等級轉(zhuǎn)進(jìn)時(shí)間一般不大于400s，取較難的情況，設(shè)等級轉(zhuǎn)進(jìn)時(shí)間Δt0=400s;制導(dǎo)雷達(dá)對目標(biāo)指示的響應(yīng)時(shí)間Δt1=15s，攔截系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間Δt2=15s，攔截彈飛行至殺傷區(qū)高遠(yuǎn)界時(shí)間Δt3=20s;作戰(zhàn)體系的航跡形成、信息處理與通信時(shí)間Δt4=20s;攔截系統(tǒng)對HCM殺傷區(qū)的最大斜距rmax=30 km。

目前，已取得實(shí)驗(yàn)成功的HCM飛行速度在5～10Ma之間，為此分幾種速度考慮。

1)設(shè)HCM水平飛行速度為vt=5Ma=1.7km/s，這樣預(yù)警點(diǎn)與攔截系統(tǒng)的最小距離為

即以攔截系統(tǒng)配置點(diǎn)為基準(zhǔn)，預(yù)警雷達(dá)至少應(yīng)在HCM飛至807.76km處發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，否則攔截系統(tǒng)在時(shí)間上來不及射擊。

由式(1)中計(jì)算結(jié)果，取預(yù)警雷達(dá)對HCM的最大探測距離為Rmax=500km，這樣，預(yù)警系統(tǒng)與攔截系統(tǒng)的距離ΔL至少應(yīng)滿足

這表明預(yù)警雷達(dá)應(yīng)提前308.16km部署，才能保證目標(biāo)飛至807.76km處發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，為部隊(duì)提供必須的作戰(zhàn)準(zhǔn)備時(shí)間。

有些制導(dǎo)雷達(dá)對目標(biāo)指示的響應(yīng)時(shí)間、攔截系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間可能大一些，設(shè)Δt1=20s，Δt2=20s，則

這表明預(yù)警雷達(dá)應(yīng)提前325.16km部署，才能提供必須的作戰(zhàn)準(zhǔn)備時(shí)間。

2)若 HCM水平飛行速度達(dá)到 vt=10Ma=3.4km/s，制導(dǎo)雷達(dá)對目標(biāo)指示的響應(yīng)時(shí)間、攔截系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間亦取較大的情形，即Δt1=20s，Δt2=20s，其它參數(shù)不變，則預(yù)警點(diǎn)與攔截系統(tǒng)的最小距離為

即預(yù)警雷達(dá)至少應(yīng)在HCM飛至1627.16km處發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，否則攔截系統(tǒng)在時(shí)間上來不及射擊。此時(shí)，預(yù)警系統(tǒng)與攔截系統(tǒng)的距離ΔL至少應(yīng)滿足

這表明預(yù)警雷達(dá)至少應(yīng)配置在攔截系統(tǒng)前1127.56km處。

綜合1)和2)，可得下面結(jié)論:以攔截系統(tǒng)配置點(diǎn)為基準(zhǔn)，在上述假設(shè)的參數(shù)下，預(yù)警雷達(dá)配置范圍為 (308.16，1127.56)之間。由于攔截系統(tǒng)前1127.56km處很可能已超出國界，因此地基雷達(dá)已無法承擔(dān)預(yù)警任務(wù)，發(fā)展海基、天基預(yù)警系統(tǒng)勢在必行;同時(shí)也說明，HCM在快速突擊方面具有很大的優(yōu)勢，對現(xiàn)有防空系統(tǒng)構(gòu)成巨大壓力。

3)取HCM飛行速度為最大的情形vt=10Ma=3.4km/s，跟蹤雷達(dá)最大高低角εmax=75°，相鄰跟蹤雷達(dá)的交接班時(shí)間Δt=20s，則相鄰跟蹤雷達(dá)配置間距

因此，在上述參數(shù)下相鄰跟蹤雷達(dá)配置間距不得超過431.03km。

(注:算例中所取數(shù)據(jù)，主要用于方法驗(yàn)證，與真實(shí)系統(tǒng)有一定出入。)

5 結(jié)語

合理部署地基雷達(dá)，盡早預(yù)警、持續(xù)跟蹤，提供目標(biāo)信息，是抗擊高超音速巡航導(dǎo)彈的基本前提。本文考慮了地球曲率影響，提出了預(yù)警雷達(dá)離攔截系統(tǒng)最小距離的計(jì)算方法，建立了接力跟蹤時(shí)相鄰跟蹤雷達(dá)配置間距的計(jì)算方法，并采用上述方法進(jìn)行了算例計(jì)算，得到了有益的結(jié)論。該法對科學(xué)部署地基雷達(dá)，有效抗擊高超音速巡航導(dǎo)彈，具有指導(dǎo)意義。

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