電子戰(zhàn)飛機(jī)遠(yuǎn)距支援干擾陣位配置建模與仿真*

向崇文，姜青山，何玉松，蓋超超

（1.海軍航空工程學(xué)院，山東煙臺(tái)264001；2.解放軍91960部隊(duì)，廣東汕頭515074；3.解放軍92840部隊(duì)，山東青島266400；4.解放軍92196部隊(duì)，山東青島266011）

電子戰(zhàn)飛機(jī)遠(yuǎn)距支援干擾陣位配置建模與仿真*

向崇文1，2，姜青山1，何玉松3，蓋超超4

（1.海軍航空工程學(xué)院，山東煙臺(tái)264001；2.解放軍91960部隊(duì)，廣東汕頭515074；3.解放軍92840部隊(duì)，山東青島266400；4.解放軍92196部隊(duì)，山東青島266011）

針對(duì)電子戰(zhàn)飛機(jī)遠(yuǎn)距支援干擾新體制雷達(dá)陣位配置問(wèn)題進(jìn)行研究。首先是對(duì)電子戰(zhàn)飛機(jī)干擾效能量化分析，從俯仰和方位兩個(gè)方面對(duì)干擾覆蓋范圍進(jìn)行建模仿真?；诟蓴_統(tǒng)一方程，建立干擾陣位配置優(yōu)化模型，包括陣位配置區(qū)域和陣位配置高度模型，并給出了干擾陣位配置參數(shù)的具體計(jì)算方法。最后，通過(guò)仿真實(shí)例驗(yàn)證模型的有效性，結(jié)果表明該模型對(duì)于電子戰(zhàn)飛機(jī)陣位配置有一定的指導(dǎo)意義。

電子戰(zhàn)飛機(jī)，遠(yuǎn)距支援干擾，陣位配置

0 引言

信息化條件下的海戰(zhàn)場(chǎng)上，作戰(zhàn)雙方在電磁空間展開(kāi)激烈的電子戰(zhàn)，貫穿著作戰(zhàn)的全過(guò)程。電子戰(zhàn)飛機(jī)承擔(dān)著奪取和控制電磁權(quán)的任務(wù)，通過(guò)實(shí)施電子干擾，壓制敵方防空系統(tǒng)的搜索雷達(dá)、跟蹤雷達(dá)、艦空導(dǎo)彈等雷達(dá)和武器系統(tǒng)，降低其作戰(zhàn)效能以掩護(hù)突擊編隊(duì)突破敵防空系統(tǒng)順利完成有效打擊。作為最典型的運(yùn)用方式之一，遠(yuǎn)距支援干擾（SOJ）是指電子戰(zhàn)飛機(jī)位于敵對(duì)空火力殺傷范圍之外對(duì)敵施放有源干擾，在掩護(hù)己方攻擊機(jī)編隊(duì)實(shí)施突防，完成突擊任務(wù)的同時(shí)，能夠有效保證電子戰(zhàn)飛機(jī)自身的安全［1］。以EA-6B、EA-18G等為代表的美海軍艦載電子戰(zhàn)飛機(jī)，在多次局部戰(zhàn)爭(zhēng)中的作戰(zhàn)實(shí)踐說(shuō)明，在新體制雷達(dá)對(duì)抗行動(dòng)中，電子戰(zhàn)飛機(jī)遠(yuǎn)距支援干擾依然具有重要的應(yīng)用價(jià)值。由于遠(yuǎn)距支援干擾通常是在遠(yuǎn)距離上對(duì)雷達(dá)施放大功率干擾信號(hào)，因而常常是在雷達(dá)的副瓣發(fā)生作用，不容易形成主瓣干擾，因此，其陣位配置問(wèn)題是制約干擾效能高低的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

文獻(xiàn)［1-4］主要集中在遠(yuǎn)距支援干擾的有效干擾區(qū)（壓制區(qū)）、有效配置區(qū)等，并沒(méi)有對(duì)電子戰(zhàn)飛機(jī)的陣位配置問(wèn)題從陣位配置區(qū)域、高度等全要素進(jìn)行深入分析。

本文研究電子戰(zhàn)飛機(jī)掩護(hù)攻擊機(jī)編隊(duì)突防而實(shí)施遠(yuǎn)距支援干擾的陣位配置問(wèn)題，首先是對(duì)電子戰(zhàn)飛機(jī)干擾效能量化分析，從俯仰和方位兩個(gè)方面對(duì)干擾覆蓋范圍進(jìn)行建模分析。基于干擾統(tǒng)一方程，建立干擾陣位配置優(yōu)化模型。最后，結(jié)合實(shí)例給出干擾陣位配置參數(shù)具體計(jì)算方法，并得出陣位配置的相關(guān)建議。

1 遠(yuǎn)距支援干擾覆蓋范圍

遠(yuǎn)距支援干擾通常是采用壓制干擾樣式，對(duì)雷達(dá)主瓣施放有源壓制干擾信號(hào)，通過(guò)抬高檢測(cè)門(mén)限來(lái)降低雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的檢測(cè)概率，壓縮雷達(dá)的最大作用距離及范圍，包括隨機(jī)噪聲干擾、靈巧噪聲干擾等［5］。采用欺騙干擾樣式時(shí)，可采取密集假目標(biāo)干擾，形成大量的假目標(biāo)，使對(duì)方無(wú)法分辨真假目標(biāo)。

遠(yuǎn)距支援干擾效能分析分為電子戰(zhàn)飛機(jī)與雷達(dá)兩方面，即干擾機(jī)的干擾覆蓋范圍和雷達(dá)有效壓制區(qū)。干擾覆蓋范圍是電子戰(zhàn)飛機(jī)最重要的性能指標(biāo)之一，包括俯仰覆蓋范圍、瞬時(shí)俯仰覆蓋范圍、方位覆蓋范圍、瞬時(shí)方位覆蓋范圍等［2］。

1.1 俯仰覆蓋范圍分析

遠(yuǎn)距支援干擾電子戰(zhàn)飛機(jī)通常配置在距離雷達(dá)較遠(yuǎn)的位置上遂行有源壓制干擾任務(wù)。圖1為俯仰覆蓋范圍示意圖，假設(shè)艦艇A的雷達(dá)高度Hr（不妨假設(shè)為零），攻擊機(jī)B的高度為Ht，干擾機(jī)C的高度為Hj，Rr為Hj高度的直視距離。以干擾機(jī)C最遠(yuǎn)直視距離為原點(diǎn)O，攻擊機(jī)B和干擾機(jī)C水平面投影點(diǎn)為Xt和Xj，干擾機(jī)的俯仰方向主瓣寬度為θH，俯仰覆蓋范圍為S，俯仰范圍近界為L(zhǎng)，俯仰范圍遠(yuǎn)界為D，雷達(dá)距離干擾機(jī)距離為Dj。

式（2）中，Hr=0，Rr單位為km，Hr和Hj單位為m。

圖1 俯仰覆蓋范圍示意圖

顯然，俯仰范圍各參數(shù)均為Hj、θH的函數(shù)，即。若要干擾機(jī)主瓣覆蓋雷達(dá)，則應(yīng)滿(mǎn)足:

俯仰覆蓋范圍參數(shù)關(guān)系如圖2所示。

圖2 俯仰覆蓋范圍參數(shù)關(guān)系

通過(guò)圖2可以看出，隨著θH的增大，俯仰范圍近界L變小，且變化幅度趨小；隨著Hj的增大，俯仰范圍遠(yuǎn)界D變大，且變化幅度趨小。假設(shè)Dj=200 km，θH=2°，Hj=8 km時(shí)，俯仰范圍近界L=141.1 km，俯仰范圍遠(yuǎn)界為D=368.4 km，俯仰覆蓋范圍S=227.3 km，干擾機(jī)能夠有效覆蓋雷達(dá)。

1.2 方位覆蓋范圍分析

遠(yuǎn)距支援干擾通常能在方位上干擾作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)的多部雷達(dá)，方位覆蓋范圍較大，美軍EA-18G艦載電子戰(zhàn)飛機(jī)最大方位角θE=30°。圖3為方位覆蓋范圍示意圖。方位覆蓋范圍為W，雷達(dá)距離干擾機(jī)距離為Dj，且有:

圖3 方位覆蓋范圍示意圖

方位覆蓋范圍參數(shù)關(guān)系如圖4所示:

圖4 方位覆蓋范圍參數(shù)關(guān)系

通過(guò)圖4可以看出，隨著θE的增大，方位覆蓋范圍W變大，且變化幅度趨大；隨著Dj的增大，方位覆蓋范圍W變大，且變化幅度線性增大。假設(shè)Dj= 200km，θE=30°，則干擾機(jī)方位覆蓋范圍W=107.2 km，說(shuō)明遠(yuǎn)距支援干擾條件下能干擾較大區(qū)域內(nèi)的多部雷達(dá)。

2 遠(yuǎn)距支援干擾陣位配置

2.1 干擾統(tǒng)一方程

干擾機(jī)、攻擊機(jī)與雷達(dá)的空間關(guān)系如圖5所示，設(shè)定雷達(dá)主瓣對(duì)準(zhǔn)突擊飛機(jī)，干擾機(jī)主瓣對(duì)準(zhǔn)敵方雷達(dá)。

圖5 三維空間態(tài)勢(shì)圖

根據(jù)雷達(dá)方程，雷達(dá)接收機(jī)端的目標(biāo)回波信號(hào)功率:

式中:Pt為雷達(dá)發(fā)射峰值功率，Gt為雷達(dá)天線增益，為雷達(dá)信號(hào)波長(zhǎng)，σ為目標(biāo)反射截面積，Rt為攻擊機(jī)與雷達(dá)之間距離，Lr為雷達(dá)信號(hào)傳輸損耗。

雷達(dá)接收機(jī)端干擾信號(hào)功率:

式中:Pj為干擾機(jī)發(fā)射功率，Gj為干擾機(jī)天線增益，Gt'（θ）為雷達(dá)目標(biāo)連線與雷達(dá)干擾機(jī)連線夾角θ方向上的接收機(jī)天線增益，γj為干擾信號(hào)與雷達(dá)天線的極化損失因子，Rj為干擾機(jī)與雷達(dá)之間距離，Lj為干擾信號(hào)傳輸損耗。

根據(jù)壓制性干擾的功率準(zhǔn)則，接收機(jī)端干擾信號(hào)與回波信號(hào)功率比滿(mǎn)足:

式中，Br為雷達(dá)接收機(jī)帶寬，Bj為干擾機(jī)帶寬，而壓制系數(shù)，即雷達(dá)探測(cè)概率Pd下降到0.1以下。壓制系數(shù)Kj是由干擾信號(hào)的調(diào)制樣式和雷達(dá)型式兩方面因素來(lái)確定。盡管以上是常規(guī)脈沖雷達(dá)的干擾方程，依據(jù)文獻(xiàn)［6］中對(duì)各種新體制雷達(dá)干擾效能分析得知，新體制雷達(dá)對(duì)抗中依然可采用此雷達(dá)干擾統(tǒng)一方程，其區(qū)別主要表現(xiàn)在壓制系數(shù)的不同。

2.2 陣位配置區(qū)域

可以看出雷達(dá)與干擾機(jī)水平距離Dj取決于雷達(dá)與攻擊機(jī)水平距離Dt及天線方向圖函數(shù)Gt'（θ）。而攻擊機(jī)編隊(duì)?wèi)?zhàn)術(shù)上最小距離一般設(shè)定為攻擊機(jī)發(fā)射導(dǎo)彈的最近距離Dtmin，對(duì)應(yīng)電子戰(zhàn)飛機(jī)最大干擾距離Djmax（陣位配置遠(yuǎn)界）；電子戰(zhàn)飛機(jī)戰(zhàn)術(shù)上最小距離通常設(shè)定為防空火力殺傷范圍Djmin（陣位配置近界）。電子戰(zhàn)飛機(jī)陣位配置范圍滿(mǎn)足:

①傳統(tǒng)雷達(dá)天線方向圖Gt'（θ）通常采用經(jīng)驗(yàn)公式:

式中，θ0.5為雷達(dá)天線波束半功率寬度，k=0.04～0.1。

②新體制雷達(dá)天線方向圖Gt'（θ）可表示為:

式中，θ0.5為雷達(dá)天線波束半功率寬度，通常d≤-30 dB。

將新體制雷達(dá)的天線方向圖函數(shù)Gt'（θ）代入式（11）得到:

式中，Cm為新體制雷達(dá)最小干擾距離系數(shù)。通過(guò)上式可以看出，對(duì)新體制雷達(dá)遠(yuǎn)距支援干擾的陣位配置范圍依然取決于雷達(dá)接收機(jī)天線主瓣寬度θ0.5。

圖6 陣位配置區(qū)域示意圖

圖6為陣位配置區(qū)域示意圖，網(wǎng)格區(qū)域?yàn)殡娮討?zhàn)飛機(jī)陣位配置區(qū)域。除雷達(dá)接收機(jī)天線主瓣寬度θ0.5決定陣位配置區(qū)域外，攻擊機(jī)編隊(duì)?wèi)?zhàn)術(shù)上最小距離Dtmin，陣位配置近界Djmin，陣位配置遠(yuǎn)界Djmax也是陣位配置區(qū)域的基本參數(shù)。

圖7 陣位配置區(qū)域?qū)挾?/p>

通過(guò)圖7可以看出，隨著電子戰(zhàn)飛機(jī)配置距離Dj的增大，配置區(qū)寬度W也在增大，且雷達(dá)接收機(jī)天線主瓣θ0.5越大，其寬度增幅越大。

2.3 陣位配置高度

圖8 陣位配置與俯仰覆蓋關(guān)系

圖8為陣位配置高度與俯仰覆蓋范圍的關(guān)系圖，陣位配置高度應(yīng)該滿(mǎn)足對(duì)干擾機(jī)俯仰覆蓋范圍的需求，即滿(mǎn)足式（6），理想情況是Djmax=D，Djmin=L。同時(shí)，滿(mǎn)足以下關(guān)系:

假設(shè)電子戰(zhàn)飛機(jī)在陣位配置區(qū)域機(jī)動(dòng)時(shí)高度不變，則有:

3 仿真實(shí)例

3.1 假設(shè)條件

雷達(dá)與干擾機(jī)的取值參見(jiàn)文獻(xiàn)［1］與文獻(xiàn)［6］。雷達(dá)峰值功率Pt=5 MW，雷達(dá)天線增益Gt=30 dB，雷達(dá)反射截面積σ=5 m2，干擾機(jī)功率Pj=40 kW，干擾機(jī)天線增益Gj=20dB，極化損失系數(shù)γj=0.5，Lj/Lr=0.5，Bj/Br=2，干擾壓制系數(shù)Kj=10 dB，雷達(dá)接收機(jī)主瓣寬度θ0.5=2°，干擾機(jī)俯仰方向主瓣寬度θH=2°。假設(shè)攻擊機(jī)編隊(duì)?wèi)?zhàn)術(shù)上最小距離Dtmin=150 km，防空火力殺傷范圍（配置區(qū)近界）Djmin=200 km。

3.2 結(jié)果分析

①陣位配置區(qū)域參數(shù)。將以上參數(shù)代入式（14）求得，配置區(qū)遠(yuǎn)界Djmax=252.2 km，且配置區(qū)遠(yuǎn)界寬度W2=8.8 km，且配置區(qū)近界寬度W1=6.8 km。則配置區(qū)域?yàn)镈1=（200，3.4），D2=（200，-3.4），D3=（252，3.4），D4=（252，-3.4）等4點(diǎn)圍成的區(qū)域，該區(qū)域面積為353.6 km2。

②陣位配置高度參數(shù)。陣位配置高度應(yīng)該首先滿(mǎn)足俯仰覆蓋范圍的要求，并且對(duì)應(yīng)求得陣位配置高度的高低界。圖9、圖10分別為陣位配置高度與俯仰覆蓋范圍及陣位配置高度高低界取值圖，網(wǎng)格區(qū)域是配置高度的取值范圍。在圖9中，當(dāng)滿(mǎn)足俯仰覆蓋范圍時(shí)，陣位配置高度5 km≤Hj≤12 km。在圖10中，陣位配置高度的取值范圍是高界、低界與網(wǎng)格區(qū)域的交集部分，若Hj1=8 km，則陣位配置高度6.3 km≤Hj≤11.5 km，其高界Hjmax=11.5 km、低界Hjmin=6.3 km。以上陣位配置模型求得的陣位配置參數(shù)與實(shí)際相符。

圖9 陣位配置高度與俯仰覆蓋范圍

圖10 陣位配置高度高低界取值

4 結(jié)論

由于遠(yuǎn)距支援干擾通常是在遠(yuǎn)距離上對(duì)雷達(dá)施放大功率干擾信號(hào)，因而常常是在雷達(dá)的副瓣發(fā)生作用，不容易形成主瓣干擾，因此，其陣位配置問(wèn)題是制約干擾效能高低的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文通過(guò)對(duì)電子戰(zhàn)飛機(jī)干擾效能量化分析，從俯仰和方位兩個(gè)方面對(duì)干擾覆蓋范圍進(jìn)行建模仿真?；诶走_(dá)干擾統(tǒng)一方程，建立遠(yuǎn)距支援干擾陣位配置優(yōu)化模型，計(jì)算得出陣位配置區(qū)域與陣位配置高度取值范圍，干擾陣位配置參數(shù)與實(shí)際相符，能夠?yàn)殡娮討?zhàn)飛機(jī)遠(yuǎn)距支援干擾的陣位配置提供決策依據(jù)。

［1］平殿發(fā)，張偉，張韞.遠(yuǎn)距離干擾模式下電子戰(zhàn)飛機(jī)有效配置區(qū)域的確定［J］.火力與指揮控制，2014，39（7）: 144-147，151.

［2］王敬強(qiáng)，駱魯秦，劉洪彪，等.遠(yuǎn)距離支援干擾對(duì)雷達(dá)的壓制效能分析［J］.艦船電子對(duì)抗，2011，34（5）:101-104.

［3］刁華偉，黨立坤，張建科，等.電子戰(zhàn)飛機(jī)遠(yuǎn)距離支援干擾有效區(qū)分析與仿真［J］.艦船電子對(duì)抗，2011，34（5）: 101-104.

［4］朱宇，羅景青，吳世龍.壓制干擾環(huán)境下組網(wǎng)雷達(dá)的檢測(cè)性能分析［J］.火力與指揮控制，2014，39（4）:77-81.

［5］張養(yǎng)瑞，高梅國(guó)，羅皓月，等.基于檢測(cè)概率的雷達(dá)網(wǎng)協(xié)同干擾效果評(píng)估方法［J］.系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2015，37（8）:1778-1786.

［6］張錫祥，肖開(kāi)奇，顧杰.新體制雷達(dá)對(duì)抗導(dǎo)論［M］.北京:北京理工大學(xué)出版社，2010.

Modeling and Simulation of Electronic Warfare Aircraft SOJ Disposition

XIANG Chong-wen1，2，JIANG Qing-shan1，HE Yu-song3，GAI Chao-chao4
（1.Naval Aeronautical Engineering Institute，Yantai 264001，China；2.Unit 91960 of PLA，Shantou 515074，China；3.Unit 92840 of PLA，Qingdao 266400，China；4.Unit 92196 of PLA，Qingdao 266011，China）

To solve the new system radar SOJ disposition of electronic warfare aircraft，jamming efficiency analysis is completed firstly，the pitching and horizontal modeling of coverage is presented. Based on jamming uniform equation，modeling of disposition optimization is accomplished，which consists of disposition zone model and disposition height model.The preferences of jamming disposition is presented.The simulation results show the availability of the model.It is valuable for improving the electronic warfare aircraft jamming disposition.

electronic warfare aircraft，stand-off jamming（SOJ），disposition zone

TN97

A

1002-0640（2017）04-0053-05

2016-02-05

2016-04-07

國(guó)家安全重大基礎(chǔ)研究基金資助項(xiàng)目（61331401）

向崇文（1986-），男，湖南桑植人，博士研究生。研究方向：航空電子戰(zhàn)理論及應(yīng)用。