無人機(jī)干擾預(yù)警雷達(dá)作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)研究

范寶亮

（中國(guó)人民解放軍91404部隊(duì)，河北秦皇島，066001）

無人機(jī)干擾預(yù)警雷達(dá)作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)研究

范寶亮

（中國(guó)人民解放軍91404部隊(duì)，河北秦皇島，066001）

本文建立了預(yù)警雷達(dá)模型、雷達(dá)檢測(cè)模型和雷達(dá)威脅模型，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了無人機(jī)與敵方預(yù)警雷達(dá)的交互系統(tǒng)，最后設(shè)定具體作戰(zhàn)背景，實(shí)現(xiàn)了一種無人機(jī)干擾雷達(dá)作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)，為無人機(jī)的作戰(zhàn)使用提供了一種參考。

無人機(jī)；雷達(dá)；作戰(zhàn)仿真

0 引言

作戰(zhàn)仿真是基于信息科技的一種虛擬作戰(zhàn)模式，其實(shí)質(zhì)就是利用模擬再現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)上的作戰(zhàn)場(chǎng)景、行為、進(jìn)程和結(jié)局，通過這種形式來對(duì)各種參戰(zhàn)兵器效能進(jìn)行檢驗(yàn)，評(píng)估戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用狀況，并將這些數(shù)據(jù)作為改進(jìn)兵器和戰(zhàn)術(shù)的參考依據(jù)。作戰(zhàn)仿真試驗(yàn)有多種方式，具體來說，可分為實(shí)物物理仿真、半實(shí)物物理仿真及數(shù)字仿真幾種類型。無論在哪種類型中，環(huán)境條件和裝備性能、作戰(zhàn)仿真機(jī)理等，均是借助數(shù)學(xué)模型、各類參數(shù)進(jìn)行表示，利用計(jì)算機(jī)軟件控制作戰(zhàn)過程，最后仿真的結(jié)果，也是通過計(jì)算機(jī)演算獲得。本文主要研究無人機(jī)干擾敵方雷達(dá)作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)，希冀論文研究結(jié)果能為無人機(jī)參與作戰(zhàn)提供一定參考與借鑒。

1 建立模型

1.1 建立無人機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型

研究飛行器運(yùn)動(dòng)，一般是先假定飛行器質(zhì)量聚集在質(zhì)心位置，然后，再根據(jù)質(zhì)心移動(dòng)規(guī)律來研究飛行器的運(yùn)動(dòng)。決定質(zhì)心瞬時(shí)位置的三個(gè)自由度和決定瞬時(shí)姿態(tài)的三個(gè)自由度，是飛行器的六個(gè)自由度，本文選擇通用六自由運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)方程組進(jìn)行研究。

1.2 建立雷達(dá)威脅模型

1.2.1 雷達(dá)模型建立

雷達(dá)方程的主要功能，是對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)特性進(jìn)行描述，它也是最基本的數(shù)學(xué)方程。雷達(dá)方程中體現(xiàn)了各因素對(duì)雷達(dá)作用距離的影響，例如雷達(dá)系統(tǒng)參量、背景雜波、目標(biāo)參量和干擾影響、傳播介質(zhì)等，其對(duì)目標(biāo)探測(cè)問題分析具有重要的意義。

1.2.2 雷達(dá)檢測(cè)模型建立

檢波就是指雷達(dá)接收機(jī)排除載波中的噪聲和雜波，將有用信號(hào)檢測(cè)出來。檢波器有相干檢波器和包絡(luò)檢波器兩種。前者是借助回波信號(hào)相位信息進(jìn)行檢波；后者是利用載波包絡(luò)幅度來分辨信號(hào)，其在檢波過程中，會(huì)損失一定的信噪比，不過應(yīng)用起來比較簡(jiǎn)捷實(shí)用。從實(shí)際情況來看，常規(guī)雷達(dá)一般都是使用包絡(luò)檢波器，本研究亦是如此。

本文用門限檢測(cè)來描述雷達(dá)檢測(cè)過程。在對(duì)單個(gè)脈沖信號(hào)匹配濾波基礎(chǔ)上，使用包絡(luò)檢波器進(jìn)行檢波，將n個(gè)脈沖加權(quán)積累，再將其與某一門限電壓做對(duì)比。假如發(fā)現(xiàn)接收機(jī)輸出電壓包絡(luò)高于預(yù)置門限，此時(shí)就可認(rèn)為有目標(biāo)出現(xiàn)在控制領(lǐng)域。不過，這種檢測(cè)會(huì)存在一定的誤差：①第Ⅰ類錯(cuò)誤是提示目標(biāo)存在的情況下，可能會(huì)沒有目標(biāo)出現(xiàn)，即虛警；②第Ⅱ類錯(cuò)誤是有目標(biāo)出現(xiàn)也可能會(huì)不提示，即漏檢。導(dǎo)致上述誤差的主要原因有很多種，錯(cuò)誤的概率也會(huì)有較大差異，通常會(huì)受到目標(biāo)波動(dòng)、噪聲影響、干擾波動(dòng)、門限設(shè)定等因素影響。為了提高雷達(dá)探測(cè)的準(zhǔn)確性，在雷達(dá)探測(cè)領(lǐng)域，應(yīng)當(dāng)根據(jù)Neyman-Pearson原則來選擇門限，即虛警概率小于某一值時(shí)，將第Ⅰ類錯(cuò)誤固定，使第Ⅱ類錯(cuò)誤最小，從而保證探測(cè)概率最大。

1.2.3 雷達(dá)網(wǎng)威脅計(jì)算

虛擬敵方分布式雷達(dá)網(wǎng)探測(cè)系統(tǒng)，其探測(cè)器的探測(cè)性能對(duì)于系統(tǒng)整體性能和探測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性，都具有較大的影響。探測(cè)概率表示如下。

在上式中，K表示數(shù)據(jù)融合準(zhǔn)則參數(shù)，Pfa表示虛警概率，（Pfai，Pdi）表示第i個(gè)探測(cè)單元的虛警概率和探測(cè)概率，N表示探測(cè)單元數(shù)，f（x）表示探測(cè)系統(tǒng)優(yōu)化配置過程。本文將全部探測(cè)單元中最大的探測(cè)發(fā)現(xiàn)概率，定為系統(tǒng)探測(cè)發(fā)現(xiàn)概率。

分布式雷達(dá)網(wǎng)探測(cè)系統(tǒng)的探測(cè)性能會(huì)隨距離而相應(yīng)地變化，要求解其值，應(yīng)先獲得既定距離Ri和 RCS為σ的坐標(biāo)（Pfai，Pdi）。在此基礎(chǔ)上，利用上述公式進(jìn)行計(jì)算，從而獲得探測(cè)系統(tǒng)的探測(cè)概率。假如在計(jì)算過程中，已知無人機(jī)的航路，此時(shí)就可將無人機(jī)的任務(wù)目標(biāo)點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)，然后再建立探測(cè)坐標(biāo)系并計(jì)算結(jié)果。

2 無人機(jī)與雷達(dá)交互設(shè)計(jì)

在探測(cè)過程中，雷達(dá)會(huì)對(duì)無人機(jī)的距離進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，以獲得準(zhǔn)確的探測(cè)判斷結(jié)果。當(dāng)無人機(jī)進(jìn)入有效探測(cè)范圍后，雷達(dá)就會(huì)開始探測(cè)工作。雷達(dá)信號(hào)被無人機(jī)接收后，無人機(jī)模型就會(huì)收到探測(cè)結(jié)果，并根據(jù)結(jié)果分析，來調(diào)整和控制無人機(jī)運(yùn)動(dòng)，使之快速進(jìn)入攻擊狀態(tài)和條件。雷達(dá)模型將進(jìn)入探測(cè)領(lǐng)域的無人機(jī)探測(cè)結(jié)果計(jì)算出來后，會(huì)實(shí)時(shí)將結(jié)果傳輸給系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫會(huì)立即響應(yīng)，并根據(jù)結(jié)果指令啟動(dòng)所定計(jì)時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí)。假如計(jì)時(shí)器超過10s，雷達(dá)模型就會(huì)發(fā)出命中數(shù)據(jù)信息，無人機(jī)接收到命中數(shù)據(jù)信息后，就會(huì)根據(jù)信息中的時(shí)間、坐標(biāo)、距離等要求進(jìn)行下一步操作。發(fā)出摧毀信息后，無人機(jī)的仿真就應(yīng)立即停止，退出系統(tǒng)仿真，二維顯示圖也不會(huì)再顯示無人機(jī)。假如無人機(jī)未被摧毀，就需要等無人機(jī)航程或攻擊完畢后再退出仿真。如果無人機(jī)執(zhí)行攻擊信息，就會(huì)根據(jù)落地點(diǎn)與雷達(dá)距離進(jìn)行命中分析，并向雷達(dá)發(fā)出攻擊信息，然后，再退出仿真系統(tǒng)。根據(jù)無人機(jī)發(fā)出的信息，雷達(dá)可判斷自身是否已經(jīng)被無人機(jī)摧毀。

3 案例仿真

案例戰(zhàn)術(shù)背景分析：在紅藍(lán)對(duì)抗中，紅方某機(jī)群擬對(duì)藍(lán)方某重要目標(biāo)進(jìn)行轟炸。藍(lán)方為保護(hù)該目標(biāo)，在其周邊設(shè)置了防空系統(tǒng)對(duì)空警戒，該對(duì)空警戒系統(tǒng)包括防空雷達(dá)和防空導(dǎo)彈部隊(duì)等。紅方派出9架無人機(jī)，配合戰(zhàn)斗機(jī)編隊(duì)進(jìn)行作戰(zhàn)。紅方利用無人機(jī)群對(duì)藍(lán)方雷達(dá)進(jìn)行干擾壓制，以降低其探測(cè)精度和發(fā)現(xiàn)概率，從而為紅方機(jī)群成功突防進(jìn)行轟炸做好掩護(hù)。依據(jù)目標(biāo)任務(wù)要求，紅方基地的9架無人機(jī)依照順序逐架進(jìn)行發(fā)射。無人機(jī)根據(jù)任務(wù)航線和藍(lán)方地面雷達(dá)站方位，一直向著航線附近的藍(lán)方雷達(dá)站飛行。此時(shí)，藍(lán)色雷達(dá)站只有值班雷達(dá)開機(jī)，其他雷達(dá)處于關(guān)閉狀態(tài)。具體見下圖1。

紅方無人機(jī)飛行過程中，被藍(lán)方值班雷達(dá)發(fā)現(xiàn)，此時(shí)，所有藍(lán)方防空雷達(dá)立即全部開啟，進(jìn)行對(duì)空搜索和探測(cè)（見圖2）。紅方無人機(jī)立即進(jìn)行任務(wù)分配修正，依據(jù)已有的敵情偵察信息，結(jié)合實(shí)時(shí)搜索到的雷達(dá)方位等信息內(nèi)容，對(duì)藍(lán)方雷達(dá)進(jìn)行有針對(duì)性的重點(diǎn)干擾。無人機(jī)根據(jù)藍(lán)方雷達(dá)分布情況，分析其與任務(wù)航線之間的關(guān)系，從而將威脅最大的雷達(dá)檢測(cè)出來，然后實(shí)施攻擊，摧毀了關(guān)鍵位置的雷達(dá)。紅方各飛機(jī)也借助機(jī)載自導(dǎo)導(dǎo)引頭，對(duì)地面雷達(dá)發(fā)射頻率進(jìn)行搜索，確定發(fā)射源雷達(dá)的準(zhǔn)確位置，然后進(jìn)行攻擊、摧毀。

圖2 藍(lán)方雷達(dá)全部開機(jī)探測(cè)范圍（無人機(jī)干擾前）

為提高突擊機(jī)群的突防概率，通過反復(fù)推演，對(duì)各種編隊(duì)方式、作戰(zhàn)手段等進(jìn)行比較，以確定最佳無人機(jī)群戰(zhàn)術(shù)方式。例如，用無人機(jī)群借助箔條，對(duì)藍(lán)方雷達(dá)進(jìn)行干擾，從而為空中突擊編隊(duì)開辟出一條“干擾走廊”，并掩護(hù)其順利飛抵目標(biāo)區(qū)進(jìn)行作業(yè)。見圖 3）。

圖3 藍(lán)方雷達(dá)探測(cè)范圍（無人機(jī)干擾條件下）

4 結(jié)語

綜上所述，本文主要研究無人機(jī)干擾雷達(dá)作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)，建立了無人機(jī)通用模型和雷達(dá)威脅模型，對(duì)二者進(jìn)行了交互設(shè)計(jì)，并通過仿真驗(yàn)證了無人機(jī)干擾雷達(dá)作戰(zhàn)的效果，可為當(dāng)今無人機(jī)參與作戰(zhàn)提供一定參考。

[1]李修和,陳永光,林春應(yīng).反輻射無人機(jī)的作戰(zhàn)效能建模與仿真[J].軍事運(yùn)籌與系統(tǒng)工程,2003,(03)

[2]楊立永,景志.電子戰(zhàn)無人機(jī)支援干擾的作戰(zhàn)仿真分析[J].艦船電子對(duì)抗,2015,(06)

[3]趙智,胡紹華.雷達(dá)抗反輻射無人機(jī)措施的研究[J].雷達(dá)與對(duì)抗,2004,(04)

Unmanned aerial vehicle (uav) interference study early warning radar combat simulation system

Fan Baoliang
(PLA 91404 troops ,Qinhuangdao Hebei,066001)

This paper established the model of early warning radar, radar detection model and radar threat model, on the basis of design the uav interactions with the enemy early warning radar system, the final set specific operational background, implements a unmanned aerial vehicle (uav) radar combat simulation system,using provides a reference for unmanned aerial vehicle (uav) action.

uav; Radar; Battle simulation