機(jī)載干擾訓(xùn)練裝備等效映射方法

王柏杉

(解放軍91404部隊(duì),河北 秦皇島 066001)

機(jī)載電子進(jìn)攻裝備是未來海戰(zhàn)的主要空中電磁威脅源,也是電子對(duì)抗訓(xùn)練的重點(diǎn)裝備。EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)掛載AN/ALQ-99F干擾吊艙作為遠(yuǎn)距離支援干擾裝備,是目前美軍機(jī)載干擾功能最強(qiáng)的電子進(jìn)攻武器。利用EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)模擬機(jī)載電子進(jìn)攻是實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練的重要內(nèi)容。然而,EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)全武器系統(tǒng)非常龐大,要想等比模擬難度非常大。因此,本文利用訓(xùn)練先驗(yàn)信息,采用非對(duì)稱設(shè)計(jì)和戰(zhàn)場位移轉(zhuǎn)換等技術(shù)手段,運(yùn)用機(jī)載電子進(jìn)攻訓(xùn)練裝備等效模擬EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)在不同距離上的干擾能力,為真實(shí)模擬敵方機(jī)載電子進(jìn)攻裝備干擾效能提供一條途徑。

1 機(jī)載電子進(jìn)攻訓(xùn)練裝備模擬的技術(shù)難題

1.1 EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)進(jìn)攻能力

EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)是在F/A-18E/F“超級(jí)大黃蜂”戰(zhàn)斗攻擊機(jī)的基礎(chǔ)上為美國海軍改裝研制的艦載電子戰(zhàn)飛機(jī),主要用于電子戰(zhàn)支援和空中電子攻擊,可執(zhí)行雷達(dá)干擾、通信干擾、敵防空摧毀、電子監(jiān)視和信號(hào)情報(bào)偵察等任務(wù),同時(shí)保留了F/A-18F戰(zhàn)斗攻擊機(jī)的全部作戰(zhàn)能力[1]。

EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)具有十分強(qiáng)大的電磁攻擊能力。憑借AN/ALQ-218(V)2戰(zhàn)術(shù)接收機(jī)和新型AN/ALQ-99F干擾吊艙,EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)可以高效地執(zhí)行對(duì)地空導(dǎo)彈雷達(dá)系統(tǒng)的壓制任務(wù)。通過分析干擾對(duì)象的跳頻圖譜自動(dòng)追蹤干擾對(duì)象的發(fā)射頻率,對(duì)輻射源進(jìn)行精確定位,實(shí)現(xiàn)電磁頻譜領(lǐng)域的“精確打擊”。EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)可以有效干擾160 km外的雷達(dá)和其他電子設(shè)施,超過任何現(xiàn)役防空火力的打擊范圍。

1.2 機(jī)載電子進(jìn)攻訓(xùn)練裝備模擬EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)的技術(shù)難度

EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)電子進(jìn)攻能力十分強(qiáng)大,因此很難利用機(jī)載電子進(jìn)攻訓(xùn)練裝備完全模擬該飛機(jī)的電子進(jìn)攻能力。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1) 飛機(jī)平臺(tái)不兼容

EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)采用美軍F/A-18E/F艦載多功能戰(zhàn)斗機(jī),具有11個(gè)掛點(diǎn),有很強(qiáng)的隱身性能。目前國內(nèi)還沒有類似的飛機(jī)平臺(tái),因此機(jī)載電子進(jìn)攻訓(xùn)練裝備在平臺(tái)選型上很難實(shí)現(xiàn)等比模擬。

(2) 干擾吊艙頻段寬廣

AN/ALQ-99F干擾吊艙覆蓋的通信、雷達(dá)頻段的干擾范圍為0.064～18.000 GHz,全頻段干擾時(shí)可同時(shí)掛5個(gè)干擾吊艙,翼尖還掛2個(gè)AN/ALQ-218(V)2戰(zhàn)術(shù)接收機(jī)吊艙,裝備數(shù)量龐大,在訓(xùn)練裝備上要想全功能模擬實(shí)現(xiàn)難度很大。

(3) EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)裝載的AN/ALQ-218(V)2戰(zhàn)術(shù)接收機(jī)偵察系統(tǒng)具有“透視”功能

該偵察系統(tǒng)在實(shí)施全頻段干擾時(shí)仍能進(jìn)行電子監(jiān)聽(包括雷達(dá)和通信),是目前世界上唯一具備此項(xiàng)功能的裝備,因此在機(jī)載電子進(jìn)攻訓(xùn)練裝備上很難模擬此功能。

(4) 干擾機(jī)發(fā)射功率大

AN/ALQ-99F干擾吊艙有效輻射功率達(dá)到100 kW,主要用于隨隊(duì)干擾和遠(yuǎn)距離支援干擾。機(jī)載電子進(jìn)改訓(xùn)練裝備受空間以及供電能力的限制,很難達(dá)到此功率水平。

由此可見,要想一比一地模擬EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)的全部干擾能力是不現(xiàn)實(shí)的。對(duì)于電子對(duì)抗干擾訓(xùn)練受訓(xùn)方來說,關(guān)注點(diǎn)在于訓(xùn)練裝備最終實(shí)現(xiàn)的干擾效果,至于采用何種技術(shù)手段都是次要的。因此,在訓(xùn)練裝備保障上采取一系列措施和手段實(shí)現(xiàn)EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)的干擾效果即可,而不必拘泥于完全采用EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)的技術(shù)手段。

2 偵察干擾能力的非對(duì)稱設(shè)計(jì)

機(jī)載電子進(jìn)攻裝備的雷達(dá)干擾能力主要體現(xiàn)在偵察的準(zhǔn)確性和干擾效果的時(shí)效性上。對(duì)EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)來說,主要取決于AN/ALQ-218(V)2戰(zhàn)術(shù)接收機(jī)和AN/ALQ-99F干擾吊艙的技術(shù)性能。由于在訓(xùn)練裝備上無法完全采用原型裝備的技術(shù)手段,因此可以嘗試采用基于先驗(yàn)信息和戰(zhàn)場位移轉(zhuǎn)換的非對(duì)稱設(shè)計(jì)手段來真實(shí)模擬EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)的干擾能力。

2.1 偵察能力等效的解決措施

2.1.1威脅目標(biāo)信息參數(shù)提前預(yù)裝訂

EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)采用獨(dú)立的AN/ALQ-218(V)2戰(zhàn)術(shù)接收機(jī)進(jìn)行信息情報(bào)偵察,通過分析干擾對(duì)象的跳頻圖譜自動(dòng)追蹤干擾對(duì)象的發(fā)射頻率[2]。此外,美軍具有強(qiáng)大的信息情報(bào)資源,使得EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)對(duì)干擾對(duì)象信息參數(shù)掌握十分準(zhǔn)確。在電子對(duì)抗干擾訓(xùn)練中只憑訓(xùn)練裝備自身性能完成威脅目標(biāo)信息參數(shù)的偵察和測量任務(wù),是很難達(dá)到EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)技術(shù)水準(zhǔn)的。因此,在對(duì)抗訓(xùn)練中可以充分利用導(dǎo)演部的已知信息,把干擾對(duì)象的具體參數(shù)信息直接預(yù)裝訂到訓(xùn)練裝備數(shù)據(jù)庫中,在動(dòng)態(tài)測量時(shí)再進(jìn)行針對(duì)性地動(dòng)態(tài)調(diào)整。利用威脅目標(biāo)信息參數(shù)的預(yù)裝訂功能,可以模擬AN/ALQ-218(V)2戰(zhàn)術(shù)接收機(jī)的精確測量和美軍強(qiáng)大的情報(bào)收集能力。

2.1.2偵察距離動(dòng)態(tài)調(diào)整

EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)可有效干擾160 km外的雷達(dá)裝備,尤其在防區(qū)外壓制性支援干擾時(shí),干擾距離會(huì)更遠(yuǎn)。訓(xùn)練裝備偵察機(jī)系統(tǒng)靈敏度的映射問題可以采取以下2種方案來解決:

(1)縮短訓(xùn)練裝備偵察距離。根據(jù)EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)的干擾距離計(jì)算出映射的訓(xùn)練裝備偵察距離,當(dāng)小于EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)的干擾距離時(shí),就可以在對(duì)抗訓(xùn)練航路規(guī)劃時(shí)縮短偵察距離,以彌補(bǔ)偵察系統(tǒng)靈敏度低的問題。

(2)威脅目標(biāo)信息參數(shù)直接裝訂引導(dǎo)。當(dāng)映射的訓(xùn)練裝備偵察距離大于EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)的干擾距離時(shí),就無法采取縮短距離的方式來解決。此時(shí),在訓(xùn)練裝備上可以采取強(qiáng)制干擾的方式,充分利用導(dǎo)演部的調(diào)節(jié)功能,將威脅目標(biāo)信息人工裝訂來引導(dǎo)干擾裝備,利用導(dǎo)演部先驗(yàn)信息模擬訓(xùn)練裝備的偵察引導(dǎo)功能。

2.1.3威脅方位及時(shí)引導(dǎo)

EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)采用“長基線干涉儀測量法”對(duì)輻射源進(jìn)行精確定位,實(shí)現(xiàn)了電磁頻譜領(lǐng)域的“精確打擊”[2]。訓(xùn)練裝備一般采取區(qū)域扇面測向,干擾波束很難對(duì)準(zhǔn)威脅目標(biāo),導(dǎo)致干擾精準(zhǔn)性差。為充分發(fā)揮干擾資源,在干擾訓(xùn)練時(shí)可以利用導(dǎo)演部的已知信息,將干擾目標(biāo)的位置信息實(shí)時(shí)傳輸給干擾訓(xùn)練裝備,利用位置信息來引導(dǎo)干擾指向,達(dá)到精準(zhǔn)干擾的目的。

2.2 干擾手段等效解決措施

(1) 干擾參數(shù)預(yù)裝訂

EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)作戰(zhàn)方式主要采取防區(qū)外支援干擾和隨隊(duì)伴隨干擾,干擾樣式主要有瞄準(zhǔn)式干擾、雙頻干擾、掃頻干擾和噪聲干擾等。從干擾樣式角度,訓(xùn)練裝備可以模擬AN/ALQ-99F干擾吊艙功能樣式,針對(duì)不同的干擾對(duì)象,在訓(xùn)練前將相應(yīng)的干擾樣式預(yù)裝訂到訓(xùn)練裝備上。為檢驗(yàn)不同樣式的干擾效果,還可以隨時(shí)進(jìn)行干擾樣式動(dòng)態(tài)調(diào)整。

(2) 戰(zhàn)場位移轉(zhuǎn)換

EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)主要做防區(qū)外支援干擾,對(duì)160 km外的雷達(dá)目標(biāo)實(shí)施壓制性干擾。在進(jìn)行干擾訓(xùn)練時(shí),由于訓(xùn)練裝備的干擾有效輻射功率以及載機(jī)的雷達(dá)散射截面積與EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)不同,導(dǎo)致在同等戰(zhàn)場空間兩者形成的干擾效果并不一致。干擾訓(xùn)練追求的是等效映射的同等干擾效果,因此可以采用戰(zhàn)場位移轉(zhuǎn)換的方法,利用空間的變換來抵消干擾有效輻射功率和雷達(dá)散射截面積不同造成的影響,最終達(dá)到干擾效果等效的目的。

3 仿真驗(yàn)證

對(duì)于機(jī)載電子進(jìn)攻訓(xùn)練裝備,采用非對(duì)稱設(shè)計(jì)進(jìn)行EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)干擾效果等效。由于影響干擾效果的因素很多,因此采取控制變量法進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

通過導(dǎo)演部的干預(yù),訓(xùn)練裝備的偵察識(shí)別、靈敏度控制、方位引導(dǎo)以及干擾參數(shù)預(yù)裝訂等功能與EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)一致。由于2套裝備的干擾有效輻射功率以及載機(jī)雷達(dá)散射截面積不同,因此需要進(jìn)行戰(zhàn)場空間轉(zhuǎn)換。

通過雷達(dá)干擾方程[3]可知

(1)

式中:Pj為干擾機(jī)功率;Gj為干擾機(jī)天線增益;Pt為雷達(dá)發(fā)射峰值功率;Gt為雷達(dá)天線增益;R為載機(jī)平臺(tái)(掛干擾源)與雷達(dá)目標(biāo)之間的距離;A為載機(jī)雷達(dá)散射截面積;γ為極化損耗系數(shù);ΔBr/ΔBj為雷達(dá)接收機(jī)帶寬與干擾信號(hào)帶寬之比;Ka為干信比,即雷達(dá)接收到的干擾信號(hào)功率和目標(biāo)回波信號(hào)功率的比值;kt為雷達(dá)壓縮處理增益。

由式(1)可推導(dǎo)出不同干信比時(shí)所對(duì)應(yīng)的干擾距離,如下所示:

(2)

假設(shè),EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)采取一系列措施降低雷達(dá)反射面積,前向雷達(dá)散射截面積為3 m2,掛載的AN/ALQ-99F干擾吊艙有效輻射功率為100 kW。

干擾訓(xùn)練時(shí),假設(shè)被干擾的雷達(dá)目標(biāo)采用全相參、數(shù)字脈沖壓縮體制,發(fā)射機(jī)的功率為53 kW,天線增益為37 dB,接收信號(hào)帶寬為10 MHz,脈沖壓縮比為40。

機(jī)載電子進(jìn)攻訓(xùn)練裝備載機(jī)前向雷達(dá)散射截面積為20 m2,干擾吊艙有效輻射功率為50 kW。

在計(jì)算干擾距離時(shí),假設(shè)干擾信號(hào)全部進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)帶寬,即ΔBr/ΔBj值取1,極化系數(shù)γ取0.5。

通過式(2)可以推導(dǎo)出相同干信比時(shí),2個(gè)干擾機(jī)所對(duì)應(yīng)的干擾距離,如圖1所示。

圖1 干擾距離與干信比關(guān)系Fig.1 Relationship between jamming distance and jamming-to-signal ratio

EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)形成的干信比

(3)

訓(xùn)練裝備形成的干信比

(4)

當(dāng)2個(gè)干擾機(jī)形成的干信比相同(Ka18=Kax)時(shí),即此時(shí)2個(gè)干擾機(jī)形成的干擾效果等效,2個(gè)干擾機(jī)的干擾距離對(duì)應(yīng)關(guān)系為

(5)

當(dāng)2個(gè)干擾機(jī)的有效輻射功率以及搭載平臺(tái)確定后,干擾距離對(duì)應(yīng)關(guān)系也就確定。

例如,EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)AN/ALQ-99F干擾吊艙有效輻射功率為100 kW,飛機(jī)前向雷達(dá)散射截面積為3 m2,載機(jī)電子進(jìn)攻訓(xùn)練干擾吊艙有效輻射功率為50 kW,載機(jī)前向雷達(dá)散射截面積為20 m2,由此可計(jì)算出2個(gè)干擾機(jī)的干擾距離對(duì)應(yīng)關(guān)系為

Rx=3.65R18

(6)

2個(gè)干擾機(jī)干擾距離對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2所示。

圖2 EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)和訓(xùn)練裝備干擾距離映射關(guān)系Fig.2 Mapping relationship of jamming distance between EA-18G aircraft and training equipment

從式(5)可以看出,2個(gè)干擾機(jī)相對(duì)同一個(gè)雷達(dá)目標(biāo)的干擾距離映射關(guān)系只與干擾有效輻射功率和載機(jī)雷達(dá)散射截面積有關(guān),而與干擾對(duì)象無特定對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)訓(xùn)練裝備確定后,對(duì)應(yīng)關(guān)系也就確定了。從式(6)和圖2可以看出,EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)和訓(xùn)練裝備干擾距離之間成線性關(guān)系,當(dāng)想模擬EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)在122 km的干擾效果時(shí),訓(xùn)練裝備就要將航路規(guī)劃到411 km處。映射距離偏遠(yuǎn)是由訓(xùn)練裝備干擾有效輻射功率偏小和載機(jī)雷達(dá)散射截面積過大造成的,要想縮短距離,就要增大干擾有效輻射功率,因此選擇雷達(dá)散射截面積特性偏小的載機(jī)。

4 結(jié)語

在進(jìn)行戰(zhàn)場位移轉(zhuǎn)換仿真驗(yàn)證時(shí)采用控制變量法,假設(shè)除干擾有效輻射功率和載機(jī)雷達(dá)散射截面積變化外,訓(xùn)練裝備和EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)的其他因素都相同。在實(shí)際應(yīng)用中,EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)的干擾機(jī)理尤其是干擾參數(shù)無法準(zhǔn)確掌握,造成訓(xùn)練裝備模擬時(shí)只是近似等同,但細(xì)微差別不會(huì)影響最終結(jié)果,可在映射推導(dǎo)時(shí)加以修正。通過非對(duì)稱設(shè)計(jì),為EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)的干擾效果映射模擬提供了一條新的思路。

參考文獻(xiàn):

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