閃爍誘偏對抗反輻射無人機(jī)策略分析

劉洪亮，王永海，劉朝陽，丁桂強(qiáng)

（中國人民解放軍63889部隊，河南 孟州 454750）

0 引言

反輻射無人機(jī)是一種以電磁波導(dǎo)引攻擊地面雷達(dá)和其他無線電設(shè)備的武器［1-2］，它通常利用目標(biāo)雷達(dá)或其它輻射源的電磁波信號作為制導(dǎo)信息，當(dāng)反輻射無人機(jī)上的導(dǎo)引頭接收到輻射源信號后，對其進(jìn)行識別、分選，實時檢測無人機(jī)與目標(biāo)輻射源的角度偏差信號，形成控制指令，引導(dǎo)無人機(jī)飛向并最終摧毀目標(biāo)。反輻射無人機(jī)搭載的常規(guī)被動雷達(dá)導(dǎo)引頭抗誘偏干擾的方法有多種，主要通過提高導(dǎo)引頭在能量域、頻域、時域等方面的分辨力［3］，達(dá)到盡早區(qū)分雷達(dá)與誘餌信號的目的。

針對常規(guī)被動雷達(dá)導(dǎo)引頭主要攻擊雷達(dá)副瓣的特點，為保護(hù)雷達(dá)，在能量域往往要求有源誘餌天線等效輻射功率高于雷達(dá)副瓣平均功率，并通過合理設(shè)置雷達(dá)波束掃描方向和誘餌天線波束指向，使兩者主、副瓣對應(yīng)導(dǎo)引頭的重疊覆蓋區(qū)域盡量大，從而增大誘偏成功的概率。同時為了增加導(dǎo)引頭識別分選誘餌信號的難度，在頻域設(shè)置與雷達(dá)頻率接近或相同的誘餌信號。反輻射無人機(jī)的導(dǎo)引頭大多采用脈沖前沿跟蹤體制［4-5］，它通過采集靠前到達(dá)的脈沖信號進(jìn)行采樣處理，因此在時域，往往要求誘餌信號在信號輻射時間上能適當(dāng)覆蓋雷達(dá)信號前后沿，且雷達(dá)和誘餌脈沖重復(fù)周期相同，達(dá)到抑制導(dǎo)引頭前后沿跟蹤的目的。

對于裝配常規(guī)被動雷達(dá)導(dǎo)引頭的反輻射無人機(jī)，因其普遍采取前沿跟蹤技術(shù)，所以當(dāng)雷達(dá)及其有源誘餌采取閃爍誘偏時，抗反輻射效果更加明顯［6-7］。閃爍誘偏通過2個或多個誘餌相互配合使用，使導(dǎo)引頭無法鎖定雷達(dá)，在對誘餌進(jìn)行自我保護(hù)的同時［8］，使反輻射無人機(jī)偏離被攻擊雷達(dá)。

在以往文獻(xiàn)中，對于誘餌布站方法、誘餌信號脈沖前后沿保護(hù)時序設(shè)置等均有較多的成熟結(jié)論，但對于如何運(yùn)用閃爍誘偏提升誘偏效果的研究較少，尤其是反輻射無人機(jī)在打擊配備誘餌的雷達(dá)時，通常采取飽和式無差別攻擊戰(zhàn)術(shù)，以期達(dá)到消耗所有誘餌進(jìn)而摧毀雷達(dá)的目的，因此開展閃爍誘偏對抗反輻射無人機(jī)策略的研究就顯得尤為迫切。本文從閃爍誘偏機(jī)理入手，結(jié)合仿真分析，給出合理的閃爍誘偏策略，為提高反輻射對抗中雷達(dá)和誘餌的生存概率提供技術(shù)支撐。

1 閃爍誘偏抗反輻射無人機(jī)工作機(jī)理

通常閃爍誘偏指功率閃爍誘偏和時序閃爍誘偏，功率閃爍誘偏指多個誘餌按照一定的周期開關(guān)，當(dāng)反輻射無人機(jī)進(jìn)入誘偏陣地后，其導(dǎo)引頭接收到的空間合成信號反復(fù)跳變。

時序閃爍誘偏劃分為同步閃爍誘偏和異步閃爍誘偏。異步閃爍誘偏的2個或多個誘餌之間不存在嚴(yán)格的時間同步關(guān)系，各個誘餌按照各自的規(guī)律閃爍，當(dāng)反輻射無人機(jī)進(jìn)入誘偏陣地后，距雷達(dá)和誘餌之間的距離時刻在發(fā)生變化，使得誘餌信號不能始終在時域上覆蓋雷達(dá)信號，雷達(dá)信號存在被識別出的風(fēng)險。

一般而言，通常采用脈沖前沿超前的同步閃爍誘偏，即2個或多個誘餌之間存在嚴(yán)格的時間同步關(guān)系，并且誘餌發(fā)射的誘偏信號前沿始終超前雷達(dá)信號，在任一時刻，導(dǎo)引頭只能采集到某一誘餌的前沿信號，而無法采集到雷達(dá)前沿信號［9-10］。此外，為了防止反輻射導(dǎo)引頭具有脈沖后沿跟蹤功能，在典型的多點源誘偏時，通常采取多個誘餌信號脈沖前后沿完全覆蓋雷達(dá)信號，此時誘餌信號完全包裹雷達(dá)信號，雷達(dá)信號將完全隱匿起來，如圖1所示。

圖1 雷達(dá)及誘餌閃爍時序示意圖

其中，3個誘餌信號的脈寬均大于雷達(dá)信號脈寬，雷達(dá)和誘餌信號的重復(fù)周期相同。

同步閃爍誘餌的“閃爍模式”主要是指多誘餌信號在發(fā)射信號持續(xù)時間、相對先后次序上的各種組合情況；“閃爍周期”則主要是指完成一次“閃爍模式”所需的時間。以圖1所示的3個誘餌進(jìn)行同步閃爍誘偏為例，誘餌1、2、3同時發(fā)射誘偏信號，3個誘餌前后沿分別超前滯后雷達(dá)脈沖信號不同時間，在某一固定周期T1后，該3個誘餌超前滯后雷達(dá)信號的時間隨機(jī)切換。由于反輻射無人機(jī)導(dǎo)引頭通常是在某段時間內(nèi)穩(wěn)定采集信號若干個有效脈沖后鎖定目標(biāo)，在作戰(zhàn)中通常會使用大量反輻射無人機(jī)對雷達(dá)和誘餌進(jìn)行無差別飽和攻擊，為了在保護(hù)雷達(dá)的同時減少誘餌損失，降低反輻射無人機(jī)鎖定某誘餌的概率，通常在時序閃爍的基礎(chǔ)上，再疊加誘餌功率閃爍。誘餌功率閃爍時，3個誘餌按照一定的周期T2隨機(jī)有1個誘餌不工作，防止無人機(jī)鎖定該誘餌后進(jìn)行攻擊。需要注意的是，T2除以T1商一般不為整數(shù)，且T1和T2的設(shè)置應(yīng)參考反輻射無人機(jī)飛控響應(yīng)時間等因素。

2 閃爍誘偏抗反輻射無人機(jī)策略分析

為便于分析，以兩點源誘偏為例，當(dāng)反輻射無人機(jī)由遠(yuǎn)及近飛行時，設(shè)O1、O2兩個輻射源的工作參數(shù)設(shè)置相同，2輻射源的距離為L，2站采取閃爍誘偏方式工作。

2.1 僅有功率閃爍

2個輻射源交替開機(jī)工作，設(shè)2站的工作時間均為t0，關(guān)斷時間均為t1，則2輻射源的工作周期t=t0+t1。假設(shè)反輻射無人機(jī)垂直來襲，當(dāng)O1站工作時，反輻射無人機(jī)的導(dǎo)引頭將捕獲O1輻射源的信號，并向O1輻射源進(jìn)行運(yùn)動，此時輻射源O2不工作；隨后O2輻射源開始工作，O1輻射源停止輻射信號，那么反輻射導(dǎo)引頭將重新捕獲O2輻射源的信號，并向O2輻射源的方位運(yùn)動，運(yùn)動的時間同樣為t0。如此反復(fù)，反輻射無人機(jī)的導(dǎo)引頭無法始終跟蹤其中任一輻射源，反輻射無人機(jī)受2輻射源工作周期影響所做的擺動，可以近似看成反輻射無人機(jī)以2個輻射源連線的中點為軸的左右搖擺運(yùn)動，如果2個輻射源的功率比為β=1，反輻射導(dǎo)彈左右運(yùn)動的幅度相等，擺動幅度與輻射源的工作時間相關(guān)，時間越長幅度越大，此時某個輻射源的擊毀概率也在增大。這種情況下，反輻射導(dǎo)彈的瞄準(zhǔn)點不是2個點源位置連線的中點，而是其中的某個點源，根據(jù)輻射源工作時間和導(dǎo)引頭的自身性能等條件，則反輻射無人機(jī)的飛行狀態(tài)可以分為2種： 1）如果反輻射無人機(jī)在每個輻射源工作期間無法及時建立跟蹤，說明單站工作的時間過短，反輻射無人機(jī)的導(dǎo)引頭沒有采集到足夠數(shù)量的脈沖，導(dǎo)引頭將一直處于搜索狀態(tài)，那么最后無法擊中輻射源。2）反輻射無人機(jī)能夠在每個輻射源工作期間建立跟蹤并調(diào)整跟蹤方向，在最后將以最大過載轉(zhuǎn)向某個輻射源。

下面討論反輻射無人機(jī)與輻射源間達(dá)到最大分辨角情況下的運(yùn)動過程，如圖2所示，分2種情況分析：

圖2 反輻射無人機(jī)與兩點源位置示意圖

情況一：當(dāng)反輻射無人機(jī)運(yùn)動到A點時，2輻射源與反輻射無人機(jī)間的夾角達(dá)到導(dǎo)引頭的最大分辨角ΔθR，反輻射無人機(jī)向著O1運(yùn)動，如果此時O1不工作而O2工作，但是O2輻射源已經(jīng)脫離反輻射導(dǎo)引頭的最大分辨角，則反輻射無人機(jī)仍然向著O1工作，不會轉(zhuǎn)向O2，此時反輻射導(dǎo)彈的落點為O'；情況二：當(dāng)反輻射導(dǎo)彈運(yùn)動到A點時，反輻射無人機(jī)與2輻射源間的夾角均為最大分辨角，設(shè)反輻射無人機(jī)在到達(dá)A點的前一時刻正向著O2運(yùn)動，恰好此時O1工作而O2不工作，反輻射導(dǎo)彈在A點可以收到O1的工作信號，并轉(zhuǎn)向O1，最后落點為O″。

因反輻射導(dǎo)引頭的分辨角一般為幾十度，當(dāng)反輻射無人機(jī)運(yùn)動到A點時，反輻射無人機(jī)與地面的距離較近，無人機(jī)已沒有足夠時間修正與輻射源間的誤差距離，導(dǎo)彈將以最大過載Jmax作圓弧運(yùn)動，此時可將閃爍誘偏看成能量質(zhì)心誘偏，只不過導(dǎo)引頭的瞄準(zhǔn)點不是輻射源能量質(zhì)心，而是某個輻射源，最后落點將位于O'O″之內(nèi)。若反輻射無人機(jī)圓弧運(yùn)動半徑為R，則其最大可修正距離為：

因此，針對功率閃爍誘偏方式，主要選擇以下誘偏策略：1）選取多點源有源誘偏方式，通常采用1個雷達(dá)配備3個誘餌構(gòu)成4點源誘偏系統(tǒng)，在陣地布局上多采用“菱形”、“Y字形”和“前置正三角形”等誘偏陣型；2）各誘餌輻射源的功率比β=1，防止某一誘餌功率過大，使反輻射無人機(jī)攻擊策略切換成大信號跟蹤模式，導(dǎo)致閃爍誘偏失效；3）各誘餌輻射源按照一定的周期T2隨機(jī)閃爍，每個周期均有1個誘餌不工作，且每個誘餌輻射功率信號的工作時間不大于無人機(jī)飛控系統(tǒng)響應(yīng)時間Tc，避免無人機(jī)鎖定某個誘餌后穩(wěn)定跟蹤攻擊。

2.2 僅有時序閃爍

大多數(shù)反輻射無人機(jī)裝載的反輻射導(dǎo)引頭均采取脈沖后沿跟蹤體制，因此，采用脈沖前沿超前的同步閃爍誘偏，使得始終存在至少1個誘偏信號超前雷達(dá)信號，此時導(dǎo)引頭只能采集誘餌的前沿信號，而無法采集到雷達(dá)前沿信號。當(dāng)采取時序閃爍誘偏時，其誘偏效果與采取功率閃爍情況基本相似，也是通過調(diào)整不同誘餌輻射源超前雷達(dá)信號，破壞反輻射導(dǎo)引頭對輻射源信號的前沿跟蹤，使其在不同輻射源之間擺動跟蹤。

為了達(dá)到誘偏效果，針對時序閃爍誘偏方式，主要選擇以下誘偏策略：

1）選取多點源有源誘偏方式。

2）各誘餌輻射源的功率比β=1。

3）各誘餌輻射源按照一定的周期T1進(jìn)行閃爍，每個周期內(nèi)各誘餌信號超前滯后雷達(dá)信號的次序隨機(jī)變化，以四點源誘偏方式（1個雷達(dá)3個誘餌）為例，其中3個誘餌相對雷達(dá)信號的時序關(guān)系如表1所示。

表1 誘餌信號輻射次序表

表1中每個輻射代碼代表1組輻射信號時序關(guān)系，4點源誘偏基本的信號時序關(guān)系有3種，則在輻射信號時，可以隨機(jī)從3種時序關(guān)系中，按照脈間變化或脈組變化設(shè)置對應(yīng)時序。

4）誘餌信號超前滯后雷達(dá)信號的時間需大于反輻射導(dǎo)引頭的時間分辨力（后者通常能達(dá)到微秒級）。

為了更有效地設(shè)置誘餌信號超前滯后雷達(dá)信號的時間，通?？梢愿鶕?jù)雷達(dá)、各誘餌位置以及目標(biāo)來襲位置來考慮。當(dāng)反輻射無人機(jī)在誘偏保護(hù)空域范圍內(nèi)任意位置來襲時，由反輻射無人機(jī)相對雷達(dá)和誘餌的位置關(guān)系，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計算各誘餌與雷達(dá)間的最大時間補(bǔ)償值與最小時間補(bǔ)償值，從而在該最大最小補(bǔ)償時間范圍內(nèi)選取超前滯后時間量。

5）需要注意的是，每個誘餌信號超前雷達(dá)信號的時間也應(yīng)不大于反輻射無人機(jī)飛控系統(tǒng)響應(yīng)時間Tc，以避免無人機(jī)鎖定某個誘餌后穩(wěn)定跟蹤攻擊。

2.3 功率閃爍+時序閃爍

由于反輻射無人機(jī)的被動雷達(dá)導(dǎo)引頭多數(shù)采取大信號跟蹤與前沿跟蹤的技術(shù)體制，為了更好地誘偏反輻射無人機(jī)，同時能夠達(dá)到誘餌自我保護(hù)的目的，在設(shè)置閃爍誘偏時，更多的是在時序閃爍的基礎(chǔ)上復(fù)合功率閃爍，以降低反輻射無人機(jī)鎖定某誘餌的概率，其主要對抗策略如下： 1）雷達(dá)和誘餌信號之間嚴(yán)格時間同步，雷達(dá)和誘餌信號參數(shù)設(shè)置要有細(xì)微差別，防止誘餌信號對雷達(dá)造成干擾；2）各誘餌功率相同且天線波束指向始終保持一致，雷達(dá)天線的主、副瓣置于誘餌信號的波束覆蓋范圍之內(nèi)［11-12］；3）功率閃爍周期T2與時序閃爍周期T1之比不為整數(shù)；4）設(shè)置T1和T2時，應(yīng)確保單個誘餌被反輻射導(dǎo)引頭截獲的時間不大于反輻射無人機(jī)的飛控響應(yīng)時間。

3 閃爍誘偏條件下反輻射無人機(jī)攻擊仿真

采取4點源誘偏態(tài)勢，3個誘餌按前三角形態(tài)勢部署于雷達(dá)前，3個誘餌間相互間距310 m，雷達(dá)距誘餌中心為600 m。

反輻射無人機(jī)巡航高度2 000 m，巡航速度50 m/s，自雷達(dá)陣地上方采取俯沖攻擊態(tài)勢，俯沖向下過載5 g，最大殺傷半徑20 m；反輻射導(dǎo)引頭天線的水平與俯仰平面分別采用雙基線干涉儀比相法測向體制，半波束寬度50°。雷達(dá)始終輻射信號，各誘餌輻射源的功率比為β=1，對反輻射無人機(jī)攻擊情況進(jìn)行仿真試驗。

各誘餌間進(jìn)行時序閃爍，每個閃爍周期內(nèi)有1個誘餌信號超前雷達(dá)信號、1個滯后雷達(dá)信號、1個與雷達(dá)信號保持同步，同時設(shè)置功率閃爍，每個閃爍周期內(nèi)只有1個誘餌工作，單個誘餌持續(xù)輻射信號時間為0.4 s，反輻射無人機(jī)飛控響應(yīng)時間為0.5 s，以無人機(jī)導(dǎo)引頭開始工作的時刻作為采集數(shù)據(jù)的起點，圖3—4分別為反輻射無人機(jī)攻擊軌跡圖及反輻射導(dǎo)引頭瞄準(zhǔn)點散布圖。

圖3 閃爍誘偏時反輻射無人機(jī)攻擊軌跡

圖4 反輻射導(dǎo)引頭在不同時刻的瞄準(zhǔn)點散布圖

如圖3—4所示，在末制導(dǎo)攻擊階段，隨著無人機(jī)不斷接近誘餌，各輻射源相對反輻射導(dǎo)引頭的方位夾角與俯仰夾角都在不斷增大，反輻射無人機(jī)飛行航跡存在明顯的擺動；從導(dǎo)引頭在反輻射無人機(jī)不同攻擊階段的瞄準(zhǔn)點也能看出，初始階段反輻射導(dǎo)引頭的瞄準(zhǔn)點涵蓋4個輻射源目標(biāo)，隨著反輻射無人機(jī)臨近，瞄準(zhǔn)點開始逐漸轉(zhuǎn)向單個誘餌，且受閃爍誘偏影響，導(dǎo)致機(jī)體在不同誘餌間不斷調(diào)整指向角，并最后朝著誘餌2進(jìn)行攻擊，但因反輻射無人機(jī)過載且調(diào)整時間較少，最終落點位于誘偏系統(tǒng)中部區(qū)域，未造成對雷達(dá)或誘餌的有效毀傷。

4 結(jié)束語

反輻射無人機(jī)作為一種成本較低、滯空時間長和攻擊高效的雷達(dá)摧毀武器，在作戰(zhàn)突防中對雷達(dá)和雷達(dá)操作手具有重大威脅。本文針對誘偏反輻射無人機(jī)的工作機(jī)理，根據(jù)長期有源誘偏對抗經(jīng)驗，分析了閃爍誘偏抗反輻射無人機(jī)策略，尤其是對功率閃爍和時序閃爍的綜合運(yùn)用做了研究和仿真，為誘偏反輻射無人機(jī)提供了參考。在實際作戰(zhàn)中，還應(yīng)結(jié)合雷達(dá)組網(wǎng)、分布式導(dǎo)航干擾和防空武器系統(tǒng)等多種措施進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法綜合運(yùn)用，從而提高成功對抗反輻射無人機(jī)的概率。