防空武器系統(tǒng)復(fù)雜干擾環(huán)境下的試驗(yàn)評(píng)估技術(shù)

韋 卓,黃建忠,姚德龍,李曉哲

(中國(guó)兵器工業(yè)試驗(yàn)測(cè)試研究院,陜西華陰 714200)

防空武器系統(tǒng)復(fù)雜干擾環(huán)境下的試驗(yàn)評(píng)估技術(shù)

韋 卓,黃建忠,姚德龍,李曉哲

(中國(guó)兵器工業(yè)試驗(yàn)測(cè)試研究院,陜西華陰 714200)

為了驗(yàn)證防空武器系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下的抗干擾性能,分析了針對(duì)防空武器的干擾因素及干擾方法,構(gòu)建了靶場(chǎng)中防空武器系統(tǒng)抗干擾試驗(yàn)系統(tǒng),給出了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn),能夠有效地考核防空武器系統(tǒng)抗復(fù)雜干擾環(huán)境的能力。

防空武器系統(tǒng);通信干擾;雷達(dá)干擾;紅外干擾

隨著武器系統(tǒng)信息化和制導(dǎo)彈藥技術(shù)的發(fā)展,針對(duì)武器信息化系統(tǒng)和制導(dǎo)控制系統(tǒng)的電磁干擾,已經(jīng)成為武器系統(tǒng)面臨的主要威脅和影響武器系統(tǒng)作戰(zhàn)性能的決定性因素。為了提高復(fù)雜電磁環(huán)境的適應(yīng)性和抗干擾能力,武器系統(tǒng)均采用了電子防護(hù)設(shè)計(jì)。目前,國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)武器裝備的科研試驗(yàn)都是在靶場(chǎng)理想環(huán)境下進(jìn)行的,武器系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境下的抗干擾能力沒(méi)有得到充分的、系統(tǒng)的考核和驗(yàn)證,導(dǎo)致現(xiàn)役裝備在復(fù)雜電磁環(huán)境下的作戰(zhàn)訓(xùn)練中,抗干擾能力不足,系統(tǒng)實(shí)際戰(zhàn)技指標(biāo)大大低于設(shè)計(jì)指標(biāo),系統(tǒng)性能?chē)?yán)重劣化,嚴(yán)重?fù)p害裝備體系實(shí)戰(zhàn)能力。

針對(duì)武器裝備在訓(xùn)練中暴露出抗干擾能力不足的問(wèn)題,國(guó)家有關(guān)部委要求,今后武器系統(tǒng)的研制,從規(guī)劃、論證、立項(xiàng)、研制、定型各個(gè)階段的試驗(yàn)都必須進(jìn)行抗干擾能力的驗(yàn)證與檢測(cè),以獲取制導(dǎo)武器抗干擾優(yōu)化設(shè)計(jì)所需的數(shù)據(jù),驗(yàn)證抗干擾措施的有效性,測(cè)試各項(xiàng)抗干擾技術(shù)指標(biāo),以及考核武器系統(tǒng)綜合抗干擾能力。本文以防空武器系統(tǒng)為研究對(duì)象,分析這類(lèi)武器面臨的戰(zhàn)場(chǎng)電磁干擾環(huán)境,研究這類(lèi)武器抗復(fù)雜電磁干擾的試驗(yàn)與評(píng)估方法。

1 防空武器系統(tǒng)復(fù)雜環(huán)境分析

防空武器系統(tǒng)主要集成了搜索雷達(dá),火控雷達(dá),紅外、電視跟蹤單元，激光測(cè)距單元等光電設(shè)備和營(yíng)級(jí)指揮通信中心及導(dǎo)彈等。因?yàn)槠拗?本文僅對(duì)防空武器系統(tǒng)的通信、雷達(dá)和紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈的干擾因素和干擾方法進(jìn)行分析。

1.1 通信干擾分析

通信的干擾方式按照干擾信號(hào)的頻譜寬度分類(lèi),包括瞄準(zhǔn)式干擾和阻塞式干擾[1]。瞄準(zhǔn)式干擾是指干擾信號(hào)的中心頻率與被干擾信號(hào)頻率重合,或干擾信號(hào)和被干擾信號(hào)頻譜寬度基本相同。瞄準(zhǔn)式干擾因?yàn)楦蓴_頻率通常是對(duì)準(zhǔn)相應(yīng)的一個(gè)通信信號(hào)頻率實(shí)施干擾,因此干擾頻譜窄,干擾功率集中,干擾能量全部用來(lái)壓制敵方的某一通信信號(hào),功率利用率高,干擾效果好,通常用于壓制敵方重要的指揮通信。

阻塞式干擾又稱攔阻式干擾。阻塞式干擾是一種寬頻帶壓制性干擾,它能對(duì)一定頻段內(nèi)的所有信號(hào)實(shí)施干擾。其干擾信號(hào)輻射的頻譜很寬,通常能覆蓋敵方通信設(shè)備的整個(gè)工作頻段,同時(shí)壓制該頻段內(nèi)的通信信號(hào)。這種干擾優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需頻率重合,也不要引導(dǎo)干擾的偵察設(shè)備,干擾設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單,但其缺點(diǎn)是干擾功率分散,干擾效率不高。阻塞式干擾主要用于壓制敵方戰(zhàn)術(shù)分隊(duì)的無(wú)線通信。

1.2 雷達(dá)干擾分析

雷達(dá)干擾方式根據(jù)作用可分為兩種：壓制式干擾和欺騙式干擾[2]。壓制式干擾是用連續(xù)波信號(hào)或大量雜亂無(wú)章的信號(hào)來(lái)壓制或者掩蓋雷達(dá)目標(biāo)信號(hào)。典型的壓制式干擾包括分布式消極干擾、雜波干擾、脈沖調(diào)幅干擾以及連續(xù)波干擾。其中最常見(jiàn)的是分布式消極干擾和雜波干擾,這兩種干擾從第二次世界大戰(zhàn)開(kāi)始到現(xiàn)在,一直都被廣泛采用。分布式消極干擾是一種在空間分布較廣的無(wú)源干擾。分布式消極干擾采用大面積投放干擾信號(hào)形成干擾走廊,掩護(hù)機(jī)群。這種干擾在雷達(dá)的顯示器上形成很強(qiáng)的類(lèi)似噪聲的亂雜波干擾波形,因而可以掩護(hù)目標(biāo)回波。它要求散開(kāi)時(shí)間短、留空時(shí)間長(zhǎng)、散開(kāi)性能好,以便更好地保護(hù)載體。壓制式干擾中最常見(jiàn)也是應(yīng)用最廣的雜波干擾,主要包括阻塞式干擾、點(diǎn)頻干擾、掃頻干擾和自動(dòng)瞄頻干擾。阻塞式干擾通過(guò)寬帶噪聲調(diào)制,能同時(shí)干擾多部不同頻率的雷達(dá);點(diǎn)頻干擾通過(guò)窄帶人工調(diào)諧,帶寬一般為幾兆到幾十兆,干擾功率集中,主要用來(lái)干擾特定的雷達(dá);掃頻干擾機(jī)兼有點(diǎn)頻干擾功率集中和阻塞干擾頻段寬的優(yōu)點(diǎn);自動(dòng)瞄頻干擾機(jī)能自動(dòng)瞄準(zhǔn)敵方雷達(dá)頻率,接收、發(fā)射機(jī)按時(shí)分方式工作。

欺騙式干擾則是通過(guò)施放與目標(biāo)信號(hào)十分相似的干擾信號(hào),使得雷達(dá)處理程序無(wú)法正確識(shí)別有效目標(biāo),產(chǎn)生誤跟蹤甚至跟蹤丟失的干擾方式。欺騙式干擾包括點(diǎn)式消極干擾、應(yīng)答式假目標(biāo)和應(yīng)答式欺騙干擾等主要形式。其中應(yīng)答式欺騙干擾又分為角度欺騙、距離欺騙、速度欺騙等干擾形式。近年來(lái)欺騙式干擾的發(fā)展很快,而且由于相控陣?yán)走_(dá)大多需承擔(dān)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤的任務(wù),因此欺騙式干擾的影響較大,也是目前雷達(dá)需重點(diǎn)對(duì)付的干擾形式。

1.3 紅外干擾分析

紅外干擾方式主要分為兩類(lèi)。一是紅外有源干擾,包括紅外干擾彈、紅外干擾機(jī)和紅外定向?qū)垢蓴_系統(tǒng),紅外誘餌彈是一種煙火劑類(lèi)誘餌,其煙火劑多由鎂粉、硝化棉、聚氟乙烯混合而成。它通過(guò)模擬與被保護(hù)目標(biāo)相似的紅外頻譜特性(1.8～3.5μm或3.0～5.5μm),比較迅速地形成高強(qiáng)度的紅外輻射源,紅外輻射源持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間來(lái)保護(hù)被攻擊目標(biāo)。紅外干擾機(jī)是一種有源紅外對(duì)抗裝置,能發(fā)出經(jīng)過(guò)調(diào)制精確編碼的紅外脈沖,使來(lái)襲導(dǎo)彈的視場(chǎng)內(nèi)出現(xiàn)兩個(gè)熱源,目標(biāo)與干擾信號(hào)同時(shí)進(jìn)入跟蹤視場(chǎng), 結(jié)果使其不能提取出正確的誤差信號(hào),造成導(dǎo)彈脫靶。它的作用是防止和阻礙敵方紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈的導(dǎo)引頭獲取目標(biāo)的正確位置信息,從而保護(hù)目標(biāo)的安全。定向紅外對(duì)抗(DIRCM)系統(tǒng)是一種自衛(wèi)干擾器,其采用固定在飛機(jī)外部的四個(gè)紫外成像、無(wú)源導(dǎo)彈告警傳感器,可提供360°范圍的覆蓋;無(wú)源傳感器可探測(cè)到來(lái)襲的多枚導(dǎo)彈,并指示每個(gè)導(dǎo)彈的來(lái)襲方向,判斷出哪一枚導(dǎo)彈對(duì)飛機(jī)是真正的威脅后,向逼近的導(dǎo)彈發(fā)射強(qiáng)紅外波束并保持一定時(shí)間,壓制導(dǎo)彈的光電傳感器,使其光電探測(cè)器輸出信號(hào)混亂、飽和甚至損壞,從而使來(lái)襲導(dǎo)彈不能繼續(xù)跟蹤目標(biāo)[3-4]。二是紅外煙幕、假目標(biāo)、偽裝、隱身等紅外無(wú)源干擾,紅外煙幕干擾技術(shù)是一種紅外無(wú)源干擾,其通過(guò)在空中施放大量氣溶膠微粒,以改變電磁波介質(zhì)傳輸特性對(duì)光電探測(cè)、觀瞄和制導(dǎo)武器系統(tǒng)實(shí)施干擾的一種技術(shù)手段。

2 干擾試驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)建

2.1 干擾設(shè)備布設(shè)要求

為了能夠逼真地從時(shí)域、頻域、空域和功率域構(gòu)建反映作戰(zhàn)對(duì)象特點(diǎn)的電磁干擾環(huán)境,要求試驗(yàn)場(chǎng)電磁環(huán)境純凈。

有源干擾設(shè)備(布設(shè)于升空平臺(tái)上)一般布設(shè)于目標(biāo)靶標(biāo)的側(cè)翼或后方,升空平臺(tái)上攜帶通信干擾設(shè)備、雷達(dá)干擾吊艙、紅外干擾設(shè)備等。依據(jù)升空平臺(tái)技術(shù)性能,其陣地應(yīng)配置在以目標(biāo)靶標(biāo)為圓心、一定長(zhǎng)度為半徑的圓外,升空平臺(tái)與干擾空域之間應(yīng)滿足通視條件,天線指向要避開(kāi)高大建筑物、茂密樹(shù)林、高大山峰等,其周?chē)欢ǚ秶鷥?nèi)應(yīng)開(kāi)闊平坦。武器試驗(yàn)中出于節(jié)約試驗(yàn)成本和降低試驗(yàn)難度考慮,對(duì)通信和雷達(dá)干擾也可以根據(jù)試驗(yàn)要求,選用功率稍小的干擾設(shè)備,布設(shè)于發(fā)射陣地附近的高塔上,模擬大功率干擾設(shè)備遠(yuǎn)距離干擾。如果一定要模擬實(shí)戰(zhàn)中的干擾場(chǎng)景,這些設(shè)備還是應(yīng)該布設(shè)在升空干擾平臺(tái)上。

2.2 干擾試驗(yàn)實(shí)施方法

在試驗(yàn)場(chǎng)布設(shè)通信背景模擬設(shè)備、電磁背景模擬設(shè)備和電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備,模擬戰(zhàn)場(chǎng)的電磁環(huán)境并對(duì)電磁環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)。布設(shè)高精度彈道測(cè)量雷達(dá),對(duì)紅外導(dǎo)彈的彈道進(jìn)行全程精確測(cè)量。布設(shè)多臺(tái)光電經(jīng)緯儀跟蹤靶機(jī),對(duì)紅外導(dǎo)彈的脫靶量進(jìn)行精確測(cè)量。通信干擾設(shè)備對(duì)首區(qū)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)通信進(jìn)行干擾;升空平臺(tái)或高塔上的干擾吊艙對(duì)首區(qū)的目標(biāo)搜索雷達(dá)、火控雷達(dá)進(jìn)行干擾;以無(wú)人機(jī)作為靶標(biāo),無(wú)人機(jī)上攜帶干擾設(shè)備(如紅外誘餌彈拋射裝置),干擾防空導(dǎo)彈在末端的制導(dǎo),也可使用升空平臺(tái)攜帶紅外定向干擾系統(tǒng)或紅外干擾機(jī)對(duì)來(lái)襲紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈進(jìn)行干擾。

進(jìn)入試驗(yàn)流程后,通信背景模擬設(shè)備、電磁背景模擬設(shè)備和電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備開(kāi)機(jī)工作。防空陣地進(jìn)行各種通信活動(dòng),在目標(biāo)進(jìn)入之前可以使用升空平臺(tái)或高塔上的通信干擾設(shè)備對(duì)防空陣地進(jìn)行持續(xù)性的通信干擾,直到試驗(yàn)結(jié)束;靶機(jī)起飛后,光電經(jīng)緯儀在靶機(jī)航路上等待并捕獲靶機(jī),對(duì)其進(jìn)行持續(xù)跟蹤,彈道跟蹤雷達(dá)開(kāi)機(jī)復(fù)原,準(zhǔn)備跟蹤紅外導(dǎo)彈并獲取紅外導(dǎo)彈的精確彈道。搜索雷達(dá)持續(xù)探測(cè)飛行目標(biāo),當(dāng)探測(cè)到靶機(jī)后進(jìn)行跟蹤,在目標(biāo)臨近進(jìn)入光電跟蹤儀作用距離后按截獲通道Ⅰ使用光電跟蹤儀截獲跟蹤目標(biāo),使用激光測(cè)距機(jī)測(cè)試目標(biāo)距離,炮塔由光電角度跟蹤誤差控制精確瞄準(zhǔn)目標(biāo);當(dāng)目標(biāo)被鎖定后,導(dǎo)彈發(fā)射,彈道跟蹤雷達(dá)被紅外觸發(fā),開(kāi)始全程跟蹤紅外防空導(dǎo)彈的飛行彈道,指導(dǎo)靶機(jī)施放紅外誘餌彈或升空平臺(tái)施放紅外干擾的時(shí)機(jī)。在導(dǎo)彈飛行初始段由火控雷達(dá)引導(dǎo)導(dǎo)彈進(jìn)入攻擊靶機(jī)的航路范圍內(nèi),靶機(jī)起飛后可以使用升空平臺(tái)或高塔上的干擾吊艙對(duì)搜索雷達(dá)和火控雷達(dá)進(jìn)行干擾;在防空導(dǎo)彈進(jìn)入紅外末制導(dǎo)段時(shí),紅外導(dǎo)

引頭偵測(cè)目標(biāo)的紅外特性,并鎖定跟蹤目標(biāo),在末制導(dǎo)段靶機(jī)可以通過(guò)施放紅外誘餌彈或由升空平臺(tái)對(duì)來(lái)襲導(dǎo)彈進(jìn)行紅外干擾,著靶段由光電經(jīng)緯儀跟蹤記錄紅外導(dǎo)彈的脫靶量。

試驗(yàn)干擾流程如圖1所示。

圖1 防空導(dǎo)彈復(fù)雜電磁環(huán)境試驗(yàn)流程

試驗(yàn)布局示意圖如圖2所示。

圖2 防空導(dǎo)彈靶場(chǎng)復(fù)雜環(huán)境試驗(yàn)布局圖

3 干擾效果評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

試驗(yàn)結(jié)束后,對(duì)干擾和抗干擾效果的總體評(píng)價(jià)可以參照以下幾項(xiàng)數(shù)據(jù)。

對(duì)通信的干擾效果評(píng)估采用數(shù)據(jù)通信中斷率和話音通信清晰度。

話音通信清晰度是指指揮控制系統(tǒng)實(shí)施話音通信時(shí),話音內(nèi)容可聽(tīng)懂的有效程度。話音通信清晰度可劃分為三級(jí)：1級(jí)為收到的話音清晰,受話方能夠明白話音內(nèi)容；2級(jí)為話音模糊,只能明白話音部分內(nèi)容；3級(jí)為話音無(wú)法聽(tīng)清,無(wú)法明白話音內(nèi)容或話音中斷。

對(duì)搜索雷達(dá)干擾效果評(píng)估可參考空情發(fā)現(xiàn)率、搜索雷達(dá)發(fā)現(xiàn)距離平均下降率、搜索雷達(dá)目標(biāo)丟失率三項(xiàng)數(shù)據(jù)。

空情發(fā)現(xiàn)率是指?jìng)刹轭A(yù)警系統(tǒng)實(shí)際發(fā)現(xiàn)目標(biāo)數(shù)與應(yīng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)數(shù)之比。空情發(fā)現(xiàn)率Pfx的計(jì)算公式為Pfx=Nfx/Mfx;式中:Nfx為偵查預(yù)警系統(tǒng)實(shí)際發(fā)現(xiàn)目標(biāo)數(shù);Mfx為偵查預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)數(shù)。

搜索雷達(dá)發(fā)現(xiàn)距離平均下降率是指搜索雷達(dá)對(duì)各目標(biāo)實(shí)際發(fā)現(xiàn)最大距離的平均值相對(duì)無(wú)干擾條件下目標(biāo)最大發(fā)現(xiàn)距離的下降程度。其中無(wú)干擾條件下的目標(biāo)的最大發(fā)現(xiàn)距離通過(guò)多次試驗(yàn)對(duì)最大發(fā)現(xiàn)距離進(jìn)行統(tǒng)計(jì),取平均值得到。平均下降率ηfm=(Rfm max-Rfm av)/Rfm max;式中:Rfm av為搜索雷達(dá)對(duì)各目標(biāo)實(shí)際發(fā)現(xiàn)最大距離的平均值,(km);Rfm max為無(wú)干擾條件下的目標(biāo)最大發(fā)現(xiàn)距離,(km)。

對(duì)火控雷達(dá)的干擾效果評(píng)估可采用火控雷達(dá)發(fā)現(xiàn)距離平均下降率和火控雷達(dá)目標(biāo)丟失率。

火控雷達(dá)發(fā)現(xiàn)距離平均下降率是指火控雷達(dá)對(duì)各目標(biāo)實(shí)際發(fā)現(xiàn)最大距離的平均值相對(duì)無(wú)干擾條件下目標(biāo)最大發(fā)現(xiàn)距離(或目標(biāo)進(jìn)入最大距離)的下降程度。其中無(wú)干擾條件下的目標(biāo)的最大發(fā)現(xiàn)距離通過(guò)多次試驗(yàn)對(duì)最大發(fā)現(xiàn)距離進(jìn)行統(tǒng)計(jì),取平均值得到。發(fā)現(xiàn)距離平均下降率ηfz=(Rfz max-Rfz av)/Rfz max。式中:Rfz av為火控雷達(dá)對(duì)各目標(biāo)實(shí)際發(fā)現(xiàn)最大距離的平均值,(km);Rfz max為無(wú)干擾條件下的目標(biāo)最大發(fā)現(xiàn)距離,(km)。

對(duì)導(dǎo)彈的命中指標(biāo)考核采用導(dǎo)彈命中率和平均脫靶量?jī)身?xiàng)指標(biāo)。

導(dǎo)彈命中率是指火力攔截系統(tǒng)擊落(傷)目標(biāo)數(shù)與射擊目標(biāo)總數(shù)之比。命中率Pmz的計(jì)算公式為Pmz=Nmz/Mmz,Nmz為火力攔截系統(tǒng)擊落(傷)目標(biāo)數(shù);Mmz為射擊目標(biāo)總數(shù)。

平均脫靶量:平均脫靶量歸一化公式為:

4 結(jié)束語(yǔ)

在武器系統(tǒng)朝著信息化和制導(dǎo)化發(fā)展的大背景下,針對(duì)目前軍方訓(xùn)練中暴露出的武器系統(tǒng)抗干擾能力不足的問(wèn)題,提高武器系統(tǒng)抗復(fù)雜電磁環(huán)境干擾能力尤為迫切。本文以防空武器系統(tǒng)考核抗干擾能力靶場(chǎng)試驗(yàn)為切入點(diǎn),分析了該系統(tǒng)面臨的干擾環(huán)境,構(gòu)建了抗干擾試驗(yàn)系統(tǒng),并給出了試驗(yàn)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn),為開(kāi)展這類(lèi)武器抗干擾試驗(yàn)提供了依據(jù)。

[1] 楊同茂.軍事通信抗干擾技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J].通信技術(shù),2014,47(7):707-712.

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[3] 劉永昌,陳洪印.紅外制導(dǎo)與紅外對(duì)抗技術(shù)分析[J].紅外技術(shù),1997,19(1):16-21.

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Test and Evaluation Technology of Air Defense Weapon System Under Complex Jamming Environment

WEI Zhuo, HUANG Jian-zhong,YAO De-long,LI Xiao-zhe

(Weapon Industry Test and Measuring Academy in China, Huayin 714200， China)

In order to verify the anti-jamming performance of air defense weapon system in complex environment, this paper analyzes the interference factor and the interference method of air defense weapon, constructs the air defense weapon system anti-interference test system in the shooting range, and the assessment standard of test data is given, which is able to effectively assess the capability of air defense weapon system against the complex interference environment.

air defense weapon system; communication jamming; radar jamming; infrared jamming

2016-07-21

韋 卓(1982-),男,陜西西安人,碩士,工程師,研究方向?yàn)榘袌?chǎng)復(fù)雜環(huán)境試驗(yàn)、半實(shí)物仿真試驗(yàn)。 黃建忠(1966-),男，研究員。 姚德龍(1981-),男，工程師。 李曉哲(1984-)，男，工程師。

1673-3819(2017)01-0135-04

TN97；E926.4

A

10.3969/j.issn.1673-3819.2017.01.028

修回日期： 2016-08-16