雷達干擾無人機支援干擾作戰(zhàn)運用定量分析

韓 旭，盛懷潔

（國防科技大學電子對抗學院，合肥 230037）

0 引言

隨著無人機平臺性能的提高和機載任務設備的不斷發(fā)展，無人機系統(tǒng)對戰(zhàn)爭行動的影響越來越大。在信息作戰(zhàn)領域，電子戰(zhàn)無人機利用其升空增益優(yōu)勢在削弱、破壞敵方電磁頻譜使用方面發(fā)揮了重要作用，成為軍用無人機家族中的尖兵一族。在電子戰(zhàn)無人機系列中，雷達干擾無人機主要用于對敵方雷達實施電子進攻，削弱、破壞敵方雷達使用效能、掩護我方航空作戰(zhàn)行動。目前，對雷達干擾無人機的作戰(zhàn)運用研究方興未艾［1-6］。本文從雷達干擾能量域出發(fā)，對雷達干擾無人機干擾壓制目標雷達、掩護己方航空兵突防中的協(xié)同和兵力配備問題進行了研究，得出的結論對雷達干擾無人機的作戰(zhàn)運用具有一定的指導意義。

1 雷達干擾無人機支援干擾優(yōu)勢分析

當我方航空兵執(zhí)行作戰(zhàn)任務時，如果不采取任何突防措施，敵方雷達能夠在較遠距離上發(fā)現(xiàn)我方航空兵動向，從而有比較充裕的時間部署和派遣地面防空力量以及空中攔截力量對我方航空兵進行打擊。為了縮短敵方雷達的探測距離，可以采用干擾手段對敵方雷達進行壓制，縮短其防空和攔截力量的反應時間，提高我方航空兵突防成功率。對敵方雷達實施干擾、掩護我航空兵突防時可以采用支援干擾的方式。

支援干擾是指為支援進攻兵力遂行作戰(zhàn)任務，在距攻擊目標一定距離上對敵方電子設備所進行的電子干擾，分為近距支援干擾和遠距支援干擾［7］。雷達干擾無人機是一種以雷達干擾機為任務載荷，具有對敵方雷達進行抵近干擾能力的、能夠按實時制定或者預先規(guī)劃的任務航路進行飛行的一種電子戰(zhàn)無人機，是執(zhí)行支援干擾任務比較理想的平臺。

雷達干擾無人機執(zhí)行支援干擾任務時，其RCS和紅外特征均較小且無人員傷亡危險，不需要護航，可以飛臨任務地區(qū)后打開干擾機，對目標實施抵近干擾［8］。由于干擾距離近，干擾機可以用較小的功率取得較好干擾效果，有利于減小干擾設備的體積、重量、供電功率等設備要求和經濟成本。通過將不同頻段的雷達干擾無人機組陣使用，能夠對敵方雷達產生角度更寬、距離更大的干擾扇面，形成更加理想的干擾效果。同時，雷達干擾無人機可以在保證干擾效果的前提下，使無人機在空間上遠離我方航空兵編隊，防止暴露目標和作戰(zhàn)意圖。

2 無人機支援干擾效果影響因素

當無人機執(zhí)行支援干擾任務，掩護我方飛機時，其空間位置模型如圖1所示。

圖1 無人機、被掩護飛機、目標雷達空間位置關系圖

無人機距雷達的直線距離為Rj，被掩護飛機距雷達的直線距離為Rt，雷達與被掩護飛機的連線和雷達與無人機的連線之間的夾角為θ。

此時，雷達將接收到兩種信號：干擾信號和目標回波信號。雷達收到的目標回波信號功率為

其中，Pt為雷達的發(fā)射功率，Gt為雷達天線主瓣方向的增益，σ為突防飛機的RCS，λ為雷達工作波長。

雷達收到的干擾信號功率為

其中，Pj為干擾機發(fā)射功率，Gj為干擾機天線主瓣方向的增益，λ為雷達工作波長，γj為干擾信號對雷達天線的極化損失，Gt（θ）為雷達天線在干擾機方向上的增益，其簡化模型［9］可表示為

當水平方向半功率波瓣寬度θ0.5=30°，最大增益Gt=15 dB時，雷達天線在干擾機方向的增益Gt（θ）隨θ的變化曲線如圖2所示。

圖2 雷達天線增益變化曲線圖

由圖可知，當雷達干擾無人機偏離雷達天線主瓣一定角度后，Gt（θ）迅速減小，干擾效果迅速降低。為保證對敵方雷達實施有效干擾，應使θ保持在一定角度范圍內，并使雷達接收到的干擾信號功率與目標回波信號功率之比（干信比）大于等于壓制系數(shù) kj，即

上式稱為雷達干擾方程，其中

干擾條件下雷達對被掩護飛機方向的探測距離為

其中

取無人機、被掩護飛機和雷達參數(shù)如下：Pt=300kW，Pj=5 W，Gt=30 dB，Gj=10 dB，γj=0.5，，kj=2［10］，σ=10，則雷達的探測距離RJtmax與干擾角度θ和無人機距雷達的距離Rj的變化關系如下頁圖3（a）。

當干擾角度θ為10°時，雷達的探測距離RJtmax隨無人機距雷達的距離Rj的變化如圖3（b）。

當無人機距雷達的距離Rj為15 km時，雷達的探測距離RJtmax隨干擾角度θ的變化如圖3（c）。

分析可知，當干擾機功率等其他條件一定時，雷達的探測距離RJtmax受兩個因素影響：干擾角度θ和無人機距雷達的距離Rj。當干擾角度一定時，雷達探測距離隨無人機距雷達距離的增大而增大；當無人機距雷達距離一定時，雷達探測距離隨干擾角度的減小而減小。因此，無人機在執(zhí)行支援干擾任務時，其部署位置應盡可能地靠近敵方目標雷達，無人機與被掩護飛機關于目標雷達的夾角應盡可能小，以最大限度地削弱目標雷達的探測距離，增強干擾效果。

無人機執(zhí)行支援干擾任務時，無人機、被掩護飛機和目標雷達之間的空間關系、運動關系時刻變化，因此，合理的規(guī)劃雷達干擾無人機的任務航路和運動參數(shù)成為需要解決的問題。

圖3（a） 雷達的探測距離RJtmax與θ和Rj的變化關系圖

圖3（b） 雷達探測距離RJtmax隨Rj的變化關系圖

圖3（c） 雷達探測距離RJtmax隨θ的變化關系

3 無人機支援干擾航路規(guī)劃

3.1 無人機支援干擾航路要求

雷達干擾無人機在執(zhí)行支援干擾任務時，其部署通常需要滿足以下3點要求。

3.1.1 干擾功率要求

無人機執(zhí)行干擾任務時，要時刻保證對目標雷達的有效干擾，也就是保證對突防飛機的有效掩護。從功率角度考慮，在雷達接收機端的目標回波信號功率和干擾信號功率需要滿足下式

3.1.2 無人機安全性要求

當無人機對目標雷達進行干擾時，無人機應保證不被雷達探測到，否則無人機自身會受到嚴重的威脅，支援干擾任務也可能無法完成［11］。從無人機自身的安全性考慮，無人機距雷達的最小距離稱為無人機的自衛(wèi)距離，記為Rjmin。

其中，σ1為無人機雷達散射截面積。

3.1.3 干擾天線方向性要求

由于無人機干擾天線在垂直面內的方向特性，當無人機距離目標雷達小于某一距離時，目標雷達將處于干擾主波束之外，干擾盲區(qū)之中，該距離為過頂距離［12］，記為 Dj，如圖 4 所示。

圖4 過頂距離示意圖

其中，H為無人機飛行高度，α為干擾天線在垂直平面內的下視角度，θ0.5為半功率波瓣寬度，δ=α+0.5θ0.5為過頂角度。在對無人機進行配置時，無人機與目標雷達之間的距離應大于過頂距離。

3.2 無人機支援干擾航路規(guī)劃

3.2.1 單無人機支援干擾航路規(guī)劃

從戰(zhàn)場實際條件、無人機飛行性能及操控性角度出發(fā)，無人機執(zhí)行支援干擾任務時，通常采用直線形航路。

無人機沿直線形航路飛行時，其干擾航路與被掩護飛機航路平行，如圖5所示。

圖5 無人機支援干擾直線型航路示意圖

圖中，航路1為被掩護飛機航路，L1為目標雷達距其的垂直距離，航路2為無人機的干擾航路，L2為目標雷達距其的垂直距離，Rn為雷達未受到干擾時的探測距離。

無人機沿直線形航路執(zhí)行干擾任務時，假設被掩護飛機與無人機均為勻速直線飛行，速度分別為v1，v2。通過前文對干擾效果影響因素的分析，為了使被掩護飛機在目標雷達的探測范圍內全程有效被掩護，只需被掩護飛機在雷達探測范圍內的起點A和終點B滿足雷達干擾方程，這就要求無人機在空間上和速度上與被掩護飛機進行協(xié)同。

①無人機與被掩護飛機的空間協(xié)同

當被掩護飛機在雷達探測范圍內的起點A時，無人機的初始位置應滿足雷達干擾方程

②無人機與被掩護飛機的速度協(xié)同

當被掩護飛機在雷達探測范圍內的終點B時，目標雷達與被掩護飛機的連線和目標雷達與無人機的連線之間的夾角θ應滿足雷達干擾方程的干信比要求，如下式

圖6 低速無人機與被掩護飛機的速度協(xié)同圖

為使被掩護飛機在目標雷達的探測范圍內全程有效被掩護，無人機的最小勻速飛行速度為

為使被掩護飛機在目標雷達的探測范圍內全程有效被掩護，無人機的最大勻速飛行速度為

圖7 高速無人機與被掩護飛機的速度協(xié)同圖

當無人機的速度v2滿足v2min≤v2≤v2max時，可以保證從A點到B點對被掩護飛機的有效保護。

3.2.2 多無人機支援干擾兵力分配

由雷達干擾方程可知，單架無人機所能掩護的角度范圍為

圖8 單架無人機有效掩護區(qū)示意圖

如圖8所示，在圖中陰影部分內，我方航空兵可以得到有效掩護。

當無人機由于自身飛行性能的限制，其速度v2不能滿足v2min≤v2≤v2max時，應采用多架無人機對目標雷達進行協(xié)同接力干擾。

假設目標雷達對我方航空兵航路的探測外包角為β，如下頁圖9所示。

為使我方航空兵得到全程有效掩護所需要的無人機數(shù)量為

圖9 目標雷達探測外包角示意圖

圖10 多無人機協(xié)同干擾示意圖

3.3 無人機支援干擾航路規(guī)劃舉例

取雷達干擾無人機、被掩護飛機和目標雷達參數(shù)如表1所示。

表1 支援干擾參數(shù)設置

3.3.1 無人機與被掩護飛機的空間協(xié)同

無人機與被掩護飛機滿足空間協(xié)同條件。

3.3.2 無人機與被掩護飛機的速度協(xié)同

當無人機的速度 v2滿足 145.7 km/h≤v2≤249.1km/h時，可以保證對被掩護飛機的全程有效保護。

但是，當無人機由于自身飛行性能原因，其速度不能滿足上述條件時，應采用5架無人機對目標雷達進行協(xié)同接力干擾，每一架無人機在其對應的12°范圍內做往復飛行，即可保證對我方航空兵的全程有效掩護，如圖11所示。

圖11 多無人機協(xié)同干擾部署圖

4 結論

雷達干擾無人機近距支援干擾相對于其他干擾方式而言，在掩護我方航空兵飛行方面有其獨特優(yōu)勢，本文從干擾的能量域角度出發(fā)，分析了對雷達的干擾效果影響因素，提出了無人機與被掩護飛機在空間和速度上的協(xié)同，得出了無人機的兵力分配方法，研究結論為“科學計算，量敵用兵”提供了依據(jù)，可為基層指揮員提供輔助決策。本文研究主要基于能量域干擾效果，實際運用還需結合雷達抗干擾因素、戰(zhàn)場環(huán)境等其他方面。

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