航母編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)抗干擾能力評估

何　勰,嚴(yán)建鋼,楊士鋒,申江江

(海軍航空工程學(xué)院,山東煙臺(tái)　264000)

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航母編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)抗干擾能力評估

何勰,嚴(yán)建鋼,楊士鋒,申江江

(海軍航空工程學(xué)院,山東煙臺(tái)264000)

以航母編隊(duì)為平臺(tái)的雷達(dá)網(wǎng)抗干擾能力為研究對象,建立了編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)自衛(wèi)距離、干擾壓制比、抗干擾能力度量三個(gè)指標(biāo)模型并根據(jù)實(shí)例進(jìn)行能力評估和分析,提出了提高雷達(dá)網(wǎng)抗干擾能力的措施,為航母編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)抗干擾能力的研究和作戰(zhàn)使用提供理論參考。

航母編隊(duì);雷達(dá)網(wǎng);抗干擾能力;模型;評估

雷達(dá)組網(wǎng)對航母編隊(duì)執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)十分重要,特別是在不同于陸地的海上環(huán)境中,航母編隊(duì)面對的是復(fù)雜電磁環(huán)境、海洋氣象條件等諸多不定因素,這些因素影響著雷達(dá)網(wǎng)的探測能力,同時(shí)雷達(dá)還面臨“四大威脅”,即隱身目標(biāo)威脅、低空或超低空突防威脅、反輻射摧毀威脅和電子干擾威脅。航母編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)不只是把編隊(duì)所有艦載、機(jī)載雷達(dá)組網(wǎng),而是將不同體制、不同頻段、不同工作模式的雷達(dá)借助于編隊(duì)指揮控制系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)配,從而將編隊(duì)整體雷達(dá)網(wǎng)的作戰(zhàn)能力發(fā)揮到最佳功效[1]。雷達(dá)組網(wǎng)的研究和發(fā)展趨勢主要為:單一體制向多體制、多平臺(tái)發(fā)展,單純的預(yù)警探測向一體化作戰(zhàn)發(fā)展,單一雷達(dá)組網(wǎng)向多傳感器組網(wǎng)發(fā)展。從近幾年的發(fā)展來看,雷達(dá)組網(wǎng)的技術(shù)突破點(diǎn)主要集中在優(yōu)化布站、時(shí)間同步、誤差校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)融合、目標(biāo)跟蹤及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信等方面;戰(zhàn)術(shù)角度方面研究的主要集中在組網(wǎng)的優(yōu)化部署、調(diào)整網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)戰(zhàn)勤時(shí)間、雷達(dá)網(wǎng)的“四抗”能力效能評估、模型的建立與仿真等。

雷達(dá)的抗干擾能力是衡量現(xiàn)代雷達(dá)性能的重要參數(shù)之一,尤其是在當(dāng)今復(fù)雜多變的戰(zhàn)場電磁環(huán)境中,抗干擾能力弱的雷達(dá)很難完成作戰(zhàn)使命。為了應(yīng)對復(fù)雜電子干擾,目前的雷達(dá)已擁有頻率捷變、頻率分集及脈沖多普勒等新體制,還發(fā)展出旁瓣匿影及旁瓣對消等抗干擾技術(shù),但單部雷達(dá)的抗干擾能力還是極其有限。組網(wǎng)后的雷達(dá)依靠單部雷達(dá)的優(yōu)勢及信息融合技術(shù),可大大增強(qiáng)在干擾環(huán)境下的工作性能。查閱相關(guān)文獻(xiàn)了解,當(dāng)前有源欺騙干擾技術(shù)還不能同時(shí)對多部雷達(dá)產(chǎn)生威脅,所以對組網(wǎng)后的航母編隊(duì)雷達(dá)來說,真正的威脅主要來自有源(噪聲)壓制干擾。

1　航母編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)抗干擾能力指標(biāo)分析

航母編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)主要由艦載雷達(dá)、機(jī)載雷達(dá)及潛艇雷達(dá)等設(shè)備構(gòu)成,本文主要研究艦載和機(jī)載雷達(dá)網(wǎng)的抗干擾能力。雷達(dá)干擾的來源分為有源干擾和無源干擾兩類,前者利用雜波、連續(xù)波及回答式干擾等電磁波對雷達(dá)進(jìn)行干擾,后者利用某些物體反射電磁波產(chǎn)生干擾,具有動(dòng)目標(biāo)檢測(MTD)技術(shù)雷達(dá)的雷達(dá)網(wǎng)可以辨別無源干擾并將其消除。有源干擾分為有源壓制干擾和有源欺騙干擾。壓制干擾的作用是利用連續(xù)波或雜亂無章的信號(hào)對雷達(dá)目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行壓制或者掩蓋;欺騙干擾則通過干擾機(jī)釋放與被干擾雷達(dá)相似的信號(hào),使雷達(dá)操作員難以分辨真假而達(dá)到欺騙的目的[2]。

雷達(dá)網(wǎng)抗干擾能力主要體現(xiàn)在體制多樣性、頻段多樣性、空間分散性及系統(tǒng)隱蔽性等方面,它很大程度上取決于網(wǎng)內(nèi)單部雷達(dá)本身的抗干擾性能,體制的多樣必然會(huì)增強(qiáng)雷達(dá)網(wǎng)的整體抗干擾能力;頻段多樣性是指組網(wǎng)后的雷達(dá)頻域更廣,干擾方為了實(shí)施全頻域壓制干擾,在功率一定的條件下頻域的增大必然導(dǎo)致干擾距離的降低,且頻段多樣性稀釋了干擾方的干擾功率;航母編隊(duì)在航行中會(huì)經(jīng)常變換編隊(duì)隊(duì)形,機(jī)載雷達(dá)的靈活機(jī)動(dòng)大大增加了編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)的空間分散性,使得干擾方在干擾時(shí)顧此失彼,增大其偵察定位的難度、減小干擾效果;雷達(dá)網(wǎng)內(nèi)各雷達(dá)通過輪流分時(shí)工作可以增強(qiáng)整體隱蔽性和突然性,極大提高編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)的抗干擾能力。

本文由此出發(fā),提出衡量航母編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)抗干擾能力的三個(gè)指標(biāo),即編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)自衛(wèi)距離、編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)干擾壓制比和編隊(duì)抗干擾能力的度量[1-2],指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)的自衛(wèi)距離以雷達(dá)作用距離為基礎(chǔ),從能量的角度進(jìn)行分析;干擾壓制比以合成探測區(qū)為基礎(chǔ),衡量雷達(dá)網(wǎng)在與干擾機(jī)對抗下的抗干擾能力;抗干擾能力的度量通過綜合考慮雷達(dá)網(wǎng)的雷達(dá)數(shù)目、空域重疊系數(shù)及信號(hào)類型系數(shù)等附加因素來衡量編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)整體抗干擾能力。

圖1　指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)

1.1航母編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)自衛(wèi)距離模型 (rz)net

當(dāng)信干比(信號(hào)與干擾之比)等于雷達(dá)監(jiān)測信號(hào)所需最小信干比時(shí)雷達(dá)與目標(biāo)之間的距離為自衛(wèi)距離,也就是干擾功率不足以干擾雷達(dá)的最小距離,即“燒穿距離”[2]。對于編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng),自衛(wèi)距離越大越好,這樣就能獲得更充分的自衛(wèi)時(shí)間。航母編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)自衛(wèi)距離模型如下:

(rz)net=max{rzi}

(1)

式中，rzi為第i部雷達(dá)的自衛(wèi)距離(m),其中單部雷達(dá)的自衛(wèi)距離為

(2)

式中，Gt為雷達(dá)天線主瓣方向增益,rj為干擾機(jī)至雷達(dá)的距離,Pj為干擾機(jī)發(fā)射功率,Gj(φ)為干擾機(jī)天線在雷達(dá)方向的增益,Gt(θ)為雷達(dá)天線在干擾機(jī)方向的增益,(SN)min為雷達(dá)檢測信號(hào)所需最小信干比。

1.2航母編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)干擾壓制比模型J

干擾壓制比為組網(wǎng)的雷達(dá)暴露區(qū)(雷達(dá)受到干擾后仍能夠探測到的目標(biāo)區(qū)域)與其探測區(qū)(雷達(dá)未受干擾時(shí)可探測到的目標(biāo)區(qū)域)面積之比。暴露區(qū)以外的區(qū)域稱為壓制區(qū)。壓制比從探測能力角度說明了組網(wǎng)雷達(dá)抗干擾能力的強(qiáng)弱,壓制比越大,雷達(dá)網(wǎng)的抗干擾能力越強(qiáng)。但對組網(wǎng)雷達(dá),當(dāng)被壓制距離小于或等于網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)中最小自衛(wèi)距離時(shí),壓制無效,即“燒穿”。

(3)

式中，SBnet為編隊(duì)組網(wǎng)雷達(dá)暴露區(qū)面積,SAnet為編隊(duì)組網(wǎng)雷達(dá)探測區(qū)面積。因作戰(zhàn)區(qū)域限定為海區(qū)故只考慮干擾飛機(jī)的干擾效果,并且電磁波在空間傳播過程中還要受大氣的影響,建立數(shù)學(xué)模型時(shí)必須考慮由此造成的能量衰減和傳播路徑的彎曲[3]。所以單個(gè)雷達(dá)的探測區(qū)(暴露區(qū))面積為

薛武強(qiáng)調(diào)，公司各部門、各單位要全面貫徹落實(shí)黨中央和網(wǎng)公司黨組的各項(xiàng)決策部署，牢記抓好黨建是最大政績，推動(dòng)發(fā)展是第一要?jiǎng)?wù)，認(rèn)真履行管黨治黨責(zé)任，推動(dòng)全面從嚴(yán)治黨向縱深發(fā)展，為公司高質(zhì)量發(fā)展保駕護(hù)航。

(4)

式中，rt為雷達(dá)最大作用距離(m),ht為目標(biāo)高度(m),θ為雷達(dá)掃描角度,δ為大氣衰減因子,l為衰減區(qū)內(nèi)電磁波的直線傳播距離。

1.3航母編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)抗干擾能力度量模型(AJC)net

度量模型是對網(wǎng)內(nèi)單部雷達(dá)和組網(wǎng)后所有雷達(dá)的戰(zhàn)技術(shù)特性的綜合衡量。衡量的內(nèi)容不僅包括雷達(dá)本身固有的抗干擾能力,還包括外部附加因子作為抗干擾措施對其產(chǎn)生的影響,如雷達(dá)數(shù)目、極化類型及信號(hào)類型等。根據(jù)文獻(xiàn)[1],單部雷達(dá)的抗干擾能力表示為

AJC=(PT0BSG)·SA·SS·SM·SP·SC·SN·SJ

(5)

式中，(PT0BSG)表示雷達(dá)固有的抗干擾能力,其他參數(shù)為抗干擾措施的附加因子。SA為頻率跳變因子,SS為天線副瓣因子,SM為MTI(MTD)質(zhì)量因子,SP為天線極化可變因子,SC為恒虛警處理因子,SN為“寬-限-窄”電路質(zhì)量因子,SJ為重復(fù)頻率抖動(dòng)因子。

組網(wǎng)后的航母編隊(duì)雷達(dá)的抗干擾能力還有需要考慮的附加因子,度量模型為

(6)

式中，(AJC)net為雷達(dá)網(wǎng)綜合抗干擾能力(單位dBW),N為雷達(dá)數(shù)目,K為雷達(dá)網(wǎng)平均空域重疊系數(shù),η為雷達(dá)網(wǎng)頻域重疊系數(shù),J為雷達(dá)網(wǎng)極化類型系數(shù),S為雷達(dá)網(wǎng)信號(hào)類型系數(shù),ηe為雷達(dá)網(wǎng)信息綜合(融合)處理能力,ri為第i部雷達(dá)的實(shí)際探測距離(m),rav為雷達(dá)網(wǎng)平均探測距離,ki為各參數(shù)對雷達(dá)網(wǎng)抗干擾能力貢獻(xiàn)大小的因子。

2　航母編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)抗干擾能力評估

在航母編隊(duì)中,護(hù)衛(wèi)艦艇以航母為中心作為綜合作戰(zhàn)區(qū),形成內(nèi)外分層次的防護(hù)圈,層次間相互銜接的范圍要根據(jù)編隊(duì)作戰(zhàn)任務(wù)、艦間通信和雷達(dá)探測范圍、火力協(xié)同區(qū)間、威脅軸(威脅方位)與航行方向等多個(gè)因素綜合考慮。在編隊(duì)的實(shí)際作戰(zhàn)中,特別是航渡期間,威脅軸方向一般是不確定的,本文將航行方向定為威脅軸方向,因?yàn)轭A(yù)警機(jī)、反潛機(jī)、潛艇會(huì)沿著航行方向偵查預(yù)警,保證編隊(duì)的航行安全。本文的實(shí)例兵力配置數(shù)量在6-8艘左右:1艘航空母艦,4-5艘驅(qū)護(hù)艦,1艘核潛艇,1艘登陸艦。配置的原則首先滿足面向威脅軸的護(hù)衛(wèi)兵力部署,優(yōu)先配置內(nèi)層護(hù)衛(wèi)兵力,其次是外層威脅方向的反潛護(hù)衛(wèi)兵力,分別在威脅軸線左右夾角約30°的2個(gè)方向,編隊(duì)外層的兩側(cè)和后方是否配備護(hù)衛(wèi)兵力需要看護(hù)衛(wèi)兵力的多少而定[6]。

2.1實(shí)例驗(yàn)證

圖2　方案一編隊(duì)部署方式

圖3　方案二編隊(duì)部署方式

航母平臺(tái)搭載雷達(dá)2或雷達(dá)B,驅(qū)護(hù)艦艇搭載雷達(dá)1或雷達(dá)A、雷達(dá)B,機(jī)載搭載雷達(dá)4或雷達(dá)C,具體參數(shù)如表1所示。

設(shè)定編隊(duì)組網(wǎng)雷達(dá)受到遠(yuǎn)距離支援干擾飛機(jī)的干擾,干擾機(jī)采取伴隨干擾方式,干擾距離在編隊(duì)400km處,干擾機(jī)性能參數(shù)如表2,各雷達(dá)干擾效果如表3。

表1　雷達(dá)主要參數(shù)

表2　干擾機(jī)主要性能參數(shù)

表3　各方案雷達(dá)自衛(wèi)距離

由式(3)計(jì)算可知,干擾壓制比方案J1=0.83,J2=0.65。設(shè)干擾機(jī)進(jìn)行伴隨支援干擾時(shí),以30°的干擾角對編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)進(jìn)行干擾。計(jì)算兩個(gè)方案的組網(wǎng)雷達(dá)抗干擾能力度量模型時(shí),假設(shè)各雷達(dá)抗干擾能力附加因子對雷達(dá)網(wǎng)的貢獻(xiàn)相同,即式(6)中的ki=1(i=1,2,…,8),根據(jù)式(5)、(6)可分別計(jì)算出組網(wǎng)前后各雷達(dá)(網(wǎng))的抗干擾能力度量指數(shù),表4所示。

2.2措施建議

1)根據(jù)文中提出的編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)抗干擾能力模型采取的抗干擾措施的技術(shù)手段為:通過提高天線增益和增大發(fā)射功率提高雷達(dá)網(wǎng)的自衛(wèi)距離;采取變極化技術(shù)使目標(biāo)信號(hào)與干擾信號(hào)匹配失效，通過旁瓣消影和旁瓣對消技術(shù)減少對干擾信號(hào)的接收;另外利用跳頻、寬-限-窄調(diào)頻抗干擾、頻率分集、動(dòng)目標(biāo)處理技術(shù)(MTI)、恒虛警處理(CFAR)等常用抗干擾信號(hào)技術(shù)措施和濾除雜波手段。

表4　組網(wǎng)前后抗干擾能力度量指數(shù)

2)從表中的結(jié)果來看,當(dāng)雷達(dá)受到伴隨干擾時(shí),即便有抗干擾技術(shù)措施,單個(gè)雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的距離還是受到了很大程度的影響,編隊(duì)的整體雷達(dá)覆蓋范圍也要減小,如果干擾方向在某個(gè)單部雷達(dá)的主瓣方向時(shí),被掩護(hù)目標(biāo)又做了隱身設(shè)計(jì)使它的反射截面積RCS劇減,那么減小將更為明顯。由此在不考慮其他作戰(zhàn)任務(wù)影響下除了運(yùn)用技術(shù)措施還可以通過戰(zhàn)術(shù)手段提高抗干擾能力:將搭載抗干擾性能強(qiáng)、發(fā)射功率較大的(如相控陣體制)雷達(dá)的航母平臺(tái)或機(jī)載平臺(tái)設(shè)置在威脅軸方向利用雷達(dá)組網(wǎng)的優(yōu)勢通過多個(gè)雷達(dá)協(xié)同測距;考慮輪時(shí)分工合作的方法避免雷達(dá)主瓣方向與干擾方向一致;通過調(diào)整編隊(duì)隊(duì)形加大艦間距離增強(qiáng)空間分散性。

3　結(jié)果分析

1)方案二的抗干擾性能要低于方案一,原因是方案一的雷達(dá)整體性能特別是抗干擾性能都要優(yōu)于方案二,暴露區(qū)也大于方案二。解決壓制比根本上還是要提高單部雷達(dá)的抗干擾性能。組網(wǎng)后的雷達(dá)由于數(shù)目的增加、空域的覆蓋嚴(yán)密性好、頻率覆蓋范圍廣、占有的頻帶寬,使得整個(gè)雷達(dá)網(wǎng)的抗干擾性能增強(qiáng),而雷達(dá)信號(hào)類型越復(fù)雜,敵方偵察干擾的難度越大,使其難以實(shí)施和得逞。由此可斷,雷達(dá)組網(wǎng)后的性能離不開單部雷達(dá)抗干擾能力以及組網(wǎng)后的整體抗干擾能力,只有兩者結(jié)合才有最大可能發(fā)揮組網(wǎng)的優(yōu)勢。

2)在實(shí)際作戰(zhàn)中,威脅軸方向和干擾方向都未知,在雷達(dá)的配置上應(yīng)盡可能在航行方向上,如有情報(bào)支持,則盡可能將抗干擾能力強(qiáng)的雷達(dá)平臺(tái)配置在威脅軸上,且充分利用機(jī)載雷達(dá)平臺(tái)靈活性的優(yōu)勢在保證通信鏈路暢通的前提下確保航渡安全;若艦艇數(shù)量充?？稍谕{軸方向配置多條,且增派戰(zhàn)斗機(jī)做好預(yù)警機(jī)的護(hù)衛(wèi)任務(wù),防止預(yù)警機(jī)遭襲。

4　結(jié)束語

本文從雷達(dá)的抗干擾能力角度出發(fā),提出了評估航母編隊(duì)雷達(dá)網(wǎng)抗干擾能力的指標(biāo)體系,并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,上述建立的模型具有一定的參考意義,需要注意的是,由于海上環(huán)境較陸地環(huán)境更多變,雷達(dá)的抗干擾能力與作戰(zhàn)環(huán)境(如海洋環(huán)境、氣象條件等)緊密相連,并且復(fù)雜性多樣,航母編隊(duì)的配置也會(huì)因?yàn)槿蝿?wù)的不同有所增加或減少,所以此模型仍然要在實(shí)踐中不斷檢驗(yàn)和完善。

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Capability Evaluation of Aircraft Carrier Formation’s Radar-net to Anti-electric Jamming

HE Xie,YAN Jian-gang,YANG Shi-feng,SHEN Jiang-jiang

(Naval Aeronautical and Astronautical University,Yantai 264000,China)

The radar-net of aircraft carrier’s formation to anti-jamming is analyzed.It builds three index models based on self-defence distance,ratio on disturbance suppression and anti-jamming capability.According to the instance,the models are evaluated and analyzed.It puts forward efforts to improve the capability of the radar-net.It provides theoretical reference for study and operation to radar-net of aircraft carrier’s formation.

aircraft carrier-formation; radar-net; anti-jamming capability; model; evaluation

1673-3819(2016)05-0028-04

2016-04-04

2016-04-26

何勰(1986-),女,陜西西安人，碩士研究生，研究方向?yàn)樽鲬?zhàn)模型與模擬。

嚴(yán)建鋼(1958-),男,博士，教授,博士生導(dǎo)師。

楊士鋒(1979-),男,博士,講師。

申江江(1986-),男,碩士研究生。

TN973.3

ADOI:10.3969/j.issn.1673-3819.2016.05.005