反輻射導(dǎo)彈告警技術(shù)效能分析*

宋偉，何俊，伍曉華

（電子工程學(xué)院，合肥230037）

反輻射導(dǎo)彈告警技術(shù)效能分析*

宋偉，何俊，伍曉華

（電子工程學(xué)院，合肥230037）

基于反輻射導(dǎo)彈告警技術(shù)的原理，分析了反輻射導(dǎo)彈雷達(dá)告警技術(shù)和光電告警技術(shù)的可行性。定義了告警設(shè)備的抗電子摧毀因子，并給出了分析過程和計算模型。以命中概率為指標(biāo)，對反輻射導(dǎo)彈告警技術(shù)的作戰(zhàn)效能進(jìn)行了分析研究。仿真得出反輻射導(dǎo)彈命中概率與告警設(shè)備告警距離、發(fā)現(xiàn)概率等參數(shù)的關(guān)系，可為反輻射導(dǎo)彈告警技術(shù)的研究提供一定的參考。

反輻射導(dǎo)彈，告警，效能分析，抗摧毀因子，命中概率

0 引言

反輻射導(dǎo)彈（ARM）是一種利用敵方雷達(dá)輻射的電磁波自動發(fā)現(xiàn)、跟蹤并直接摧毀雷達(dá)系統(tǒng)及殺傷工作人員的硬殺傷武器，又稱反雷達(dá)導(dǎo)彈［1］。

反輻射導(dǎo)彈，自20世紀(jì)60年代投入實(shí)戰(zhàn)使用以來，一直是雷達(dá)系統(tǒng)（尤其是地面防空雷達(dá)系統(tǒng)）的主要威脅之一，并給操縱人員造成極大的心理壓力，以致嚴(yán)重削弱其作戰(zhàn)能力。因此，在ARM威脅日益嚴(yán)重的情況下，研究對抗ARM的技戰(zhàn)術(shù)措施，具有十分重要的意義，反輻射導(dǎo)彈告警技術(shù)就是一種有效的對抗措施。

1 反輻射導(dǎo)彈告警技術(shù)原理分析［1-2］

反輻射導(dǎo)彈告警技術(shù)，是利用反輻射武器飛行速度大，且沿徑向飛向雷達(dá)運(yùn)動的特點(diǎn)，來對ARM的攻擊發(fā)出告警的一項技術(shù)。ARM的徑向速度一般大于2 MHz，因此，可采用多普勒雷達(dá)或成像雷達(dá)等手段識別出ARM的回波或圖像，從而發(fā)現(xiàn)ARM并發(fā)出告警信號，引導(dǎo)干擾系統(tǒng)實(shí)施有效干擾。反輻射導(dǎo)彈告警裝置，則是根據(jù)測得的數(shù)據(jù)和預(yù)定的判斷準(zhǔn)則發(fā)現(xiàn)和識別來襲的威脅目標(biāo)，確定其方位并及時告警，以便采取有效對抗措施的裝置。

反輻射導(dǎo)彈告警技術(shù)包括雷達(dá)告警和光電告警。在光電告警中，可采用紅外、激光、紫外及可見光等告警技術(shù)。

紅外告警：反輻射導(dǎo)彈本身是一個很強(qiáng)的紅外輻射源，其紅外輻射特性為：來襲導(dǎo)彈在飛行過程中不僅彈體被自身推進(jìn)系統(tǒng)加熱，而且將羽狀熾熱氣體噴射到空氣中。彈體和氣體尾羽的溫度遠(yuǎn)高于環(huán)境溫度，并向外輻射大量的紅外線。紅外告警系統(tǒng)通過探測彈體和尾羽發(fā)出的紅外輻射來識別導(dǎo)彈，確定威脅導(dǎo)彈的詳細(xì)特征，并向所保護(hù)的平臺發(fā)出告警。

激光告警：激光告警針對戰(zhàn)場上機(jī)載激光測距機(jī)、激光制導(dǎo)武器等激光威脅源，以被動的方式及時準(zhǔn)確地探測敵方激光輻射，確定其來襲方向，發(fā)出警報，以便對其進(jìn)行干擾或摧毀。同微波雷達(dá)相比，激光雷達(dá)有更高的分辨率、更遠(yuǎn)的作用距離和良好的抗電磁干擾能力，因此，它是反輻射導(dǎo)彈告警的重要技術(shù)手段。

紫外告警：反輻射導(dǎo)彈大多采用固體推進(jìn)劑，當(dāng)ARM從載機(jī)發(fā)射后就必然有尾焰排出，產(chǎn)生羽煙紫外輻射。其實(shí)，無論使用何種燃料，尾焰中都含有近紫外、中紫外輻射，這就成為捕獲目標(biāo)的紫外輻射源。因此，可以采用紫外告警技術(shù)對抗反輻射導(dǎo)彈。

光電告警設(shè)備角分辨率高（可達(dá)微弧量級）、體積小、質(zhì)量輕、成本低，且無源工作，可準(zhǔn)確引導(dǎo)干擾系統(tǒng)（特別是激光武器）實(shí)施干擾，所以能輔助雷達(dá)告警設(shè)備，是反輻射導(dǎo)彈告警的重要技術(shù)手段。

2 反輻射導(dǎo)彈告警技術(shù)效能分析

衡量反輻射導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能的一個重要指標(biāo)就是命中概率，因此，反輻射導(dǎo)彈告警技術(shù)的效能可以通過采取反輻射導(dǎo)彈告警技術(shù)前后，反輻射導(dǎo)彈命中概率的降低程度來衡量。命中概率的計算模型為［3］：

式中，r為被保護(hù)圓形目標(biāo)的半徑，δ為ARM的散布誤差。

采用ARM告警技術(shù)，對雷達(dá)抗ARM摧毀的貢獻(xiàn)是間接產(chǎn)生的，在此，為了衡量ARM告警技術(shù)的貢獻(xiàn)，定義告警設(shè)備的抗電子摧毀因子，簡稱抗摧毀因子。

抗摧毀因子的定義準(zhǔn)則包括以下幾個方面：

（1）抗摧毀因子的取值范圍在0～1之間，取值越大，說明對抗摧毀的貢獻(xiàn)越大。

（2）抗摧毀因子的取值與告警距離有關(guān)，告警距離越大，抗摧毀因子就越大。告警距離是指告警設(shè)備發(fā)出告警時，反輻射導(dǎo)彈與告警設(shè)備之間的距離。

（3）抗摧毀因子的取值與警戒視場有關(guān)，警戒視場范圍越大，抗摧毀因子的取值就越大。

（4）抗摧毀因子的取值與告警設(shè)備對來襲反輻射武器的發(fā)現(xiàn)概率有關(guān)系，發(fā)現(xiàn)概率越大，抗摧毀因子的取值越大。

根據(jù)上面的準(zhǔn)則，定義抗摧毀因子的計算模型如下：

式中，ICD為告警設(shè)備的抗摧毀因子；RW為告警設(shè)備對來襲反輻射武器的告警距離；RS為作戰(zhàn)所需的最小告警距離，即最小必須告警距離；PdWS為告警設(shè)備在最小告警距離RS上對來襲目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)概率；Ω為告警設(shè)備的警戒視場范圍，單位為弧度。

設(shè)配屬的告警設(shè)備有n套，且告警設(shè)備中既有雷達(dá)告警設(shè)備，又有光電告警設(shè)備，則：

式中，RW1，RW2，…，RWn分別代表每一套告警設(shè)備的告警距離。

對于發(fā)現(xiàn)概率有：

式中，PdWS-1，PdWS-2，…，PdWS-n分別代表每一套告警設(shè)備在最小必須告警距離RS上對來襲目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)概率。

對于警戒視場范圍Ω，要根據(jù)實(shí)際情況求并集運(yùn)算。

下面給出告警設(shè)備告警距離和發(fā)現(xiàn)概率的計算模型。

對于雷達(dá)告警設(shè)備，告警距離實(shí)際上就是雷達(dá)對反輻射武器的探測距離，其計算模型為：

式中，σ為反輻射導(dǎo)彈對告警雷達(dá)的雷達(dá)反射截面積。下頁圖1為反輻射導(dǎo)彈的雷達(dá)反射截面積與入射角的關(guān)系圖［4］。

對于雷達(dá)告警設(shè)備，對反輻射武器的發(fā)現(xiàn)概率計算模型為［6］：

式中，m為目標(biāo)回波脈沖積累數(shù)；SN為雷達(dá)接收到的功率信噪比。

圖1 反輻射導(dǎo)彈雷達(dá)散射截面與入射角的關(guān)系

對于光電告警（以紅外為例）設(shè)備，告警距離計算模型為［7］：

式中：R為系統(tǒng)的作用距離；Iλ1～λ2為λ1～λ2波段內(nèi)目標(biāo)的紅外輻射強(qiáng)度為波段內(nèi)大氣的平均透過率，與距離有關(guān)；A0為光學(xué)系統(tǒng)有效入射孔徑面積；為光學(xué)系統(tǒng)透過率；D*為探測器的波段探測率；△f為電路等效噪聲帶寬；Ad為敏感元件的有效敏感面積；K為修正因子，系統(tǒng)由于波形、調(diào)制度等不同而引起的差別；SNRmin為探測系統(tǒng)門限信噪比。

發(fā)現(xiàn)概率計算模型為［8］：

式中，SNR為告警系統(tǒng)接收到的信噪比；TNR為告警系統(tǒng)的門限閾噪比，即SNRmin。

信噪比計算模型為：

根據(jù)上面的模型，就可以計算抗摧毀因子。有了抗摧毀因子后，就可以計算告警設(shè)備對降低反輻射導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能的影響，這種影響可以通過反輻射導(dǎo)彈命中概率的變化來體現(xiàn)。為了更切合實(shí)際，定義以下原則：

（1）命中概率應(yīng)是抗摧毀因子的減函數(shù)。

（2）抗摧毀因子對命中概率的影響不是決定性的，只能在一定程度上降低。

（3）抗摧毀因子等于0時，ARM的命中概率應(yīng)保持不變。

（4）抗摧毀因子等于1時，ARM的命中概率都有很大程度的下降，但不等于0。

根據(jù)上面的原則，可知抗摧毀因子對截獲概率和命中概率的影響，不能通過簡單的加減乘除進(jìn)行，所以在此，建立指數(shù)模型來描述反輻射導(dǎo)彈告警技術(shù)對雷達(dá)抗ARM摧毀的貢獻(xiàn)。

引入抗摧毀因子后，ARM對雷達(dá)輻射源的命中概率為：

式（12）即為反輻射導(dǎo)彈告警技術(shù)的效能分析模型。

3 仿真分析

根據(jù)上述所建立的模型，可分別得到ARM對雷達(dá)輻射源的命中概率，與告警設(shè)備相關(guān)技戰(zhàn)術(shù)參數(shù)的關(guān)系，下面進(jìn)行具體分析。

圖2 不同告警因子條件下ARM命中概率與目標(biāo)尺寸的關(guān)系

由圖2可看出，被保衛(wèi)目標(biāo)的尺寸越大，ARM對其的命中概率也就越大；對于同一目標(biāo)，有告警設(shè)備時，告警因子越大，目標(biāo)被命中的概率就越小。由式（12）可以看出，當(dāng)抗摧毀因子等于0時，命中概率保持不變，當(dāng)告警設(shè)備的抗摧毀因子等于1時，ARM的命中概率被降低的百分比為：1-exp（-1）≈63%。

圖3 命中概率與告警距離的關(guān)系

圖4 命中概率與告警設(shè)備對ARM發(fā)現(xiàn)概率的關(guān)系

由上面兩圖可以看出，告警設(shè)備的告警距離越大，告警設(shè)備對ARM的發(fā)現(xiàn)概率越高，ARM的命中概率下降的就越多。

4 結(jié)束語

反輻射導(dǎo)彈告警技術(shù)，是一種有效對抗反輻射導(dǎo)彈的措施，但關(guān)于反輻射導(dǎo)彈告警技術(shù)的研究主要集中在原理和技術(shù)層面的分析，關(guān)于反輻射導(dǎo)彈告警技術(shù)的效能卻缺少定量的分析與研究。為此，本文提出了告警設(shè)備抗電子摧毀因子的概念，用來評估反輻射導(dǎo)彈告警技術(shù)的作戰(zhàn)效能，并根據(jù)實(shí)際情況，給出了告警設(shè)備抗電子摧毀因子的計算模型，為反輻射導(dǎo)彈告警技術(shù)的研究提供了一定的參考。

［1］羅建明，楊建軍.反輻射導(dǎo)彈告警技術(shù)研究［J］.飛航導(dǎo)彈，2007，37（12）：38-43.

［2］涂志文，楊建軍，左文博.空地ARM紅外輻射特性研究［J］.火力與指揮控制，2011，36（1）：71-73.

［3］常虹.反輻射導(dǎo)彈對地面噪聲干擾機(jī)的命中概率分析［D］.太原：中北大學(xué)，2006.

［4］陸波.反輻射導(dǎo)彈/雷達(dá)對抗訓(xùn)練仿真技術(shù)研究［D］.長沙：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2002.

［5］蔡文新，方洋旺.誘偏條件下反輻射導(dǎo)彈毀傷能力研究［J］.火力與指揮控制，2010，35（1）：32-34.

［6］邵國培.電子對抗作戰(zhàn)效能分析原理［M］.北京：軍事科學(xué)出版社，2013.

［7］石曉光，王彬.紅外系統(tǒng)［M］.北京：兵器工業(yè)出版社，2005.

［8］孫曉泉，呂躍廣.激光對抗原理與技術(shù)［M］.北京：解放軍出版社，2000.

Research on Effectiveness of Anti-radiation MissileWarning Techniques

SONG Wei，HE Jun，WU Xiao-hua
（Electronic Engineering Institute，Hefei 230037，China）

Based on the theory of anti-radiation missile warning techniques，the feasibility of radar warning and optical warning techniques are analyzed.Warning device Counter Electronic Destruction factor is defined and calculation model is given.The effectiveness of ARM Warning Techniques is analyzed based on the index of hit probability.Through the simulation，the relationship between the hit probability，warning range，and detecting probability is established;it can provide some references for the analysis of anti-radiation missile warning techniques.

ARM，warning，effectiveness analysis，counter electronic destruction factor，hit probability

TN974

A

1002-0640（2015）02-0074-03

2013-12-05

2014-01-13

宋偉（1987-），男，安徽阜陽人，博士。研究方向：效能評估。