機(jī)載拖曳式雷達(dá)誘餌干擾分析

張曉杰，駱魯秦，蔣志彪，崔 偉

(空軍航空大學(xué)，長(zhǎng)春 130022)

0 引言

在現(xiàn)代以復(fù)雜電磁環(huán)境為背景的戰(zhàn)爭(zhēng)中，空中作戰(zhàn)是以先進(jìn)電子技術(shù)為基礎(chǔ)的最典型的高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)。在進(jìn)攻方式上，空空導(dǎo)彈從1944年出現(xiàn)發(fā)展至今己經(jīng)發(fā)展到第四代，具有超視距發(fā)射、發(fā)射后不管的能力，采用單脈沖跟蹤和脈沖多普勒末制導(dǎo)體制的主動(dòng)雷達(dá)制導(dǎo)導(dǎo)彈。在超視距空戰(zhàn)中，機(jī)載雷達(dá)可在上百公里以外就可以發(fā)現(xiàn)敵方作戰(zhàn)飛機(jī)，并發(fā)射空空導(dǎo)彈進(jìn)行攻擊?？湛諏?dǎo)彈上的單脈沖多普勒雷達(dá)檢測(cè)敵機(jī)雷達(dá)回波信號(hào)并分析其相對(duì)于發(fā)射信號(hào)的多普勒頻移就可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的探測(cè)和速度測(cè)量，通過(guò)比較和、差通道的多普勒譜線的幅度或相位就可以實(shí)現(xiàn)敵機(jī)角度的測(cè)量和跟蹤［1］。

在防御方式上，作戰(zhàn)飛機(jī)為了避免空空導(dǎo)彈的攻擊，一般都在飛機(jī)上裝有雷達(dá)告警接收機(jī)，一旦告警器探測(cè)到制導(dǎo)雷達(dá)信號(hào)，就會(huì)向飛行員告警，就可以立即施放各種有源的或無(wú)源的誘餌干擾，將對(duì)方的導(dǎo)彈誘騙，從而達(dá)到保護(hù)自身的目的。

1 拖曳式雷達(dá)誘餌干擾理論與應(yīng)用效能分析

據(jù)報(bào)道，在1999年美國(guó)空襲南聯(lián)盟期間，美國(guó)空軍B-1B 轟炸機(jī)、F-18 戰(zhàn)斗機(jī)在機(jī)后拖放了空中誘餌，至少牽制住了已經(jīng)跟蹤上飛機(jī)的10 枚SAM 導(dǎo)彈的攻擊，有一個(gè)誘餌還準(zhǔn)確地被導(dǎo)彈擊中，保護(hù)了飛機(jī)［2］。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，拖曳式雷達(dá)誘餌已成為干擾雷達(dá)導(dǎo)引頭的有效手段。

1.1 干擾原理

如果拖曳式雷達(dá)誘餌起作用，制導(dǎo)雷達(dá)的角度跟蹤系統(tǒng)的響應(yīng)會(huì)因誘餌的存在而發(fā)生改變。拖曳式雷達(dá)誘餌的工作原理與兩點(diǎn)源干擾單脈沖雷達(dá)的原理相同［3］。由于作戰(zhàn)飛機(jī)在空戰(zhàn)中很難保持和誘餌干擾信號(hào)在相位上的恒定，所以在應(yīng)用上主要是非相干干擾［4］。

1.2 結(jié)構(gòu)組成

拖曳式雷達(dá)誘餌主要由機(jī)內(nèi)的信號(hào)接收處理部分和機(jī)外的誘餌發(fā)射部分組成［5］。組成框圖如圖1所示。

圖1 雷達(dá)誘餌工作組成結(jié)構(gòu)圖

工作流程為:雷達(dá)告警接收天線對(duì)截獲的信號(hào)進(jìn)行威脅信號(hào)識(shí)別及方位的測(cè)量等，然后引導(dǎo)干擾設(shè)備盡快地截獲威脅信號(hào)，通過(guò)電子對(duì)抗波形發(fā)生器產(chǎn)生最佳的干擾樣式，最后由光纖傳輸?shù)秸T餌發(fā)射出去。

1.3 干擾過(guò)程中干信比變化模型

拖曳式雷達(dá)誘餌干擾過(guò)程中誘餌轉(zhuǎn)發(fā)的干擾信號(hào)和作戰(zhàn)飛機(jī)反射的回波信號(hào)在雷達(dá)導(dǎo)引頭接收天線處的功率之比稱(chēng)為干信比［6］。拖曳式雷達(dá)誘餌與作戰(zhàn)飛機(jī)的回波信號(hào)不同之處在于誘餌是將接收到的雷達(dá)發(fā)射信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后放大轉(zhuǎn)發(fā)出去。本文所研究的拖曳式雷達(dá)誘餌采用恒定功率，即誘餌發(fā)射信號(hào)的功率恒定，始終以最大功率發(fā)射干擾信號(hào)。

末制導(dǎo)雷達(dá)信號(hào)經(jīng)作戰(zhàn)飛機(jī)反射后在雷達(dá)導(dǎo)引頭接收天線處接收到的回波信號(hào)功率為

式中，PT為雷達(dá)導(dǎo)引頭發(fā)射功率，GT為目標(biāo)方向?qū)б^天線增益，GR為目標(biāo)方向?qū)б^接收天線增益，λ為導(dǎo)引頭工作波長(zhǎng)，σ為作戰(zhàn)飛機(jī)的散射截面積，R為目標(biāo)到雷達(dá)導(dǎo)引頭距離，γR，γT為雷達(dá)導(dǎo)引頭發(fā)射機(jī)和接收機(jī)綜合損耗。

拖曳式雷達(dá)誘餌到達(dá)雷達(dá)接收機(jī)的干擾信號(hào)功率為

式中，PTJ為誘餌發(fā)射功率，GTJ為誘餌干擾天線增益，GR為誘餌方向?qū)б^接收天線增益，λ為導(dǎo)引頭工作波長(zhǎng)，Rj為誘餌到雷達(dá)導(dǎo)引頭的距離，γj為誘餌發(fā)射天線的綜合損耗。

由公式(1）和(2），可以計(jì)算出導(dǎo)引頭接收天線處的干信比J/S:

1.4 脫靶量計(jì)算模型

拖曳式雷達(dá)誘餌干擾末制導(dǎo)雷達(dá)導(dǎo)引頭的作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)圖如圖2所示。

圖2 拖曳式雷達(dá)誘餌作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)圖

圖中，作戰(zhàn)飛機(jī)的位置為P 點(diǎn)，誘餌位置為Y 點(diǎn)，臨界角處導(dǎo)彈所在位置為M 點(diǎn)，飛機(jī)與誘餌的拖曳線長(zhǎng)度為L(zhǎng)=YP，臨界角導(dǎo)彈對(duì)飛機(jī)的入射角度為θm，導(dǎo)彈受到飛機(jī)與誘餌的非相干干擾后在臨界角處導(dǎo)引頭指向Z 點(diǎn)，臨界角處導(dǎo)彈指向點(diǎn)與誘餌的夾角為θ2，與飛機(jī)的夾角為θ1，導(dǎo)彈到飛機(jī)的距離為R，導(dǎo)彈到誘餌的距離為Rj，導(dǎo)彈可修正的誤差距離為ZO，脫靶量為OP。

根據(jù)圖中的幾何關(guān)系可以得出臨界分辨角處導(dǎo)彈距離飛機(jī)的距離R為

導(dǎo)彈距離誘餌的距離為

導(dǎo)彈距離瞄準(zhǔn)質(zhì)心的距離為

誘餌對(duì)導(dǎo)彈的誘偏距離為

假設(shè)在最不利的情況下，在分辨出飛機(jī)和誘餌后，導(dǎo)彈將以最大的過(guò)載飛向飛機(jī)，則可得到導(dǎo)彈最大過(guò)載飛行修正的距離［7］為

式中，nmax為導(dǎo)彈的最大過(guò)載，g為重力加速度，vm為導(dǎo)彈的速度。

所以，由公式(7）和(8）可以得到導(dǎo)彈最終的脫靶量為

2 拖曳式雷達(dá)誘餌干擾仿真和結(jié)果分析

仿真條件:假設(shè)誘餌發(fā)射功率PTJ=60 W，雷達(dá)導(dǎo)引頭發(fā)射功率PT=5000 W，誘餌干擾天線增益GTJ=0 dB;誘餌方向?qū)б^接收天線增益GR=37 dB，誘餌發(fā)射天線的綜合損耗γj=1 dB，目標(biāo)方向?qū)б^天線增益GT=37 dB;作戰(zhàn)飛機(jī)的散射截面積σ=6m2;為雷達(dá)導(dǎo)引頭發(fā)射機(jī)和接收機(jī)綜合損耗γR=γT=1 dB，拖曳線長(zhǎng)度L=100 m，導(dǎo)彈速度為vm=900 m/s，飛機(jī)速度為vp=300 m/s。

2.1 干信比分析

圖3為導(dǎo)彈采用比例導(dǎo)引，導(dǎo)引系數(shù)為3，入射角度為45°，導(dǎo)彈到飛機(jī)的初始距離R=5000 m時(shí)拖曳式雷達(dá)誘餌干擾下干信比隨導(dǎo)彈到飛機(jī)距離的變化曲線。可見(jiàn)，隨著距離的接近，干信比會(huì)逐漸變小。

圖4為在導(dǎo)彈在相距作戰(zhàn)飛機(jī)1000 m處不同的入射角度對(duì)干信比變化的影響。由圖可以看出，導(dǎo)彈在前半球攻擊或后半球攻擊時(shí)誘餌都可以起到很好的干擾能力，后半球的干擾效果更好。在前半球入射角度為45°時(shí)干信比為7.3，而在后半球135°時(shí)干信比可以達(dá)到9.5。

圖3 干信比隨距離的變化仿真圖

圖4 干信比隨分辨角處入射角度的變化仿真圖

2.2 脫靶量分析

圖5為不同入射角度下拖曳式雷達(dá)誘餌干擾對(duì)導(dǎo)彈造成的脫靶量曲線。由圖可以看出，誘餌對(duì)導(dǎo)彈的干擾后半球要好于前半球，若導(dǎo)彈的殺傷半徑為30 m。由圖可見(jiàn)，后半球的干擾可以保證作戰(zhàn)飛機(jī)的安全，而前半球只有在入射角度大于45°的范圍內(nèi)可以很好地保證作戰(zhàn)飛機(jī)的安全。

圖5 入射角度對(duì)脫靶量的影響曲線圖

3 結(jié)束語(yǔ)

拖曳式雷達(dá)誘餌是當(dāng)前對(duì)付單脈沖多普勒雷達(dá)的一種有效的干擾方式。拖曳式雷達(dá)誘餌能否干擾成功與干信比的變化有很大關(guān)系，而導(dǎo)彈、作戰(zhàn)飛機(jī)以及誘餌的幾何位置通過(guò)對(duì)干信比的影響直接導(dǎo)致了導(dǎo)彈脫靶量的大小。

［1］崔旭.拖曳式雷達(dá)有源誘餌干擾技術(shù)研究［D］.電子科技大學(xué)，2005.

［2］何自強(qiáng).新一代先進(jìn)誘餌［J］.國(guó)際電子戰(zhàn)，2001(2）.

［3］方有培.拖曳式誘餌射頻誘餌干擾防空導(dǎo)彈研究［J］.航天電了對(duì)抗，2001(4）:16-19.

［4］姬曉琳.拖曳式誘餌干擾機(jī)理研究［D］.西安電子科技大學(xué)，2010.

［5］BAE SYSTEMS.AN/ALE-55 Fiber-Optic Towed Decoy［J］.IEEE Trans.on Aerospace and Electronic Systems，2006(6）.

［6］Kerins J W.Analysis of towed decoys［J］.IEEE Trans.on Aerospace and Electronic Systems，1993，29(4）:1222-1227.

［7］高彬，毛士藝，孫進(jìn)平.拖曳式誘餌抗單脈沖雷達(dá)導(dǎo)引頭效能評(píng)估［J］.系統(tǒng)工程與電了技術(shù)，2011(11）.