水面艦艇對(duì)反艦導(dǎo)彈的復(fù)合干擾效果研究

柯 凱，修繼信，杜建東

（解放軍91404部隊(duì)，秦皇島 066001）

0 引 言

自從上世紀(jì)反艦導(dǎo)彈被發(fā)明并使用到水面戰(zhàn)爭(zhēng)以來(lái)，一直都被視為水面艦艇的主要威脅之一［1］，而且隨著導(dǎo)彈技術(shù)日趨先進(jìn)，導(dǎo)致艦艇防御反應(yīng)時(shí)間銳減，導(dǎo)彈作戰(zhàn)方式的智能化和多樣化使導(dǎo)彈作戰(zhàn)飛行更加隱蔽，一系列因素導(dǎo)致艦艇反導(dǎo)作戰(zhàn)難度激增，也對(duì)艦艇反導(dǎo)作戰(zhàn)能力提出了更高的要求［2］，使得在當(dāng)前訓(xùn)練和演習(xí)中對(duì)艦艇防空反導(dǎo)能力的訓(xùn)練與評(píng)估變得更為重要。導(dǎo)彈在飛行尋的的過(guò)程中，將要面對(duì)艦艇電子偵察系統(tǒng)、艦炮武器系統(tǒng)、艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)和電子對(duì)抗系統(tǒng)全系統(tǒng)對(duì)抗［3］。如何在參與因素眾多的情況下對(duì)艦艇突防概率進(jìn)行科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算以評(píng)估艦艇反導(dǎo)能力是加強(qiáng)訓(xùn)練效果和快速提升作戰(zhàn)能力的重要因素［4］。本文對(duì)目前主要的艦艇反導(dǎo)方式進(jìn)行簡(jiǎn)要概述，并以軟武器復(fù)合反導(dǎo)手段為基礎(chǔ)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證計(jì)算，以便為艦艇戰(zhàn)術(shù)決策和訓(xùn)練評(píng)估提交較為可靠的參考。

1 主要反導(dǎo)方式概述

反艦導(dǎo)彈能否精確打擊目標(biāo)的關(guān)鍵部位是導(dǎo)引頭，目前的制導(dǎo)方法主要包括紅外制導(dǎo)、電視制導(dǎo)和雷達(dá)制導(dǎo)等，其中雷達(dá)制導(dǎo)方法由于具備可全天候使用、探測(cè)距離遠(yuǎn)等優(yōu)勢(shì)而得到廣泛使用，目前大多數(shù)反艦導(dǎo)彈包括“飛魚”、“捕鯨叉”等都使用主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭制導(dǎo)。對(duì)雷達(dá)導(dǎo)引頭按干擾信號(hào)能量來(lái)源可分為有源干擾和無(wú)源干擾，按干擾手段可分為壓制干擾和欺騙干擾，按干擾空間位置可分為艦載干擾和舷外干擾，本文主要分析復(fù)合干擾對(duì)雷達(dá)導(dǎo)引頭的抗擊。

1.1 艦載干擾

艦載干擾一般使用有源干擾，屬于自衛(wèi)式干擾［2］，系統(tǒng)功能組成如圖1所示，系統(tǒng)主要由雷達(dá)偵察告警分系統(tǒng)、引導(dǎo)控制分系統(tǒng)和干擾形成發(fā)射分系統(tǒng)組成。實(shí)施干擾前需要雷達(dá)偵察告警分系統(tǒng)偵察到雷達(dá)目標(biāo)輻射信號(hào)，并與引導(dǎo)控制分系統(tǒng)配合設(shè)置干擾信號(hào)參數(shù)使其方位、載頻、極化方式等與被干擾目標(biāo)信號(hào)參數(shù)匹配，干擾形成發(fā)射分系統(tǒng)按系統(tǒng)設(shè)置產(chǎn)生指定樣式、指定功率的干擾信號(hào)向末制導(dǎo)雷達(dá)輻射。艦載干擾的干擾樣式主要包括連續(xù)波、阻塞噪聲、瞄頻噪聲等壓制干擾和速度拖引、距離拖引、假目標(biāo)等欺騙干擾。

圖1 艦載干擾機(jī)系統(tǒng)組成

由于現(xiàn)代大多數(shù)反艦導(dǎo)彈可跟蹤干擾源，艦載干擾機(jī)工作會(huì)暴露艦艇位置，給艦艇帶來(lái)安全威脅。但是艦載干擾機(jī)仍得以保留，只是作用機(jī)理和使用方法發(fā)生了變化，主要用于構(gòu)設(shè)復(fù)雜電磁環(huán)境的干擾資源，一般在自衛(wèi)反導(dǎo)作戰(zhàn)中配合其他干擾手段實(shí)施復(fù)合干擾，或作為完成指定戰(zhàn)術(shù)任務(wù)的特殊手段。

1.2 舷外干擾

舷外干擾可避免艦載干擾機(jī)暴露艦艇位置的缺陷，在保證自身安全的情況下對(duì)導(dǎo)引頭實(shí)施干擾，因此是各國(guó)海軍優(yōu)先研究和應(yīng)用的干擾樣式，目前雷達(dá)導(dǎo)引頭的舷外干擾主要有箔條干擾和舷外有源誘餌等干擾樣式。

箔條干擾是通過(guò)播撒或者爆炸的方法把大量的表面有金屬鍍層的輕質(zhì)材料散布于指定空中區(qū)域，從而生成具備較大雷達(dá)散射面積的懸浮體，以干擾末制導(dǎo)雷達(dá)搜索和跟蹤艦船目標(biāo)。由于箔條使用方便、成本低廉而且效果顯著，可以干擾多種體制、多個(gè)來(lái)向的各頻段雷達(dá)信號(hào)，因此自1943年投入使用以來(lái)得到大范圍的普及和應(yīng)用，在現(xiàn)代海戰(zhàn)中發(fā)揮著重要作用。箔條彈發(fā)射裝置在各國(guó)所有的大中型艦艇上基本都配備了，并成為反導(dǎo)戰(zhàn)術(shù)中干擾反艦導(dǎo)彈的主要方式之一。箔條干擾的干擾樣式有質(zhì)心式、沖淡式和轉(zhuǎn)移式3種，分別在末制導(dǎo)雷達(dá)搜索、跟蹤、命中目標(biāo)的不同過(guò)程對(duì)其實(shí)施干擾，其干擾效果在第4次中東戰(zhàn)爭(zhēng)、英阿馬島海戰(zhàn)和美伊波斯灣戰(zhàn)爭(zhēng)［5］中得到了充分驗(yàn)證。

舷外干擾是通過(guò)海面漂浮器、降落傘、無(wú)人機(jī)和拖船等平臺(tái)裝拖的有源干擾設(shè)備應(yīng)答或轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)襲導(dǎo)彈雷達(dá)發(fā)射的信號(hào)，使得導(dǎo)彈導(dǎo)引頭脫離跟蹤己方艦艇目標(biāo)的干擾方式。由于舷外干擾將干擾設(shè)備布設(shè)于艦艇舷外，其角度欺騙性較好，儲(chǔ)頻轉(zhuǎn)發(fā)的信號(hào)逼真，工作頻帶寬，參數(shù)調(diào)節(jié)范圍廣，壓制系統(tǒng)大且使用可靠性高，能有效應(yīng)對(duì)反艦導(dǎo)彈雷達(dá)導(dǎo)引頭的威脅，因此國(guó)內(nèi)外大力加強(qiáng)其相關(guān)技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)的研究。而且箔條天擾受空氣影響較大，且無(wú)源干擾的目標(biāo)模擬性較差，新體制雷達(dá)導(dǎo)引頭已能區(qū)分干擾與真實(shí)目標(biāo)，因此舷外誘餌更受重視。

1.3 復(fù)合干擾

由于反艦導(dǎo)彈尋的技術(shù)的日趨先進(jìn)，制導(dǎo)技術(shù)更加立體化，抗干擾性能更強(qiáng)，可以有效識(shí)別和抗擊單一樣式的無(wú)源干擾和有源干擾，因此復(fù)合干擾手段不斷深化發(fā)展，成為將來(lái)抗擊反艦導(dǎo)彈的主要手段［6］。復(fù)合干擾方式主要有混合式復(fù)合干擾和轉(zhuǎn)發(fā)式復(fù)合干擾2種?；旌鲜綇?fù)合干擾是將多種干擾樣式同時(shí)實(shí)施，各種干擾方式既相互配合，又相互獨(dú)立；轉(zhuǎn)發(fā)式復(fù)合干擾是以箔條云作為有源干擾能量的中繼轉(zhuǎn)發(fā)站從而同時(shí)實(shí)施有源干擾和無(wú)源干擾［7］。而雷達(dá)有源誘餌在復(fù)合干擾方案中也可采取2種或更多的干擾樣式［8］，研究表明當(dāng)舷外誘餌使用覆蓋脈沖和多假目標(biāo)欺騙干擾＋噪聲壓制可實(shí)現(xiàn)較優(yōu)的效果。

2 復(fù)合干擾機(jī)理

2.1 轉(zhuǎn)發(fā)式復(fù)合干擾

箔條質(zhì)心干擾由于在良好天候情況下的高成功率和高效費(fèi)比成為對(duì)抗末制導(dǎo)雷達(dá)的優(yōu)先選擇，為了提高干擾成功率須增大箔條云的雷達(dá)有效反射截面積［9］，因此需要發(fā)射足夠多的箔條彈，但等效來(lái)講：若使用舷內(nèi)有源干擾機(jī)朝箔條云輻射干擾信號(hào)，部分干擾信號(hào)經(jīng)箔條云散射后指向干擾目標(biāo)，可有效增大箔條云的雷達(dá)反射截面積從而增強(qiáng)箔條質(zhì)心干擾的效果，其示意圖如圖2所示。

圖2 轉(zhuǎn)發(fā)式復(fù)合干擾示意圖

2.2 混合式復(fù)合干擾方案

混合式復(fù)合干擾方案主要復(fù)合運(yùn)用多種干擾樣式干擾雷達(dá)的距離波門［10］，在此設(shè)計(jì)的混合式復(fù)合干擾方案使用舷外誘餌和艦載有源干擾相結(jié)合的復(fù)合干擾方案，不使用價(jià)格低廉的箔條干擾彈，主要是考慮到箔條彈對(duì)風(fēng)力等自然條件要求較高，而舷外誘餌對(duì)自然條件的要求相對(duì)較低，因此將此作為惡劣氣候情況下的首選方案。而且作戰(zhàn)時(shí)若想實(shí)現(xiàn)較大反射截面積需要較多的箔條彈，一般情況下艦艇會(huì)攜帶指定基數(shù)的箔條彈，可能無(wú)法保障箔條彈多戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用需求，而舷外誘餌彈相對(duì)體積較小，可以保證應(yīng)用需求。使用的欺騙干擾＋壓制干擾組合的掩護(hù)式干擾原理圖如圖3所示，由系統(tǒng)控制對(duì)接收到的導(dǎo)引頭雷達(dá)脈沖，在短暫的延遲之后先由舷外誘餌轉(zhuǎn)發(fā)窄脈沖，再經(jīng)一段延遲之后由艦載有源干擾機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)寬脈沖。該戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用的目的是由窄脈沖形成有源假目標(biāo)、寬脈沖覆蓋真實(shí)的目標(biāo)回波，導(dǎo)彈對(duì)真實(shí)目標(biāo)的檢測(cè)被干擾，只能搜索和跟蹤有源假目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)掩護(hù)艦艇目標(biāo)的戰(zhàn)術(shù)目的［11］。

圖3 混合式復(fù)合干擾原理

3 干擾效果研究

以單艦對(duì)抗單枚反艦導(dǎo)彈為例進(jìn)行復(fù)合干擾效果研究與驗(yàn)證。

3.1 轉(zhuǎn)發(fā)式復(fù)合干擾效果研究

設(shè)末制導(dǎo)雷達(dá)天線功率為Pt，天線增益為Gt，Rys是箔條云到雷達(dá)的距離，σy是箔條云雷達(dá)截面積，PjGj是有源干擾等效輻射功率，Rjy是有源干擾機(jī)到箔條云的距離，質(zhì)心干擾時(shí)箔條云的雷達(dá)回波功率為Py，目標(biāo)艦的雷達(dá)回波為Pj，則可得轉(zhuǎn)發(fā)式復(fù)合干擾的箔條云面積σy′為：

即轉(zhuǎn)發(fā)式干擾的箔條云雷達(dá)截面積是同樣條件下的箔條質(zhì)心干擾的雷達(dá)截面積的，取PjGj＝120 k W，Pt＝40 k W，Gt＝500，有源干擾機(jī)到箔條云的距離Rjy設(shè)為200 m，在Rys的距離從500 m～1 000 m的范圍內(nèi)可得的變化趨勢(shì)，如圖4所示。

從圖4可以看出，在舷內(nèi)有源干擾機(jī)距箔條云距離為200 m的條件下，反艦導(dǎo)彈距箔條云的距離從8 000 m逐漸減小的情況下，轉(zhuǎn)發(fā)式復(fù)合干擾方案的箔條云雷達(dá)反射截面積比單純的箔條干擾的截面積從9.5倍逐漸減小，當(dāng)反艦導(dǎo)彈距箔條云的距離約為2 582 m的時(shí)候，兩者截面積已較為接近，干擾效果類似?？梢娕灤皆绨l(fā)現(xiàn)反艦導(dǎo)彈來(lái)襲且實(shí)施轉(zhuǎn)發(fā)式復(fù)合干擾的情況下能達(dá)到的雷達(dá)反射截面積越大，質(zhì)心干擾的效果越強(qiáng)。以反艦導(dǎo)彈距箔條云的距離約6 800 m為例，此時(shí)復(fù)合干擾的雷達(dá)反射截面積是箔條質(zhì)心干擾的雷達(dá)反射截面積的7倍，等效后即實(shí)現(xiàn)相同干擾壓制比的情況下，采用轉(zhuǎn)發(fā)式復(fù)合干擾的用彈量?jī)H為普通箔條質(zhì)心干擾用彈量的1／7，考慮同一水面艦艇同樣的備彈量條件，相當(dāng)于增加了水面艦艇對(duì)抗反艦導(dǎo)彈攻擊的批次，可以有效提高干擾成功率。

圖4 不同距離下的雷達(dá)截面積比值

3.2 混合式復(fù)合干擾效果研究

混合式復(fù)合干擾效果驗(yàn)證使用仿真實(shí)驗(yàn)方法，在誤差允許范圍內(nèi)為簡(jiǎn)化模型，設(shè)誘餌發(fā)射脈沖功率為Pd，誘餌天線增益為Gd，末制導(dǎo)雷達(dá)發(fā)射脈沖功率為Pt、天線增益為Gt，末制導(dǎo)雷達(dá)與誘餌、艦艇的距離分別為Rd、Rt，可得誘餌的等效雷達(dá)反射面積為：

設(shè)艦艇雷達(dá)反射截面積為σ2，等效末制導(dǎo)雷達(dá)照射波束為圓錐體，其頂角大小等于雷達(dá)波束寬度θ0.5，如圖5所示，由此可得誘餌與質(zhì)心點(diǎn)的角度θ1為：

圖5 誘餌干擾模型

艦艇與質(zhì)心的角度θ2為：

假設(shè)反艦導(dǎo)彈以恒定速度飛行，設(shè)反艦導(dǎo)彈速度是v d，導(dǎo)彈跟蹤航向角是α，則在t時(shí)刻導(dǎo)彈質(zhì)心坐標(biāo)為：

以式（2）實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈航跡的迭代可得彈道軌跡，并更新θ1、θ2的值，根據(jù)誘餌、艦艇在導(dǎo)彈飛行靠近的過(guò)程中是否處于導(dǎo)彈跟蹤波束范圍之內(nèi)，并依據(jù)質(zhì)心干擾原理判定是否會(huì)命中目標(biāo)。

分別設(shè)置發(fā)射誘餌彈的不同發(fā)射時(shí)間，即設(shè)置誘餌與末制導(dǎo)雷達(dá)不同的初始距離值，進(jìn)行命中測(cè)試仿真，共進(jìn)行1 000次捕捉過(guò)程，最后命中選捕次數(shù)為126次，選捕概率12.6%，導(dǎo)彈捕獲艦艇的情況普遍處于誘餌發(fā)射時(shí)間較晚的條件下，誘餌的干擾成功率為87.4%。

計(jì)算獲取誘餌的干擾成功率后，設(shè)有源干擾的選捕概率為P有，可得混合式復(fù)合干擾的干擾成功率P混為：

式（6）中取大于號(hào)是由于混合式復(fù)合干擾中舷外誘餌干擾和有源干擾并非相互獨(dú)立，2種干擾方式共同作用將使導(dǎo)彈的選捕成功率進(jìn)一步降低。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)水面艦艇對(duì)反艦導(dǎo)彈的復(fù)合干擾方案進(jìn)行了研究和簡(jiǎn)要分析驗(yàn)證，結(jié)果表明復(fù)合干擾方案在一定戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用條件下可有效增加反導(dǎo)成功率，但在部分條件下也存在不足，這就要求充分挖掘電子對(duì)抗系統(tǒng)的內(nèi)在潛力，通過(guò)實(shí)踐進(jìn)一步完善電子對(duì)抗系統(tǒng)中各種干擾手段的復(fù)合應(yīng)用和戰(zhàn)術(shù)方案，在現(xiàn)有裝備水平的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升防空反導(dǎo)能力，使復(fù)合干擾手段成為現(xiàn)在海戰(zhàn)軟武器反導(dǎo)作戰(zhàn)過(guò)程中常規(guī)且高效的作戰(zhàn)手段。

［1］王維，肖昌達(dá)，雷國(guó)強(qiáng).艦艇反導(dǎo)作戰(zhàn)能力評(píng)估［J］.艦船電子對(duì)抗，2008，31（3）：24－27.

［2］陳圣秋，陳玉東.一種反艦導(dǎo)彈突防概率計(jì)算方法［J］.艦船電子工程，2011，31（8）：36－39.

［3］李艷春，韓成哲.海軍反潛導(dǎo)彈突防能力研究［J］.戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù)，2010，71（3）：28－32.

［4］劉孟凱.中遠(yuǎn)程反艦導(dǎo)彈突防能力評(píng)估方法［J］.戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù)，2010（3）：37－40.

［5］來(lái)慶福.反艦導(dǎo)彈雷達(dá)導(dǎo)引頭抗舷外干擾技術(shù)研究［D］.長(zhǎng)沙：國(guó)防科技大學(xué)，2011.

［6］汪浩，劉曉東，張林，王磊.反艦導(dǎo)彈對(duì)艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)飽和攻擊數(shù)計(jì)算模型研究［J］.戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù)，2010（2）：39－42.

［7］曾家有，鐘建林，汪浩.全系統(tǒng)對(duì)抗條件下反艦導(dǎo)彈突防能力計(jì)算模型［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2009，21（19）：6036－6038.

［8］杜建東，彭欣.復(fù)合干擾在單艦艇反導(dǎo)防御中的戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用［J］.艦船電子對(duì)抗，2011，34（6）：8－10.

［9］Kim，Yoon－Hwan，Ryoo，et al.Guidance synthesis for evasive maneuver of anti－ship missiles against close－in weapon systems［J］.IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems，2010，46（3）：1376－1388.

［10］Zhao Rao B，Xiao Y L，Wang S P.Discrimination of exo－atmospheric active decoys using acceleration information［J］.Radar，Sonar ＆ Navigation，IET，2010，4（4）：626－638.

［11］Benavoli A，Chisci L，F(xiàn)arina A.Tracking of a ballistic missile with a－prior information［J］.IEEE Transaction on Aerospace and Electronic Systems，2007，43（3）：1000－1006.