有源壓制干擾壓制區(qū)計算數(shù)學模型*

張玉琳 蔣里強 王 純 李玉新

(1.68206部隊 臨夏 731100)(2.防空兵學院 鄭州 450052)

有源壓制干擾壓制區(qū)計算數(shù)學模型*

張玉琳1蔣里強2王 純2李玉新2

(1.68206部隊 臨夏 731100)(2.防空兵學院 鄭州 450052)

研究了有源壓制干擾壓制區(qū)的計算方法,主要包括自衛(wèi)干擾、遠距離支援干擾和隨隊干擾時壓制區(qū)的計算方法。研究結果將有助于確定電子干擾條件下壓制區(qū)的范圍,對指導部隊訓練和進行電子干擾效能評估具有重要意義。

有源壓制; 電子干擾; 雷達; 壓制區(qū)

Class Number TP301

1 引言

未來信息化條件下的戰(zhàn)爭,電子干擾將貫穿整個空襲與反空襲戰(zhàn)爭的全過程,對電子干擾進行深入的理論研究,對防空兵作戰(zhàn)具有重要的現(xiàn)實意義和實踐指導意義[1]。為了對其進行量化分析,就有源壓制干擾壓制區(qū)的計算進行了數(shù)學建模,為指揮員在防空作戰(zhàn)中正確運用火力、科學決策提供依據(jù)。

2 有源壓制干擾概述

有源干擾是有源電子干擾的簡稱,是通過發(fā)射或轉發(fā)電磁信號對敵方電子設備進行壓制或欺騙的電子干擾。壓制性干擾是壓制性電子干擾的簡稱,是使敵方電子設備接收到的有用信號模糊不清或完全被遮蓋的電子干擾[2]。有源壓制干擾是利用干擾信號在顯示器上壓制住雷達目標的回波信號,使雷達分辨不清真實目標,以此來擾亂雷達的正常工作狀態(tài)。

有源干擾壓制區(qū)是指對敵方實施有源壓制干擾時,使其電子信息設備和系統(tǒng)不能有效工作的空間范圍[2]。

3 有源壓制干擾壓制區(qū)的計算

干擾的基本任務是壓制雷達以保衛(wèi)目標自身安全,從戰(zhàn)術上講有飛機的自衛(wèi)干擾、隨隊掩護干擾和遠距離支援干擾,它們的干擾功率要求是不同的,所形成的有效干擾區(qū)也有很大區(qū)別。壓制區(qū)定義為:為使雷達不能發(fā)現(xiàn)目標(一般認為對目標的發(fā)現(xiàn)概率Pd<0.1)的空間,壓制區(qū)又稱為有效干擾區(qū)[3]。下面就各種不同的干擾方式壓制區(qū)的計算進行數(shù)學建模。

3.1 雷達干擾方程簡介

從實質上看,雷達方程所反映的是雷達和被探測目標之間的空間能量關系;偵察方程所反映的是偵察機和被偵察雷達之間的空間能量關系;對于干擾方程,由于干擾機的任務是壓制雷達對目標信號的正常接收、顯示和跟蹤,所以它包括雷達對目標和干擾機對雷達這兩個方面,因而干擾方程反映的是雷達、目標和干擾機三者之間的空間能量關系。

設雷達、目標和干擾機的空間位置關系如圖1所示。

圖1 雷達、目標和干擾機的空間關系圖

雷達以天線主瓣指向目標,干擾機以天線主瓣指向雷達。一般情況下,干擾機和被保衛(wèi)目標的位置不配置在一起,所以干擾能量將從雷達天線旁瓣進入雷達。此時雷達將同時接收到兩個信號:目標的回波信號和干擾信號。

雷達接收到的目標回波信號功率為

(1)

Pt為雷達的發(fā)射功率;Gt為雷達天線主瓣方向上的增益;σ為目標的有效反射面積;λ為雷達工作波長;Rt為雷達至目標的距離。

進入雷達輸入端外的干擾功率為

(2)

由式(1)、式(2),可以得出在雷達接收機輸入端外干擾信號與有效信號的比值,即干信比γ:

(3)

當干擾功率與回波信號功率的比值(即干信比)大于或等于功率準則所要求的壓制系數(shù)Kj時,便可得出干擾方程的一般形式,即:

(4)

3.2 自衛(wèi)干擾時壓制區(qū)的計算

(5)

式(5)的右端,在雷達、目標及干擾機參數(shù)給定情況下,為一常數(shù),這里記為R0,即:

(6)

故式(4)可以簡化為

Rt≥R0

(7)

式(7)說明在干擾機用作點目標自衛(wèi)時,在目標距離雷達Rt>R0的空間都滿足干擾方程,稱為干擾壓制區(qū);在Rt=R0時,是干擾壓制區(qū)的邊界,這里的R0稱為最小有效干擾距離或雷達最大有效作用距離;在Rt

由式(6)可知,當σ大,雷達的有效功率PtGt大時,雷達最大有效作用距離R0大,也就是說目標的暴露區(qū)大,雷達在較遠的距離上就可以發(fā)現(xiàn)目標;當干擾有效功率PjGj大而σ小時,則R0小,說明雷達只有在較近的距離上才能發(fā)現(xiàn)目標,也就是說壓制區(qū)大,暴露區(qū)小。

壓制區(qū)、暴露區(qū)與雷達最大有效作用距離的關系如圖3所示。

圖2 自衛(wèi)干擾時壓制區(qū)示意圖

圖3 壓制區(qū)、暴露區(qū)與雷達最大有效作用距離關系圖

3.3 遠距離支援干擾壓制區(qū)的計算

遠距離支援干擾是干擾機不配置在目標上的情況。為了方便模型的建立,假設干擾機及雷達的位置均是固定的,而被掩護的目標是一個運動的點目標,其空間位置關系如圖4所示。

圖4 遠距離干擾機掩護運動目標時的空間關系

設雷達天線指向目標,干擾機天線指向雷達,干擾天線偏離雷達天線最大方向的角度為θ,目標飛行高度為H,距離雷達的水平距離為Dt,目標有效反射面積為σ,則由空間位置關系可知:Rt2=Dt2+H2。由式(4)與R0的定義,可化簡得:

(8)

以雷達為極點,雷達與干擾機的連線為極軸,建立極坐標系。根據(jù)上述討論,以θ為自變量,代入不同數(shù)值,繪出Dt所滿足的曲線。由曲線可知,它是以干擾機和雷達的連線為軸、兩邊對稱于此連線的一個心形曲線。于是壓制區(qū)為該心形曲線之外的區(qū)域,而該心形曲線之內的區(qū)域為暴露區(qū),飛至暴露區(qū)內的運動目標將被雷達發(fā)現(xiàn)。示意圖如圖5所示。

圖5 干擾機對運動目標的壓制區(qū)

暴露半徑受Rj影響很大,干擾機距雷達越近,暴露區(qū)越小。目標高度H對Dt也稍有影響,當目標高度增加時,暴露區(qū)縮小了。這是因為此時雷達至目標的距離增大了,而干擾機到雷達的距離沒有變。

3.4 隨隊干擾時壓制區(qū)的計算

隨隊掩護干擾也是屬于干擾機不配置在目標上的情況,不過此時雷達位置固定而干擾機及目標均處于運動狀態(tài)。干擾機處于運動狀態(tài)時的壓制區(qū),可以看成干擾機對雷達為中心的徑向移動和旋轉運動兩個因素的合成結果。其徑向移動影響壓制區(qū)的增大或縮小,而旋轉運動使壓制區(qū)隨著干擾機和雷達的連線轉動。但壓制區(qū)的基本形狀仍都是以雷達為中心、以雷達和干擾機連線為軸且兩邊對稱的心形曲線。隨隊干擾時主要是計算有效干擾扇面。

雷達環(huán)視顯示器通常調整在接收機內部噪聲電平剛剛不能打亮熒光屏,而只有超過噪聲電平的目標信號電壓才能在熒光屏上形成亮點的狀態(tài)。干擾信號在環(huán)視顯示器熒光屏上打亮的區(qū)域稱為干擾扇面。干擾扇面的大小可以通過干擾機和雷達的空降關系求得。干擾機在保衛(wèi)目標時,應使其干擾扇面足以掩蓋住目標,使雷達不能發(fā)現(xiàn)和瞄準目標。

干擾要打亮如圖6所示寬度為ΔθB的干擾扇面,則干擾機功率必須保證在雷達方向圖的θ角方向上進入雷達接收機的干擾信號電平大于接收機內部噪聲電平一定倍數(shù)。以Pn表示折算到接收機輸入端內部噪聲電平,m表示倍數(shù),則進入接收機輸入端外的干擾信號電平應為

Prj≥mPn

(9)

由圖6(a)的空間關系可求得Prj

(11)

干擾扇面是以干擾機方向為中心,兩邊各為θ角的輝亮扇面。從上式還可以看出,干擾扇面與Rj成反比,距離越近,ΔθB越大。

上述干擾扇面只是說明干擾信號打亮的扇面有多大,還不能保證在干擾扇面中一定能壓制住信號。因此可能出現(xiàn)在干擾信號打亮的扇面內仍可能看到目標的亮點,以至未能達到壓制的目的。

圖6 干擾扇面的形成

有效干擾扇面是指在最小干擾距離上干擾應能壓制信號的扇面,在此扇面內雷達完全不能發(fā)現(xiàn)目標,接收機輸入端外的干擾信號功率應滿足

Prj≥KjPrs

(12)

便可得到有效干擾扇面Δθj的關系式為

(13)

可以看出,有效干擾扇面Δθj與很多因素有關。既和干擾參數(shù)PjGj、Kj等有關,還和雷達參數(shù)PtGt、θ0.5等以及目標的有效反射面積σ有關,另外Δθj還和Rj及Rt有關。

4 結語

對于不同類型的干擾,計算壓制區(qū)時,在已知相關的干擾信號與雷達信號參數(shù)的基礎上,可以帶入本文模型中進行計算,從而為指揮員定下決心,實施正確指揮提供參考依據(jù),同時本文為研究有源干擾壓制區(qū)提供一種定量計算的方法。

[1] 張玉琳,蔣里強.有源壓制干擾對某型地空導彈作戰(zhàn)效能影響的計算分析[J].防空兵學院學報,2014,36(2):21-23.

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[3] 邵國培,曹志耀,等.電子對抗作戰(zhàn)效能分析[M].北京:解放軍出版社,1998.

[4] 強正德,胡曉惠,藤儀奎.空軍電子戰(zhàn)的組織和實施[M].北京:空軍指揮學院,2003.

[5] 邵國培.電子對抗戰(zhàn)術計算方法[M].北京:解放軍出版社,2010.

[6] 胡曉惠.電子戰(zhàn)戰(zhàn)役戰(zhàn)術計算方法[M].北京:空軍指揮學院,2002.

[7] 張樹德.防空戰(zhàn)場電磁環(huán)境[M].北京:解放軍出版社,2008.

[8] 王小念.復雜電磁環(huán)境下對雷達的偵察及干擾[M].北京:解放軍出版社,2008.

[9] 丁曉冬,劉毅,李為明.多重電子干擾下地空導彈殺傷區(qū)計算方法[J].現(xiàn)代防御技術,2008,36(6):71-75.[10] 李朝,張多林,劉付顯.壓制干擾對地空導彈殺傷區(qū)的影響[J].現(xiàn)代防御技術,2008,36(6):53-61.

Mathematical Modeling for Suppression Area Calculation of Active Blanket Jamming

ZHANG Yulin1JIANG Liqiang2WANG Chun2LI Yuxin2

(1. No. 68206 Troops of PLA, Linxia 731100)(2. Air Defense Forces Academy, Zhengzhou 450052)

This paper has a research on the calculation method of suppression area of active blanket jamming, mainly including the calculation method for self-protection jamming, remote supporting jamming and accompanying jamming. The research results can contribute to the problem of the estimation to suppression area in the condition of electronic jamming, also it would have a significance in guiding the training of troops and estimating the electronic jamming efficiency.

active blanket, electronic jamming, radar, suppression area

2014年5月17日,

2014年6月25日 作者簡介:張玉琳,男,碩士,研究方向:防空兵作戰(zhàn)運籌分析。蔣里強,教授,博士,碩士生導師,研究方向:防空兵作戰(zhàn)運籌分析。

TP301

10.3969/j.issn1672-9730.2014.11.022