對艦船反導(dǎo)有源干擾的試驗效果評估準則研究*

李仙茂,林曉烘,甘厚吉,汪宏宇

(1.海軍工程大學(xué) 電子工程學(xué)院，湖北 武漢 430033；2. 中國人民解放軍31433部隊，遼寧 沈陽 110034)

0 引言

對艦船生存最大威脅的是反艦導(dǎo)彈，反艦導(dǎo)彈絕大部分都帶有雷達主/被動制導(dǎo)的導(dǎo)引頭，對這類反艦導(dǎo)彈實施有源干擾是提高艦船生存能力的關(guān)鍵。

通過研究效果評估準則，有利于建立起一套較為完整的艦船反導(dǎo)雷達有源干擾效果評估指標體系、相應(yīng)指標的計算和試驗方法。這不僅可對雷達對抗裝備反導(dǎo)效果進行定量或定性評估，還可引導(dǎo)和規(guī)范反導(dǎo)雷達對抗裝備的設(shè)計研制、升級改造，指導(dǎo)裝備列裝的檢驗與驗收，還可輔助部隊在日常訓(xùn)練或演習(xí)中科學(xué)布設(shè)模擬對抗目標，評估相應(yīng)電子對抗作戰(zhàn)決策或行動的效果。近年來有學(xué)者提出了一些對反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達干擾定量評估方法[1-8]，文獻[1]提出利用干擾前后的搜索時間和跟蹤誤差對比作為指標，評估干擾效果；文獻[2]提出以脫靶率、落點精度、單發(fā)命中率和毀傷程度作為干擾效果評估依據(jù)；文獻[3]提出基于引導(dǎo)時間、干擾功率、干擾頻率對準度、電磁信號環(huán)境及干擾樣式5項指標的模糊綜合評估方法；文獻[4]運用層次分析法和模糊綜合評判法相結(jié)合進行量化評估方法；文獻[8]受干擾后導(dǎo)彈偏離目標艦船的角度和距離作為干擾效果的指標。

文獻[9-11]分別研究了反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達抗有源干擾陸上試驗規(guī)程和反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達海上試驗規(guī)程，以及彈道導(dǎo)彈干擾效果的試驗和評估準則，對本文的研究具有一定的借鑒意義，但由于提出的年代較早，不能適應(yīng)新體制、復(fù)合體制末制導(dǎo)雷達的情況。本文重點研究有源干擾效果評定的準則和評定方法，評定方法可分為舷內(nèi)有源干擾、舷外有源干擾、舷內(nèi)舷外組合有源干擾評定方法。

艦船有源干擾對抗反艦導(dǎo)彈可采用舷內(nèi)有源干擾、舷外有源干擾和舷內(nèi)舷外組合有源干擾3種方式。每種方式對抗效果的評估準則有很多類似之處，但也有差別，下文對艦船舷內(nèi)、舷外2種干擾方式的干擾效果評定內(nèi)容和評定方法進行分別的討論。

1 評定內(nèi)容

評定內(nèi)容用于確定3種干擾方式的評定準則。雷達末制導(dǎo)導(dǎo)彈在攻擊艦艇的過程中，主要分為主動雷達搜索、跟蹤和被動跟蹤干擾輻射源3種狀態(tài)。沒有反輻射跟蹤的末制導(dǎo)雷達只有搜索和跟蹤2種狀態(tài)。有源干擾反導(dǎo)的最終成功標準，從作戰(zhàn)的角度來說就是引偏導(dǎo)彈，使其不能在艦上爆炸或貼近艦艇爆炸。但作為試驗，為高效多次地計算和統(tǒng)計成功率，可以從典型狀態(tài)的改變來判斷當前干擾是否成功，而不需要的導(dǎo)引頭走完完整的攻擊過程才做一次成功與否的判斷。一定時間、一定狀態(tài)下的一個干擾過程完成，即可判斷此次干擾是否有效，單次干擾有效即單次干擾成功。通過多個干擾過程有效次數(shù)與試驗總次數(shù)關(guān)系的統(tǒng)計，形成干擾成功率。

1.1 舷內(nèi)干擾效果評定

1.1.1 舷內(nèi)干擾效果評定準則

舷內(nèi)干擾效果可通過以下2種準則進行評定：

(1) 單次干擾有效準則；

(2) 干擾成功率準則。

1.1.2 單次干擾有效評定準則

末制導(dǎo)雷達工作的目標是跟蹤目標艦船，引導(dǎo)導(dǎo)彈打中目標艦船。因此，艦船舷內(nèi)有源干擾的作用是使末制導(dǎo)雷達搜索狀態(tài)無法轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)，或跟蹤狀態(tài)不穩(wěn)，或跟蹤狀態(tài)返回搜索狀態(tài)，或末制導(dǎo)雷達跟蹤誤差過大，使導(dǎo)彈不能被正確引導(dǎo)擊中目標，這些情況都表示干擾有效。跟蹤狀態(tài)包括被動跟蹤干擾輻射源，跟蹤誤差過大包括被動跟蹤干擾輻射源跟蹤誤差過大。

舷內(nèi)雷達有源干擾設(shè)備對末制導(dǎo)雷達實施干擾，干擾效果滿足下列條件之一，判定為干擾有效，反之，判定為干擾無效：

(1) 當末制導(dǎo)雷達處于搜索狀態(tài)時，受到干擾后，在規(guī)定的時間內(nèi)，末制導(dǎo)雷達無法由搜索狀態(tài)轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)(含主被動跟蹤)；

(2) 當末制導(dǎo)雷達處于主動模式下的穩(wěn)定跟蹤狀態(tài)時，受到干擾后，在規(guī)定的時間內(nèi)，末制導(dǎo)雷達對艦船目標的角度或距離跟蹤誤差大于其標稱誤差的3倍，或轉(zhuǎn)入搜索狀態(tài)；

(3) 當末制導(dǎo)雷達受到干擾后，末制導(dǎo)雷達轉(zhuǎn)入跟蹤干擾輻射源工作模式，在規(guī)定的時間內(nèi)，末制導(dǎo)雷達對艦船目標的跟蹤誤差大于主動模式下標稱誤差的3倍；

(4) 當末制導(dǎo)雷達處于主動模式下的穩(wěn)定跟蹤狀態(tài)時，受到干擾后，在規(guī)定的時間內(nèi)，末制導(dǎo)雷達既沒有穩(wěn)定跟蹤艦船目標，也沒有轉(zhuǎn)入跟蹤干擾輻射源工作模式(即被動模式)；

(5) 其他能夠明確判定干擾有效的情況。

1.1.3 干擾成功率評定準則

根據(jù)多次試驗獲得的干擾成功率對干擾效果進行評定。

1.1.4 干擾效果分級

干擾效果分級是為了對干擾效果有一個定量的分階。根據(jù)評定準則統(tǒng)計的干擾成功率將干擾效果分為A，B，C，D 4級，具體見表1。

表1 干擾效果分級表Table 1 Jamming effect clasification table

表1中的α1,α2,α3由行業(yè)的專家和部隊指揮員根據(jù)工程經(jīng)驗和作戰(zhàn)需要共用確定。

1.2 舷外干擾效果評定

1.2.1 舷外干擾效果評定準則

舷外干擾效果可通過以下2種準則進行評定：

(1) 單次干擾有效準則；

(2) 干擾成功率準則。

1.2.2 單次干擾有效評定準則

艦船舷外有源干擾的作用是使末制導(dǎo)雷達對艦船的搜索狀態(tài)無法轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)，或跟蹤艦船狀態(tài)不穩(wěn)，或末制導(dǎo)雷達跟蹤艦船誤差過大，或者末制導(dǎo)雷達跟蹤上舷外有源干擾設(shè)備(含假目標和干擾輻射源)，使導(dǎo)彈不能被正確引導(dǎo)并擊中目標艦船，這些情況都表示干擾有效。

舷外雷達有源干擾設(shè)備對制導(dǎo)雷達實施干擾，干擾效果滿足下列條件之一，判定為干擾有效，反之，判定為干擾無效：

(1) 當末制導(dǎo)雷達處于搜索狀態(tài)時，受到干擾后，在規(guī)定的時間內(nèi)，末制導(dǎo)雷達無法轉(zhuǎn)入跟蹤艦船目標，或轉(zhuǎn)入跟蹤干擾生成的假目標或干擾輻射源；

(2) 當末制導(dǎo)雷達處于穩(wěn)定跟蹤狀態(tài)時，受到干擾后，在規(guī)定的時間內(nèi)，末制導(dǎo)雷達轉(zhuǎn)入跟蹤有源干擾生成的假目標或干擾輻射源；

(3) 當末制導(dǎo)雷達處于穩(wěn)定跟蹤狀態(tài)時，受到干擾后，在規(guī)定的時間內(nèi)，末制導(dǎo)雷達對艦船目標的跟蹤誤差大于其標稱誤差的3倍；

(4) 當末制導(dǎo)雷達處于穩(wěn)定跟蹤狀態(tài)時，受到干擾后，在規(guī)定的時間內(nèi)，末制導(dǎo)雷達沒有穩(wěn)定跟蹤艦船目標；

(5) 當末制導(dǎo)雷達處于穩(wěn)定跟蹤狀態(tài)時，受到干擾后，在規(guī)定的時間內(nèi)，末制導(dǎo)雷達的跟蹤偏移量大于艦船安全距離；

(6) 其他能夠明確判定干擾有效的情況。

1.2.3 干擾成功率評定準則

根據(jù)多次試驗獲得的干擾成功率對干擾效果進行評定。

1.2.4 干擾效果分級

根據(jù)評定準則統(tǒng)計的干擾成功率將干擾效果分為A，B，C，D 4級，具體見表1。

2 舷內(nèi)干擾效果評定方法

2.1 說明

本準則依據(jù)實施干擾前后末制導(dǎo)雷達工作狀態(tài)和對目標艦船跟蹤誤差的變化評定干擾效果。

2.2 評定試驗場景

評定試驗場景見圖1。

注：O—陪試艦船就位點；A—目標艦船位置；S—目標艦船航路起始點；E—目標艦船航路終點圖1 舷內(nèi)干擾效果評定試驗場景Fig.1 Ship interior interference evaluation test scenario

評定試驗場景說明如下：

(1) 單次干擾試驗開始前，陪試末制導(dǎo)雷達天線波束指向目標艦船，試驗過程中，被試干擾設(shè)備天線波束對準末制導(dǎo)雷達；

(2) 陪試艦船漂泊于O點，目標艦船航路如圖1所示，目標艦船和陪試艦船之間的距離OA基本不變，OA取值由試驗大綱確定，一般地，OA可取2倍的最小干擾距離標稱值；

(3) 航路起點S和終點E由試驗大綱確定，目標艦船在行駛過程中按試驗大綱設(shè)定的時間點開啟和關(guān)閉末制導(dǎo)雷達；

(4) 干擾樣式和干擾信號功率按照研制總要求、產(chǎn)品合同、試驗大綱等要求設(shè)置。

2.3 評定試驗步驟

評定試驗步驟如下：

(1) 按圖1所示布設(shè)目標艦船和陪試艦船，完成末制導(dǎo)雷達機械軸和電軸一致性校準的零位標校；

(2) 目標艦船以規(guī)定航速航行，當目標艦船到達規(guī)定位置后，末制導(dǎo)雷達開機，被試干擾設(shè)備施放干擾，實時記錄末制導(dǎo)雷達的工作狀態(tài)、跟蹤距離和跟蹤角度，定位系統(tǒng)實時錄取陪試艦船和目標艦船位置；

(3) 當干擾持續(xù)到規(guī)定時間后，末制導(dǎo)雷達關(guān)機，被試干擾設(shè)備停止干擾，此次干擾即為單次干擾，由1.1.2規(guī)定的準則判定單次干擾的有效性；

(4) 重復(fù)步驟(2)～(3)，直至完成該航次規(guī)定的干擾次數(shù)；

(5) 重復(fù)步驟(2)～(4)，直至完成所有航次規(guī)定的干擾次數(shù)。

2.4 試驗記錄及數(shù)據(jù)處理

試驗記錄與數(shù)據(jù)處理如下：

(1) 將航向、航速、末制導(dǎo)雷達開關(guān)機時間、被試干擾設(shè)備施放干擾的開始和停止時間等記錄于干擾效果試驗情況記錄表。

(2) 將單次干擾試驗中被試干擾設(shè)備的干擾樣式、末制導(dǎo)雷達的工作狀態(tài)和跟蹤數(shù)據(jù)記錄于舷內(nèi)干擾試驗跟蹤誤差記錄表。

(3) 按式(1)計算當前航次中的跟蹤角度均方誤差

(1)

式中：N為采集的數(shù)據(jù)樣本量；θZCi為單次干擾過程中末制導(dǎo)雷達跟蹤角測量值的第i個樣本點；θTi為單次干擾過程中末制導(dǎo)雷達與目標艦船相對方位角實際值的第i個樣本點。

按式(2)計算當前航次中的跟蹤距離均方誤差為

(2)

式中：RZCi為單次干擾過程中末制導(dǎo)雷達跟蹤距離測量值的第i個樣本點；RTi為單次干擾過程中末制導(dǎo)雷達與目標艦船相對距離實際值的第i個樣本點。

(4) 統(tǒng)計試驗次數(shù)和干擾成功次數(shù)，記錄于干擾效果試驗結(jié)果記錄表，根據(jù)規(guī)定置信度統(tǒng)計干擾成功率[12]。

2.5 試驗結(jié)果評定

根據(jù)1.1.2規(guī)定的準則進行單次干擾有效性判別，根據(jù)1.1.3規(guī)定的準則進行干擾成功率分級評定。

3 舷外干擾效果評定方法

3.1 說明

舷外干擾效果評定方法依據(jù)舷外有源干擾設(shè)備實施干擾前后末制導(dǎo)雷達工作狀態(tài)、對目標艦船的跟蹤誤差的變化和脫靶量評定干擾效果。

3.2 評定試驗場景

評定試驗場景見圖2。

注：O—陪試艦船就位點；A—目標艦船位置；D—舷外有源干擾設(shè)備位置圖2 舷外有源干擾效果評定試驗場景Fig.2 Ship exterior interference evaluation test scenario

評定試驗場景說明如下：

(1) 根據(jù)被試有源干擾設(shè)備的組成選擇干擾頻率的設(shè)置方式：若被試有源干擾設(shè)備包含雷達對抗偵察功能，則干擾頻率采用自引導(dǎo)的方式；若無雷達對抗偵察功能，干擾頻率采用預(yù)設(shè)置(或被動控制設(shè)置)的方式。

(2) 試驗開始前，陪試末制導(dǎo)雷達天線波束指向目標艦船。

(3) 陪試艦船就位點O、目標艦船位置A、不同類型的舷外有源干擾設(shè)備位置D由試驗大綱確定。

3.3 評定試驗步驟

評定試驗步驟如下：

(1) 按圖2所示布設(shè)目標艦船和陪試艦船，并完成末制導(dǎo)雷達零位標校；

(2) 目標艦船和陪試艦船就位后，末制導(dǎo)雷達開機跟蹤目標艦船；

(3) 目標艦船以規(guī)定航速航行，到達預(yù)定地點A后，有源干擾完成布放，并開始發(fā)射干擾信號，并按戰(zhàn)術(shù)決策確定的方案進行機動；

(4) 實時記錄末制導(dǎo)雷達的工作狀態(tài)和跟蹤數(shù)據(jù)；

(5) 當陪試艦船到達距離目標艦船最小處時(或小于等于艦艇間安全距離時)，一次航次結(jié)束，調(diào)頭沿直線返回起始點；

(6) 重復(fù)步驟(2)～(5)，直至完成規(guī)定的有效試驗航次。

3.4 試驗記錄及數(shù)據(jù)處理

(1) 將當前航次中末制導(dǎo)雷達的工作狀態(tài)和跟蹤數(shù)據(jù)記錄于舷外干擾試驗跟蹤誤差記錄表。

(2) 按式(1)和(2)分別計算當前航次中的角度跟蹤和距離跟蹤均方誤差。

(3) 如圖3所示，根據(jù)第i個采樣時刻末制導(dǎo)雷達跟蹤角度、目標艦船位置和目標艦船航向，計算出艦船中心到末制導(dǎo)雷達電軸的垂直距離Xi、目標艦船航向和末制導(dǎo)雷達電軸的垂直方向的夾角θi；根據(jù)式(3)計算保護目標艦船的安全距離

(3)

式中：Ximin為在第i個采樣時刻，保護目標艦船的安全距離，m；Lc為目標艦船艦長，m；Lk為目標艦船艦寬，m；Lw為導(dǎo)彈威力半徑，m。

(4) 在規(guī)定時間內(nèi)，所有采樣時刻的Xi大于Ximin時，判定該次干擾有效。

(5) 統(tǒng)計試驗次數(shù)和干擾成功次數(shù)，記錄于干擾效果試驗結(jié)果記錄表，根據(jù)規(guī)定置信度統(tǒng)計干擾成功率[12]。

圖3 脫靶量計算示意圖Fig.3 Sketch map of miss distance calculation

3.5 試驗結(jié)果評定

根據(jù)1.2.2規(guī)定的準則進行單次干擾有效性判別，根據(jù)1.2.3規(guī)定的準則進行干擾成功率分級評定。

4 結(jié)束語

艦載電子對抗裝備是艦艇反導(dǎo)重要的手段，對其干擾效果的評估就顯得尤為重要[13]。艦船反導(dǎo)雷達有源干擾效果評估對于摸清艦船電子對抗裝備反導(dǎo)自衛(wèi)效果，對于艦載電子對抗裝備檢驗、驗收，對于艦載電子對抗裝備發(fā)展方向的引導(dǎo)等都具有重要的意義[14]。由于反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達體制的不斷發(fā)展，以及艦載電子對抗舷內(nèi)、舷外有源干擾的發(fā)展，干擾、抗干擾的技術(shù)和運用越來越復(fù)雜[15]，因此，效果評定準則要適應(yīng)未來發(fā)展的情況也是不易的。當這些效果評定準則不適應(yīng)其發(fā)展變化時，應(yīng)在遵循原有的指導(dǎo)思想的基礎(chǔ)上，對于具體的方法、算法可適應(yīng)性的修改使用。