早期預(yù)警雷達(dá)部署要求探討*

劉 健 姚澎濤 羅 亮

空軍工程大學(xué)防空反導(dǎo)學(xué)院，西安 710051

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早期預(yù)警雷達(dá)部署要求探討*

劉 健 姚澎濤 羅 亮

空軍工程大學(xué)防空反導(dǎo)學(xué)院，西安 710051

早期預(yù)警雷達(dá)用于TBM的早期探測。合理部署早期預(yù)警雷達(dá)對提高反導(dǎo)作戰(zhàn)效能起著重要作用。早期預(yù)警雷達(dá)部署要考慮的因素很多。采用系統(tǒng)分析方法，從預(yù)警時間需求角度，分析了早期預(yù)警雷達(dá)的部署要求，得到了早期預(yù)警雷達(dá)離反導(dǎo)系統(tǒng)的最小水平距離公式。探討了早期預(yù)警雷達(dá)與其它傳感器的配合部署問題，得到了配合部署前提下早期預(yù)警雷達(dá)到TBM發(fā)射點的最大球面距離公式。從監(jiān)視范圍需求，給出了早期預(yù)警雷達(dá)的部署要求。所得結(jié)論對早期預(yù)警雷達(dá)部署具有指導(dǎo)意義。

反導(dǎo)；早期預(yù)警雷達(dá)；部署；彈道導(dǎo)彈；作戰(zhàn)

早期預(yù)警雷達(dá)是指用于早期發(fā)現(xiàn)、跟蹤彈道導(dǎo)彈的遠(yuǎn)程雷達(dá)。按其平臺可分為地基雷達(dá)和?；走_(dá)。TBM(戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈)的預(yù)警跟蹤主要由天基紅外預(yù)警衛(wèi)星、早期預(yù)警雷達(dá)、制導(dǎo)雷達(dá)(或多功能雷達(dá))分段配合協(xié)同完成，有些情形下還需要中繼跟蹤雷達(dá)的接力跟蹤。在沒有天基紅外預(yù)警衛(wèi)星的情況下，也可采用天波超視距雷達(dá)承擔(dān)TBM助推段的探測任務(wù)，或?qū)⒃缙诶走_(dá)前置部署以盡早實現(xiàn)對TBM的預(yù)警。

關(guān)于雷達(dá)部署，國內(nèi)外文獻(xiàn)主要表現(xiàn)在下面幾個方面[1-14]：1)如何消耗最小的能量實現(xiàn)對區(qū)域的充分有效覆蓋； 2)研究考慮地理環(huán)境條件下傳感器的優(yōu)化配置問題；3)多傳感器的配置規(guī)劃及其對目標(biāo)跟蹤精度的影響等；4)基于不同角度的雷達(dá)反隱身、抗干擾優(yōu)化部署研究；5)不同角度下的雷達(dá)組網(wǎng)問題分析與部署研究。這些方法主要是面向技術(shù)角度，不是針對反導(dǎo)需求。針對反導(dǎo)需求的雷達(dá)部署研究資料較少，主要有文獻(xiàn)[15]從最近目標(biāo)指示點和雷達(dá)頂空盲區(qū)2個角度對目標(biāo)指示雷達(dá)的部署要求進(jìn)行了分析。由此可以看出，針對反導(dǎo)作戰(zhàn)需求的早期預(yù)警雷達(dá)部署方法有待探討。

早期預(yù)警雷達(dá)部署要考慮的因素很多，如雷達(dá)部署應(yīng)為反導(dǎo)系統(tǒng)提供必須的預(yù)警時間；應(yīng)能對TBM可能的發(fā)射區(qū)域進(jìn)行全面監(jiān)視；早期預(yù)警雷達(dá)還需要與其它傳感器配合，以實現(xiàn)探測區(qū)域的分段銜接等。此外還有很多別的因素要考慮，如雷達(dá)探測精度需求和雷達(dá)交接班需求等。下面主要討論前面3個需求的部署問題。

1 滿足預(yù)警時間需求的早期預(yù)警雷達(dá)部署要求

在沒有天基紅外預(yù)警衛(wèi)星或天波超視距雷達(dá)的情形下，可將早期預(yù)警雷達(dá)前置部署以盡早實現(xiàn)對TBM的預(yù)警。但是，早期預(yù)警雷達(dá)的前置部署要受到國土疆界和地形地物等諸多因素的限制，不可能無限制的前置。若部署的早期預(yù)警雷達(dá)不能提供必要的預(yù)警時間，則不能進(jìn)行反導(dǎo)作戰(zhàn)。因此，必須對滿足預(yù)警時間需求的早期預(yù)警雷達(dá)部署要求進(jìn)行分析。

要給出滿足預(yù)警時間需求的早期預(yù)警雷達(dá)部署要求，必須分析反導(dǎo)作戰(zhàn)過程中的相關(guān)事項時間。反導(dǎo)作戰(zhàn)過程中與部署相關(guān)的主要事項時間如下。

早期預(yù)警雷達(dá)對探測區(qū)域進(jìn)行監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)可疑目標(biāo)后，經(jīng)歷一段時間的數(shù)據(jù)采集和信息處理，之后發(fā)出TBM告警，并隨之將預(yù)警信息傳輸?shù)较嚓P(guān)火力單位。不妨設(shè)數(shù)據(jù)采集、信息處理與通信所需要的總時間為t0秒。

接到TBM告警后，火力單位立刻進(jìn)行戰(zhàn)斗準(zhǔn)備，進(jìn)行電站啟動、供電、制導(dǎo)站加電自檢、導(dǎo)彈供電、發(fā)射架豎起和自檢等，期間需要一定的準(zhǔn)備時間(單位通常取分鐘)，這也是早期預(yù)警雷達(dá)必須提供給火力單位的預(yù)警時間。不妨設(shè)所需的最少預(yù)警時間為tyj分鐘，即60tyj秒。這期間反導(dǎo)系統(tǒng)還有落點預(yù)報、中繼跟蹤雷達(dá)探測發(fā)現(xiàn)目標(biāo)、目標(biāo)識別、威脅評估等事項，但這些事項不影響火力單位進(jìn)行戰(zhàn)斗準(zhǔn)備。

火力單位準(zhǔn)備好以后，制導(dǎo)雷達(dá)根據(jù)目標(biāo)指示對相應(yīng)空域進(jìn)行搜索。從接收目標(biāo)指示到制導(dǎo)雷達(dá)截獲目標(biāo)，需經(jīng)歷目標(biāo)指示響應(yīng)時間，設(shè)其為t1秒。

從制導(dǎo)雷達(dá)截獲目標(biāo)到攔截彈出筒需要系統(tǒng)反應(yīng)時間t2秒；從攔截彈發(fā)射到與TBM遭遇存在攔截彈飛行時間，設(shè)為t3秒。

圖1給出了從早期預(yù)警雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)到彈目遭遇所經(jīng)歷的時間構(gòu)成。

圖1 從發(fā)現(xiàn)目標(biāo)到彈目遭遇的相關(guān)時間構(gòu)成圖

1.1 反導(dǎo)系統(tǒng)和早期預(yù)警雷達(dá)都配置在目標(biāo)航路上的情形

由圖1和2可以看出，如果反導(dǎo)系統(tǒng)在殺傷區(qū)遠(yuǎn)界與TBM遭遇，那么TBM被發(fā)現(xiàn)后飛到殺傷區(qū)遠(yuǎn)界的時間為60tyj+t0+t1+t2+t3。

圖2 早期預(yù)警雷達(dá)部署要求推算圖

見圖2，由水平殺傷區(qū)遠(yuǎn)界Dsy、預(yù)警雷達(dá)位置s0、預(yù)警雷達(dá)最大探測距離Ryj可得，

因此,

設(shè)攔截彈與目標(biāo)在殺傷區(qū)遠(yuǎn)界遭遇，則

(1)

由于反導(dǎo)系統(tǒng)配置點o的部署范圍由TBM落點(即要地)已基本確定[16]，因此，式(1)給出了滿足預(yù)警時間需求的早期預(yù)警雷達(dá)離火力單位的最近距離。

由于早期預(yù)警雷達(dá)部署涉及到較大范圍，使用直角坐標(biāo)系會有誤差，因此s0可取為對應(yīng)的球面距離。不過，反導(dǎo)部署要受多種因素的限制，不必過于精細(xì)，并且為了描述方便，依然使用pos坐標(biāo)系的圖示和術(shù)語，以下同。

1.2 反導(dǎo)系統(tǒng)和早期預(yù)警雷達(dá)都不在目標(biāo)航路上的情形

一般情形下，反導(dǎo)系統(tǒng)和預(yù)警雷達(dá)不可能正好配置在目標(biāo)航路上。根據(jù)要地、TBM可能發(fā)射區(qū)域設(shè)定目標(biāo)航路，設(shè)目標(biāo)相對火力單位的航路捷徑為pt,預(yù)警雷達(dá)最近配置點坐標(biāo)為(p0,s0)，圖3中

圖3 反導(dǎo)系統(tǒng)和預(yù)警雷達(dá)不在目標(biāo)航路上時預(yù)警雷達(dá)部署要求推算圖

由于航路捷徑一般不使用正負(fù)符號，因此“?”號視預(yù)警雷達(dá)與目標(biāo)航路在p軸的方向而定。若預(yù)警雷達(dá)與目標(biāo)航路同在p軸的正向或負(fù)向，取“-”號；若二者位于p軸的相反的兩向，取“+”號。

這樣，式(1)在圖3中表現(xiàn)為

這就是一般情形下早期預(yù)警雷達(dá)離反導(dǎo)系統(tǒng)的最小水平距離。

設(shè)早期預(yù)警雷達(dá)配置點的一般坐標(biāo)為(pyj,syj)，若要為反導(dǎo)系統(tǒng)提供必須的預(yù)警時間，則其必須滿足

(2)

因此，如果早期預(yù)警雷達(dá)離反導(dǎo)系統(tǒng)的水平距離不滿足條件式(2)，則不能提供必須的預(yù)警時間，必須讓預(yù)警雷達(dá)前移，或讓反導(dǎo)系統(tǒng)在某些環(huán)節(jié)上縮短時間需求。對于某些射程短的TBM，若條件式(2)不成立，則不能構(gòu)成攔截條件。因此，條件式(2)也是反導(dǎo)體系能否對TBM構(gòu)成攔截的判別條件之一。

要指出的是，早期預(yù)警雷達(dá)可能要為多個反導(dǎo)系統(tǒng)提供預(yù)警信息。此時，式(2)中的原點o應(yīng)取為最前面的反導(dǎo)系統(tǒng)配置點。

2 早期預(yù)警雷達(dá)與其它傳感器的配合部署問題

由于工作原理，同步天基紅外預(yù)警系統(tǒng)、天波超視距雷達(dá)主要承擔(dān)TBM助推段的探測任務(wù)，對于中段的TBM則無能為力，所以承擔(dān)中段跟蹤的早期預(yù)警雷達(dá)與承擔(dān)助推段探測的傳感器存在探測區(qū)域的分段銜接問題。因此，早期預(yù)警雷達(dá)與其它傳感器的配合部署是反導(dǎo)雷達(dá)部署必須考慮的關(guān)鍵問題之一。

從預(yù)警時間的角度，預(yù)警雷達(dá)離TBM發(fā)射點越近越好。但是，預(yù)警雷達(dá)離TBM發(fā)射點越近，則監(jiān)視的范圍越小，需要的中繼雷達(dá)也越多；此外，在TBM助推段結(jié)束前無法計算TBM落點，預(yù)警雷達(dá)離TBM發(fā)射點太近也沒必要。那么，預(yù)警雷達(dá)離TBM發(fā)射點最遠(yuǎn)能遠(yuǎn)到什么距離呢？

要使得目標(biāo)在飛行到高度ht之前被發(fā)現(xiàn)，則雷達(dá)到TBM發(fā)射點的地球球面距離L應(yīng)滿足

(3)

圖4 雷達(dá)探測距離示意圖

(4)

3 滿足監(jiān)視范圍需求的早期預(yù)警雷達(dá)部署要求

由于TBM作戰(zhàn)部隊可有多個，并且可以機(jī)動發(fā)射，因此早期預(yù)警雷達(dá)必須對TBM可能的發(fā)射區(qū)域都具備探測能力。設(shè)某早期預(yù)警雷達(dá)OE的責(zé)任探測區(qū)域如圖5中陰影A所示。

要對區(qū)域A都構(gòu)成探測條件，則A應(yīng)包含于早期預(yù)警雷達(dá)的探測范圍內(nèi)。

圖5 早期預(yù)警雷達(dá)探測范圍應(yīng)覆蓋TBM可能發(fā)射區(qū)域

以早期預(yù)警雷達(dá)配置點oE為原點，建立坐標(biāo)系poes,s軸為雷達(dá)天線法線方向，s軸指向責(zé)任探測區(qū)域A中若干TBM發(fā)射點的重心位置。因此，滿足監(jiān)視范圍需求的早期預(yù)警雷達(dá)部署要求以下2條均滿足：

1)設(shè)d為A中任一點，其坐標(biāo)為(sd,pd)，則d到雷達(dá)oE的距離應(yīng)小于雷達(dá)的最大探測距離Ryj，即

(5)

2)向量oEd與坐標(biāo)軸oEs的夾角應(yīng)小于早期預(yù)警雷達(dá)的最大方位角βyj，即

(6)

從理論上講，上面坐標(biāo)應(yīng)采用地理坐標(biāo)、地表應(yīng)按球面對待，但是早期預(yù)警雷達(dá)要探測的是上升到一定高度的空中目標(biāo)，并且一般情形下反導(dǎo)一方不會將雷達(dá)配置到距離、方位要求的極限狀態(tài)，上面條件只是作戰(zhàn)使用中最基本的要求，因此，對式(5)和(6)不必做更細(xì)的討論。

4 算例

從上面結(jié)果可以看出，預(yù)警時間對早期預(yù)警雷達(dá)構(gòu)成的部署約束較易滿足。但是，當(dāng)TBM射程較近時，如射程為500km的TBM，其飛行時間僅為6min，上述時間之和大于TBM飛行時間，反導(dǎo)系統(tǒng)無法完成射擊準(zhǔn)備。

由式(4)得，要對40km高度目標(biāo)構(gòu)成探測條件，早期預(yù)警雷達(dá)到TBM發(fā)射點的球面距離L應(yīng)小于908km。

由此結(jié)論可以得出，對于中近程TBM，地球曲率對雷達(dá)部署的影響不是很大。因此，監(jiān)視范圍需求是早期預(yù)警雷達(dá)部署的一個重要約束。

5 結(jié)語

本文給出的3個部署要求，是早期預(yù)警雷達(dá)作戰(zhàn)部署要滿足的3個基本條件。此外，雷達(dá)探測精度需求、雷達(dá)交接班需求、兼顧對空中目標(biāo)的探測需求、地形遮蔽等因素都會對雷達(dá)部署產(chǎn)生約束。早期預(yù)警雷達(dá)與其它傳感器的部署配置、任務(wù)區(qū)分、管理配合是一個整體規(guī)劃問題，因此，反導(dǎo)預(yù)警系統(tǒng)的作戰(zhàn)使用還需要做更廣泛、更深入的探討。

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Study on Requirement of Early Warning Radar Disposition of Anti-missile System

LIU Jian YAO Pengtao LUO Liang

Air and Missile Defense College of Air Force Engineering University, Xi’an 710051, China

TheearlywarningradarisusedtodetectTBMintheforepartofTBMflight.Therationaldispositionofearlywarningradarplaysanimportantroleinanti-missilecombat.Manyfactorsmustbeinvolvedinearlywarningradardisposition.Inthispaper,threeaspectsoftheproblemarediscussed.Firstly,basedonwarningtimerequirement,thedispositionrequestofearlywarningradarisanalyzedwiththemethodofsystemsanalysis,andaformulaofminimumdistanceonaxialplaneisgained,wherethedistanceisfromearlywarningradartoanti-missilesystem.Secondly,thecooperativedispositionofearlywarningradarandothersensorsarediscussed,andaformulaofmaximumsphericaldistance,fromearlywarningradartoTBMlaunchspot,isobtained.Moreover,theideasofsurveillancearearequirementandcorrespondingdispositionrequestsarepresented.Theconclusionofthispapergivesthedirectionsofearlywarningradardispositionofanti-missilesystem.

Anti-missile;Earlywarningradar;Disposition;Ballisticmissile;Combat

*國防科技重點實驗室基金項目(9140XXXXXXXX001)

2013-04-09

劉 健(1964-)，女，湖南隆回人，副教授，博士，主要研究方向為防空反導(dǎo)決策分析；姚澎濤(1983-)，男，陜西澄城人，碩士研究生，主要研究方向為地面防空反導(dǎo)作戰(zhàn)決策分析；羅 亮(1988-)，男，寧夏固原人，碩士研究生，主要研究方向為地面防空反導(dǎo)作戰(zhàn)決策分析。

1006-3242(2014)04-0091-06

N945.12

A