防空反導(dǎo)訓(xùn)練中無(wú)人機(jī)載雷達(dá)導(dǎo)引頭作用范圍研究?

劉宗福

（92785部隊(duì) 秦皇島 066200）

1 引言

復(fù)雜電磁環(huán)境下防空反導(dǎo)訓(xùn)練是提升水面艦艇對(duì)空作戰(zhàn)能力的重要手段，能重復(fù)使用的成本可控的高威脅反艦導(dǎo)彈靶標(biāo)的模擬一直是重難點(diǎn)問(wèn)題。隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展［1］，其飛行速度、可靠性與載荷能力大幅提升［2］，部分作戰(zhàn)領(lǐng)域中甚至可作為導(dǎo)彈使用［3］，為構(gòu)設(shè)可循環(huán)利用的導(dǎo)彈靶標(biāo)提供了技術(shù)手段。

當(dāng)前的基地化訓(xùn)練環(huán)境構(gòu)設(shè)中，為提高防空反導(dǎo)訓(xùn)練的實(shí)戰(zhàn)化程度，帶動(dòng)參訓(xùn)艦艇軟硬武器一體化抗導(dǎo)，逐步開(kāi)始采用無(wú)人機(jī)加裝導(dǎo)引頭的靶標(biāo)構(gòu)設(shè)方式?；趪?guó)內(nèi)現(xiàn)有的典型高速固定翼無(wú)人機(jī)平臺(tái)，考慮典型電子對(duì)抗系統(tǒng)的偵察干擾能力，研究某型無(wú)人機(jī)載雷達(dá)導(dǎo)引頭在多種條件下的作用距離，以及艦艇軟硬武器一體化抗導(dǎo)訓(xùn)練進(jìn)程的達(dá)成度，為基地化訓(xùn)練中反艦導(dǎo)彈靶標(biāo)的應(yīng)用提供參考。

2 防空反導(dǎo)訓(xùn)練導(dǎo)彈威脅靶標(biāo)構(gòu)設(shè)需求

復(fù)雜電磁環(huán)境下基地化訓(xùn)練的威脅態(tài)勢(shì)設(shè)計(jì)以我方面臨的主要軍事威脅為背景，構(gòu)設(shè)從平臺(tái)運(yùn)動(dòng)特性、電磁威脅特性、RCS 特性等多個(gè)維度上能夠模擬假想敵反艦導(dǎo)彈的目標(biāo)。導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)特性等的模擬主要由無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)，電磁輻射特性由導(dǎo)引頭模擬。目前無(wú)人機(jī)載導(dǎo)引頭的來(lái)源有兩個(gè)，一是利用現(xiàn)有實(shí)裝，二是重新進(jìn)行小型化設(shè)計(jì)［4］。實(shí)裝導(dǎo)引頭可構(gòu)設(shè)的攻擊態(tài)勢(shì)樣本量少、重復(fù)度高，且信號(hào)保密要求高，為提高訓(xùn)練實(shí)戰(zhàn)化水平，迫切需要研制能夠模擬典型作戰(zhàn)對(duì)手的導(dǎo)引頭，進(jìn)行小型化設(shè)計(jì)后加裝無(wú)人機(jī)。

當(dāng)前我國(guó)周邊多個(gè)國(guó)家和地區(qū)裝備“魚(yú)叉”系列反艦導(dǎo)彈，該型武器是世界上裝備最多的導(dǎo)彈之一。為破解防空反導(dǎo)訓(xùn)練空中無(wú)人機(jī)載導(dǎo)引頭保障存在的重難點(diǎn)問(wèn)題，研究某型模擬魚(yú)叉電磁輻射特性的導(dǎo)引頭，該設(shè)備兼顧模擬當(dāng)前其他國(guó)家和地區(qū)現(xiàn)役相參體制導(dǎo)引頭的技術(shù)能力，以方便訓(xùn)練中進(jìn)行導(dǎo)引頭威脅態(tài)勢(shì)設(shè)定。無(wú)人機(jī)加裝該型導(dǎo)引頭后的典型航路為:發(fā)射后在規(guī)定空域以高度200m 巡航，距目標(biāo)12km～15km 時(shí)，導(dǎo)引頭開(kāi)機(jī)，穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)后，降高至15m 掠海飛行，距目標(biāo)5km處拐彎，按照規(guī)定的航路捷徑對(duì)參訓(xùn)艦艇進(jìn)行模擬攻擊。

3 無(wú)人機(jī)載訓(xùn)練專用導(dǎo)引頭的設(shè)計(jì)原則

針對(duì)防空反導(dǎo)訓(xùn)練需求，訓(xùn)練專用的無(wú)人機(jī)導(dǎo)引頭在設(shè)計(jì)上要遵循以下原則:

1）延長(zhǎng)工作壽命。在基地化訓(xùn)練中，導(dǎo)引頭為重復(fù)使用產(chǎn)品，日歷壽命一般不低于10 年，掛飛次數(shù)要求在30～50次左右。

2）工作參數(shù)可裝訂，實(shí)現(xiàn)配置靈活性。為最大限度模擬國(guó)外多型導(dǎo)引頭，提高訓(xùn)練的逼真度，需要導(dǎo)引頭的信號(hào)形式、發(fā)射功率、重復(fù)周期、脈沖寬度與抗干擾方式等參數(shù)為可調(diào)整，根據(jù)訓(xùn)練任務(wù)需要實(shí)時(shí)裝訂。

3）數(shù)據(jù)采集、對(duì)抗效果評(píng)估等定制設(shè)計(jì)。通過(guò)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)記錄并復(fù)盤攻防雙方動(dòng)作，分析對(duì)抗效果。

4）采用緊湊型設(shè)計(jì)，各分機(jī)采取屏蔽盒體形式，通過(guò)對(duì)插方式與接線分機(jī)連接，安裝在整機(jī)框架上，減少外部連接電纜，滿足無(wú)人機(jī)載小型化的要求。布局如圖1所示。

圖1 無(wú)人機(jī)導(dǎo)引頭布局圖

4 導(dǎo)引頭距離范圍分析

4.1 最大搜索距離

在目標(biāo)與雷達(dá)通視的條件下，可推導(dǎo)出相參體體制導(dǎo)引頭最大搜索距離［6］的計(jì)算公式為

k 為玻爾茲曼常數(shù)；T0為有效溫度；Pt為發(fā)射信號(hào)峰值功率，120W；F 為噪聲系數(shù)；(S/N)min，雷達(dá)的最小檢測(cè)信噪比；Le為積累損失，2dB；G 為天線增益，設(shè)計(jì)為26dB；L 為傳輸損耗，取5.5dB（含無(wú)人機(jī)天線罩雙向損耗，射頻電纜等損耗）；λ為工作波長(zhǎng)，0.02m；σ 為目標(biāo)散射面積，5000m2；M 為積累次數(shù)；τ 為發(fā)射信號(hào)脈沖寬度的最大值。

計(jì)算得出導(dǎo)引頭在理想情況下作用距離為59.3km。

不同氣象條件下雷達(dá)作用距離計(jì)算公式如下:

R0為理想條件下導(dǎo)引頭模擬器最大作用距離，59.3km；η 為不同氣象條件下大氣衰減，dB/km；R 為不同氣象條件下雷達(dá)作用距離。

則不同氣象條件下導(dǎo)引頭模擬器最大作用距離見(jiàn)表1。

表1 不同氣象條件下雷達(dá)最大作用距離

部分反艦導(dǎo)彈導(dǎo)引頭存在兩次開(kāi)機(jī)過(guò)程，1 次開(kāi)機(jī)距離一般在40km 左右，導(dǎo)引頭搜索距離滿足要求。可根據(jù)式（1～2）計(jì)算對(duì)不同功率下導(dǎo)引頭對(duì)指定目標(biāo)的探測(cè)距離，適當(dāng)設(shè)定開(kāi)機(jī)輻射功率，降低導(dǎo)引頭信號(hào)被截獲的概率。

4.2 干擾條件下最大搜索距離

假定電子戰(zhàn)系統(tǒng)在導(dǎo)引頭搜索期間能夠?qū)?zhǔn)導(dǎo)引頭進(jìn)行穩(wěn)定干擾，可推導(dǎo)出干擾條件下相參導(dǎo)引頭接收系統(tǒng)燒穿距離［7］計(jì)算公式為

導(dǎo)引頭搜索距離和ERP 的關(guān)系曲線如圖2 所示，可以看出典型電子戰(zhàn)系統(tǒng)的干擾功率滿足壓制相參體制導(dǎo)引頭的要求，關(guān)鍵在如何快速截獲分析相參體制導(dǎo)引頭信號(hào)。

圖2 相參導(dǎo)引頭的燒穿距離

5 典型電子戰(zhàn)系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)引頭的偵察距離

電子對(duì)抗系統(tǒng)對(duì)設(shè)計(jì)的無(wú)人機(jī)載導(dǎo)引頭的最大發(fā)現(xiàn)距離［8］為

其中，Srmin為典型電子對(duì)抗系統(tǒng)的偵察靈敏度，按-71dBm計(jì)算；Gr為電子戰(zhàn)系統(tǒng)接收天線增益；L為傳輸、接收損耗。

表2 電子戰(zhàn)系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)引頭多種工作狀態(tài)的偵察距離

圖3 典型電子戰(zhàn)系統(tǒng)對(duì)無(wú)人機(jī)載導(dǎo)引頭的最大偵察距離

利用Matlab軟件仿真計(jì)算，可得出典型電子對(duì)抗系統(tǒng)對(duì)該型無(wú)人機(jī)載導(dǎo)引的最大偵察距離如圖3 所示，導(dǎo)引頭滿功率輻射時(shí)的最大偵察距離約21.45km，實(shí)際的“魚(yú)叉”導(dǎo)引頭一般在15km 處開(kāi)機(jī)，提出的導(dǎo)引頭模擬器（滿功率輻射）滿足電子對(duì)抗系統(tǒng)的艦艇訓(xùn)練需求。在降功率（30W）工作時(shí)，電子對(duì)抗系統(tǒng)最遠(yuǎn)發(fā)現(xiàn)距離約為10.72km，按照靶機(jī)200m/s 的速度計(jì)算，采用導(dǎo)引頭模擬器訓(xùn)練時(shí)，有效訓(xùn)練時(shí)間比采用“魚(yú)叉”導(dǎo)引頭減少21s 左右，基本滿足艦艇電子戰(zhàn)系統(tǒng)訓(xùn)練需求。

6 結(jié)語(yǔ)

本文研究了無(wú)人機(jī)載導(dǎo)引頭的作用距離范圍，分析典型電子戰(zhàn)系統(tǒng)對(duì)該導(dǎo)引頭的偵察干擾距離。隨著軍事訓(xùn)練實(shí)戰(zhàn)化程度不斷提高，導(dǎo)引頭的搭載平臺(tái)逐步由地面、艦船拓展到空中，由無(wú)人機(jī)與導(dǎo)引頭構(gòu)建的一體化復(fù)合靶標(biāo)，將提高防空反導(dǎo)訓(xùn)練對(duì)抗的突然性、動(dòng)態(tài)性，使訓(xùn)練環(huán)境構(gòu)設(shè)更加逼真。經(jīng)分析計(jì)算發(fā)現(xiàn)，電子戰(zhàn)系統(tǒng)的干擾功率基本可以達(dá)到壓制相參導(dǎo)引頭的要求，難點(diǎn)在于如何設(shè)計(jì)干擾波形，對(duì)抗導(dǎo)引頭的跟蹤雜波源等抗干擾措施；另外，隨著國(guó)內(nèi)外現(xiàn)役電子戰(zhàn)系統(tǒng)偵察靈敏度的提高，傳統(tǒng)的相參體制的小功率導(dǎo)引頭在低截獲概率上的優(yōu)勢(shì)逐漸減弱，迫切需要進(jìn)一步在信號(hào)碼形設(shè)計(jì)等方面優(yōu)化設(shè)計(jì)提高隱蔽性。