雷達/紅外成像復合制導面臨的干擾及對抗*

王 永

(海軍裝備部重慶地區(qū)軍事代表局 成都 610100)

1 引言

雷達/紅外成像復合制導(以下簡稱“復合制導”)是一種公認的較好的復合制導方式。研究人員從未停止對其實施干擾的技術(shù)手段的研究,提出了多種對抗復合制導的新型干擾手段,如人工水霧[1]、寬波段氣懸體[2]、泡沫云[3]、燃燒型發(fā)煙劑[4]、寬波段煙幕干擾劑[5]等,且從理論上說,這些復合干擾措施能有效對抗復合制導導彈,但目前這些新型干擾技術(shù)并不完全成熟,實際使用中仍更多采用傳統(tǒng)的干擾手段,如對抗雷達采用的箔條、角反射器、有源干擾機等,又如對抗紅外成像采用的面源誘餌、煙幕、強激光等,以及它們的合理組合。本文研究主要是為了盡可能詳細分析出復合制導過程中可能面臨的干擾手段,以及可能采取的對抗措施及其預(yù)期抗干擾效果,最終為研究復合制導的干擾與抗干擾技術(shù)提供討論依據(jù)。因此首先分析了反艦導彈制導過程中可能面臨的干擾手段,將受干擾階段分為開機搜索階段和跟蹤階段。按照敵方施放干擾的戰(zhàn)術(shù)意圖,將開機搜索階段可能面臨的干擾分為迷惑干擾和沖淡干擾兩類,將跟蹤階段可能面臨的干擾分為轉(zhuǎn)移干擾、質(zhì)心干擾、壓制干擾和欺騙干擾四類。隨后用多種干擾器組合形成上述各類干擾,并詳細分析了對抗各類干擾可采用的各項措施及預(yù)期對抗效果。

2 面臨的干擾

復合制導反艦導彈末制導過程通常是首先雷達開機搜索并捕獲目標,然后進入跟蹤狀態(tài),制導過程中有兩種受到干擾的情形,一是末制導雷達開機搜索階段就受到干擾,從而捕獲到干擾,并隨之轉(zhuǎn)入跟蹤;二是雷達正確跟蹤目標后,敵方施放干擾以使導彈跟蹤點偏離目標或完全轉(zhuǎn)移到干擾源上。

2.1 開機搜索階段的干擾

開機搜索階段可能遇到迷惑干擾和沖淡干擾兩種干擾方式。

1)迷惑干擾

艦載雷達偵察告警設(shè)備發(fā)現(xiàn)敵方搜索雷達開機搜索時,用遠程箔條干擾火箭向本艦周圍較遠距離發(fā)射若干枚箔條彈,形成多個雷達假目標。箔條云的雷達截面積應(yīng)與被掩護的艦艇相當,對敵方搜索雷達起到擾亂與飽和壓制的作用,從而降低艦船的暴露概率[6]。

2)沖淡干擾

根據(jù)投放的干擾源不同,沖淡干擾可分為箔條沖淡干擾、漂浮有源沖淡干擾和懸停式有源沖淡干擾三種。在雷達末制導開機前,向艦船周圍的適當位置發(fā)射多枚箔條彈、多個漂浮式有源干擾或多個懸停式有源干擾,形成多個假目標,使導彈末制導雷達開機搜索時首先捕捉到假目標。

2.2 跟蹤階段的干擾

按照干擾的戰(zhàn)術(shù)意圖,跟蹤階段受到的干擾可分為轉(zhuǎn)移干擾、質(zhì)心干擾、壓制干擾、遮蔽干擾等,形成這些干擾方式的干擾來源分別為:

?轉(zhuǎn)移干擾:箔條、反射器[7]、紅外誘餌(點源、面源)、弦外有源、艦上有源、組合轉(zhuǎn)移干擾;

?質(zhì)心干擾:箔條、反射器、紅外誘餌、組合質(zhì)心干擾;

?壓制干擾:雷達強噪聲壓制、激光致盲、組合壓制干擾;

?遮蔽干擾:箔條遮蔽、煙幕遮蔽、箔條與煙幕組合遮蔽干擾。

2.2.1 轉(zhuǎn)移干擾

轉(zhuǎn)移干擾是在我方導彈已經(jīng)跟蹤敵方艦船之后,敵方艦船為擺脫跟蹤狀態(tài)而采用的一種干擾方式。此時,艦船將在距艦身較近的適當位置施放有源或無源干擾,同時實施距離拖引干擾、噪聲壓制干擾、煙幕遮蔽干擾,致使我彈載末制導雷達丟失目標,并重新搜索,進而跟蹤有源或無源假目標,然后艦船迅速機動逃逸。

2.2.2 質(zhì)心干擾

質(zhì)心干擾是在轉(zhuǎn)移干擾方式無效后使用的一種干擾手段。在實施干擾時,艦船在艦身周圍施放多個弦外有源或無源干擾,使艦船與假目標同時處于我方彈載探測器的距離跟蹤波門之內(nèi),使我探測器無法分辨,進而輸出錯誤的目標角度測量信息。此時艦船根據(jù)風向快速機動,減小艦船在傳感器跟蹤波門的面積,致使我反艦導彈偏向干擾,降低敵方艦船受損概率。

2.2.3 壓制干擾

壓制干擾包括雷達有源壓制干擾和激光壓制干擾。

對雷達實施的有源壓制性干擾的形式一般為窄帶瞄準式和寬帶阻塞式兩種,其干擾信號一般為噪聲調(diào)頻(噪聲調(diào)相)、噪聲調(diào)幅和噪聲調(diào)頻調(diào)幅等,致使雷達接收機無法提取有效目標信號[8]。

激光壓制就是采用激光照射導彈,由于敵方位于導彈的紅外視場內(nèi),因此敵方艦船上發(fā)射出來的照射在導彈上的激光能量也能匯聚到紅外探測器平面上,形成軟破壞或硬破壞。激光致盲武器是極其有效的紅外對抗手段,1991年海灣戰(zhàn)爭中,美國在B52飛機上裝備了激光致盲設(shè)備,實戰(zhàn)證明其效果良好[9]。

2.2.4 遮蔽干擾

傳統(tǒng)的遮蔽干擾包括箔條遮蔽干擾和煙幕遮蔽干擾。敵方艦船在我方導彈來襲方向上布設(shè)箔條云,形成干擾長廊,致使我方導彈無法獲取有效的目標回波[11～12]。煙幕干擾是利用煙幕彈在空中爆炸后形成的煙幕墻以遮蔽的方式對紅外成像系統(tǒng)實施干擾[13]。

3 抗干擾措施

3.1 開機搜索階段的抗干擾措施

開機搜索階段,如果敵方施放了干擾,這些干擾都是針對雷達施行的,因此雷達需要具有一定的抗干擾能力。但如果雷達不能有效對抗這些干擾,那么雷達掃描一周過程中就可能采集到包括真目標和假目標在內(nèi)的多個目標信號。此時,雷達需要依據(jù)事先的準則在預(yù)定方位范圍內(nèi)選擇一個目標。此目標有可能是真目標也可能是干擾。之后雷達對此選定目標進行跟蹤。如果所跟蹤的是一個干擾,那么有兩種情況發(fā)生:

1)干擾失效,雷達“跟丟了目標”,于是記憶跟蹤一段時間,如果干擾不再出現(xiàn),記憶制導時間段過后雷達開始重新搜索;如果干擾又出現(xiàn),則繼續(xù)跟蹤,之后可能轉(zhuǎn)到1)或2);

2)紅外開始起作用后識別出其是假目標,于是開始重新搜索。此時需要面對的一個問題就是雷達重新搜索時,還能選擇攻擊哪些目標?這需要考慮導彈的最大過載,在此最大過載允許條件下是否能夠命中此新目標。

可求得導彈最大過載aM與可命中目標最大方位角θmax(目標方位角即為視線與彈軸的夾角)范圍的關(guān)系

也就是說,凡是距離導彈約為r且視線與彈體縱軸夾角在±θmax范圍內(nèi)的目標,導彈都可以轉(zhuǎn)過彎去將其擊中,如圖1所示。

可見,空間的一個目標是否具備被導彈擊中的基本條件,是由導彈的最大可用過載aM和目標相對導彈的位置(r,θ)共同決定的。由于導彈的最大可用過載是確定已知的,因此空間的一個目標是否具備被導彈擊中的基本條件完全由導彈的位置(r,θ)確定,于是可得導彈最大過載限制下的可攻擊目標選擇依據(jù)為:

假設(shè)雷達與紅外搜索時,空間存在的可能目標集合為

集合中各個元素是由雷達第一次開機搜索得到目標數(shù)據(jù)與當前時刻導彈的位置確定的。則能夠被雷達搜索到且被導彈攻擊到的目標集合為

式中,α為彈體縱軸與參考方向的夾角,即航向角,max{ηRM}為雷達的最大方位搜索視場半角。能夠被紅外搜索到且被導彈攻擊到的目標為

圖1 導彈可攻擊目標范圍

接下來的問題便是如何按此依據(jù)選擇新的攻擊對象。

根據(jù)雷達開機掃描后得到的海面多個目標的測量建立其“戰(zhàn)場態(tài)勢圖”,所謂戰(zhàn)場態(tài)勢圖就是幾個目標與導彈之間的相對位置關(guān)系。由于艦艇運動速度相對較慢,盡管之前導引頭工作在對單一目標的跟蹤狀態(tài),仍然可以在需要重新選擇攻擊目標時調(diào)入之前的戰(zhàn)場態(tài)勢圖,并根據(jù)當前的導彈位置數(shù)據(jù)將其更新。更新后的“戰(zhàn)場態(tài)勢圖”可以很好地解決以上重新選擇跟蹤目標時遇到的兩個問題。具體實施步驟如下:

1)用雷達第一次開機時的導彈的位置以及各個“可能目標”的位置(r,q)建立初始的“戰(zhàn)場態(tài)勢圖”;

2)如果需要重新搜索目標則轉(zhuǎn)入3),如果不需要則保持對原目標的跟蹤;

3)依據(jù)初始“戰(zhàn)場態(tài)勢圖”以及當前時刻導彈的位置更新“戰(zhàn)場態(tài)勢圖”,獲得空間存在的可能目標集合,即式(2);

3)按照式(5),檢查是否存在能夠被雷達與紅外都搜索到且被導彈攻擊到的目標,若有,選擇其中方位偏差最大的一個進行小方位搜索,若無,轉(zhuǎn)入5);

4)按照式(3)和(4),檢查是否存在能夠被雷達或紅外搜索到且被導彈攻擊到的目標,若有,則選擇一個方位偏差最小的一個進行小方位搜索,若無,則全方位搜索。

3.2 跟蹤階段的抗干擾措施

3.2.1 抗轉(zhuǎn)移干擾措施

首先,要成功施行轉(zhuǎn)移干擾需要兩個有效步驟:一是使導引頭失去信號一段時間,迫使導引頭重新搜索目標;二是使導引頭重新搜索目標時搜捕到干擾源。

步驟一的手段包括:距離拖引干擾、雷達有源壓制干擾。這兩種干擾措施可能單獨使用也可能組合使用,能形成表1所示的3種干擾方式,對這3種干擾方式可采用的對抗措施以及預(yù)期對抗效果也列在表中。

表1 轉(zhuǎn)移干擾第一步驟的干擾方式及其對抗措施和預(yù)期效果

假設(shè)第一個步驟干擾成功,即導引頭失去目標信號開始重新搜索。第二步驟的手段包括:箔條、反射器、紅外面源誘餌(點源誘餌認為紅外可以抗掉)、弦外有源干擾機等,這四種干擾措施可能單獨使用也可能合理組合使用,這里只考慮兩兩復合的形式,于是可形成表2所示的7種干擾方式。對這7種干擾方式的對抗措施都是進行干擾識別,若判斷其為干擾,則丟棄,否則轉(zhuǎn)入跟蹤。干擾效果及預(yù)期抗干擾效果也列在表中。

表2 轉(zhuǎn)移干擾第二步驟的干擾方式及其對抗措施和預(yù)期效果

從以上對兩個步驟的分析可看出,盡管對轉(zhuǎn)移干擾的第二個步驟中的“箔條+紅外面源誘餌”、“反射器+紅外面源干擾”和“紅外面源誘餌+弦外有源干擾”這三種復合干擾方式的對抗效果較差,但復合制導對第一個步驟具有較好的對抗效果,也就是說復合制導不容易失去對目標的跟蹤信號。可見,要對復合制導反艦導彈成功施轉(zhuǎn)移干擾是比較困難的。

3.2.2 抗質(zhì)心干擾措施

實施質(zhì)心干擾的依據(jù)是使艦船與假目標同時處于導引頭的距離跟蹤波門之內(nèi),使導引頭無法分辨。應(yīng)該看到,跟蹤波門的精確選取提高抗質(zhì)心干擾的能力。因為只要在保證真實目標可跟蹤的條件下選取到最小的跟蹤波門,則質(zhì)心干擾出現(xiàn)在跟蹤波門之內(nèi)的概率將相應(yīng)減小。雷達與紅外融合跟蹤精度應(yīng)高于單一體制的制導跟蹤精度,因此能減小波門尺寸,從而提高質(zhì)心干擾對抗能力。

以下是在波門選取工作沒有將質(zhì)心干擾源排除在波門之外的情形下展開的研究。

質(zhì)心干擾的具體實施干擾的手段可能有箔條、反射器、紅外面源誘餌、弦外有源干擾機等,這四種干擾措施可能單獨使用也可能合理組合使用,這里只考慮兩種復合的形式,于是可形成表3所示的7種干擾方式,對這7種干擾方式的對抗措施以及預(yù)期對抗效果也列在表中。

表3 質(zhì)心干擾方式及其對抗措施和預(yù)期效果

可見,若跟蹤波門限定功能不強,則導彈容易受到“箔條+紅外面源誘餌”、“反射器+紅外面源干擾”和“紅外面源誘餌+弦外有源干擾”三種質(zhì)心干擾方式的干擾。

3.2.3 抗壓制干擾措施

敵方實施壓制干擾包括雷達有源壓制干擾和激光壓制干擾,以及它們的組合使用,因此將可能有三種壓制干擾方式,它們的抗干擾措施以及預(yù)期對抗效果如表4所示。

表4 壓制干擾方式及其對抗措施和預(yù)期效果

可見,只有當導彈同時受到雷達有源壓制和激光致盲壓制時,才容易被干擾成功。

3.2.4 抗遮蔽干擾措施

遮蔽干擾包括箔條遮蔽干擾和煙幕遮蔽干擾,以及它們的合理組合使用。因此將可能有三種壓制干擾方式,它們的抗干擾措施和預(yù)期效果如表5所示。

表5 遮蔽干擾方式及其對抗措施和預(yù)期效果

可見,當導彈同時受到箔條與煙幕遮蔽時容易被干擾成功。

4 結(jié)語

本文對復合制導過程中可能遇到的各種干擾進行了詳細分類。將受干擾階段分為開機搜索階段和跟蹤階段。分析得出導彈的最大可用過載與重新搜索目標時還能攻擊哪些目標之間的關(guān)系,并用“戰(zhàn)場態(tài)勢圖”來解決重新搜索目標時的目標選擇問題。用多種干擾器組合形成跟蹤階段的各類干擾,并分析了對抗各類干擾可采用的措施及預(yù)期對抗效果。從中可以對復合制導的抗干擾能力的長處和短處有清晰的了解,可供研究人員討論參考。

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