電子戰(zhàn)無人機分布配置干擾雷達建模仿真研究＊

程彥杰 劉正堂 呂 嵩 羅 樂

（中國洛陽電子裝備試驗中心 洛陽 471003）

1 引言

傳統(tǒng)的電子戰(zhàn)飛機往往采用集中式大功率電磁干擾支援掩護作戰(zhàn)，但由于其釋放的干擾距己方陣地較近，總會對己方裝備造成一定的負面影響。而無人機分布式干擾是在傳統(tǒng)干擾形式下發(fā)展起來的一種新型電子對抗樣式，一般使用兩架及以上無人機攜帶便攜干擾設(shè)備飛臨敵方雷達附近，在地面監(jiān)控站的引導(dǎo)下，對敵方雷達實施近距離主瓣干擾。由于無人干擾機可飛抵敵方縱深，隱蔽實施干擾，不僅干擾效能大幅提高，而且不會對己方人員裝備產(chǎn)生負面電磁影響。這種以分布式無人機低空飛臨敵方雷達陣地實施干擾的方法是對抗低或超低副瓣等先進雷達探測系統(tǒng)的有效戰(zhàn)術(shù)途徑。因此，研究電子戰(zhàn)無人機分布配置干擾雷達效果非常具有現(xiàn)實意義。

2 無人機分布式干擾的優(yōu)點

相對于傳統(tǒng)干擾方式，電子戰(zhàn)無人機分布式干擾具有距離近、干擾扇面廣、信號形式靈活、壓制區(qū)域大等多種優(yōu)點［1］。傳統(tǒng)的電子戰(zhàn)飛機干擾由于其雷達反射面大，作戰(zhàn)高度高，因此容易被發(fā)現(xiàn)而成為火力打擊的“活靶子”；單部無人機實施干擾不易達到預(yù)期效果而且易被敵方老練的雷達操作手判斷出干擾源所在位置；而無人機分布式干擾數(shù)量較多，分布面積廣，且相對飛行高度低，加之雷達反射面積較小，一般為0.3～0.8，不僅隱蔽性大幅提高，不易被發(fā)現(xiàn)而遭到破壞，而且克服了傳統(tǒng)大功率干擾存在的電磁兼容性差等缺點。

電子戰(zhàn)無人機分布式干擾最顯著的是具有干擾距離近的優(yōu)勢。無人機可以深入抵近敵方雷達陣地，無人駕駛因此沒有致命的后顧之憂，距離雷達越近，相應(yīng)的干擾功率就越大，而且干擾信號也容易從雷達主瓣進入，有效壓制了雷達實施副瓣對消、副瓣匿隱等反干擾措施。

在掩護目標作戰(zhàn)過程中，無人機分布式干擾還可采取較為多樣的作戰(zhàn)模式，干擾位置選定靈活，可以長時間巡航在敵方陣地周圍實施不間斷干擾壓制，效費比較高，是一種非常有潛力的電子對抗方式，近幾年越來越得到軍工企業(yè)的重視。

3 雷達干擾模型建立及約束條件分析

假設(shè)本文討論雷達的收發(fā)為同一天線，雷達發(fā)射機功率為Pt，且忽略雷達探測目標過程中的功率損耗，雷達收發(fā)天線的增益為Gt＝Gr＝G＝4πAr／λ2，雷達接收機輸入端的目標信號功率為Prs，Ar為雷達天線的有效面積，目標的反射截面積為σ，目標到雷達的距離為Rt，雷達的波長為λ，雷達的最小檢測功率為Simin。因為只有雷達接收機輸入端接收到的目標信號功率超過雷達的最小可檢測功率時，雷達才能夠有效發(fā)現(xiàn)目標。

3.1 雷達在分布式干擾情況下的探測距離模型

當無人機對雷達實施干擾時，此時，雷達將同時收到兩個信號：目標的回波信號和無人機的干擾信號。假定無人機干擾設(shè)備型號相同，設(shè)i架無人機發(fā)射的干擾功率為Pij，無人機與雷達之間的距離為Rij，無人機干擾天線在雷達方向上的增益取為Gj，雷達天線在無人干擾機方向上的增益為G′（θ），雷達天線在第i架無人機干擾方向上的有效接收面積均為Aijr，Aijr＝G′（θ）λ2／4π，則雷達在第i架無人機干擾情況下接收到的干擾信號功率為

式中，rj為干擾信號和雷達信號極化不一致的損失系數(shù)［5］。

而雷達接收到的目標回波信號功率為

當n架無人機分布式干擾雷達時，雷達檢測目標信號的最小信干比可以寫為

設(shè)雷達檢測到目標所需的最小信干比為Kj，即干擾識別系數(shù)，則可得

當取等號時，即可推得雷達受到無人機分布式干擾情況下探測目標時的自衛(wèi)距離為

3.2 約束性條件分析

一般在考慮雷達探測目標時的最大作用距離時認為受噪聲信號的影響最大，其他的影響因素很小可以忽略不計。其實不然，在實際作戰(zhàn)中，雷達受到其他復(fù)雜多變的環(huán)境影響也是很大的，這些因素其實很大程度影響著雷達探測效能，這就構(gòu)成了雷達探測方程的約束條件。

而所有的影響因素全部考慮的話，論文的計算量勢必很大，因此這里選取了對雷達探測距離建模影響最大的地球曲率［3］因素進行分析。由于雷達探測一般都在百公里以上，所以必然會受到雙重直視距離的影響。設(shè)無人干擾機的高度為Hij，無人機與雷達之間的距離為Rij，雷達站高度取Hl，目標的高度為Ht，另取一定的檢測概率和虛警概率，分析上節(jié)中分布式干擾情況下雷達自衛(wèi)距離的約束條件推導(dǎo)如下：

其中，Rtmax為雷達的最大作用距離，R′tmax為雷達有效探測距離。雷達、無人干擾機和目標之間必須滿足式（6）的約束條件，最終才能夠得出分布式干擾下雷達的有效探測區(qū)域。

4 分布式干擾下雷達暴露區(qū)計算模型

4.1 單架電子戰(zhàn)無人機干擾雷達暴露區(qū)計算模型

設(shè)單架電子戰(zhàn)無人干擾機、雷達和掩護目標的空間關(guān)系如圖1所示。雷達天線主瓣指向目標，而當無人干擾機以天線主瓣指向雷達，干擾能量大部分將由雷達副瓣進入雷達，但隨著無人機逐漸接近雷達，部分干擾能量將直接進入雷達主瓣。

根據(jù)圖1所示的無人干擾機、掩護目標和雷達的空間關(guān)系，結(jié)合上節(jié)分析可推出單架無人機干擾雷達時雷達的自衛(wèi)距離方程，即可得出雷達暴露區(qū)和單架無人機釋放干擾參數(shù)之間應(yīng)滿足的關(guān)系為

為便于討論，假定電子戰(zhàn)無人機小范圍盤旋實施干擾可視為空中一固定點，設(shè)雷達天線指向被掩護目標，無人干擾機天線指向雷達，電子戰(zhàn)無人機干擾信號偏離雷達最大的角度為θ，掩護目標的高度為H，距雷達的水平距離為Dt，則＝＋H2。而G′（θ）應(yīng)由以下公式計算

上式中，K一般在0.04～0.1取值。在無人干擾機和雷達參數(shù)、干擾距離Rj已知的情況下，假定目標高度不發(fā)生變化，將經(jīng)驗式（8）帶入干擾方程，并取電子戰(zhàn)無人干擾機釋放干擾功率與雷達信號回波功率比為最小壓制系數(shù)，即可得到以θ和Dt為變量的無人機有效干擾區(qū)邊界的曲線方程，單架電子戰(zhàn)無人機干擾雷達暴露區(qū)計算模型：

4.2 多架電子戰(zhàn)無人機干擾雷達暴露區(qū)計算模型

由于新型雷達的工作體制不斷在改進發(fā)展，這使得單架電子戰(zhàn)無人機干擾雷達形成的有效壓制區(qū)減小。考慮增大無人機的干擾功率，但是又受到無人機自身載荷的限制無法有效滿足；縮短無人機的干擾距離，又會增大無人機被敵方目視或近方觀察哨發(fā)現(xiàn)、繼而摧毀的概率。因此，本文考慮為解決這一系列問題，故引入多架電子戰(zhàn)無人機干擾雷達作戰(zhàn)模式。

根據(jù)雷達對抗原理，并結(jié)合上述單架無人機干擾雷達暴露區(qū)計算模型，當多架電子戰(zhàn)無人機對雷達實施干擾時，有效壓制時干擾方程應(yīng)滿足：

式中，Pij為第i架電子戰(zhàn)無人機的發(fā)射功率；Rij為第i架電子戰(zhàn)無人機至雷達的距離。

為簡化分析，假定每一架無人機小范圍盤旋干擾都可視為空中一固定干擾點，且被掩護目標高度不發(fā)生變化，在無人干擾機和雷達參數(shù)、干擾距離Rij已知的情況下，可得到i架電子戰(zhàn)無人機干擾雷達暴露區(qū)計算模型：

5 仿真計算與分析

從上述模型可以看出，每一時刻雷達在主瓣方向上的最大探測距離與雷達自身的性能、干擾機的干擾距離、干擾機的效能和雷達的內(nèi)部噪聲等有關(guān)，如果在干擾情況下沿雷達主瓣方向旋轉(zhuǎn)360°，再把每一時刻雷達的最大探測點位置依次連接起來，則可以得出雷達的最大探測范圍。

為確定單架無人機和多架無人機干擾雷達情況下的干擾效果和暴露區(qū)，下面選取適當?shù)臄?shù)據(jù)帶入以上建立的數(shù)學(xué)模型進行計算仿真。假定雷達的發(fā)射功率為110kW，天線增益取為28dB，掩護目標的雷達反射截面積取為10m2，無人機的干擾功率Pj取為200W，無人機干擾天線在雷達方向上的增益Gj取為4dB，損失系數(shù)rj取為2，同時根據(jù)文獻［7］取壓制系數(shù)Kj＝5。在極坐標系中，設(shè)雷達Y1的坐標取在（0°，0km），當單架無人機實施干擾時，無人機干擾距離Rj取60km，W1坐標配置在（0°，60km）；當多架無人機對雷達實施干擾，這里分別取為兩架和四架時，干擾距離取為R1j＝60km、R2j＝75km和R1j＝60km、R2j＝75km、R3j＝80km、R4j＝40km，且無人干擾機W2的坐標配置在（90°，75km），W3 的坐標配置在（180°，80km），W4的坐標配置在（315°，40km），其他無人干擾機和雷達參數(shù)均取已知數(shù)據(jù)，以θ為自變量，帶入以上數(shù)據(jù)仿真計算即可求得相應(yīng)分布式干擾下雷達可探測區(qū)域圖形，見圖2～圖4。由圖2～圖4可知，曲線內(nèi)為暴露區(qū)，曲線外為壓制區(qū)（掩護區(qū)）。

由圖2～圖4可以看出，在無人干擾機和雷達的連線方向上是干擾壓制最為明顯的區(qū)域，也是雷達暴露區(qū)顯著縮小的區(qū)域，而且無人機的干擾距離越近，暴露區(qū)縮小幅度越大，而且隨著無人干擾機分布數(shù)量的增多，雷達的可探測區(qū)域（暴露區(qū)）越小，無人機干擾掩護目標的區(qū)域越大。圖2是單架無人機干擾雷達時的雷達暴露區(qū)，其對雷達的干擾壓制是在干擾中心線的一個點上，即這個點凹陷處是干擾效果最為顯著的區(qū)域；而圖4是雷達受到四架無人機干擾時的雷達暴露區(qū)，其對雷達探測區(qū)域的干擾是壓制在整個區(qū)域面上，雷達可探測區(qū)是在較大范圍內(nèi)凹進去的，而且隨著無人干擾機架數(shù)的增多，雷達暴露區(qū)越小，干擾壓制效果越明顯。

圖2 雷達受到單架無人機干擾時的暴露區(qū)

圖3 雷達受到兩架無人機干擾時的暴露區(qū)

圖4 雷達受到四架無人機干擾時的暴露區(qū)

6 結(jié)語

本文基于分布式干擾條件下雷達探測能力模型，推導(dǎo)建立出分布式干擾條件下電子戰(zhàn)無人機干擾雷達時暴露區(qū)的計算模型，通過對單架無人干擾機和多架無人干擾機不同配置條件下數(shù)學(xué)模型的計算仿真，得出了電子戰(zhàn)無人機對雷達實施干擾由單架增至多架時雷達探測區(qū)域的變化和特點，從仿真結(jié)果可以看出無人機不同分布配置實施干擾時壓制雷達的有效探測區(qū)域，且對比得出了無人機分布式干擾相比傳統(tǒng)電子干擾和單架無人干擾機的優(yōu)勢。

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