電子戰(zhàn)無(wú)人直升機(jī)抵近支援干擾仿真研究

程彥杰，毋曉鶴，徐 宙，劉 分

（中國(guó)洛陽(yáng)電子裝備試驗(yàn)中心，河南 洛陽(yáng) 471003）

0 引言

目前，隨著雷達(dá)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代雷達(dá)已經(jīng)具有窄波束、低副瓣的特點(diǎn)，其天線(xiàn)副瓣輸出的電平一般很低，電子戰(zhàn)飛機(jī)遠(yuǎn)距離的副瓣干擾往往難以達(dá)到理想的干擾效果，同時(shí)雷達(dá)還具備副瓣對(duì)消、頻率捷變和副瓣匿隱等多種反干擾措施［1］，使得電子戰(zhàn)飛機(jī)的隨隊(duì)掩護(hù)干擾或遠(yuǎn)距離支援干擾的效果大大減弱，甚至失去作用。而攜帶有雷達(dá)干擾載荷的電子戰(zhàn)無(wú)人直升機(jī)憑借其身小靈便、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，可利用山嶺地物做掩護(hù)縱深突防，飛臨敵方前沿或側(cè)翼，低空懸停、瞄準(zhǔn)干擾，干擾信號(hào)能直接進(jìn)入敵方雷達(dá)接收機(jī)主瓣和副瓣，有效地抑制了副瓣對(duì)消、副瓣匿隱等多種雷達(dá)反干擾措施，贏得了“空中靈巧魔爪”的美譽(yù)，彌補(bǔ)了超近距離干擾掩護(hù)攻擊機(jī)群的作戰(zhàn)配置空缺，在電子戰(zhàn)領(lǐng)域的地位作用也越來(lái)越突出。

1 電子戰(zhàn)無(wú)人直升機(jī)抵近干擾雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)

電子戰(zhàn)飛機(jī)一般體積較大、造價(jià)昂貴，有專(zhuān)業(yè)的飛行員和操作員，對(duì)抗作戰(zhàn)一般都采取遠(yuǎn)距離支援干擾或者隨隊(duì)掩護(hù)干擾，雖然干擾覆蓋面廣，但是干擾目的性差，對(duì)于大多新式雷達(dá)比如相控陣?yán)走_(dá)，干擾效果不佳。同時(shí)大型飛機(jī)機(jī)動(dòng)性差，不能夠靈活應(yīng)變；有人駕駛顧忌較多，相對(duì)危險(xiǎn)的空域不能夠及時(shí)進(jìn)入并有效實(shí)施壓制干擾。

同傳統(tǒng)的電子戰(zhàn)飛機(jī)相比，電子戰(zhàn)無(wú)人直升機(jī)抵近雷達(dá)實(shí)施干擾具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）無(wú)人直升機(jī)體積小、質(zhì)量輕、造價(jià)低、效費(fèi)比高，而且無(wú)需駕駛員進(jìn)行機(jī)上操作，不存在人員傷亡。因此，電子戰(zhàn)無(wú)人機(jī)抵近目標(biāo)執(zhí)行任務(wù)幾乎沒(méi)有后顧之憂(yōu)。

2）無(wú)人直升機(jī)無(wú)需任何輔助起飛和回收裝置，能垂直起降和自由懸停，對(duì)起飛場(chǎng)地和跑道沒(méi)有要求，作戰(zhàn)過(guò)程中可以隨時(shí)在陸地或艦船上起飛執(zhí)行任務(wù)，能夠適應(yīng)多種作戰(zhàn)環(huán)境。

3）無(wú)人直升機(jī)機(jī)身采用復(fù)合材料并進(jìn)行了隱身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以有效降低其雷達(dá)反射截面積，使得敵方雷達(dá)難以探測(cè)，可隱蔽縱深突防；同時(shí)無(wú)人直升機(jī)尺寸很小，發(fā)動(dòng)機(jī)功率較低，其紅外熱信號(hào)也很低，可飛臨敵方雷達(dá)附近隱蔽處懸停實(shí)施近距離支援干擾，優(yōu)勢(shì)明顯。

4）電子戰(zhàn)無(wú)人直升機(jī)抵近支援干擾雷達(dá)，由于遠(yuǎn)離己方陣地，因此避免了對(duì)己方設(shè)備產(chǎn)生電磁影響；同時(shí)抵近干擾在很大程度上減少了干擾機(jī)天線(xiàn)和雷達(dá)天線(xiàn)之間的射頻路徑損耗，使得攜帶的干擾機(jī)不僅能從雷達(dá)主瓣實(shí)施干擾，而且能從雷達(dá)副瓣實(shí)施干擾，壓制雷達(dá)實(shí)施副瓣反干擾技術(shù)。

5）無(wú)人直升機(jī)續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)，可貼地飛行，長(zhǎng)時(shí)間在指定區(qū)域巡航、懸停。另外，無(wú)人直升機(jī)作戰(zhàn)時(shí)還能按預(yù)編程序繞過(guò)固定的防空陣地，防空一方大部分雷達(dá)很難對(duì)其實(shí)施探測(cè)和跟蹤，從而使敵方雷達(dá)預(yù)警效率大大降低。

2 無(wú)人直升機(jī)雷達(dá)對(duì)抗模型分析

2.1 電子戰(zhàn)無(wú)人直升機(jī)干擾雷達(dá)數(shù)學(xué)模型

設(shè)電子戰(zhàn)無(wú)人直升機(jī)（后簡(jiǎn)稱(chēng)無(wú)人干擾機(jī)）、雷達(dá)和掩護(hù)目標(biāo)的空間關(guān)系如圖1所示。雷達(dá)天線(xiàn)主瓣指向目標(biāo)，而無(wú)人干擾機(jī)以天線(xiàn)主瓣指向雷達(dá)，干擾能量大部分將由雷達(dá)副瓣進(jìn)入雷達(dá)。

1 無(wú)人干擾機(jī)、雷達(dá)和目標(biāo)的空間關(guān)系圖

此時(shí)，雷達(dá)將同時(shí)收到兩個(gè)信號(hào)：目標(biāo)的回波信號(hào)和無(wú)人機(jī)的干擾信號(hào)。

雷達(dá)接收到的目標(biāo)回波信號(hào)功率為：

式中，Pt為雷達(dá)發(fā)射功率，Gt為雷達(dá)天線(xiàn)增益，σ為目標(biāo)的雷達(dá)截面積，λ為雷達(dá)工作波長(zhǎng)，Rt為目標(biāo)與雷達(dá)之間的距離。

進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)輸入端外的干擾信號(hào)功率為：

式中，Pj為雷達(dá)發(fā)射功率，γj為干擾信號(hào)對(duì)雷達(dá)天線(xiàn)的極化損失，Rj為無(wú)人干擾機(jī)與雷達(dá)之間的距離，Gj（φ）為無(wú)人干擾機(jī)干擾天線(xiàn)在雷達(dá)方向上的增益。

無(wú)人干擾機(jī)的干擾功率和回波信號(hào)的功率比為：

又因?yàn)楦蓴_－回波信號(hào)功率比大于或者等于干擾

從上述干擾數(shù)學(xué)模型可以看出，PjGj為有效干擾功率，PtGt為有效雷達(dá)功率，實(shí)施主瓣干擾時(shí)G′t較大，無(wú)人干擾機(jī)釋放的有效干擾功率要求小，實(shí)施副瓣干擾時(shí)G′t較小，無(wú)人干擾機(jī)所需釋放的有效干擾功率相對(duì)就較大，對(duì)于所有的電子戰(zhàn)干擾機(jī)來(lái)講，其干擾功率都有最大值，一旦滿(mǎn)足不了，就不能夠正常干擾敵方雷達(dá)、掩護(hù)己方目標(biāo)。因此，當(dāng)被干擾雷達(dá)與被掩護(hù)目標(biāo)的參數(shù)給定時(shí)，要求的有效干擾功率就是干擾距離Rj的函數(shù)，它們之間存在確定的關(guān)系，下面進(jìn)行仿真計(jì)算分析。

2.2 實(shí)例仿真分析

對(duì)于給定的雷達(dá)、無(wú)人干擾機(jī)和目標(biāo)，技術(shù)參數(shù)和目標(biāo)參數(shù)是一定的，假設(shè)敵方雷達(dá)的發(fā)射功率為Pt＝100kW，雷達(dá)天線(xiàn)增益為Gt＝30dB，σ＝10m2，Gt（θ）為高斯方向圖，波束寬度為1.5°，Rt＝10km，γj＝0.5，Kj＝10。對(duì)（4）式進(jìn)行整理，可得到無(wú)人干擾機(jī)的有效干擾功率與干擾距離的關(guān)系為：

在此種條件下，運(yùn)用Matlab仿真工具進(jìn)行實(shí)例仿真計(jì)算，得出無(wú)人干擾機(jī)在不同的干擾距離上對(duì)敵方雷達(dá)實(shí)施干擾時(shí)，所需釋放的有效壓制干擾功率最小值，如表1所示。

壓制系數(shù)Kj，所以即可得出雷達(dá)對(duì)抗干擾模型為：

表1 無(wú)人機(jī)干擾距離與所需的有效壓制干擾功率關(guān)系變化表

無(wú)人干擾機(jī)抵近雷達(dá)的干擾距離與所需的有效壓制干擾功率關(guān)系仿真曲線(xiàn)如圖2所示。

人干擾機(jī)干擾距離與所需有效壓制干擾功率關(guān)系圖

從圖2可以看出，電子戰(zhàn)無(wú)人直升機(jī)抵近雷達(dá)實(shí)施干擾，距離越近，越能以較小的干擾功率獲得有效的干擾效果，如果干擾距離減少至原距離的1/5，則干擾強(qiáng)度增大30倍，但是干擾距離也不是無(wú)限接近，下節(jié)會(huì)給出分析。同時(shí)干擾距離近，機(jī)載干擾機(jī)接收的雷達(dá)信號(hào)功率強(qiáng)，靈敏度要求就可以大大降低，由此就可以降低對(duì)機(jī)載干擾設(shè)備的要求，對(duì)于干擾設(shè)備的體積、質(zhì)量、電源功率的改進(jìn)設(shè)計(jì)等是非常有意義的。

2.3 最小配置距離分析

雖然電子戰(zhàn)無(wú)人直升機(jī)隨著與雷達(dá)距離的接近，干擾效果會(huì)越來(lái)越好，但是無(wú)人直升機(jī)也不是能夠無(wú)限接近雷達(dá)的。距離太近會(huì)容易暴露目標(biāo)，而且干擾距離越近，無(wú)人干擾機(jī)接收雷達(dá)輻射的功率就越大，當(dāng)雷達(dá)主波束照射時(shí)，由于接收信號(hào)功率過(guò)強(qiáng)、超過(guò)無(wú)人干擾機(jī)接收機(jī)負(fù)荷而容易導(dǎo)致接收系統(tǒng)過(guò)載燒毀，因此一定要避免此類(lèi)情況發(fā)生，要把無(wú)人直升機(jī)干擾位置配置在與雷達(dá)距離合適的區(qū)域。

根據(jù)無(wú)人機(jī)抵近干擾雷達(dá)的特性，設(shè)定無(wú)人干擾機(jī)接收系統(tǒng)所能承受的最大信號(hào)功率為Pmax，則無(wú)人干擾機(jī)距雷達(dá)的最小干擾距離為：

式中，Ar是無(wú)人干擾機(jī)接收天線(xiàn)的有效接收面積。無(wú)人干擾機(jī)在距離雷達(dá)的最小干擾距離之外，才不必?fù)?dān)心接收系統(tǒng)會(huì)被燒毀。這里取有效接收面積為既定參數(shù)，其他參數(shù)同上述設(shè)定，仿真計(jì)算得出在此種情況下，無(wú)人干擾機(jī)與雷達(dá)距離的最小配置不得小于3.89km，以上分析不考慮大氣衰減、地面反射等因素的影響。因此，為達(dá)到較好的干擾效果，必須根據(jù)無(wú)人干擾機(jī)的相關(guān)約束條件和效能分析進(jìn)行合理的配置。

3 無(wú)人直升機(jī)抵近干擾時(shí)壓制區(qū)的計(jì)算模型

根據(jù)雷達(dá)干擾方程，現(xiàn)在建立數(shù)學(xué)模型并分析雷達(dá)對(duì)抗戰(zhàn)術(shù)上最重要的干擾效能指標(biāo)——壓制區(qū)。壓制區(qū)即無(wú)人直升機(jī)釋放干擾為使雷達(dá)不能發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的空間區(qū)域［3］，通過(guò)壓制區(qū)的分析可以得出無(wú)人直升機(jī)額載干擾機(jī)的威力范圍。電子戰(zhàn)無(wú)人直升機(jī)飛臨目標(biāo)雷達(dá)附近地域后，選擇適當(dāng)?shù)碾[蔽處定點(diǎn)懸停釋放干擾，此時(shí)可以將無(wú)人直升機(jī)和雷達(dá)均看作是固定的點(diǎn)，而所掩護(hù)的戰(zhàn)機(jī)則是運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)目標(biāo)，其空間關(guān)系如圖3所示。

圖3 無(wú)人干擾機(jī)掩護(hù)戰(zhàn)機(jī)時(shí)的空間關(guān)系

4 無(wú)人機(jī)抵近支援干擾壓制區(qū)仿真分析

以雷達(dá)為坐標(biāo)軸極點(diǎn)，雷達(dá)與無(wú)人干擾機(jī)之間的連線(xiàn)為極軸，建立極坐標(biāo)系。根據(jù)上述討論，以θ為自變量，分別取燒穿距離R0為5km，K＝0.06，H＝6km，考慮到無(wú)人直升干擾機(jī)隨地形起伏超低空飛行，一般處于雷達(dá)盲區(qū)，可超近距離抵近敵方雷達(dá)但最小距離大于3.89km，因此Rj分別取值20km、12km、6km，代入設(shè)定的參數(shù)，通過(guò)Matlab仿真運(yùn)行得出Dt所滿(mǎn)足的曲線(xiàn)圖像，如圖4～5所示。

由圖4可以看出，該閉合曲線(xiàn)是由無(wú)人干擾機(jī)和雷達(dá)連線(xiàn)為軸、兩邊對(duì)稱(chēng)于此線(xiàn)的一個(gè)類(lèi)心形曲線(xiàn)，壓制區(qū)即為該心形曲線(xiàn)之外的區(qū)域，而該心形曲線(xiàn)內(nèi)的區(qū)域?yàn)楸┞秴^(qū)，當(dāng)被掩護(hù)的戰(zhàn)機(jī)飛至暴露區(qū)以?xún)?nèi)時(shí)，雷達(dá)將會(huì)發(fā)現(xiàn)戰(zhàn)機(jī)。

圖4 無(wú)人干擾機(jī)掩護(hù)戰(zhàn)機(jī)時(shí)壓制區(qū)仿真圖

圖5 隨無(wú)人機(jī)干擾距離Rj抵 近壓制區(qū)的空間變化圖

目前，電子戰(zhàn)無(wú)人直升機(jī)是低空潛入敵方重點(diǎn)防御區(qū)內(nèi)干擾敵防空雷達(dá)、指揮控制樞紐的最佳武器平臺(tái)。建議今后無(wú)人直升機(jī)可采用更輕質(zhì)的雷達(dá)吸波和紅外隱身等復(fù)合材料，同時(shí)改進(jìn)無(wú)人直升機(jī)雷達(dá)橫截面設(shè)計(jì)，提高其隱身突防能力，盡可能縮短無(wú)人干擾機(jī)抵近支援干擾距離，增強(qiáng)干擾效果；同時(shí)采取納米技術(shù)壓縮改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)，并加裝熱源處理器，可有效地降低無(wú)人直升機(jī)紅外熱信號(hào)的輻射，躲避敵方雷達(dá)偵察系統(tǒng)，甚至在被觀察哨發(fā)現(xiàn)時(shí)，仍可令敵方發(fā)射的便攜式紅外尋的導(dǎo)彈“無(wú)的可尋”。

5 結(jié)束語(yǔ)

電子戰(zhàn)無(wú)人直升機(jī)具有可利用地形地貌做掩護(hù)、定點(diǎn)懸停、超近距離飛臨敵方雷達(dá)實(shí)施支援干擾的優(yōu)勢(shì)。本文通過(guò)建立無(wú)人直升機(jī)雷達(dá)對(duì)抗模型、無(wú)人直升機(jī)不斷抵近支援干擾的壓制區(qū)模型，運(yùn)用Matlab軟件進(jìn)行仿真分析，得出無(wú)人干擾機(jī)抵近支援干擾的干擾效果與干擾距離、干擾功率之間的關(guān)系。隨著干擾距離的抵近，干擾扇面增大，所需的有效干擾功率減??；功率不變時(shí)，掩護(hù)己方目標(biāo)的壓制區(qū)就越大，暴露區(qū)越小，電子戰(zhàn)無(wú)人直升機(jī)的干擾效能得到明顯提高。同時(shí)，通過(guò)本文的分析，對(duì)無(wú)人直升機(jī)和機(jī)載干擾設(shè)備的合理改進(jìn)提供了意見(jiàn)參考，希望能在一定程度上起到拋磚引玉的作用。

［1］費(fèi)華蓮，陳越.電子戰(zhàn)無(wú)人機(jī)對(duì)抗相控陣?yán)走_(dá)的技術(shù)淺析［J］.電子偵察干擾，2007（3）：1－4.

［2］周建軍，陳超，崔麥會(huì).無(wú)人直升機(jī)的發(fā)展及其軍事應(yīng)用［J］.航空科學(xué)技術(shù)，2003（1）：38－40.

［3］邵國(guó)培，曹志耀，何俊.電子對(duì)抗作戰(zhàn)效能分析［M］.北京：解放軍出版社，1998.

［4］趙國(guó)慶，張正明，林像印.雷達(dá)對(duì)抗原理［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1999.

［5］侯印鳴，李德成，孔憲正，等.綜合電子戰(zhàn)［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2002.

［6］楊軍，趙鋒.無(wú)人機(jī)在雷達(dá)對(duì)抗中的應(yīng)用研究［J］.艦船論證參考，2008（1）：59－64.