壓制性干擾對地空導(dǎo)彈搜索雷達(dá)偵察效能的建模

張玉琳，蔣里強(qiáng)，陳 磊

（1.解放軍68206部隊，甘肅 臨夏 731100；2.防空兵學(xué)院，鄭州 450052；3.解放軍77148部隊，四川 隆昌 642150）

壓制性干擾對地空導(dǎo)彈搜索雷達(dá)偵察效能的建模

張玉琳1，蔣里強(qiáng)2，陳 磊3

（1.解放軍68206部隊，甘肅 臨夏 731100；2.防空兵學(xué)院，鄭州 450052；3.解放軍77148部隊，四川 隆昌 642150）

為了提高地空導(dǎo)彈在復(fù)雜電磁環(huán)境下的作戰(zhàn)能力，從雷達(dá)工作原理及電子干擾機(jī)理的分析入手，建立了相關(guān)數(shù)學(xué)模型，并就壓制性干擾對地空導(dǎo)彈搜索雷達(dá)偵察效能的影響進(jìn)行了定量計算分析。通過分析計算結(jié)果，得出一些有重要意義的結(jié)論，對提高地空導(dǎo)彈搜索雷達(dá)的抗干擾能力具有借鑒意義。

壓制性干擾，雷達(dá)，地空導(dǎo)彈，偵察效能

0 引言

未來信息化條件下戰(zhàn)爭，電子干擾將貫穿整個空襲與反空襲作戰(zhàn)的全過程，壓制性干擾作為一種最主要的電子干擾形式，對其進(jìn)行深入的理論研究，對防空兵作戰(zhàn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)踐指導(dǎo)意義。對目標(biāo)實(shí)施射擊的基礎(chǔ)是發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)主要是依靠搜索雷達(dá)來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，將目標(biāo)的相關(guān)信息傳輸給跟蹤制導(dǎo)雷達(dá)，跟蹤制導(dǎo)雷達(dá)實(shí)施穩(wěn)定跟蹤，測定其精確位置信息，引導(dǎo)地空導(dǎo)彈進(jìn)行射擊。由此可知，搜索雷達(dá)在地空導(dǎo)彈作戰(zhàn)過程中起著非常關(guān)鍵性的作用。為了提高搜索雷達(dá)的偵察效能，本文就壓制性干擾對地空導(dǎo)彈搜索雷達(dá)偵察效能的影響進(jìn)行建模計算，為指揮員在防空作戰(zhàn)中正確運(yùn)用火力、科學(xué)決策提供依據(jù)。

1 壓制性干擾概述

根據(jù)電子干擾的作用性質(zhì)，可將電子干擾分為壓制性干擾與欺騙性干擾［1］。根據(jù)壓制性干擾的產(chǎn)生方法，可分為有源壓制性干擾和無源壓制性干擾。

有源壓制性干擾是通過發(fā)射或轉(zhuǎn)發(fā)電磁信號對敵方電子設(shè)備進(jìn)行壓制的電子干擾；無源壓制干擾是使用本身不發(fā)射電磁波的器材反射或吸收敵方發(fā)射的電磁波，使敵方電子設(shè)備接收到的有用信號模糊不清或完全被遮蓋的電子干擾［2］。

2 有源壓制性干擾對地空導(dǎo)彈雷達(dá)偵察效能影響的建模計算

有源壓制干擾主要應(yīng)用于壓制敵方的搜索雷達(dá)，電子干擾設(shè)備主要裝在專門的電子戰(zhàn)飛機(jī)或作戰(zhàn)飛機(jī)自身上，降低搜索雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)概率和發(fā)現(xiàn)目標(biāo)距離，從而降低地空導(dǎo)彈的毀傷概率。有源壓制干擾對雷達(dá)的影響主要表現(xiàn)為：發(fā)現(xiàn)目標(biāo)概率降低、發(fā)現(xiàn)目標(biāo)距離縮短、航跡連續(xù)率下降、虛警率增大、識別率減?。?］。本文主要以發(fā)現(xiàn)目標(biāo)距離降低系數(shù)為指標(biāo)，研究有源壓制性干擾對地空導(dǎo)彈搜索雷達(dá)偵察效能的影響。下面以機(jī)載支援電子隨隊干擾為例，計算分析有源壓制性干擾對地空導(dǎo)彈搜索雷達(dá)偵察系統(tǒng)效能的影響。

機(jī)載支援電子隨隊干擾，是指電子干擾力量隨己方作戰(zhàn)部隊或武器平臺對敵實(shí)施的干擾。這里指電子干擾飛機(jī)與作戰(zhàn)飛機(jī)以一定的編隊形式進(jìn)行編隊，對其進(jìn)行伴隨掩護(hù)的情況。

2.1 數(shù)學(xué)模型的建立及求解

假設(shè)某型飛機(jī)在電子戰(zhàn)飛機(jī)伴隨掩護(hù)下進(jìn)行空襲，地空導(dǎo)彈對其進(jìn)行抗擊。飛機(jī)飛行高度H=700 m，飛行速度V=300 m/s，有效雷達(dá)截面積σ= 15 m2，所要求的抑制界限距雷達(dá)的距離DY=55 km，干擾區(qū)距雷達(dá)距離D=100 km，干擾機(jī)從抑制區(qū)施放干擾時，干擾發(fā)射機(jī)的頻譜密度AG=30 W/MHz，雷達(dá)接收機(jī)通帶寬度ΔfL=1×106Hz，抑制區(qū)視圖如圖1所示。

圖1 機(jī)載支援電子隨隊干擾對搜索雷達(dá)的抑制區(qū)視圖

目標(biāo)搜索雷達(dá)的相關(guān)技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 搜索雷達(dá)的相關(guān)技術(shù)參數(shù)

Step1.計算雷達(dá)的信號頻譜密度AL：

Step2.計算最小抑制距離DYmin：

Step3.計算對雷達(dá)天線主波束的抑制距離Dθ：

Step4.計算對雷達(dá)天線主波束抑制區(qū)的寬度lθ：

Step5.計算需要抑制距離上雷達(dá)天線標(biāo)準(zhǔn)方向圖值KP：

Step6.計算需要抑制距離上的有效干擾扇區(qū)α：

Step7.計算需要抑制距離上抑制區(qū)的寬度l:

為了設(shè)立抑制區(qū)，就必須將DY換算成DB（其中DB為受地球曲率影響，干擾機(jī)對搜索雷達(dá)的實(shí)際抑制距離），按照Step4～Step6步重復(fù)計算，可得：

Step8.計算被抑制雷達(dá)搜索距離降低系數(shù)K：

2.2 影響因素分析

如果飛機(jī)飛行高度為H=600m，重復(fù)Step8～Step 9步進(jìn)行計算，目標(biāo)搜索雷達(dá)距離降低系數(shù)K=1.83；

如果飛機(jī)飛行高度為H=800 m，重復(fù)Step8～Step9步進(jìn)行計算，目標(biāo)搜索距離降低系數(shù)K=2；

令DB=DP=110 km

令DB=DY=55 km

飛機(jī)飛行高度與搜索雷達(dá)距離降低系數(shù)關(guān)系如表2所示。

表2 雷達(dá)搜索距離降低率與飛行高度的關(guān)系

根據(jù)表2繪制搜索雷達(dá)隨飛機(jī)飛行高度變化的曲線圖，如圖2所示。

圖2 搜索雷達(dá)隨飛機(jī)飛行高度變化的曲線圖

2.3 結(jié)論分析

通過計算可以得出如下結(jié)論：

結(jié)論1：在假設(shè)條件下，對搜索雷達(dá)進(jìn)行機(jī)載電子隨隊干擾時，搜索雷達(dá)的探測距離降低了49.5%。

結(jié)論2：如果飛機(jī)飛行高度為600 m時，搜索雷達(dá)探測距離降低45.4%，如果飛機(jī)飛行高度為800 m時，搜索雷達(dá)探測距離降低50%。事實(shí)上，在飛行高度H≤713 m時，飛機(jī)飛行高度越高，搜索雷達(dá)探測距離越小（超低空飛行除外），在飛行高度H＞713 m時，搜索雷達(dá)探測距離均降低50%，不再與飛行高度有關(guān)。

結(jié)論3：搜索雷達(dá)探測距離不僅與飛機(jī)飛行高度有關(guān)，而且與規(guī)定的抑制線距離雷達(dá)的距離DY有關(guān)。而關(guān)于DY的確定，主要是空襲方根據(jù)干擾機(jī)功率的大小以及所需壓制的雷達(dá)功率的大小與性能來綜合進(jìn)行確定的。當(dāng)規(guī)定的抑制線距離雷達(dá)的距離DY變大時，相應(yīng)的距離降低系數(shù)會減小，它們成反比關(guān)系。

結(jié)論4：可以將搜索雷達(dá)配置在盡可能高的地域，使搜索雷達(dá)與飛機(jī)的飛行高度相對值減小，這樣可以減增大搜索的探測距離。搜索雷達(dá)可采取單脈沖角跟蹤技術(shù)、采用非線性脈沖壓縮、頻率捷變等抗干擾措施有效對抗干擾，降低敵方的干擾效能。

3 無源壓制性干擾對地空導(dǎo)彈搜索雷達(dá)偵察效能影響的建模計算

雷達(dá)賴以生存的物理基礎(chǔ)是“目標(biāo)回波”，無源干擾技術(shù)能夠從根本上破壞或妨害雷達(dá)獲得目標(biāo)回波，因而具有雷達(dá)難以抗拒的干擾效果，具有許多有源干擾無法具備的優(yōu)點(diǎn)［4］。由于干擾箔條是最重要的干擾手段，主要研究干擾箔條對目標(biāo)搜索雷達(dá)偵察效能的影響。電磁波通過干擾箔條云時，由于箔條的散射使它受到衰減，從而可縮短雷達(dá)的作用距離。

3.1 數(shù)學(xué)模型的建立及求解

假設(shè)面積為1 m2，厚度為dx的干擾箔條云所散射的能量為dP，如圖3所示。

圖3 干擾箔條對電磁波的衰減

由于干擾箔條云散射的能量與它的有效散射面積成正比，則有：

式中：P為加到上述體積元輸入端的電磁波功率；dP為體積元中干擾箔條散射的功率；σ為單位體積中干擾箔條的有效散射面積。

設(shè)單位體積（每m3）中有干擾箔條n，一根箔條在三維空間的平均有效反射面積為0.17λ2（λ為雷達(dá)波長），則單位體積中干擾箔條的有效散射面積σ為：

由上述兩式可得：

代入邊界條件：當(dāng)x=0時，P=P0為初始功率，就可求得電磁波通過厚度為xm的干擾箔條云被衰減后的功率為：

由于雷達(dá)電波受到雙層衰減，兩次衰減后的電磁波功率為：

由于雷達(dá)作用距離與功率的4次方根成正比。設(shè)無干擾箔條云干擾時，雷達(dá)的作用距離為D0，有干擾箔條云干擾時，雷達(dá)的作用距離為DG，則：

由此可知，干擾箔條云對電磁波的衰減作用與雷達(dá)波長、干擾箔條云厚度、密度有關(guān)。

假設(shè)某型飛機(jī)對某重要目標(biāo)實(shí)施突襲，為保證突防成功的概率及飛機(jī)的自身安全，采取拋灑干擾箔條形成干擾云的無源干擾方式對搜索雷達(dá)實(shí)施干擾。假設(shè)干擾箔條云的厚度為1 000 m，箔條云密度為=9（根/m3）。地空導(dǎo)彈負(fù)責(zé)被掩護(hù)目標(biāo)的安全，對飛機(jī)進(jìn)行抗擊。

查閱地空導(dǎo)彈［8］搜索雷達(dá)的相關(guān)資料可知，搜索雷達(dá)波長λ=3 cm，作用距離D0=110 km。由此可知搜索雷達(dá)在受箔條云干擾后的作用距離為：

3.2 影響因素分析

干擾箔條云厚度與搜索雷達(dá)探測距離的關(guān)系如表3所示。

表3 干擾箔條云厚度與雷達(dá)搜索探測距離的關(guān)系

如果干擾箔條云的厚度為1 000 m，箔條云密度為n=0.8（根/m3），則搜索雷達(dá)在受箔條云干擾后的作用距離為：

干擾箔條云密度與搜索雷達(dá)探測距離的關(guān)系如表4所示。

表4 干擾箔條云密度與雷達(dá)搜索距離的關(guān)系

3.3 結(jié)論分析

通過計算可以得出如下結(jié)論：

結(jié)論1：在假設(shè)條件下，搜索雷達(dá)對目標(biāo)的探測距離由110 km降低到55.26 km，降低49.76%。

結(jié)論2：箔條云的厚度、密度與搜索雷達(dá)的探測距離均成反比關(guān)系，隨著箔條云的厚度、密度的增大，搜索雷達(dá)的探測距離縮短。

結(jié)論3：搜索雷達(dá)可以通過采用動目標(biāo)顯示、動目標(biāo)檢測、對數(shù)快速時間控制、低掃描速率搜索等抗干擾技術(shù)，有效降低箔條干擾對搜索雷達(dá)偵察效能的影響。

對于有源壓制性干擾與無源壓制性干擾共同作用的綜合性干擾，相當(dāng)于搜索雷達(dá)發(fā)出的電磁波經(jīng)過二次衰減。經(jīng)過綜合性干擾之后，目標(biāo)搜索雷達(dá)的作用距離應(yīng)為原來的作用距離與兩次衰減距離降低率的乘積：

式中，DZG為搜索雷達(dá)受綜合性干擾后的作用距離，w為有源壓制干擾與無源壓制干擾綜合干擾時的折合性系數(shù)，qYG為有源壓制干擾搜索雷達(dá)距離降低率，qWG為無源壓制干擾搜索雷達(dá)距離降低率。

4 結(jié)束語

高技術(shù)條件下，武器裝備的不斷更新發(fā)展，促使電子干擾在未來戰(zhàn)爭中占據(jù)著舉足輕重的地位，電子戰(zhàn)的成敗從一定意義上來說決定了整個防空作戰(zhàn)的勝負(fù)。本文利用定量化的分析方法，就壓制性干擾對地空導(dǎo)彈搜索雷達(dá)偵察效能的影響進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模與計算分析，得出了科學(xué)的結(jié)論，對復(fù)雜電磁環(huán)境下防空兵作戰(zhàn)理論研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

［1］張樹德.防空戰(zhàn)場電磁環(huán)境［M］.北京：解放軍出版社，2008.

［2］王小念.復(fù)雜電磁環(huán)境下對雷達(dá)的偵察及干擾［M］.北京：解放軍出版社，2008.

［3］周鵬文.HQ-16A地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)抗擊典型目標(biāo)作戰(zhàn)能力計算研究［D］.鄭州：防空兵學(xué)院，2013.

［4］張磊，熊波.對搜索雷達(dá)的噪聲壓制干擾效果評估［J］.四川兵工學(xué)報，2014（14）：113-115.

［5］強(qiáng)正德，胡曉惠，藤儀奎.空軍電子戰(zhàn)的組織和實(shí)施［M］.北京：空軍指揮學(xué)院，2003.

［6］邵國培，曹志耀，等.電子對抗作戰(zhàn)效能分析［M］.北京：解放軍出版社，1998.

［7］胡曉惠.電子戰(zhàn)戰(zhàn)役戰(zhàn)術(shù)計算方法［M］.北京：空軍指揮學(xué)院，2002.

［8］丁曉冬，劉毅，李為明.多重電子干擾條件下地空導(dǎo)彈殺傷區(qū)計算方法［J］.現(xiàn)代防御技術(shù)，2008，36（6）：71-75.

Modeling and Calculation for Influence of Blanket Jamming on Surface-to-Air Missile Indication Radar’s Reconnaissance Efficiency

ZHANG Yu-lin1，JIANG Li-qiang2，CHEN Lei3
（1.Unit 68206 of PLA，Linxia 731100，China；2.Air Defense Forces Academy，Zhengzhou 450052，China；3.Unit 77148 of PLA，Longchang 642150，China）

In order to improve surface-to-air missile in complicated electromagnetic environment，from the analysis of the mechanism of radar working principle and electronic jamming，a mathematical model is established，the blanket jamming of surface-to-air missile indication radar reconnaissance efficiency are quantitatively calculated analysis.Some important conclusions are achieved after analyzing the results，it would have a very important meaning for improving surface-to-air missile indication radar anti-jamming ability.

blanket jamming，radar，surface-to-air missile，reconnaissance efficiency

TB114.1

A

1002-0640（2015）05-0104-04

2014-02-01

2014-05-18

張玉琳（1986- ），男，山西長治人，碩士研究生。研究方向：防空兵作戰(zhàn)運(yùn)籌分析。