海戰(zhàn)場環(huán)境下干擾強度表征技術(shù)研究

陳紅偉，張 寧

（北京機電工程研究所，北京100074）

0 引言

近幾次局部戰(zhàn)爭表明，如果制導(dǎo)武器對戰(zhàn)場電磁環(huán)境適應(yīng)性差，設(shè)計的精度再高，也難以發(fā)揮應(yīng)有的作戰(zhàn)效能。本文從精確制導(dǎo)武器視角深入研究環(huán)境中各種干擾影響因素及其對武器裝備的影響，按干擾影響程度給出戰(zhàn)場環(huán)境分類分級的量化表征，從而為武器裝備的研制和試驗鑒定提供依據(jù)，以提高精確制導(dǎo)武器在戰(zhàn)場電磁環(huán)境下的作戰(zhàn)使用效能。

1 戰(zhàn)場環(huán)境干擾強度表征方法

戰(zhàn)場環(huán)境干擾強度的表征方法就是按照戰(zhàn)場環(huán)境中人為干擾對精確制導(dǎo)系統(tǒng)的影響程度，對人為干擾環(huán)境強度進行描述。人為干擾對精確制導(dǎo)系統(tǒng)的影響主要體現(xiàn)在檢測、識別和跟蹤方面，在精確制導(dǎo)系統(tǒng)的搜索階段，人為干擾在目標(biāo)周圍形成假目標(biāo)，進而影響或干擾精確制導(dǎo)系統(tǒng)的識別性能，降低目標(biāo)選擇概率，其影響程度取決于假目標(biāo)與真實目標(biāo)之間特征的相似程度；在跟蹤階段，人為干擾主要是采用較大功率干擾壓制，淹沒真實目標(biāo)信號，并通過機動規(guī)避，使跟蹤點偏移，進而影響精確制導(dǎo)系統(tǒng)的檢測性能和跟蹤性能，其影響程度取決于干擾與目標(biāo)的干信比。

從干擾對精確制導(dǎo)系統(tǒng)影響程度分析，理論上任何干擾均可由干信比和相似性兩個指標(biāo)進行量化表征，然而作戰(zhàn)使用中往往同時釋放多種樣式的干擾構(gòu)成復(fù)雜的戰(zhàn)場干擾環(huán)境，干擾復(fù)雜度也是一個重要影響因素。因此，本文采用相似性、干信比、復(fù)雜度三個指標(biāo)構(gòu)成一個三維坐標(biāo)系，來描述戰(zhàn)場環(huán)境干擾強度的量化表征，如圖1所示。

在實施構(gòu)建干擾環(huán)境強度時，由于被保護目標(biāo)的雷達散射截面積大小不同或干擾戰(zhàn)術(shù)使用方式不同，那么對精確制導(dǎo)系統(tǒng)的干擾效果就不同，干擾環(huán)境強度也就不一樣，如同一個等效輻射功率的有源干擾機，其干擾樣式相同，被保護的目標(biāo)是大中型艦船或中小型艦船，干擾環(huán)境強度將會不一樣。

由于不同干擾設(shè)備（如基本型和改進型兩種箔條干擾設(shè)備）在模擬干擾特性方面存在差異，即使在完全相同的戰(zhàn)術(shù)使用方式下，改進型的箔條干擾環(huán)境對精確制導(dǎo)系統(tǒng)的影響比基本型更嚴重，但由于這種影響因素不是主要因素，而且這種差異對戰(zhàn)場干擾環(huán)境等級的量化表征的貢獻度并不大，只是作為一個顯而易見的條件。本文從精確制導(dǎo)系統(tǒng)的視角出發(fā)，抓住主要影響因素以及對在戰(zhàn)術(shù)使用過程中干擾與目標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性，提出干擾環(huán)境強度的量化表征方法。

圖1 人為干擾強度量化示意圖

2 人為干擾強度的量化表征

2.1 無源干擾的量化表征

無源干擾主要包括箔條干擾、角反射器干擾等，在干擾環(huán)境等級表征時，角反射器干擾與箔條干擾是相同的。本文以質(zhì)心式箔條干擾為例進行環(huán)境等級表征，質(zhì)心式箔條干擾分布在艦船目標(biāo)周圍，并同艦船目標(biāo)一起位于雷達導(dǎo)引頭的角分辨單元和距離檢測波門內(nèi)，箔條云與艦船目標(biāo)信號混疊在一起，形成混合體目標(biāo)，如圖2所示。陰影部分為箔條云與艦船目標(biāo)的混合體，其能量中心偏向于干擾，且干擾與艦船能量差別越大，能量中心偏離程度就越大，雷達導(dǎo)引頭跟蹤混合體的能量中心時，形成質(zhì)心干擾效應(yīng)。

圖2 質(zhì)心式箔條與艦船混合體示意圖

由于風(fēng)等自然環(huán)境因素造成箔條云移動，同時艦船也會選擇機動規(guī)避，如圖3所示。艦船能量中心與箔條云能量中心之間的距離逐漸增大，艦船信號逐漸從被覆蓋的混合體中露出來。

箔條云與艦船目標(biāo)信號寬度反映了導(dǎo)彈來襲方向上箔條云與艦船尺寸的大?。磸较虺叽纾?，在導(dǎo)彈方位分辨單元內(nèi)，箔條云或艦船徑向尺寸上重疊程度反映了在導(dǎo)彈來襲方向上的距離關(guān)系，重疊部分構(gòu)成了回波信號的混合體，理論上反艦導(dǎo)彈可根據(jù)未重疊部分的信號特征，在一定條件下有可能檢測出艦船目標(biāo)?？梢?，箔條干擾與艦船回波信號的混合程度基本表征了箔條干擾環(huán)境的強弱程度。

圖3 箔條與艦船混合體分離過程示意圖

箔條干擾彈發(fā)射的位置、氣象條件、艦船的機動規(guī)避等因素，導(dǎo)致雷達導(dǎo)引頭觀測到的箔條云對艦船的混合程度不同，箔條干擾環(huán)境強度也就不同，因此箔條干擾強度可采用干擾與目標(biāo)的徑向尺寸重合度進行表征，即箔條云與艦船目標(biāo)徑向重合部分的尺寸同艦船目標(biāo)徑向總長度的比值：

式中，Jch是箔條干擾徑向尺寸重合度，Δc＝ct-c′表示雷達導(dǎo)引頭檢測的箔條與艦船回波信號的重合部分，ct表示雷達導(dǎo)引頭檢測的艦船回波信號徑向尺寸，c′表示雷達導(dǎo)引頭檢測的艦船可識別部分的尺寸。

由于箔條云運動和艦船的機動規(guī)避，箔條云與艦船之間的距離關(guān)系是動態(tài)變化的，進而箔條云與艦船的信號重合部分也在動態(tài)變化，因此在度量箔條干擾環(huán)境強度時，按照箔條干擾的技術(shù)指標(biāo)，箔條彈散開形成箔條云后，干擾與艦船目標(biāo)回波信號之間的最大徑向尺寸重合度進行量化表征。

對于質(zhì)心式箔條干擾環(huán)境，由于艦船本身的徑向尺寸不同，即使徑向尺寸重合度相同，混合體外的可識別部分也不相同。例如，徑向尺寸重合度為70%時，若艦船的徑向尺寸為100m，則可識別部分的尺寸為30m，若艦船的徑向尺寸為80m，則可識別部分的尺寸變?yōu)橹挥?4m。對于相同性能的雷達導(dǎo)引頭，艦船露出的可識別部分尺寸越大就越容易識別，可以看出，相同的徑向尺寸重合度對于不同徑向尺寸的艦船目標(biāo)干擾效果是不相同的。因此，在構(gòu)建不同干擾環(huán)境強度時，應(yīng)采用技術(shù)指標(biāo)規(guī)定的典型目標(biāo)尺寸進行試驗。

2.2 有源干擾的量化表征

有源干擾主要包括舷外有源干擾、艦載有源干擾等，有源干擾通過釋放較大功率信號進行壓制干擾，或在轉(zhuǎn)發(fā)的假目標(biāo)信號中調(diào)制特征信息，模擬艦船特征進行欺騙干擾。由于舷外有源干擾與艦船之間有一定的距離和角度，減少了與艦上其它用頻設(shè)備之間的相互干擾，同時在戰(zhàn)術(shù)使用時降低了對艦船快速機動規(guī)避的要求，舷外有源干擾成為反艦導(dǎo)彈的主要有源干擾樣式。

反艦導(dǎo)彈雷達導(dǎo)引頭常采用恒虛警檢測方法，信號檢測時通過設(shè)置目標(biāo)和背景檢測單元，依據(jù)背景框單元信號平均功率自適應(yīng)調(diào)整目標(biāo)的檢測門限，當(dāng)舷外有源干擾轉(zhuǎn)發(fā)假目標(biāo)信號數(shù)量較少時，恒虛警檢測背景單元信號平均電平較低，使檢測門限較低，這時雷達導(dǎo)引頭能夠檢測到假目標(biāo)信號和艦船目標(biāo)回波信號，假目標(biāo)起到欺騙作用；當(dāng)假目標(biāo)數(shù)量較多（如脈沖前后沿相連）時，形成密集假目標(biāo)干擾，這些密集的假目標(biāo)信號提高了背景單元信號平均電平，恒虛警檢測自適應(yīng)提高了檢測門限，使艦船目標(biāo)回波信號在檢測門限以下，導(dǎo)致難以檢出艦船目標(biāo)回波信號，此時密集假目標(biāo)起到壓制干擾效果，如圖4所示。由于舷外有源干擾是由被攻擊艦船本體發(fā)射，通過裝定參數(shù)，使模擬的時域、頻域特征接近艦船信號特征，其對雷達導(dǎo)引頭的影響因素主要是干擾信號功率的大小。

圖4 舷外有源干擾信號干擾原理示意圖

由于舷外有源干擾轉(zhuǎn)發(fā)的多假目標(biāo)信號在時間上覆蓋了艦船回波信號，使虛假目標(biāo)信號與艦船回波信號疊加在一起，導(dǎo)致雷達導(dǎo)引頭難以將艦船信號從混合信號中分離出來，因而無法提取出艦船特征。因此在描述舷外有源干擾環(huán)境時，應(yīng)與被保護的艦船大小相結(jié)合，僅僅考慮舷外有源干擾等效輻射功率是不完整的。例如1kW 的舷外有源干擾保護200m2的艦船構(gòu)成的干擾環(huán)境與保護10000m2的艦船構(gòu)成的干擾環(huán)境是完全不同的，則僅僅說1kW 的舷外有源干擾環(huán)境是沒有意義的。舷外有源干擾等效輻射功率與艦船回波信號功率之比才能夠真實反映舷外有源干擾的影響程度，對于相同RCS大小的艦船目標(biāo)，舷外有源干擾等效輻射功率越高，對艦船回波信號壓制比就越高，舷外有源干擾環(huán)境也就越嚴酷。

由于舷外有源干擾在艦船目標(biāo)周圍，二者之間距離差異相對于反艦導(dǎo)彈的距離可以忽略，因此，可以采用舷外有源干擾等效輻射功率與艦船反射的雷達導(dǎo)引頭信號功率比值作為衡量舷外有源干擾環(huán)境等級的主要指標(biāo)，即：

式中，JSB是舷外有源干擾等效輻射功率與艦船反射導(dǎo)引頭信號功率比，Ex是舷外有源干擾等效輻射功率，Er＝PtG／（4πR2）是雷達導(dǎo)引頭照射到艦船的入射功率（Pt是雷達導(dǎo)引頭的發(fā)射功率，G 是雷達導(dǎo)引頭的天線增益，R 是雷達導(dǎo)引頭探測距離），σt是雷達導(dǎo)引頭可探測的艦船目標(biāo)RCS。

式（2）可知，JSB大小不僅與艦船的RCS有關(guān)，也與雷達導(dǎo)引頭的等效輻射功率、彈目距離等參數(shù)有關(guān)。對于不同發(fā)射功率的雷達導(dǎo)引頭在相同的彈目距離下，舷外有源干擾等效輻射功率與艦船信號功率比是不一樣的，雷達導(dǎo)引頭發(fā)射功率越大，JSB 就越??；同樣彈目距離也影響JSB的大小，彈目距離越遠，JSB則越大。因此采用JSB 來描述舷外有源干擾環(huán)境強度是不準(zhǔn)確的。

為便于客觀描述舷外有源干擾環(huán)境，采用雷達導(dǎo)引頭接收到的舷外有源干擾等效輻射功率與艦船RCS的比值來實現(xiàn)對干擾環(huán)境的量化表征，即等效功率面積比：

式中，Jxpsb是舷外有源干擾等效功率面積比，Ex是舷外有源干擾等效輻射功率，σt是雷達導(dǎo)引頭可探測的艦船目標(biāo)RCS。

2.3 組合干擾的量化表征

無論是無源干擾的質(zhì)心式干擾或沖淡式干擾，還是有源干擾的壓制式干擾或欺騙式干擾，不同干擾樣式的干擾機理不相同，其干擾信號的壓制比和特征相似性也各有特點，因此在戰(zhàn)術(shù)運用中如何使用組合干擾、使用哪幾種干擾樣式進行組合對抗，需要結(jié)合具體的戰(zhàn)情，各干擾之間戰(zhàn)術(shù)使用相互配合，選用有效的干擾組合樣式，提高干擾效果。

質(zhì)心式箔條或角反射器干擾與有源壓制干擾組合時，箔條或角反射器與艦船目標(biāo)形成混合體，理論上有源干擾信號可以覆蓋混合體以外艦船信號，增強了干擾效果；同樣，沖淡式箔條或角反射器干擾與有源欺騙干擾組合時，無源干擾假目標(biāo)與有源干擾假目標(biāo)拖引相結(jié)合，有源干擾拖引一段距離信號撤消后，無源干擾能夠保持欺騙的干擾效果，降低雷達導(dǎo)引頭目標(biāo)選擇的概率。

可見，兩種及以上干擾樣式組合使用時，不僅能夠彌補單一干擾的不足，提高單一干擾的概率，通過相互配合、充分發(fā)揮各干擾的優(yōu)勢，還可實現(xiàn)“1＋1＞2”的組合干擾作用。例如艦載有源欺騙干擾和沖淡式箔條干擾組合使用時，艦載有源干擾模擬多個虛假目標(biāo)，在實施距離拖引時，將雷達導(dǎo)引頭跟蹤點拖引至箔條干擾位置，沖淡式箔條模擬的虛假目標(biāo)實施了欺騙，提高了拖引效果，同時艦載有源欺騙干擾轉(zhuǎn)發(fā)的多個虛假目標(biāo)，干擾環(huán)境中虛假目標(biāo)數(shù)較多，提高干擾環(huán)境下目標(biāo)識別和選擇的難度。

由于海戰(zhàn)場人為干擾環(huán)境中，不同的干擾樣式組合使用，在戰(zhàn)術(shù)上互相配合，使干擾效果增強，但不同的組合干擾樣式之間配合對反艦導(dǎo)彈的影響機理不同，其綜合的干擾效果存在差異，難以評價某種干擾組合效果就一定優(yōu)于另一種干擾組合樣式，因此組合干擾之間不具有可比性。

無源干擾和有源干擾的量化表征是從精確制導(dǎo)系統(tǒng)的角度，分析干擾與目標(biāo)之間的主要影響因素。在組合干擾環(huán)境強度的量化表征中，干擾對精確制導(dǎo)系統(tǒng)的主要影響參數(shù)沒有改變，只是在戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用上相互配合，因此按照無源干擾和有源干擾的量化表征參數(shù)的組合可以對組合干擾環(huán)境進行量化表征。

3 結(jié)束語

戰(zhàn)場電磁環(huán)境下干擾信號的強弱是相對目標(biāo)而言的，從不同的角度觀測，目標(biāo)和干擾具有不同的特性，且干擾的效果差異也較大。本文從精確制導(dǎo)技術(shù)角度提出了海戰(zhàn)場環(huán)境下人為干擾的量化表征方法，該技術(shù)是檢驗反艦導(dǎo)彈戰(zhàn)場環(huán)境下適應(yīng)能力、評價反艦導(dǎo)彈抗干擾技術(shù)設(shè)計、提升干擾環(huán)境適應(yīng)能力的較為重要的前提。■

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