雷達(dá)抗反輻射攻擊誘餌布站使用作戰(zhàn)仿真

申軍嶺，徐 海，齊兆龍

（解放軍91336部隊(duì)，河北 秦皇島 066326）

0 引言

反輻射武器作為被動(dòng)探測(cè)、跟蹤目標(biāo)的硬殺傷武器，給雷達(dá)（或輻射源）帶來(lái)致命的威脅與攻擊，因此，有必要對(duì)反輻射武器和雷達(dá)之間的攻防對(duì)抗進(jìn)行深入研究。當(dāng)前雷達(dá)系統(tǒng)主要采用施加誘餌裝置的方法抗反輻射武器攻擊，這就涉及到雷達(dá)誘餌系統(tǒng)布站使用問(wèn)題，那么如何在現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中對(duì)雷達(dá)誘餌系統(tǒng)進(jìn)行布站、使用，找到最佳作戰(zhàn)使用方法，達(dá)到最優(yōu)的抗反輻射攻擊效果就成為當(dāng)前的現(xiàn)實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)應(yīng)用需求。布站使用作戰(zhàn)仿真的逼真度受樣本量的選取直接影響，同時(shí)布站使用作戰(zhàn)仿真的核心又是雷達(dá)保護(hù)概率的計(jì)算問(wèn)題，樣本量越大，置信度越高，而在外場(chǎng)實(shí)彈試驗(yàn)中試驗(yàn)的成本高、樣本量非常有限，因此，不能對(duì)誘餌的誘偏效果進(jìn)行高置信度評(píng)估。而全數(shù)字作戰(zhàn)仿真具有仿真環(huán)境和過(guò)程可控、數(shù)據(jù)錄取容易、仿真重復(fù)性好等外場(chǎng)實(shí)彈靶試所不存在的優(yōu)點(diǎn)，因而雷達(dá)抗反輻射攻擊作戰(zhàn)評(píng)估的一項(xiàng)重要技術(shù)手段就是全數(shù)字作戰(zhàn)仿真[1-5]。

雷達(dá)抗反輻射攻擊誘餌布站使用作戰(zhàn)仿真，針對(duì)如何有效提高抗反輻射武器攻擊的能力、如何研究雷達(dá)和誘餌系統(tǒng)的布站使用方法、參數(shù)設(shè)置、布站間距、布站輻射源數(shù)目、移動(dòng)誘偏源設(shè)置構(gòu)建等抗摧毀布站使用方法，并對(duì)各種布站方式、戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)下的雷達(dá)誘餌的作戰(zhàn)能力和對(duì)抗效果進(jìn)行驗(yàn)證、計(jì)算和結(jié)果評(píng)估，對(duì)相應(yīng)布站使用作戰(zhàn)仿真的合理性進(jìn)行檢驗(yàn)，得出作戰(zhàn)仿真推演結(jié)果，為我軍抗反輻射武器硬摧毀能力提供有效支撐[6-9]。

1 雷達(dá)抗反輻射攻擊誘餌攻防對(duì)抗原理

1.1 反輻射導(dǎo)彈基本原理

作為最典型的反輻射武器，反輻射導(dǎo)彈是一種以雷達(dá)或其他電磁輻射源為攻擊目標(biāo)的導(dǎo)彈，與其他導(dǎo)彈的主要區(qū)別在于其引導(dǎo)系統(tǒng)不同。除具有一般導(dǎo)彈都有的戰(zhàn)斗部、發(fā)動(dòng)機(jī)、控制系統(tǒng)外，導(dǎo)引頭是一被動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭，用以捕獲和跟蹤敵方雷達(dá)輻射信號(hào)源。被動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭（Passive Radar Seeker，PRS）是反輻射武器實(shí)現(xiàn)被動(dòng)尋的制導(dǎo)的關(guān)鍵部件，起著探測(cè)目標(biāo)、產(chǎn)生反輻射武器跟蹤目標(biāo)控制指令的作用，是反輻射武器的核心部分。目前反輻射武器大多采用單脈沖測(cè)向的被動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭，其測(cè)向原理是：兩個(gè)以上的獨(dú)立支路同時(shí)被動(dòng)接收目標(biāo)輻射信號(hào)，然后將這些信號(hào)加以比較給出目標(biāo)角位置信息。通常對(duì)每個(gè)測(cè)向坐標(biāo)平面都要采用兩個(gè)獨(dú)立的接收支路。由于反輻射導(dǎo)彈導(dǎo)引頭的技術(shù)特點(diǎn)，使得被動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭的角度分辨力較差，在距離誘偏系統(tǒng)較遠(yuǎn)的地方，被動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭跟蹤指向其天線口面處由多個(gè)點(diǎn)源合成的波陣面的法線方向，也就是說(shuō)跟蹤輻射源的能量中心。反輻射導(dǎo)彈攻擊雷達(dá)誘餌陣地示意圖如圖1所示。

圖1 反輻射導(dǎo)彈攻擊雷達(dá)誘餌陣地示意圖

1.2 雷達(dá)誘餌誘偏原理

有源誘偏技術(shù)是公認(rèn)的對(duì)抗被動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭的有效方法之一。由于反輻射武器體積限制，PRS天線不能太大，這意味著其天線波束不可能很窄，此外有效捕獲輻射源也要求天線波束必須有足夠?qū)挾龋@是PRS的弱點(diǎn)，也是誘偏技術(shù)的突破點(diǎn)。

在多點(diǎn)源誘偏系統(tǒng)中，反輻射武器飛行過(guò)程中跟蹤雷達(dá)和誘餌形成的能量中心。下面以兩點(diǎn)源為例，說(shuō)明誘餌對(duì)抗反輻射武器工作機(jī)理。反輻射武器在飛向目標(biāo)的過(guò)程中，對(duì)雷達(dá)和誘餌之間的視角Δθ逐漸增加，當(dāng)增加到某一角度時(shí)，反輻射武器的被動(dòng)導(dǎo)引頭能夠?qū)烧叻直骈_，并且開始跟蹤其中一個(gè)目標(biāo)O0（雷達(dá)）或O1（誘餌），此時(shí)的角度Δθ為分辨角ΔθR。兩個(gè)目標(biāo)源被分開后，反輻射武器以最大過(guò)載向2選擇的一個(gè)目標(biāo)O0或O1引導(dǎo)（自動(dòng)跟蹤）飛行，修正初始跟蹤偏差，但這時(shí)刻到O的距離很近，反輻射武器受過(guò)載能力約束，最終以偏離目標(biāo)（O0或O1）一定的距離落地，如圖2所示。

圖2 兩點(diǎn)源誘偏示意圖

2 反輻射武器攻擊雷達(dá)誘餌飛行運(yùn)動(dòng)過(guò)程

2.1 反輻射武器攻擊雷達(dá)誘餌飛行原理

雷達(dá)誘餌抗反輻射武器攻擊過(guò)程中，被動(dòng)導(dǎo)引頭開機(jī)后，由于距離目標(biāo)輻射源較遠(yuǎn)，各輻射源均在被動(dòng)導(dǎo)引頭的分辨角ΔθR范圍內(nèi)，被動(dòng)導(dǎo)引頭無(wú)法區(qū)分各輻射源，從而跟蹤各輻射源形成的合成能量中心。在反輻射武器飛向目標(biāo)的過(guò)程中，各輻射源與被動(dòng)導(dǎo)引頭瞄準(zhǔn)方向之間的夾角逐漸增大，當(dāng)其中某輻射源與瞄準(zhǔn)方向之間的夾角大于或等于ΔθR/2時(shí)，導(dǎo)引頭達(dá)到隨遇平衡點(diǎn)，下一時(shí)刻該輻射源將不再對(duì)導(dǎo)引頭構(gòu)成威脅，但由于前期導(dǎo)引頭的跟蹤失誤，導(dǎo)引頭將修正跟蹤誤差以彌補(bǔ)跟蹤失誤。在多輻射源共同對(duì)抗反輻射武器的過(guò)程中，總會(huì)經(jīng)過(guò)從多輻射源到單個(gè)輻射源的情況，最后選擇一個(gè)目標(biāo)進(jìn)行攻擊，由于反輻射武器飛行速度較高，在能夠分辨出目標(biāo)選擇單個(gè)輻射源攻擊時(shí)，往往距離已經(jīng)很近了，其過(guò)載能力又有限，來(lái)不及修正初始跟蹤偏差，最終會(huì)在偏離目標(biāo)一定的距離落地。其飛行原理如圖3所示，反輻射武器高度為H，攻擊角度α（彈軸指向多輻射源合成的能量中心），雷達(dá)距離多輻射源合成能量質(zhì)心O的距離為L(zhǎng)。反輻射武器的最終彈著點(diǎn)為O1。在導(dǎo)引頭隨遇平衡位置上導(dǎo)引頭分辨出目標(biāo)位置，由于某一隨機(jī)因素，導(dǎo)引頭分辨出雷達(dá)（A點(diǎn)）或誘餌的方向，以最大機(jī)動(dòng)過(guò)載aM向雷達(dá)（A點(diǎn)）轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)動(dòng)，受過(guò)載影響能夠轉(zhuǎn)過(guò)的最大水平距離S=OO1。

圖3 反輻射武器攻擊目標(biāo)飛行運(yùn)動(dòng)原理

反輻射武器對(duì)雷達(dá)誘餌攻擊的飛行運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，時(shí)刻存在目標(biāo)位置判別，導(dǎo)致瞄準(zhǔn)方向的變化，從而導(dǎo)致每一時(shí)刻瞄準(zhǔn)方向與速度方向的不確定，因此，反輻射武器時(shí)刻修正瞄準(zhǔn)誤差，修正自身的飛行軌跡，以實(shí)現(xiàn)摧毀目標(biāo)的目的。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)反輻射武器攻擊雷達(dá)誘餌陣地的過(guò)程進(jìn)行作戰(zhàn)仿真，其關(guān)鍵是對(duì)反輻射武器的飛行運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行模擬。反輻射武器在飛行過(guò)程中為了修正瞄準(zhǔn)誤差存在姿態(tài)的調(diào)整和旋轉(zhuǎn)。為了對(duì)其飛行過(guò)程進(jìn)行分析研究，本文將反輻射武器的飛行運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行時(shí)間離散化，研究離散化時(shí)間序列的反輻射武器飛行狀態(tài)，進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真，復(fù)現(xiàn)反輻射武器攻擊雷達(dá)誘餌陣地時(shí)飛行運(yùn)動(dòng)過(guò)程。

2.2 反輻射武器飛行運(yùn)動(dòng)仿真

根據(jù)對(duì)反輻射武器的飛行運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行時(shí)間離散化的原理[5]，其飛行狀態(tài)示意圖如圖4所示，設(shè)tk時(shí)刻反輻射武器飛行運(yùn)動(dòng)至位置Ak（xk，yk，zk），此時(shí)導(dǎo)引頭實(shí)測(cè)多輻射源能量中心位置與導(dǎo)引頭所形成的方向?yàn)锳kMk，而反輻射武器當(dāng)前的飛行速度方向?yàn)锳kMk-1，經(jīng)過(guò)時(shí)間Δt，反輻射武器飛行至Ak+1（xk+1，yk+1，zk+1）。其中速度方向AkMk-1與瞄準(zhǔn)方向AkMk間的夾角為αk，AkMk-1與AkAk+1間的夾角也就是導(dǎo)引頭實(shí)際能夠轉(zhuǎn)過(guò)的角度為αz。

圖4 反輻射武器飛行調(diào)整示意圖

Mk-1和Mk分別是反輻射武器在tk-1和tk時(shí)刻的跟蹤瞄準(zhǔn)方向和地平面的交匯點(diǎn)，根據(jù)反輻射武器攻擊目標(biāo)的基本原理可以確定Mk-1和Mk兩點(diǎn)的坐標(biāo)，并用單位矢量將AkMk-1與AkMk的方向表示出來(lái)，分別為，由此可得反輻射武器在tk時(shí)刻飛行速度方向與導(dǎo)引頭瞄準(zhǔn)方向之間的夾角為：

Δt時(shí)間內(nèi)，由反輻射武器飛行原理知，反輻射武器能夠轉(zhuǎn)過(guò)的最大角度為：

其中最大橫向過(guò)載nmax為反輻射武器基本性能參數(shù)，為反輻射武器當(dāng)前的飛行速度。根據(jù)反輻射武器攻擊雷達(dá)誘餌的飛行原理，飛行速度方向是向?qū)б^瞄準(zhǔn)方向逼近的，所以（即必然落入Vk和所確定的平面內(nèi)，因此，αz可以表示為：

通過(guò)計(jì)算得到αz之后，只需要將飛行速度旋轉(zhuǎn)角度αz就可以得到下一時(shí)刻飛行速度的方向，即的方向是可以求得的。求得后，根據(jù)算法原理可以得到tk+1時(shí)刻反輻射武器所在的三維空間坐標(biāo)（xk+1，yk+1，zk+1），從而仿真得到反輻射武器飛行過(guò)程中的軌跡點(diǎn)和最終落點(diǎn)。從而實(shí)現(xiàn)反輻射武器的飛行運(yùn)動(dòng)仿真，飛行運(yùn)動(dòng)仿真流程圖如下頁(yè)圖5所示。

3 誘餌抗反輻射攻擊布站使用作戰(zhàn)仿真

雷達(dá)抗反輻射攻擊誘餌布站使用作戰(zhàn)仿真研究的主要對(duì)象是作戰(zhàn)使用方法，整個(gè)作戰(zhàn)仿真過(guò)程按照雷達(dá)參數(shù)分析、誘餌參數(shù)選取、布站態(tài)勢(shì)圖上推演以及效果計(jì)算的步驟開展，主要推演流程如下頁(yè)圖6所示。

圖5 反輻射武器飛行運(yùn)動(dòng)仿真流程

圖6 作戰(zhàn)仿真推演流程

3.1 作戰(zhàn)仿真想定

誘餌抗反輻射攻擊布站使用作戰(zhàn)仿真，需進(jìn)行作戰(zhàn)仿真的想定與態(tài)勢(shì)較多，本文主要選取兩類典型的作戰(zhàn)仿真想定與態(tài)勢(shì)進(jìn)行論述，分別是四點(diǎn)源布站使用抗反輻射武器攻擊和起伏地形下雷達(dá)誘餌布站使用抗反輻射攻擊。

1）四點(diǎn)源布站使用作戰(zhàn)仿真想定描述：藍(lán)軍戰(zhàn)機(jī)搭載“哈姆”反輻射導(dǎo)彈等硬摧毀反輻射武器對(duì)我雷達(dá)誘餌陣地實(shí)施攻擊，我方陣地配置警戒雷達(dá)，對(duì)敵方來(lái)襲攻擊實(shí)施警戒，同時(shí)配置三部誘餌誘偏反輻射導(dǎo)彈，達(dá)到保護(hù)警戒雷達(dá)的目的，針對(duì)布站使用評(píng)估需求，該作戰(zhàn)仿真設(shè)計(jì)四點(diǎn)源布站方式，雷達(dá)與誘餌間距300 m，雷達(dá)與誘餌系統(tǒng)對(duì)敵方來(lái)襲反輻射導(dǎo)彈實(shí)施有源誘偏干擾。達(dá)到將敵方反輻射導(dǎo)彈誘偏至無(wú)害區(qū)域的目的。態(tài)勢(shì)如圖7所示意。

圖7 四點(diǎn)源布站使用作戰(zhàn)仿真想定態(tài)勢(shì)

2）考慮地形情況下雷達(dá)誘餌抗反輻射攻擊作戰(zhàn)仿真想定；針對(duì)雷達(dá)誘餌在實(shí)際布站中，觀通站存在高低地形參數(shù)，利用仿真平臺(tái)，開展針對(duì)擬布站使用的陣地，考慮地形參數(shù)進(jìn)行抗反輻射攻擊作戰(zhàn)能力評(píng)估，在不同地形條件下對(duì)多波次來(lái)襲反輻射導(dǎo)彈的誘偏能力進(jìn)行攻防對(duì)抗推演，形成基于生存概率的作戰(zhàn)能力仿真和評(píng)估結(jié)果。

想定描述：藍(lán)軍戰(zhàn)斗機(jī)搭載“哈姆”反輻射導(dǎo)彈對(duì)我布置在山地上的觀通站實(shí)施攻擊，觀通站配置警戒雷達(dá)，對(duì)敵方來(lái)襲攻擊實(shí)施警戒，同時(shí)配置誘餌系統(tǒng)誘偏反輻射導(dǎo)彈。我方觀通站位于山間地形中，地形起伏不平，雷達(dá)誘餌陣地抗反輻射攻擊基本態(tài)勢(shì)示意圖如圖8所示。圖中紅色表示位置較高，藍(lán)色表示位置較低。

圖8 地形起伏下四點(diǎn)源布站使用作戰(zhàn)仿真想定態(tài)勢(shì)

3.2 作戰(zhàn)仿真結(jié)果

1）四點(diǎn)源棱形布站使用作戰(zhàn)仿真

仿真參數(shù)設(shè)置：地面共有4個(gè)雷達(dá)、誘餌輻射源。雷達(dá)位置為（0，0，0）m。3個(gè)誘餌與雷達(dá)成典型菱形布陣，間距為300 m，導(dǎo)彈初始速度為3 MHz，反輻射武器初始發(fā)射方向在一定范圍內(nèi)隨機(jī)，并不完全對(duì)準(zhǔn)地面某輻射源。由于攻防對(duì)抗雙方的參數(shù)比較多，這里僅選擇部分重要參數(shù)列出，雷達(dá)誘餌抗反輻射武器攻擊作戰(zhàn)仿真從模擬反輻射武器搜索截獲目標(biāo)輻射源的信號(hào)開始，在分辨出某個(gè)輻射源之后，開始最大過(guò)載機(jī)動(dòng)轉(zhuǎn)彎攻擊，下頁(yè)圖9是四點(diǎn)源棱形布站作戰(zhàn)仿真結(jié)果。

2）考慮地形起伏情況下雷達(dá)誘餌布站使用抗反輻射武器攻擊作戰(zhàn)仿真

圖9 四點(diǎn)源棱形布站作戰(zhàn)仿真結(jié)果

仿真參數(shù)設(shè)置：地面共有4個(gè)輻射源，包括3個(gè)誘餌和一部雷達(dá)。雷達(dá)位置位于由地形模擬生成的起伏地形條件下，3個(gè)誘餌與雷達(dá)大體成菱形布陣，間距為300 m左右，導(dǎo)彈初始速度為3 MHz，反輻射武器初始發(fā)射方向并不完全對(duì)準(zhǔn)地面輻射源。雷達(dá)誘餌抗反輻射武器攻擊作戰(zhàn)仿真過(guò)程從模擬反輻射武器搜索截獲到輻射源的信號(hào)開始仿真，在分辨出某個(gè)輻射源之后，開始最大過(guò)載機(jī)動(dòng)轉(zhuǎn)彎攻擊，圖10是起伏地形四點(diǎn)源棱形布站下單枚反輻射導(dǎo)彈攻擊雷達(dá)誘餌陣地作戰(zhàn)仿真結(jié)果。圖11是起伏地形四點(diǎn)源棱形布站下100枚隨機(jī)來(lái)襲反輻射導(dǎo)彈攻擊雷達(dá)誘餌陣地作戰(zhàn)仿真結(jié)果。圖12是選取實(shí)際地形參數(shù)由地形模擬函數(shù)生成地形態(tài)勢(shì)構(gòu)成四點(diǎn)源棱形布站下100枚隨機(jī)來(lái)襲反輻射導(dǎo)彈攻擊雷達(dá)誘餌陣地作戰(zhàn)仿真結(jié)果。

圖10 起伏地形單枚反輻射導(dǎo)彈攻擊布站陣地仿真結(jié)果

圖11 起伏地形100枚反輻射導(dǎo)彈攻擊陣地仿真結(jié)果

圖12 某實(shí)際地形100枚反輻射導(dǎo)彈攻擊陣地仿真結(jié)果

由上述作戰(zhàn)仿真結(jié)果可以看出，整體作戰(zhàn)仿真可實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)配置3部誘餌、配置兩部誘餌、設(shè)置地形參數(shù)、選取實(shí)際觀通站進(jìn)行抗反輻射攻擊作戰(zhàn)仿真打靶，可以得出，雷達(dá)生存概率、各誘餌生存概率、全系統(tǒng)聯(lián)合生存概率受雷達(dá)誘餌布站方式、布站間距、布站地形、反輻射導(dǎo)彈主要參數(shù)、雷達(dá)誘餌系統(tǒng)主要參數(shù)的影響，總結(jié)作戰(zhàn)仿真結(jié)果可以得出針對(duì)某型雷達(dá)抗反輻射攻擊誘餌的布站使用原則，并可改變參數(shù)設(shè)置實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展到針對(duì)雷達(dá)誘餌陣地的布站使用合理性與作戰(zhàn)效果的先行校驗(yàn)。

4 結(jié)論

本文研究了雷達(dá)誘餌抗反輻射攻擊布站使用作戰(zhàn)仿真，可開展各種不同布站使用方法下的作戰(zhàn)仿真推演驗(yàn)證，以三維態(tài)勢(shì)顯示，直觀反映反輻射武器攻擊目標(biāo)時(shí)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，為試驗(yàn)、科研人員進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，結(jié)果評(píng)估，為驗(yàn)證雷達(dá)誘餌系統(tǒng)布站使用戰(zhàn)法的合理性提供理論和數(shù)據(jù)支撐。

本文研究結(jié)果可以作為部隊(duì)抗反輻射攻擊布站使用的參考，為部隊(duì)在布站間距、布站方式、誘偏源個(gè)數(shù)選取、布站陣型、布站地形等方面提供指導(dǎo)，為部隊(duì)實(shí)際布站使用提供了快捷準(zhǔn)確的新方法，為我軍抗反輻射武器硬摧毀能力提供有效支撐。