基于雷達探測距離的艦艇編隊有源協(xié)同壓制干擾效能分析

成 伽 姜 寧 安永超 李海嬌

（1.中國人民解放軍海軍大連艇學(xué)院研究生管理大隊，遼寧 大連116018；中國人民解放軍2.海軍大連艇學(xué)院信息作戰(zhàn)系，遼寧 大連116018；3.中國人民解放軍解放軍92270部隊，山東 威海264200；4.中國人民解放軍解放軍92841部隊，廣東 汕頭515074）

0 引言

有源協(xié)同干擾方法指編隊內(nèi)各艦有源干擾之間協(xié)同使用，提高編隊整體干擾效果。編隊有源干擾中的壓制干擾協(xié)同，主要是由于現(xiàn)有的單艦干擾資源功率有限，在對遠程雷達實施壓制干擾時，效果不明顯。此外，針對單艦實施的自衛(wèi)式壓制干擾，敵方可能通過干擾機的方向來判斷我方艦艇的方位。以多艘艦艇協(xié)同對敵方雷達實施壓制干擾，對每部干擾機的功率要求不會太大，敵方雷達也無法根據(jù)干擾扇面中心線來判斷我編隊艦艇的方位[1]。

警戒雷達的探測距離，是衡量雷達系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。當(dāng)雷達遭受電子干擾時，探測距離將大大減小，無法察知遠距離上的威脅目標(biāo)，從而使雷達探測目標(biāo)的能力遭受損失[2]。

本文借助雷達在受干擾條件下的探測距離損失來度量編隊協(xié)同壓制干擾的效能，通過仿真，對比具備不同干擾功率的艦艇在不同的協(xié)同方式下，對雷達探測距離的影響，得出編隊在實施有源協(xié)同壓制干擾時，提高使用效能的方法結(jié)論。

1 艦艇編隊有源協(xié)同壓制干擾模型建立

假設(shè)艦艇編隊由三艘驅(qū)護艦組成，隊形為人字隊，隊列角為120°，艦間距為30cab[3]。艦艇編隊有源協(xié)同壓制干擾的作戰(zhàn)態(tài)勢如圖1所示：

雷達以天線主瓣方向指向前哨艦，干擾機以天線的主瓣指向雷達。當(dāng)干擾機與被掩護目標(biāo)沒有配置在一起時，干擾能量通常從雷達天線的旁瓣進入雷達。

參數(shù)說明：

Rj1：干擾機1至雷達的距離；Rj2：干擾機2至雷達的距離；Rt：前哨艦至雷達的距離;H：雷達距海平面的高度；θ1：干擾機1與雷達天線主瓣方向的夾角；θ2：干擾機2與雷達天線主瓣方向的夾角。

1.1 到達雷達接收機的目標(biāo)回波信號功率

在雷達遭受電子干擾的情況下，雷達接收機將同時接收到兩個信號：目標(biāo)回波信號和干擾信號。因為Rt>>H，在本文計算中，忽略H值。

其中目標(biāo)回波信號功率為[4]：

參數(shù)說明：

Pt：雷達的發(fā)射功率；Gt：雷達主瓣方向增益；λ：雷達信號波長；σt：前哨艦的有效反射面積。

1.2 進入雷達接收機的干擾信號功率

第i艘艦艇的干擾機進入雷達接收機的干擾信號功率為：

參數(shù)說明：

Pji：第i部干擾機發(fā)射功率；Gji：第i部干擾機天線增益（主瓣方向）；R2ji：第i部干擾機至雷達的距離；rji：第i部干擾機干擾信號對雷達天線的極化損失；λ：雷達信號波長；θi：第i部干擾機與雷達天線主瓣方向的夾角；G′t（θi）：雷達在干擾機方向上的增益。

由G′t（θi）與θ的經(jīng)驗公式

式中：

Gt：雷達天線主瓣方向上的增益；θ0.5：雷達天線波瓣寬度；K：常數(shù)，取0.04～0.10。對于高增益銳方向天線，K取大值，即取K=0.07～0.10；對于波束較寬、增益較低的天線，K取小值，即取K=0.04～0.06。

根據(jù)干擾信號在雷達接收機進行功率疊加的原理[5]：

2 雷達探測距離的計算[2]

2.1 無干擾條件下雷達探測距離計算

當(dāng)雷達接收機接收到的目標(biāo)回波功率Pr剛好等于最小可檢測信號功率Prmin時，雷達有最大探測距離：

式中Prmin為雷達從噪聲背景中檢測信號的門限電平。

在雷達未受到電子干擾時，只要

就可滿足雷達系統(tǒng)正常工作的需要。

式中，Pso為雷達接收機線性部分輸出端信號功率，Pno為雷達接收機線性部分輸出端噪聲功率，D為雷達識別系數(shù)（檢測因子），是雷達終端設(shè)備檢測信號所必需的最小接收機輸出信噪比。

則雷達接收機最小可檢測信號功率：

式中K為波爾茲曼常數(shù)，T為用絕對溫標(biāo)應(yīng)量的環(huán)境溫度，Bn為雷達接收機等效噪聲帶寬，F(xiàn)為雷達接收機噪聲系數(shù)。

以上討論的是雷達發(fā)射一個脈沖信號，考慮到實際脈沖積累對探測距離的影響，信噪比能提高到原來的倍[6]。 所以

一般，雷達接收機等效噪聲帶寬與接收機3分貝帶寬基本相等，Bn≈Br將（7）帶入（5），有：

式（8）是雷達未遭受有源電子干擾時的最大探測距離基本關(guān)系式。

2.2 有干擾條件下雷達探測距離計算

當(dāng)雷達受到電子干擾時，雷達接收機線性部分除存在熱噪聲功率外，還有電子干擾信號功率，則接收機總噪聲功率為：

Pni=KT Bn+Prj≈KT Br+Prj（9）

假設(shè)雷達接收機接收到的目標(biāo)回波信號功率為Pr，則接收機線性部分輸出端的信噪比成為：

雷達終端設(shè)備需要滿足：

在受到有源電子干擾的情況下，雷達接收機最小可檢測信號功率Prmin為：

一般情況下，到達雷達接收機的干擾功率遠大于熱噪聲功率，即：Pij>>KTBr，則，帶入式（5）可得雷達在受到有源電子干擾時的最大探測距離是：

3 算例及仿真

假設(shè)我艦艇編隊在海上與敵遭遇，偵察到敵搜索雷達信號后，我編隊對其搜索雷達實施有源協(xié)同壓制干擾。干擾態(tài)勢如圖1所示。

艦艇編隊多為混合編隊，目的為提高編隊的整體作戰(zhàn)能力，假設(shè)各仿真參數(shù)如下：

敵某型警戒雷達的性能參數(shù)為：

我實施干擾的艦艇1干擾機的性能參數(shù)為：

實施干擾的艦艇2干擾機的性能參數(shù)為：

為計算方便，取Rt=Rj1=Rj2=200km；前哨艦RCS值σ=15000m2；K=0.05；

實施干擾的艦艇隊列角為120°（即干擾機與雷達天線主瓣方向的夾角θi=60°）。

為對比干擾效果，分以下幾種情況進行仿真計算：

3.1 無干擾條件下雷達探測距離計算

由式（5）可得，在無干擾條件下，雷達的探測距離Rmax=276km。

3.2 單艦干擾下雷達探測距離計算

假設(shè)由艦艇1單獨對雷達實施有源壓制干擾，將干擾機1的性能參數(shù)及雷達參數(shù)帶入式(12)得：Rmaxj1=61km。

假設(shè)由艦艇2單獨對雷達實施有源壓制干擾，將干擾機2的性能參數(shù)及雷達參數(shù)帶入式(12)得：Rmaxj2=73km。

對比Rmaxj1及Rmaxj2數(shù)值可知，在距雷達相同距離及角度的情況下，干擾功率及干擾增益大的干擾機對雷達的干擾效果更好。

3.3 雙艦干擾下雷達探測距離計算

假設(shè)艦艇1、艦艇2同時對雷達實施有源協(xié)同壓制干擾，將兩部干擾機參數(shù)及雷達參數(shù)帶入式（4）、式（12）可得，Rmaxj=55km。對比Rmaxj、Rmaxj1、Rmaxj2數(shù)值可知，兩部干擾機協(xié)同對雷達實施壓制干擾的效果好于單部雷達實施干擾的效果。

以上均是在初始狀態(tài)下，單艦或雙艦協(xié)同對雷達實施有源壓制干擾時，對雷達最大探測距離進行了計算。

由雷達在受到有源電子干擾時的最大探測距離公式，式（12）可知，在雷達、及干擾機性能參數(shù)不變的情況下，雷達最大探測距離Rmaxj主要取決于進入雷達接收機的干擾信號合成功率值Pij。由式（2）、（3）、（4）可知，進入雷達接收機的干擾信號功率主要取決于θi值，且與θi值成反比。

為得到更大的干擾信號合成功率，取得更好地干擾效果，令艦艇進行機動干擾。

分以下兩種情況進行仿真計算：

3.4 單艦機動干擾下雷達探測距離計算

假設(shè)兩艘艦艇同時對雷達實施有源協(xié)同干擾，其中一艘艦艇保持120°隊列角，另一艦艇逐步擴大隊列角。合成功率值隨θ的變化如圖2所示：

圖中實線為艦艇2保持120°隊列角（即干擾機2與雷達天線主瓣方向的夾角θ2保持60°），艦艇1逐漸擴大隊列角（即干擾機1與雷達天線主瓣方向的夾角θ1逐步減?。r，合成功率隨θ1的變化。

虛線為艦艇1保持120°隊列角（即干擾機1與雷達天線主瓣方向的夾角θ1保持60°），艦艇2逐漸擴大隊列角（即干擾機2與雷達天線主瓣方向的夾角θ2逐步減?。r，合成功率隨θ2的變化。

由圖2可以看出，在一艘艦艇保持120°隊列角的情況下，隨著另一艘艦艇干擾機與雷達主瓣方向的夾角逐漸變小，合成功率逐漸增大。在干擾機與雷達天線主瓣方向夾角為10°左右時，合成功率數(shù)值增速較快。在θ1=10°，θ2=60°時，對應(yīng)的雷達最大探測距離Rmaxj=25Km。在θ1=60°，θ2=10°時，對應(yīng)的雷達最大探測距離Rmaxj=29km。

3.5 雙艦機動干擾下雷達探測距離計算

為簡便計算，假設(shè)兩艘艦艇同時減小隊列角，合成功率值隨θ的變化如圖3所示。

由圖3可以看出，隨著兩艘艦艇逐步擴大隊列角（即干擾機與雷達主瓣方向的夾角θ逐漸變?。?，合成功率逐漸增大。在干擾機與雷達天線主瓣方向夾角為10°左右時，合成功率數(shù)值增速較快。在θ1=θ2=10°時，對應(yīng)的雷達最大探測距離Rmaxj=23km。將圖2、圖3合成，如圖4所示。

圖5 為對應(yīng)的雷達最大探測距離隨θ值的變化。

由圖4，對比三種情況下雷達接收機接收到的合成干擾功率，可知，兩艘艦艇同時擴大隊列角時，雷達接收機接收到的合成干擾功率大于單艦擴大隊列角時雷達接收機接收到的合成干擾功率，即對雷達最大探測距離的影響更大（如圖5所示）。

4 結(jié)束語

本文借助雷達最大探測距離損失做為度量艦艇編隊對雷達實施有源壓制干擾效果的指標(biāo)。

從上述仿真結(jié)果可得出結(jié)論：

在兩艘艦艇對敵雷達實施有源協(xié)同壓制干擾時，兩艦應(yīng)同時機動擴大隊列角，其對雷達最大探測距離的影響，高于單艦機動擴大隊列角及兩艦保持原隊列角時對雷達最大探測距離的影響。且當(dāng)隊列角大于170°，即實施干擾的艦艇與敵雷達的夾角小于10°時，對雷達探測距離的影響更大。

本文對編隊實施有源協(xié)同壓制干擾時干擾隊形的研究及戰(zhàn)術(shù)的制定，具有一定的參考價值。

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