電子戰(zhàn)無人機支援干擾的作戰(zhàn)仿真分析

楊立永，景 志

（解放軍91336部隊，秦皇島 066326）

0 引 言

電子戰(zhàn)無人機如今已經(jīng)成為能夠完成偵察、監(jiān)視、目標(biāo)指示、戰(zhàn)損評估的作戰(zhàn)平臺。在近幾年爆發(fā)的幾場典型高技術(shù)局部戰(zhàn)爭中，電子戰(zhàn)無人機均發(fā)揮了重要作用。電子戰(zhàn)無人機在信息化戰(zhàn)爭中具有重要的應(yīng)用價值，加強復(fù)雜電磁環(huán)境下電子戰(zhàn)無人機作戰(zhàn)運用問題研究，對于贏得未來作戰(zhàn)勝利無疑具有重要意義［1］。

復(fù)雜電磁環(huán)境下電子戰(zhàn)無人機在續(xù)航時間、作戰(zhàn)距離、隱身能力和機動能力上均具有優(yōu)勢。應(yīng)用無人機遂行隨隊支援干擾主要目的是掩護己方飛機突防和實施對地攻擊，其干擾重點對象是敵方警戒雷達(dá)、火控雷達(dá)。本文主要對電子戰(zhàn)無人機對敵雷達(dá)實施支援干擾的作戰(zhàn)效能進(jìn)行分析評估［2－4］。

1 電子戰(zhàn)無人機支援干擾模型構(gòu)建

支援干擾是為支援進(jìn)攻兵力遂行作戰(zhàn)任務(wù)，在距攻擊目標(biāo)一定距離上對敵方電子設(shè)備進(jìn)行的電子干擾。由于電子戰(zhàn)無人機的雷達(dá)反射截面積較普通作戰(zhàn)飛機的要小，可以抵近飛行對敵方電子設(shè)備施加干擾［5］。

1.1 電子戰(zhàn)無人機掩護模型

如圖1所示，攻擊機群高度為H t，距敵雷達(dá)之間的斜距為Rt；電子戰(zhàn)無人機的高度為H j，距敵雷達(dá)之間的斜距為Rj；攻擊機群與電子戰(zhàn)無人機到敵雷達(dá)之間的水平夾角為θ，仰角分別為

圖1 無人機掩護位置示意圖

1.2 天線方向圖模型

針狀波束的方位維波束和俯仰維波束具有同樣的形狀，一般采用髙斯平方或者辛克函數(shù)，髙斯近似的單方向電壓增益函數(shù)為［7］：

式中：θ0.5為主瓣的半功率波束寬度。

單方向電壓增益函數(shù)與功率增益函數(shù)的關(guān)系是：

單方向增益函數(shù)應(yīng)用于僅發(fā)射或者僅接收的情況。當(dāng)收發(fā)共用一個天線，且同時考慮收發(fā)功能時，雙向天線電壓增益為：

在仿真過程中，采用辛克函數(shù)作為雷達(dá)和干擾機的方位天線方向圖。

1.3 有源壓制干擾模型

雷達(dá)接收的目標(biāo)反射回波隨距離的變化而改變，這種變化關(guān)系可以用雷達(dá)方程來估算［8］：

式中：Pt為雷達(dá)發(fā)射功率（W）；Gt為雷達(dá)發(fā)射天線增益（dB）；Gr為雷達(dá)發(fā)射天線增益（dB）；λ為雷達(dá)發(fā)射信號波長（m）；σ為目標(biāo)有效反射面積（m2）；Lt為雷達(dá)系統(tǒng)損耗因子（d B）；同一雷達(dá)的接收天線和發(fā)射天線共用一個，即Gt＝Gr。

則雷達(dá)接收到目標(biāo)的回波功率為：

雷達(dá)接收到干擾機輻射的功率為：

式中：Pj為干擾機發(fā)射功率（W）；Gj為雷達(dá)發(fā)射天線增益（dB）；Lj為干擾機系統(tǒng)損耗因子（dB）；γj為系統(tǒng)損耗因子（dB）；Δf j為干擾機頻譜寬度（Hz）；Δf r為雷達(dá)接收機帶寬（Hz）；Rj為干擾機與雷達(dá)之間的距離（m）；Gt（）θ為干擾機所對準(zhǔn)的雷達(dá)天線副瓣增益（dB）。

根據(jù)干擾壓制系數(shù)的定義：雷達(dá)接收到干擾信號的功率和雷達(dá)接收到回波信號的功率，在雷達(dá)接收機輸入端的比值，即：

雷達(dá)的系統(tǒng)損耗、干擾機的衰減和極化損耗不考慮，壓制系數(shù)K jt定為當(dāng)虛警概率為10－6、探測概率為0.1的雷達(dá)接收干擾信號功率與回波信號的比值。

1.4 有源欺騙干擾模型

欺騙干擾機用專門的波形產(chǎn)生多個虛假目標(biāo)或者產(chǎn)生一個角度不在干擾機角度處的目標(biāo)。在許多情況下，干擾機的波形是放大了的或重復(fù)了的雷達(dá)入射信號。針對搜索雷達(dá)，多個虛假目標(biāo)的意圖是使雷達(dá)輸出端的數(shù)據(jù)系統(tǒng)飽和。針對跟蹤雷達(dá)和引導(dǎo)雷達(dá)，虛假目標(biāo)使獲得的實際目標(biāo)延時，并阻止對干擾平臺的精確火控或引導(dǎo)［9］。

有源欺騙為使能夠有效地對付雷達(dá)，避免在干擾機角度上產(chǎn)生一串可識別的虛假目標(biāo)，要求能夠在雷達(dá)副瓣中產(chǎn)生多個虛假目標(biāo)。重發(fā)干擾機功率輸出必須大得足以在雷達(dá)方位方向圖的副瓣中產(chǎn)生可檢測信號。雷達(dá)所接收的干擾機脈沖功率為：

式中：Gm為干擾機對準(zhǔn)雷達(dá)方向天線增益；為干擾的極化因子；F2j為由干擾機進(jìn)入雷達(dá)天線的單程方向圖－傳播因子；Rj為干擾機距離；Lαj為單程大氣衰減因子；Lmj為由于復(fù)制所接收雷達(dá)波形的不完善性而引起的損耗因子。

為了使在距離R干擾功率和從目標(biāo)RCS所接收到的回波信號相等，設(shè)：

式中：σ為模擬假目標(biāo)的RCS大?。籐α為模擬目標(biāo)在距離R到雷達(dá)接收機的雙程衰減。

由上式可知干擾機等效輻射功率PRE：

產(chǎn)生假目標(biāo)的最小距離：

2 仿真實現(xiàn)

2.1 天線方向圖仿真

干擾機天線方向圖主瓣寬度6.5°，第1旁瓣電平－15 d B，第2旁瓣電平－17 dB。雷達(dá)天線方向圖主瓣寬度3.5°，第1旁瓣電平－30 dB，第2旁瓣電平－35 d B。

圖2 干擾機天線方向圖

圖3 雷達(dá)天線方向圖

2.2 有源壓制干擾

仿真參數(shù)如表1，不考慮雷達(dá)和干擾機的系統(tǒng)損耗、極化損耗、雷達(dá)接收機內(nèi)部噪聲。雷達(dá)對無人機的最大探測距離為150 km，對攻擊機群的最大探測距離為260 km。仿真結(jié)果如圖4所示。

表1 仿真參數(shù)設(shè)置

圖4 單架無人機對敵雷達(dá)干擾效果

圖5 5架無人機對敵雷達(dá)干擾效果

由圖4可以看出單架無人機壓制后探測距離小于120 km的區(qū)域角度4°，如果需要壓制區(qū)域無縫隙擴大，需要多架無人機同時施加干擾。

式中：θ為單架無人機壓制角度（弧度）；Rθ為2架無人機間距；Rj為無人機與雷達(dá)距離。

若形成大角度壓制區(qū)域無人機之間的最佳間距為10 km，仿真結(jié)果如圖5所示。

從圖5可以看出，5架無人機間隔10 km，均距雷達(dá)1 5 0 km，5架無人機壓制后探測距離小于120 km的角度為20°，大大增加了壓制區(qū)域。

2.3 假目標(biāo)欺騙干擾

為分析等效輻射功率和干擾距離對假目標(biāo)干擾效果的影響，不考慮大氣衰減、干擾極化因子和由于復(fù)制所接收雷達(dá)波形的不完善性而引起的損耗，即對假目標(biāo)顯示最近距離進(jìn)行仿真分析。

2.3.1 低等效輻射功率欺騙干擾效能分析

干擾機的等效輻射功率（ERP）為10 W，雷達(dá)發(fā)射機峰值功率200 k W，雷達(dá)天線增益Gt＝40 dB，干擾機分別對準(zhǔn)主瓣、第1旁瓣實施欺騙干擾，即干擾機在雷達(dá)主瓣和第1旁瓣產(chǎn)生的假目標(biāo)顯示在雷達(dá)畫面最近距離與干擾距離的關(guān)系。

從圖6可以看出，隨著干擾距離的增大，產(chǎn)生假目標(biāo)的最近距離越大，假目標(biāo)的RCS越大，產(chǎn)生假目標(biāo)的最近距離越大。圖6顯示，當(dāng)干擾機對準(zhǔn)雷達(dá)主瓣時產(chǎn)生假目標(biāo)的距離小于干擾距離，也就是說對準(zhǔn)主瓣實施距離欺騙干擾時，假目標(biāo)可以在無人機前產(chǎn)生。圖7顯示，在干擾機對準(zhǔn)雷達(dá)第1旁瓣實施方位欺騙時，產(chǎn)生的假目標(biāo)在雷達(dá)顯示器上只能比無人機更遠(yuǎn)。雷達(dá)對無人機的最大探測距離為150 km，當(dāng)干擾距離為150 km時，對準(zhǔn)主瓣和第1旁瓣能夠產(chǎn)生假目標(biāo)的最近距離，見表2。

表2 干擾機ERP為10 W時產(chǎn)生假目標(biāo)最近距離

當(dāng)干擾機的等效輻射功率較小，電子戰(zhàn)無人機在實施欺騙干擾時，無人機不被雷達(dá)發(fā)現(xiàn)的情況下，與掩護戰(zhàn)斗機群保持方向一致，使欺騙干擾更加有效，掩護效果更佳。

圖6 干擾機對準(zhǔn)主瓣實施欺騙干擾

圖7 干擾機對準(zhǔn)第1旁瓣實施欺騙干擾

2.3.2 高等效輻射功率欺騙干擾效能分析

干擾機的等效輻射功率（ERP）為200 W，雷達(dá)發(fā)射機峰值功率200 k W，雷達(dá)天線增益Gt＝40 dB，干擾機分別對準(zhǔn)主瓣、第一旁瓣實施欺騙干擾，即干擾機在雷達(dá)主瓣和第一旁瓣產(chǎn)生的假目標(biāo)顯示在雷達(dá)畫面最近距離與干擾距離的關(guān)系。

從圖8可以看出，隨干擾距離的增大產(chǎn)生假目標(biāo)的最近距離越大，假目標(biāo)的RCS越大，產(chǎn)生假目標(biāo)的最近距離越大。圖8顯示，當(dāng)干擾機對準(zhǔn)雷達(dá)主瓣時產(chǎn)生假目標(biāo)的距離遠(yuǎn)小于干擾距離，也就是說對準(zhǔn)主瓣實施距離欺騙干擾時，假目標(biāo)可以在無人機前較大距離產(chǎn)生。圖9顯示，在干擾機對準(zhǔn)雷達(dá)第1旁瓣實施方位欺騙時，產(chǎn)生的假目標(biāo)可以在無人機前產(chǎn)生。雷達(dá)對無人機的最大探測距離為150 km，當(dāng)干擾距離為150 km時，對準(zhǔn)主瓣和第1旁瓣能夠產(chǎn)生假目標(biāo)的最近距離，如表2所示。

圖8 干擾機對準(zhǔn)主瓣實施欺騙干擾

圖9 干擾機對準(zhǔn)第1旁瓣實施欺騙干擾

表2 干擾機ERP為200 W時產(chǎn)生假目標(biāo)最近距離

當(dāng)干擾機的等效輻射功率較大時，無人機可以與掩護攻擊機群不在同一方向，只要保持一定角度，可以使敵方雷達(dá)發(fā)現(xiàn)攻擊機群的時間更長。

3 結(jié)束語

通過對電子戰(zhàn)無人機實施壓制干擾和欺騙干擾進(jìn)行建模分析，得出在電子戰(zhàn)無人機實施壓制干擾時，在方位上根據(jù)敵方雷達(dá)的情報參數(shù)間隔布放，以增加壓制干擾時的干擾扇面，分布式輻射信號可從雷達(dá)天線主瓣進(jìn)入，信號不會受到低副瓣天線、副瓣匿影或副瓣對消的抑制，因而其干擾效率可比副瓣干擾機高。實施欺騙干擾時增大干擾機的等效輻射功率，能夠使無人機支援干擾戰(zhàn)術(shù)更加靈活。

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