舷外有源誘餌對抗反輻射導(dǎo)彈模型研究

戴有才，劉金元

（91202部隊(duì)，遼寧葫蘆島125004）

舷外有源誘餌對抗反輻射導(dǎo)彈模型研究

戴有才，劉金元

（91202部隊(duì)，遼寧葫蘆島125004）

艦載雷達(dá)系統(tǒng)包括多種型號(hào)的雷達(dá)，在艦艇施放舷外有源誘餌對抗ARM時(shí)，不能簡單地將其視為單一輻射源目標(biāo)。通過分析艦載雷達(dá)輻射源工作特性，建立了舷外有源誘偏條件下ARM對艦載雷達(dá)的攻擊模型。仿真結(jié)果表明，ARM散落點(diǎn)在艦載雷達(dá)周圍分布較為密集，可以對艦載雷達(dá)系統(tǒng)構(gòu)成了較大的威脅。

反輻射導(dǎo)彈；艦載雷達(dá)；合成場強(qiáng)；有源誘餌

反輻射導(dǎo)彈（ARM）利用輻射源的輻射信號(hào)進(jìn)行被動(dòng)尋的進(jìn)而摧毀目標(biāo)輻射源[1]，以其對雷達(dá)系統(tǒng)的強(qiáng)大壓制力在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中得到廣泛運(yùn)用[2-3]。水面艦艇上的艦載雷達(dá)系統(tǒng)具有數(shù)量多、分布密集等特點(diǎn)[4]，面對ARM的嚴(yán)重威脅，如何有效防御ARM的攻擊也是艦艇實(shí)現(xiàn)有效防空的保證[5-6]。施放舷外有源誘餌是對抗ARM的一項(xiàng)有效手段，其原理為利用有源誘餌和雷達(dá)系統(tǒng)構(gòu)成有源誘偏系統(tǒng)，使得ARM被動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭無法準(zhǔn)確跟蹤其中的任一輻射源[7-8]。然而，由于艦載雷達(dá)系統(tǒng)的組成復(fù)雜、類型多樣[9]，在研究舷外有源誘餌對抗ARM的效果時(shí)，將其當(dāng)成單一輻射源是不合適的[10]。

為對艦艇采用舷外誘餌對抗ARM的戰(zhàn)術(shù)進(jìn)行有效評估，有必要建立舷外有源誘餌對抗ARM的模型并進(jìn)行仿真分析。

1 ARM對艦載雷達(dá)攻擊模型

ARM進(jìn)入控制飛行狀態(tài)后，通過截獲的目標(biāo)雷達(dá)信號(hào)來對目標(biāo)實(shí)施跟蹤。對落入ARM可攻頻段的輻射源信號(hào)，ARM優(yōu)先捕捉輻射功率大的目標(biāo)。為滿足信號(hào)截獲的概率，ARM通常具有較大的視場角，一般為±30°左右；當(dāng)ARM鎖定目標(biāo)后，為滿足跟蹤精度要求，跟蹤角為±4°左右[11]。在控制飛行狀態(tài)中，若丟失目標(biāo)達(dá)一定時(shí)間后，則轉(zhuǎn)為搜索狀態(tài)，直至重新捕獲目標(biāo)后，再對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。

ARM被動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭是一個(gè)采用單脈沖技術(shù)的寬帶無源測向系統(tǒng)，它通過探測目標(biāo)雷達(dá)來波波前的法向與瞄準(zhǔn)軸的偏離得出角跟蹤信息。依據(jù)這一特性，ARM在接近目標(biāo)雷達(dá)一定距離之前，其導(dǎo)引頭無法將相同類型或具有近似工作參數(shù)的目標(biāo)輻射源分辨出來，會(huì)把目標(biāo)當(dāng)成合成點(diǎn)源來處理。當(dāng)舷外有源誘餌與ARM所捕捉的目標(biāo)對ARM構(gòu)成有源誘偏條件時(shí)，ARM的跟蹤過程見圖1，其步驟如下。

1）在開始跟蹤時(shí)，ARM與艦艇的距離大大超過各艦載雷達(dá)間的距離。此時(shí)，各點(diǎn)源與ARM的夾角小于某一角度φ（φ取ARM導(dǎo)引頭分辨角），ARM跟蹤艦載雷達(dá)的幾何中心。

2）當(dāng)ARM與艦載雷達(dá)接近到一定距離，ARM將具有不同能量的點(diǎn)源區(qū)別開來。不能區(qū)分的點(diǎn)源，將其合成為新的獨(dú)立點(diǎn)源。對于ARM能區(qū)別的多點(diǎn)源目標(biāo)，ARM優(yōu)先跟蹤輻射能量大的目標(biāo)。

3）對于具有相同或相似能量的點(diǎn)源，當(dāng)點(diǎn)源與ARM的夾角增加到角度φ時(shí)，ARM開始跟蹤多點(diǎn)源的功率中心；當(dāng)多點(diǎn)源與ARM的夾角增大到θ=0.8θR～0.9θR（θR為ARM接收天線波束寬度）時(shí)，導(dǎo)引頭可以分辨出多點(diǎn)源目標(biāo)，并跟蹤輻射功率較大的點(diǎn)源。當(dāng)ARM鎖定目標(biāo)后，進(jìn)入跟蹤狀態(tài)，不再分選其他目標(biāo)信號(hào)。

4）對于旋轉(zhuǎn)式工作的雷達(dá)，由于天線面的旋轉(zhuǎn)會(huì)使ARM間歇性地丟失目標(biāo)。若丟失目標(biāo)時(shí)間達(dá)到0.3s，則認(rèn)為ARM丟失目標(biāo)，并對所截獲的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行重新分選。當(dāng)艦載雷達(dá)、誘餌源與ARM導(dǎo)引頭的夾角增加到ARM的分辨角φ時(shí)，ARM開始跟蹤多點(diǎn)源的功率中心。

2 多點(diǎn)源空間輻射特性分析

2.1 輔射源空間合成場強(qiáng)判定準(zhǔn)則

當(dāng)艦艇施放的有源誘餌和某一類型的艦載雷達(dá)滿足一定條件時(shí)，可以對ARM形成誘偏干擾。分析表明，對ARM導(dǎo)引頭產(chǎn)生誘偏效應(yīng)的點(diǎn)源應(yīng)滿足[12]：①點(diǎn)源的輻射信號(hào)在ARM導(dǎo)引頭的波束范圍內(nèi)；②點(diǎn)源的載頻頻差要小于導(dǎo)引頭的頻率分辨率；③點(diǎn)源的發(fā)射脈沖周期要相似；④點(diǎn)源的振幅比應(yīng)滿足一定條件，一般情況下應(yīng)不大于1.25。[13]

由判定準(zhǔn)則可以看出，有源誘餌對反輻射導(dǎo)彈形成誘偏效應(yīng)的重要前提是能量相近、波形同步。從各類型艦載雷達(dá)的空間掃描方式來看，火控雷達(dá)波束最為穩(wěn)定，施放舷外有源誘餌對抗反輻射導(dǎo)彈的條件容易達(dá)成，而其他類型如警戒及搜索雷達(dá)，在某一時(shí)刻，誘偏條件很難達(dá)成，因而僅考慮誘餌與火控雷達(dá)達(dá)成有源誘偏的情形。

2.2 艦載雷達(dá)空間合成場強(qiáng)計(jì)算

對脈沖雷達(dá)，第i部雷達(dá)發(fā)射機(jī)平均功率為[14]：

式（1）中：Pf,i為峰值功率；fr,i為發(fā)生脈沖的重復(fù)頻率；τi為脈沖寬度。

到達(dá)ARM導(dǎo)引頭的接收功率為：

式（2）中：Gi0為第i部雷達(dá)的天線最大增益；Gi(α,β,t)為天線的歸一化方向圖系數(shù)；Ri為第i部雷達(dá)與ARM之間的距離；Ae為ARM導(dǎo)引頭天線口徑；Lt為雷達(dá)的綜合損耗。

若第i部雷達(dá)的坐標(biāo)為(xi,yi,zi)，此時(shí)ARM坐標(biāo)為(xa,ya,za)，則

由此，各部雷達(dá)到達(dá)ARM導(dǎo)引頭的場強(qiáng)為：

導(dǎo)引頭接收到的第i部雷達(dá)信號(hào)為：

式（5）中：ωi為輻射源輻射信號(hào)的角頻率；λi為輻射源的工作波長；?i為初始相位。

輻射源在ARM導(dǎo)引頭處的合成信號(hào)的相位、幅度分別為：

2.3 ARM命中模型

隨著ARM與多點(diǎn)源的接近，點(diǎn)源與ARM導(dǎo)引頭的夾角會(huì)逐漸增大；當(dāng)夾角增大到θ=0.8θR～0.9θR時(shí)，導(dǎo)引頭可以分辨出多點(diǎn)源目標(biāo)。

不妨假定ARM先將點(diǎn)源D與其他點(diǎn)源分辨出來。由于點(diǎn)源輻射的信號(hào)功率是相近的，那么接下來ARM將可能跟蹤點(diǎn)源D，或者是其他未分辨出點(diǎn)源的功率中心O1。如果ARM選擇攻擊功率中心O1，隨著ARM與未分辨的點(diǎn)源距離的接近，ARM又將其中之一點(diǎn)源與其他點(diǎn)源分辨出來[15]?？紤]測角誤差下ARM對2點(diǎn)源的命中過程見圖2。

依此類推。每次ARM分辨出某點(diǎn)源時(shí)，ARM將隨機(jī)選擇一個(gè)目標(biāo)，要么選擇功率中心，要么選擇該點(diǎn)源進(jìn)行攻擊。為避免ARM過早地分辨出雷達(dá)和誘餌，誘餌和雷達(dá)的間距不能太大，文獻(xiàn)[16]論證了誘餌配置的最佳距離在250～300m間。當(dāng)誘餌配置到最佳距離時(shí)，ARM即使已經(jīng)檢測出點(diǎn)源和雷達(dá)，即使以最大過載進(jìn)行彈道修正，也不能保證命中其中之一。

如果ARM每次選擇的都是未分辨點(diǎn)源的功率中心，ARM在進(jìn)入失速距離時(shí)，存在以下2種情況。

1）ARM進(jìn)入失速距離前，已分辨出所有多點(diǎn)源。顯然，ARM最后區(qū)分的是最后剩下的2點(diǎn)源，不妨設(shè)為點(diǎn)源A、B，見圖2，O為功率中心，CO″為角平分線，θ為ARM分辨角，γ為測角誤差，α為2點(diǎn)源法平面與ARM瞄準(zhǔn)軸的夾角，D′為ARM的命中點(diǎn)。假定ARM最后選擇了點(diǎn)源A。文獻(xiàn)[17]推導(dǎo)了測角誤差存在下，ARM命中點(diǎn)D′與A的距離為：

式（8）中：L為雷達(dá)和誘餌間的距離；R為ARM最大轉(zhuǎn)彎半徑；L′、a1、b1、c1為經(jīng)推導(dǎo)后的簡化式，即：

下面推導(dǎo)D′點(diǎn)在地面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。C點(diǎn)坐標(biāo)(xc,yc,zc)可由ARM彈道方程確定，點(diǎn)源A、B坐標(biāo)為(xa,ya,za)和(xb,yb,zb)。則點(diǎn)源A、B到ARM導(dǎo)引頭的距離為：

可確定B′點(diǎn)坐標(biāo)及B′和點(diǎn)A的距離分別為：

則D′點(diǎn)坐標(biāo)為：

2）ARM在進(jìn)入失速距離時(shí)仍未能分辨出剩余的若干點(diǎn)源。根據(jù)舷外誘餌的配置方式，主要有投擲式、拖曳式和自由飛行式3種[18]，采用DRFM方式工作的有源誘餌，可以認(rèn)為有源誘餌和艦載雷達(dá)輻射信號(hào)具有相干性。此時(shí)，ARM在進(jìn)入失速距離時(shí)將沿未分辨點(diǎn)源的合成波陣面法線方向入射。合成波陣面法線方程為：

式（18）中，xA、yA、zA為ARM的進(jìn)入失速距離時(shí)的坐標(biāo)值。

合成波陣面法線與z=h平面的交點(diǎn)為：

則D′點(diǎn)坐標(biāo)為：

ARM落點(diǎn)位置D′確定后，與各點(diǎn)源的距離也可確定：

式（22）中，xi、yi、zi為第i部艦載雷達(dá)的位置坐標(biāo)。

3 仿真結(jié)果分析

假定在ARM對典型艦艇進(jìn)行攻擊時(shí)以Ma=3的速度進(jìn)入，此時(shí)艦載雷達(dá)系統(tǒng)中有相同類型的2部雷達(dá)滿足ARM捕捉條件。ARM進(jìn)入時(shí)與艦艇距離為50km，高度為6km。艦艇配置舷外有源誘餌的距離取值為200m。

圖3、4中以小黑點(diǎn)表示ARM在水平面的命中點(diǎn)位置。當(dāng)有源誘餌數(shù)為2時(shí)，ARM命中點(diǎn)落入以艦載雷達(dá)為中心，半徑為25m范圍內(nèi)的概率為63.2%。當(dāng)有源誘餌數(shù)為3時(shí)，ARM命中點(diǎn)落入以艦載雷達(dá)為中心，半徑為25m范圍內(nèi)的概率為28.3%。由仿真結(jié)果可以看出，由于艦載雷達(dá)的分布比較密集，采用舷外有源誘餌對抗ARM時(shí)，ARM仍然對艦載雷達(dá)造成了較大的威脅。這是因?yàn)锳RM對艦載雷達(dá)進(jìn)行攻擊時(shí)，有多部雷達(dá)工作的艦載雷達(dá)系統(tǒng)輻射源信號(hào)相對有源誘餌要強(qiáng)，相對要容易被ARM捕捉。

4 結(jié)論

在艦載電子雷達(dá)設(shè)備面臨ARM硬毀傷的情形下，采用舷外有源誘餌對ARM進(jìn)行干擾依然是可行的方法。本文從艦載雷達(dá)輻射源特性和ARM導(dǎo)引規(guī)律，信號(hào)分選過程入手，建立了舷外有源誘餌對抗ARM模型并進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果顯示了在舷外有源干擾下ARM的命中點(diǎn)分布規(guī)律，可以為艦艇的抗ARM作戰(zhàn)提供有益的參考。

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Research on Anti-ARM Model With Outboard Active Decoys

DAI Youcai,LIU Jinyuan
（The 91202ndUnit of PLA,Huludao Liaoning 125004,China）

Ship-borne radar system is composed of various types of radars.It can’t be simplified as single radiation source when the warship adopts active decoy to deal with ARM.By analyzing working characteristics of ARM,attacking models of ARM to ship-borne radars with active decoys were built.The simulation results showed that burst points of ARM were in dense distribution around the ship-borne radars,which posed a threat to ship-borne radar system.

ARM;ship-borne radars;total electric field;active decoy

TJ761

A

1673-1522（2017）04-0371-05

10.7682/j.issn.1673-1522.2017.04.006

2017-05-16；

2017-06-12

戴有才（1970-），男，工程師，大學(xué)。