基于分布式協(xié)同干擾的彈道導(dǎo)彈突防技術(shù)

趙穎

（中國電子科技集團第十研究所四川成都610036）

基于分布式協(xié)同干擾的彈道導(dǎo)彈突防技術(shù)

趙穎

（中國電子科技集團第十研究所四川成都610036）

本文在分布式干擾技術(shù)的基礎(chǔ)上，分析了干擾彈組網(wǎng)和協(xié)同干擾的作戰(zhàn)需求，提出一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的干擾彈組網(wǎng)方案以及基于主從式任務(wù)分配的干擾資源協(xié)同配置方案，通過采用組網(wǎng)通信技術(shù)和協(xié)同干擾技術(shù)，將分布式干擾機組建為有機整體，協(xié)同作戰(zhàn)，發(fā)揮分布式干擾的集群優(yōu)勢，達(dá)到高效掩護彈道導(dǎo)彈突防的目的。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，跳時跳頻，協(xié)同偵察，組網(wǎng)協(xié)同干擾

在現(xiàn)代彈道導(dǎo)彈突防技術(shù)中，彈道導(dǎo)彈加裝前拋式有源電子干擾機，利用有源電子干擾對敵彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)多功能制導(dǎo)雷達(dá)和攔截彈實施壓制或欺騙干擾，正在成為越來越重要的彈道導(dǎo)彈突防手段。然而，彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)多功能制導(dǎo)雷達(dá)，廣泛采用了低副瓣天線、副瓣匿隱、副瓣對消、波瓣自適應(yīng)零點控制等許多抗干擾措施，而且大多應(yīng)用多雷達(dá)冗余覆蓋或多雷達(dá)組網(wǎng)工作，傳統(tǒng)的點狀集中式干擾已無法有效削弱、破壞敵方雷達(dá)的作戰(zhàn)效能［2］。

為更好地掩護彈道導(dǎo)彈突防，分布式的電子干擾技術(shù)日益成為彈道導(dǎo)彈突防中雷達(dá)對抗技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。彈道導(dǎo)彈加裝一定數(shù)量的有源電子干擾機，通過彈射拋灑的方式在不同的地域、空域?qū)忱走_(dá)系統(tǒng)形成分布式干擾［3］。通過分布式干擾機的多方向主瓣干擾扇面組合可形成大區(qū)域的壓制性干擾，直接導(dǎo)致多功能制導(dǎo)雷達(dá)的諸多空域抗干擾效能下降［5］。

然而，隨著多雷達(dá)組網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展，許多新的聯(lián)合抗干擾方法又對分布式干擾的應(yīng)用效能形成了極大挑戰(zhàn)。例如，組網(wǎng)雷達(dá)可使用部份雷達(dá)對分布式干擾機進行誘騙，誘使分布式干擾機集中針對部分雷達(dá)進行干擾，而其余雷達(dá)則可對彈道導(dǎo)彈進行正常探測及跟蹤攔截，從而直接導(dǎo)致分布式干擾失效［4］。因此，分布式電子干擾機系統(tǒng)應(yīng)朝著網(wǎng)絡(luò)化、“智能”化、協(xié)同化的方向發(fā)展，基于分布式協(xié)同干擾技術(shù)正是重要手段之一。

1　分布式協(xié)同干擾技術(shù)概述

彈道導(dǎo)彈突防中的分布式協(xié)同干擾技術(shù)，主要包括干擾彈組網(wǎng)通信技術(shù)和協(xié)同干擾技術(shù)，利用穩(wěn)定可靠的通信網(wǎng)絡(luò)將空域分布的大量電子干擾機關(guān)聯(lián)起來，通過偵察信息共享、干擾策略和干擾資源統(tǒng)一配置，實現(xiàn)分布式干擾機的自主協(xié)同工作。利用分布式干擾的整體協(xié)同作戰(zhàn)優(yōu)勢，對敵反導(dǎo)防御系統(tǒng)雷達(dá)網(wǎng)形成強大壓制性干擾。

文中分析了干擾彈組網(wǎng)和協(xié)同干擾的作戰(zhàn)需求，提出一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的干擾彈組網(wǎng)方案以及基于主從式任務(wù)分配的干擾資源協(xié)同配置方案。

2　干擾彈組網(wǎng)技術(shù)研究

2.1組網(wǎng)通信作戰(zhàn)需求

組網(wǎng)通信鏈路應(yīng)具有較低的通信時延。導(dǎo)彈飛行全程，面臨敵反導(dǎo)防御系統(tǒng)雷達(dá)網(wǎng)的探測、識別、制導(dǎo)攔截威脅，雷達(dá)信號樣式復(fù)雜多樣且雷達(dá)信號參數(shù)快速變化。為了及時跟蹤目標(biāo)雷達(dá)參數(shù)變化，需在分布式干擾機之間快速完成信息交互，提高干擾機實時調(diào)整干擾策略以對抗敵雷達(dá)參數(shù)捷變的能力，降低彈道導(dǎo)彈暴露概率。

組網(wǎng)通信鏈路應(yīng)具備抗干擾能力，以應(yīng)對分布式干擾機面臨的極為復(fù)雜的電磁環(huán)境，保證組網(wǎng)通信鏈路在強干擾環(huán)境下的通信效率和可靠性［6］。

通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備自適應(yīng)組網(wǎng)能力。分布式干擾機與載具分離后，分布于不同空域，相對速度、相對位置不斷變化，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳粩喾纸馀c重構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)連通特性不斷變化。分布式干擾機網(wǎng)絡(luò)必須具有自組織能力，自動感知網(wǎng)絡(luò)變化并進行自適應(yīng)組網(wǎng)，最大程度保證分布式干擾機作戰(zhàn)過程中的互聯(lián)互通。

圖1　組網(wǎng)協(xié)同干擾工作示意圖

2.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中沒有嚴(yán)格的控制中心，所有節(jié)點地位平等，可以隨時加入或離開網(wǎng)絡(luò)，任何節(jié)點的故障不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的運行，具有很強的抗毀性［1］。節(jié)點開機后通過分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調(diào)各自的行為，可以快速、自動地組成網(wǎng)絡(luò)，非常適合分布式干擾機的自適應(yīng)組網(wǎng)。

2.3低時延抗干擾無線通信鏈路

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)面向分布式傳感器數(shù)據(jù)采集應(yīng)用發(fā)展起來，由于硬件能力的限制，其通信效率和可靠性較低，因此，需對其物理層和鏈路層進行抗干擾和低時延改造，以滿足協(xié)同作戰(zhàn)的組網(wǎng)通信需求。

分布式干擾機通信網(wǎng)絡(luò)共享通信帶寬，采用跳頻跳時通信技術(shù)，根據(jù)跳時跳頻圖案進行信號解調(diào)，防止通信碰撞。網(wǎng)絡(luò)中允許多條鏈路并行通信，采用基于信道統(tǒng)計的接入控制協(xié)議（SPMA），提高通信吞吐量，降低數(shù)據(jù)交換時延。

2.3.1通信抗干擾設(shè)計

每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的傳輸和接收如圖2和圖3所示，隨著用戶數(shù)的增多，通信子小包可能存在時頻域碰撞。分布式干擾機網(wǎng)絡(luò)中存在多條并行通信鏈路，需要設(shè)計特殊的信道編解碼及合理的跳時跳頻序列，通過在時_頻空間的離散分布，在低時延傳輸?shù)耐瑫r盡可能的避免傳輸干擾。

圖2　某用戶的傳輸示意

圖3　接收端物理信道狀態(tài)示意

信道編碼采用多維循環(huán)網(wǎng)格編碼技術(shù)，解碼由循環(huán)疊代軟判決實現(xiàn)。該編碼整合了循環(huán)碼、網(wǎng)格碼和Turbo解碼的優(yōu)點，具有較大的編碼增益和獨特的抗阻塞能力。信道編碼前后BER性能比較如圖4所示，該編碼增益達(dá)到11.6 dB。

圖4　信道編碼前后BER性能比較

二維時頻序列采用基于Bent函數(shù)的跳頻序列和基于同余理論的跳時序列，降低并行用戶通信間的脈沖干擾，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計的跳時跳頻圖案如圖5所示。用戶間通過發(fā)送異步跳頻跳時脈沖串來實現(xiàn)低時延的通信。由于各個用戶為獨立隨機發(fā)送，在自由空間中看到的將是雜亂無序、甚至存在彼此相互重疊的斷續(xù)脈沖流，相對于傳統(tǒng)的單一跳頻、跳時和同步通信系統(tǒng)來看，敵方無法判斷各個時頻數(shù)據(jù)塊分別隸屬于那些用戶，更難從接收信號中得到用戶的信息規(guī)律，因此無法進行有效的干擾和竊聽。

2.3.2快速接入控制

分布式干擾機網(wǎng)絡(luò)的物理波形支持多個用戶并行發(fā)送消息幀，采用基于信道統(tǒng)計的接入控制協(xié)議（SPMA）。SPMA協(xié)議精確地統(tǒng)計當(dāng)前信道占用情況，并設(shè)計與波形能力相匹配的接入策略。干擾機根據(jù)實時統(tǒng)計的信道使用狀態(tài)選擇接入時機，保持網(wǎng)絡(luò)并發(fā)用戶數(shù)低于最大值，進而避免網(wǎng)絡(luò)沖突。

SPMA協(xié)議支持分布式地共享無線信道，無需提前規(guī)劃信道資源。所有干擾機根據(jù)信道狀態(tài)實時地自動調(diào)整接入策略，可隨時隨地加入或離開網(wǎng)絡(luò)。SPMA協(xié)議實現(xiàn)流量自動控制并按優(yōu)先級分配信道資源，從而自動適應(yīng)不同規(guī)模、不同流量負(fù)載的網(wǎng)絡(luò)。

圖5　跳頻跳時圖案示意圖

3　協(xié)同干擾技術(shù)研究

3.1協(xié)同干擾作戰(zhàn)需求

協(xié)同干擾，包括協(xié)同偵察和協(xié)同干擾，在協(xié)同偵察的基礎(chǔ)上實現(xiàn)干擾資源的協(xié)同。充分發(fā)揮分布式干擾機的整體優(yōu)勢，實現(xiàn)干擾目標(biāo)的全網(wǎng)快速偵察，并對偵察的雷達(dá)信號參數(shù)進行綜合分析及分選，有效識別干擾目標(biāo)的數(shù)量、種類、參數(shù)變換規(guī)律等；綜合考慮目標(biāo)對象的時域、頻域、數(shù)量、雷達(dá)體制等參數(shù)情況以及分布式干擾機的干擾能力，優(yōu)化干擾資源配置，對作戰(zhàn)目標(biāo)實施快速高效的協(xié)同干擾，以應(yīng)對敵雷達(dá)系統(tǒng)作戰(zhàn)模式的快速變換。

本文提出一種基于主從式任務(wù)配置的協(xié)同干擾作戰(zhàn)方式，通過網(wǎng)絡(luò)自主協(xié)商產(chǎn)生業(yè)務(wù)層面的主控節(jié)點，由主控節(jié)點控制干擾機網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行協(xié)同偵察干擾策略，對目標(biāo)實施協(xié)同干擾；協(xié)同偵察干擾策略由偵察干擾切換、協(xié)同偵察以及協(xié)同干擾策略組成。

3.2協(xié)同偵察干擾切換策略

在協(xié)同干擾過程中，隨著分布式干擾機相對目標(biāo)雷達(dá)的方位、姿態(tài)變化，以及目標(biāo)雷達(dá)工作模式的調(diào)整，接收的目標(biāo)雷達(dá)信號參數(shù)會發(fā)生不斷變化，為保證各干擾機快速應(yīng)對目標(biāo)參數(shù)變化并形成有效干擾，干擾策略需根據(jù)目標(biāo)雷達(dá)參數(shù)變化情況進行實時調(diào)整，實現(xiàn)對目標(biāo)雷達(dá)的跟蹤干擾。因此，持續(xù)干擾一段時間后，分布式干擾機應(yīng)停止干擾轉(zhuǎn)入偵察，實時更新目標(biāo)雷達(dá)信號參數(shù)。

分布式干擾機定時偵察干擾切換如圖6所示：分布式干擾機開機工作后，距離目標(biāo)雷達(dá)較遠(yuǎn)，時間裕度較大，可首先對目標(biāo)雷達(dá)進行較詳細(xì)的偵察和參數(shù)分析，獲得目標(biāo)雷達(dá)的詳細(xì)參數(shù)并進行分選，為后續(xù)的偵察干擾過程提供詳細(xì)的基礎(chǔ)參考數(shù)據(jù)；隨著干擾機與目標(biāo)雷達(dá)的距離逐漸縮短，時間裕度逐漸減小，且目標(biāo)雷達(dá)參數(shù)可能處于快速切換狀態(tài)，因此為保證干擾時間，將開窗偵察時間逐漸縮短，但將偵察頻率逐漸提高以應(yīng)對目標(biāo)雷達(dá)參數(shù)的快速變化。

圖6　偵察干擾定時切換示意圖

3.3協(xié)同偵察策略

主控干擾機通過偵察控制命令，根據(jù)協(xié)同偵察策略為各臺分布式干擾機分配偵察任務(wù)，協(xié)同全網(wǎng)節(jié)點完成全頻段雷達(dá)信號的快速偵察，獲取目標(biāo)雷達(dá)的綜合態(tài)勢。

1）距離分配策略：距離目標(biāo)雷達(dá)較遠(yuǎn)時，可進行長時間的目標(biāo)雷達(dá)信號詳細(xì)偵察，完成時頻域參數(shù)偵察及信號分選；距離目標(biāo)雷達(dá)距離較近時，由于有效干擾時間進一步縮短，通常進行短時開窗偵察，只進行目標(biāo)雷達(dá)脈沖時域參數(shù)檢測，并根據(jù)時域參數(shù)進行雷達(dá)信號分選。

2）數(shù)量分配策略：分布式干擾機面臨的目標(biāo)雷達(dá)數(shù)量少時，雷達(dá)信號在全頻段內(nèi)分布稀疏時，可利用部分干擾機進行全頻段雷達(dá)信號搜索及詳細(xì)偵察，而其余干擾機繼續(xù)執(zhí)行干擾任務(wù)。

3）頻率分配策略：偵察信道協(xié)同分配，聯(lián)合多臺干擾機實現(xiàn)對全頻段的同時偵察，縮短全頻段搜索偵察時間。

3.4協(xié)同干擾策略

分布式干擾機網(wǎng)絡(luò)獲得彈道導(dǎo)彈突防過程中的干擾目標(biāo)參數(shù)情況后，根據(jù)目標(biāo)在頻率、調(diào)制方式、脈沖寬度、到達(dá)時間、脈沖重頻等參數(shù)方面的差異，綜合各干擾機節(jié)點的干擾能力，為各干擾機成員分配協(xié)同干擾任務(wù)，以對干擾目標(biāo)形成最優(yōu)干擾資源配置。

1）頻率分配策略：頻率接近，且位于干擾機同一收發(fā)通道的目標(biāo)雷達(dá)集中分配給同一干擾機進行干擾；避免干擾機對不同通道內(nèi)的目標(biāo)雷達(dá)形成干擾時，由于頻繁切換通道而減少有效干擾時間。

2）數(shù)量分配策略：考慮干擾機收發(fā)切換時間和干擾功率需求，一部干擾機分配的同一通道內(nèi)的目標(biāo)雷達(dá)數(shù)量原則上不超過4部。

3）脈沖寬度分配策略：同一干擾機分配的干擾目標(biāo)，脈沖寬度盡量相近。

4）體制分配策略：當(dāng)常規(guī)體制雷達(dá)和捷變頻雷達(dá)同時存在時，部分干擾機干擾捷變頻雷達(dá)，部分干擾機集中干擾常規(guī)體制雷達(dá)。

5）干擾樣式分配策略：主要根據(jù)目標(biāo)雷達(dá)信號的能量域和調(diào)制域特征，分配合適的干擾樣式，保證各干擾機對不同目標(biāo)采用效率最高的干擾信號樣式。

4　結(jié)束語

彈道導(dǎo)彈突防中，隨著新型分布式干擾作戰(zhàn)方式投入應(yīng)用，如何充分發(fā)揮分布式干擾機的整體作戰(zhàn)效能，將成為未來重要的研究方向。在分布式協(xié)同干擾的突防技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)投入資源進行持續(xù)研究，以應(yīng)對導(dǎo)彈防御系統(tǒng)中雷達(dá)協(xié)同作戰(zhàn)的發(fā)展，確保在未來彈道導(dǎo)彈突防作戰(zhàn)中取得雷達(dá)對抗作戰(zhàn)優(yōu)勢，掩護彈道導(dǎo)彈成功突防。

［1］孫利民，李建中，陳渝，等.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)［M］.清華大學(xué)出版社，2005.

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Balllstlc mlsslle defense Penetratlon technology based on dlstrlbuted cooPeratlVe jammlng

ZHAO Ying
（Southwest China Institute of Electronic Technology，Chengdu 610036，China）

This paper ana1yzes the operationa1 requirements for jamming ammunition networking and cooperative jamming on the basis of distributed jamming techno1ogy，and proposes a jamming ammunition networking scheme based on wire1ess sensor network and a jamming resource coordination configuration scheme based on Master/S1ave tasking，which integrates distributed jamming units into an organic who1e by adopting networked communication and cooperative jamming techno1ogies，so as to operate cooperative1y and make fu11 use of group advantage of distributed jamming，for efficient1y covering ba11istic missi1e penetrating.

wire1ess sensor network；time_frequency hopping；cooperative reconnaissance；cooperative jamming

TN97

A

1674_6236（2016）10_0159_04

2015_06_19稿件編號：201506193

趙穎（1972—），女，四川成都人，碩士，工程師。研究方向：電子對抗。