雷達(dá)壓制干擾有效性研究與評(píng)估

幸濤 李波波

摘? 要：評(píng)估雷達(dá)干擾有效性的目的是獲得雷達(dá)干擾有效、無效的程度。基于干擾有效性的定義與研究目的，對(duì)壓制干擾的有效性進(jìn)行研究與推導(dǎo)，結(jié)合工程實(shí)踐數(shù)據(jù)，對(duì)于不同航線下干擾機(jī)對(duì)地面某雷達(dá)的干擾過程進(jìn)行仿真，對(duì)試驗(yàn)的干擾有效性和干擾效果進(jìn)行評(píng)估，通過與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，評(píng)估得到的干擾有效性和干擾效果與試驗(yàn)分析結(jié)果基本一致，也說明評(píng)估方法的可行性。

關(guān)鍵詞：壓制干擾;干擾有效性;干擾評(píng)估

中圖分類號(hào)：TN974? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）20-0034-05

Research and Evalution on Radar Suppression Jamming Effectiveness

XING Tao1，LI Bobo2

（1.Military Representative Office of PLA Air Force Equipment Department in Zhengzhou，Zhengzhou? 450002，China;

2.The 27th Research Institute of CETC，Zhengzhou? 450047，China）

Abstract：The purpose of evaluating the effectiveness of radar jamming is to obtain the effective and ineffective degree of radar jamming. Based on the definition and research purpose of jamming effectiveness，research and derive the effectiveness of suppression jamming. Combining with engineering practice data，simulate the jamming process of jammers on a certain ground radar under different routes，and evaluate the jamming effectiveness and jamming effect of the experiment. By comparing with the test data，the jamming effectiveness and jamming effect evaluated are basically consistent with the test analysis results，which also shows the feasibility of the evaluation method.

Keywords：suppression jamming;jamming effectiveness;jamming evaluation

0? 引? 言

雷達(dá)對(duì)抗效果是雷達(dá)對(duì)抗活動(dòng)對(duì)敵方作戰(zhàn)能力造成的影響。雷達(dá)對(duì)抗效果評(píng)估是對(duì)規(guī)定條件下的雷達(dá)對(duì)抗作戰(zhàn)行動(dòng)的結(jié)果及其造成的影響進(jìn)行的定量和定性分析。雷達(dá)對(duì)抗作戰(zhàn)行動(dòng)的結(jié)果包括對(duì)直接受干擾對(duì)象的軟、硬殺傷情況，其造成的影響涉及受直接干擾對(duì)象控制的部隊(duì)、武器裝備或系統(tǒng)的作戰(zhàn)能力。雷達(dá)對(duì)抗效果的目的是得到對(duì)抗有效、無效的結(jié)論，是定性的。評(píng)估雷達(dá)干擾有效性的目的是獲得雷達(dá)干擾有效、無效的程度，是定量的。

目前，軍事代表室和二十七所進(jìn)行了多項(xiàng)軍民融合項(xiàng)目的合作，涵蓋多種系統(tǒng)的開發(fā)及試驗(yàn)評(píng)估。在某項(xiàng)目中，雙方合作共同進(jìn)行了某機(jī)載雷達(dá)對(duì)抗系統(tǒng)的試驗(yàn)與評(píng)估，雙方在該試驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中總結(jié)了新的評(píng)估方法，提高了試驗(yàn)和評(píng)估的效率，特別是雷達(dá)干擾效果評(píng)估方面。本文在新的方法應(yīng)用到項(xiàng)目實(shí)踐并反復(fù)驗(yàn)證之后，將部分的成果進(jìn)行總結(jié)、歸納，對(duì)雷達(dá)干擾有效性的評(píng)估方法進(jìn)行介紹，結(jié)合案例做了研究和仿真，為后期其他對(duì)抗系統(tǒng)的試驗(yàn)評(píng)估提供新的方法。

1? 干擾有效性介紹

1.1? 定義

干擾有效性主要用于以下幾點(diǎn)：

（1）在干擾效果評(píng)估中，補(bǔ)充說明干擾有效、無效的程度或確定獲得規(guī)定干擾效果有多大的可能性。

（2）在雷達(dá)對(duì)抗裝備的論證或設(shè)計(jì)中，確定滿足指標(biāo)的保險(xiǎn)系數(shù)。

（3）在對(duì)抗作戰(zhàn)資源需求分析時(shí)，確定裝備或其能力的冗余度。

干擾有效性是在規(guī)定件下的干擾效果或作戰(zhàn)效果滿足干擾有效性評(píng)價(jià)指標(biāo)或作戰(zhàn)要求的程度，也是規(guī)定條件下的干擾效果或作戰(zhàn)效果落入有效干擾區(qū)的概率。所謂規(guī)定條件包括規(guī)定的作戰(zhàn)環(huán)境、特定的裝備、制定的目標(biāo)和配置關(guān)系等。干擾有效性是實(shí)際獲得或預(yù)計(jì)可獲得的干擾效果或作戰(zhàn)效果與干擾有效性評(píng)價(jià)指標(biāo)的比較結(jié)果，相當(dāng)于用干擾有效性評(píng)價(jià)指標(biāo)歸一化的干擾效果和作戰(zhàn)效果，其值在0～1之間。

干擾有效性評(píng)估是已有干擾效果評(píng)估方法和應(yīng)用范圍的拓展和補(bǔ)充，與已有干擾效果評(píng)估方法相比，既有相同或相似的地方，又有不同之處。相同的地方有以下幾點(diǎn)：

（1）都用比較法。所謂比較法就是把預(yù)計(jì)可達(dá)到的或?qū)嶋H達(dá)到的干擾效果與有效干擾要求或作戰(zhàn)要求的干擾效果進(jìn)行比較。有效干擾要求或作戰(zhàn)要求的干擾效果就是比較標(biāo)準(zhǔn)或干擾有效性評(píng)價(jià)指標(biāo)。

（2）都需要計(jì)算干擾效果及其評(píng)價(jià)指標(biāo)。比較法有兩個(gè)要素，一個(gè)是根據(jù)參戰(zhàn)裝備的參數(shù)、保護(hù)目標(biāo)的特性和配置關(guān)系等預(yù)計(jì)或?qū)嶋H測(cè)試得到的干擾效果，另一個(gè)是根據(jù)作戰(zhàn)目標(biāo)和作戰(zhàn)任務(wù)確定的干擾有效性評(píng)價(jià)指標(biāo)。

（3）有相同的評(píng)價(jià)指標(biāo)和相同數(shù)量且一一對(duì)應(yīng)的判斷干擾是否有效的模型。

1.2? 研究目的

雷達(dá)干擾有效性或雷達(dá)干擾效果評(píng)估可用于雷達(dá)對(duì)抗裝備的研制、試驗(yàn)、采購和作戰(zhàn)使用等。研究雷達(dá)干擾有效性評(píng)估的主要目的在于以下幾點(diǎn)：

（1）推薦一種新的雷達(dá)干擾效果評(píng)估方法。這種評(píng)估方法除了能說明干擾有效、無效外，還能說明干擾有效、無效的程度。

（2）擴(kuò)大雷達(dá)對(duì)抗作戰(zhàn)對(duì)象和干擾效果的評(píng)價(jià)范圍。把雷達(dá)支援偵察設(shè)備和反輻射武器列為雷達(dá)對(duì)抗作戰(zhàn)對(duì)象，把干擾結(jié)果對(duì)武器系統(tǒng)或武器造成的影響納入雷達(dá)對(duì)象效果評(píng)估范圍。

（3）增加雷達(dá)對(duì)抗效果的定量評(píng)估方法和數(shù)學(xué)模型，以滿足作戰(zhàn)使用、外場(chǎng)試驗(yàn)和內(nèi)場(chǎng)測(cè)試的需要。

（4）擴(kuò)大干擾效果評(píng)估準(zhǔn)則的應(yīng)用范圍。在信息準(zhǔn)備中增加評(píng)價(jià)干擾信號(hào)和干擾技術(shù)組織、實(shí)施優(yōu)劣的準(zhǔn)則;在戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用準(zhǔn)則中增加評(píng)價(jià)雷達(dá)對(duì)抗裝備組織、使用策略優(yōu)劣的準(zhǔn)備和確定干擾有效性評(píng)價(jià)指標(biāo)的同風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則。

（5）介紹判斷干擾是否有效的標(biāo)準(zhǔn)，即干擾有效性評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定方法，建立有關(guān)的數(shù)學(xué)模型并確定部分評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)值。

2? 壓制干擾有效性研究

2.1? 壓制扇面

當(dāng)受干擾雷達(dá)天線掃描時(shí)，點(diǎn)干擾源在雷達(dá)平面位置顯示器（PPI）上形成的干擾區(qū)呈現(xiàn)扇形，稱為干擾扇面。在干擾扇面中，雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的概率滿足作戰(zhàn)要求的區(qū)域也呈扇形，稱為有效干擾扇面或壓制扇面[1]。圖1為干擾扇面、壓制扇面和最小干擾距離之間的關(guān)系。

圖中的大圓為雷達(dá)的方位威力區(qū)，小圓為有效干擾要求的最小干擾距離的端點(diǎn)在方位面的軌跡。圓環(huán)內(nèi)畫橫線的部分為干擾扇面，深色區(qū)域的部分為壓制扇面。由此可知，壓制扇面既要滿足最小干擾距離要求，又要滿足檢測(cè)概率要求。不難看出最小干擾距離和壓制扇面評(píng)價(jià)指標(biāo)的關(guān)系，最小干擾距離是壓制扇面等于雷達(dá)天線方位波束寬度的特殊情況下的干擾效果。

2.2? 壓制區(qū)

在雷達(dá)對(duì)抗中，既有保護(hù)目標(biāo)或雷達(dá)平臺(tái)從特定方向進(jìn)入戰(zhàn)區(qū)的情況，也有從任意方向進(jìn)入的情況。為此必須考慮對(duì)所有可能進(jìn)入方向的干擾情況，本文要確定壓制區(qū)的完整形狀和描述其形狀的邊界方程[2]，研究壓制區(qū)的形狀及其邊界方程是評(píng)估干擾效果、干擾有效性和制定裝備配置方案的需要，也是確定保護(hù)目標(biāo)進(jìn)入或退出戰(zhàn)區(qū)的最佳路徑、重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域和干擾資源需求分析的需要。

與壓制扇面一樣，壓制區(qū)也是指空間壓制區(qū)在方位面或俯仰面的投影，需要用空間能量對(duì)抗關(guān)系確定壓制區(qū)及其邊界方程。多數(shù)雷達(dá)如地對(duì)空，艦對(duì)空，地對(duì)地或艦對(duì)艦等的PPI顯示平面對(duì)應(yīng)著雷達(dá)的方位面，這里只討論干擾的方位壓制區(qū)、方位壓制區(qū)邊界方程及其建模方法。此方法也適合確定俯仰面的壓制區(qū)及其邊界方程。如果只評(píng)估一個(gè)面的干擾效果，可假設(shè)雷達(dá)天線的方位和俯仰波束形狀完全相同，用式（1）計(jì)算干擾方向失配損失。

（1）

其中，K（θj）為方位向的干擾方向適配損失，θ0.5為雷達(dá)波束寬度，θrm為雷達(dá)天線方向圖從過渡區(qū)開始進(jìn)入平均旁瓣取的角度，θj為目標(biāo)與干擾機(jī)相對(duì)雷達(dá)的張角，ka為修正系數(shù)。

圖2為雷達(dá)和干擾機(jī)固定但保護(hù)目標(biāo)可能從任意方向接近雷達(dá)的配置示意圖。假設(shè)受干擾雷達(dá)和干擾機(jī)同處于顯示平面上，相當(dāng)于地對(duì)地干擾或艦對(duì)艦干擾保護(hù)空中目標(biāo)。圖中T為目標(biāo)位置，J為干擾機(jī)位置，O為雷達(dá)位置，G為目標(biāo)在顯示平面上的投影點(diǎn)，θj為目標(biāo)與干擾機(jī)對(duì)雷達(dá)的張角，β為仰角，Rj為干擾機(jī)到雷達(dá)的距離，Rt為目標(biāo)到雷達(dá)的距離，Dt為雷達(dá)到G點(diǎn)的距離，H為目標(biāo)相對(duì)顯示平面的高度。

當(dāng)一部干擾機(jī)掩護(hù)一個(gè)目標(biāo)條件下的最小干擾距離Rmin為：

（2）

Pt為雷達(dá)發(fā)射功率，Gt為雷達(dá)天線增益，σ為目標(biāo)雷達(dá)截面積，Kj為壓制系數(shù)，Rj為干擾機(jī)到雷達(dá)的距離，Lr為雷達(dá)系統(tǒng)損耗，Lj為干擾機(jī)系統(tǒng)損耗，Pj為干擾機(jī)發(fā)射功率，Gj為干擾機(jī)天線增益，δ為電波傳播衰減系數(shù)。

依據(jù)圖2和有關(guān)假設(shè)條件以及式（2）干擾機(jī)實(shí)際能達(dá)到的空間最小干擾距離：

（3）

Rjmin為干擾機(jī)自身能達(dá)到的空間最小干擾距離，式（3）其他符號(hào)的定義見式（2）。根據(jù)目標(biāo)相對(duì)顯示平面的高度H或仰角β，可將目標(biāo)到雷達(dá)的距離Rt和空間最小干擾距離Rjmin投影到顯示平面，設(shè)兩距離在顯示平面的投影，即雷達(dá)到G點(diǎn)的距離和Rjmin在顯示平面的投影距離分別為Dt和Djmin，它們與Rt、Rjmin和H的關(guān)系為：

（4）

若選擇OJ射線為方位參考基線，θj既是干擾天線與雷達(dá)天線指向的夾角在顯示平面上的投影，也是目標(biāo)與干擾機(jī)相對(duì)雷達(dá)的張角。干擾能達(dá)到的空間最小干擾距離在顯示平面的投影為：

（5）

在圖2中，θj變化范圍很大，可從0°變化到±180°，需要考慮遮蓋性樣式對(duì)雷達(dá)天線主瓣區(qū)、平均旁瓣區(qū)和從主瓣到平均旁瓣過渡區(qū)的壓制性干擾情況。將式（1）帶入式（5），并整理得此種情況的壓制區(qū)邊界方程：

（6）

若三種裝備同處于顯示平面，即H=β=0，則式（6）簡(jiǎn)化為：

（7）

當(dāng)雷達(dá)、干擾機(jī)、目標(biāo)參數(shù)和壓制系數(shù)確定后，A為常數(shù)并有：

（8）

3? 仿真與評(píng)估

3.1? 干擾壓制區(qū)的干擾有效性仿真

由假設(shè)條件知，在式（7）中只有θj是變量。如果令θj從0°等步長(zhǎng)變化到180°，θj每增加一步，就用式（7）計(jì)算干擾可達(dá)到的空間最小干擾距離在顯示平面的投影Djmin。適當(dāng)選擇θj的步長(zhǎng)，就能得到在任意方位可達(dá)到的最小干擾距離。若以圖2的雷達(dá)位置O為極點(diǎn)，OJ射線為極軸，空間最小于擾距離在顯示平面的投影Djmin為極徑，θj為極角，建立極坐標(biāo)系。按θj從小到大的順序把其對(duì)應(yīng)的Djmin畫到上述極坐標(biāo)系中，并將這些最小干擾距離的端點(diǎn)順序連接起來，構(gòu)成閉合曲線。該閉合曲線就是干擾實(shí)際可達(dá)到的或預(yù)計(jì)能達(dá)到的壓制區(qū)邊界曲線，其形狀為心形，如圖3的實(shí)線所示。

圖中實(shí)線內(nèi)的部分為暴露區(qū)，實(shí)線外的部分為壓制區(qū)[3]。為了便于直觀判斷干擾是否有效或確定滿足有效干擾要求的程度，圖中用虛線給出了作戰(zhàn)要求的空間最小干擾距離在顯示平面的投影Dminst端點(diǎn)θj隨的變化軌跡，即分界圓。由壓制區(qū)與分界圓的關(guān)系可確定滿足作戰(zhàn)要求的有效掩護(hù)區(qū)θsc，即圖3的OA和OB兩射線之間的且處于壓制區(qū)邊界曲線以外的部分。

按照上面的作圖方法，不難繪出任意高度的壓制區(qū)。由式（6）和圖2知，β隨H的增加而增加，而Djmin隨β的增加而減小，暴露區(qū)隨Djmin的減小而減小，最后變?yōu)橐粋€(gè)點(diǎn)。雖然暴露區(qū)隨高度增加而減小，但不同高度的暴露區(qū)的形狀相同，即壓制區(qū)平行于顯示平面的截面形狀與H=0時(shí)的相同。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是，目標(biāo)到雷達(dá)的距離隨高度而增加，但干擾機(jī)到雷達(dá)的距離固定不變。令式（6）等于0并對(duì)高度求解得使暴露區(qū)為0的H值，設(shè)該高度等于Hm。雖然暴露區(qū)縮小成一個(gè)點(diǎn)，但仍然隨目標(biāo)的進(jìn)入方向而變化，在接近±θrm方向有最大值，在0°方向有最小值。

以某機(jī)載遠(yuǎn)距離支援干擾機(jī)和某地面雷達(dá)為例，詳細(xì)參數(shù)如表1所示，掩護(hù)目標(biāo)為某殲擊機(jī)，雷達(dá)面積為15 m2，進(jìn)行仿真[4]。

在實(shí)際作戰(zhàn)中，干擾方能知道雷達(dá)和干擾機(jī)的位置，目標(biāo)可選擇比較有利的區(qū)域進(jìn)入，不一定要求有效掩護(hù)區(qū)覆蓋360°范圍。設(shè)用角度范圍表示的有效干擾要求的掩護(hù)區(qū)為θscst，θscst就是這種場(chǎng)合的干擾有效性評(píng)價(jià)指標(biāo)，其最大值為360°。設(shè)干擾機(jī)自身可達(dá)到的或預(yù)計(jì)可達(dá)到的有效護(hù)區(qū)為θsc，干擾是否有效的判別式為：

（9）

確定有效掩護(hù)區(qū)θsc有兩種方法，一種是作圖法，另一種為解析法。作圖法詳見圖3實(shí)曲線的做法和過程的說明。只要θj的步長(zhǎng)取得足夠小，用作圖法能得到十分精確的壓制區(qū)邊界和有效掩護(hù)區(qū)。解析法就是聯(lián)立壓制區(qū)邊界方程和分界圓方程，求兩者的交點(diǎn)。因壓制區(qū)對(duì)稱于雷達(dá)和干擾機(jī)的連線，這種交點(diǎn)有兩個(gè)，對(duì)稱于OJ連線。兩交點(diǎn)在干擾機(jī)方向相對(duì)雷達(dá)的張角就是所求的有效掩護(hù)區(qū)θsc。

如圖4所示，干擾機(jī)設(shè)計(jì)指標(biāo)要求的最小干擾距離與壓制區(qū)邊界的交點(diǎn)，即有效掩護(hù)區(qū)θsc為31.434 8°，大于要求的θscst（30°），干擾機(jī)滿足干擾能力要求，初步判定干擾有效。

而式（7）有三種情況的解，可合寫為：

（10）

如果作戰(zhàn)要求的最小干擾距離時(shí)空間距離Rminst，計(jì)算有效掩護(hù)區(qū)時(shí)要求將其投影到顯示平面，即：

（11）

由圖3知，如果不考慮θsc內(nèi)能掩護(hù)目標(biāo)的部分，θsc和有效壓制扇面θ有相同含義?？捎靡痪鋲褐粕让嬖u(píng)估干擾有效性的方法近似估算該條件下的干擾有效性。把A代入式（11）并整理得θsc得瞬時(shí)值：

（12）

令目標(biāo)的雷達(dá)截面等于其均值? 得θsc的平均值：

（13）

其中， 。

3.2? 試驗(yàn)中的干擾評(píng)估

干擾機(jī)的干擾能力發(fā)揮受很多因素影響，比如掩護(hù)目標(biāo)進(jìn)入的角度（即與干擾機(jī)、雷達(dá)的相對(duì)位置）不同、飛行的航線等，本文設(shè)計(jì)了3條突防航線，分析評(píng)估飛行過程中的實(shí)際干擾效果。坐標(biāo)原點(diǎn)為雷達(dá)位置，黑色線為干擾機(jī)航線，掩護(hù)目標(biāo)的突防航線如圖5所示。

機(jī)載干擾機(jī)掩護(hù)突防目標(biāo)對(duì)雷達(dá)進(jìn)行突防，掩護(hù)目標(biāo)從航線右側(cè)端點(diǎn)進(jìn)入，沿航線至左側(cè)飛行，航線與雷達(dá)最近距離50～60 km（小于要求的80 km）;干擾機(jī)由上至下飛行，干擾航線距離雷達(dá)300 km，突防飛機(jī)和干擾機(jī)巡航速度為800 km/h和500 km/h，飛行過程中掩護(hù)目標(biāo)與干擾機(jī)相對(duì)雷達(dá)的實(shí)時(shí)張角，即瞬時(shí)干擾角度如圖6所示。

由圖6可知，兩條水平直線為有效干擾要求的掩護(hù)區(qū)θscst，航線2掩護(hù)目標(biāo)在突防起始階段處在干擾機(jī)有效壓制區(qū)邊界之外，因而容易被雷達(dá)截獲，航線1、3則全程處在有效壓制區(qū)內(nèi)，航線3的干擾角度絕對(duì)值始終保持在5°以內(nèi)，干擾機(jī)對(duì)雷達(dá)的壓制干擾有效。根據(jù)最小干擾距離方程，由瞬時(shí)干擾角度，可得到掩護(hù)目標(biāo)在航線上相應(yīng)的最小干擾距離，如圖7所示。

由圖7可知，水平直線為有效干擾要求的最小干擾距離，在航線2起始階段，干擾機(jī)在掩護(hù)目標(biāo)方位上對(duì)雷達(dá)的最小干擾距離大于80 km，干擾效果與圖6一致;航線1、3下的瞬時(shí)最小干擾距離全程處在80 km內(nèi)，干擾效果也與圖6一致。同時(shí)通過對(duì)比航線1、3在圖6和圖7中的結(jié)果可知，在滿足干擾有效性條件下，航線1比航線3的干擾效果更優(yōu)，干擾機(jī)飛行試驗(yàn)可參考航線3進(jìn)行。

通過將仿真結(jié)果與飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，不同航線和試驗(yàn)條件下的干擾效果與上面的評(píng)估結(jié)果基本一致，同時(shí)，此評(píng)估方法也在飛行試驗(yàn)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)中，得到了初步應(yīng)用，提高了試驗(yàn)效率和成功率。

4? 結(jié)? 論

本文結(jié)合試驗(yàn)參數(shù)，對(duì)某機(jī)載雷達(dá)對(duì)抗系統(tǒng)對(duì)地面雷達(dá)的干擾有效性和實(shí)際干擾效果進(jìn)行了分析和評(píng)估，為干擾機(jī)干擾試驗(yàn)的分析與評(píng)估提供方法，經(jīng)實(shí)踐此方法是可行的，通過反復(fù)對(duì)比和驗(yàn)證之后，將部分成果總結(jié)、歸納，同時(shí)對(duì)干擾航線的規(guī)劃提供一定參考，后期將拓展評(píng)估對(duì)象，形成較為全面的評(píng)估體系，豐富干擾效果評(píng)估內(nèi)容。

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作者簡(jiǎn)介：幸濤（1988—），男，漢族，河南新鄭人，助理工程師，碩士，研究方向：機(jī)載雷達(dá)對(duì)抗系統(tǒng)試驗(yàn)與評(píng)估。