對抗新型反艦導彈箔條質(zhì)心干擾作戰(zhàn)方法研究?

（中國船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院 北京 100094）

1 引言

當前海上艦艇作戰(zhàn)的最大威脅仍然是反艦導彈。箔條質(zhì)心干擾是艦艇對抗敵方來襲反艦導彈的一種重要的無源對抗方式，它主要用于干擾進入跟蹤階段的敵導彈末制導主動雷達。在艦艇防御反艦導彈的作戰(zhàn)過程中，正確的運用質(zhì)心箔條干擾方式，降低導彈的命中概率，需要綜合考慮來襲導彈方向、干擾彈發(fā)射要素、干擾彈的發(fā)射舷角與距離、作戰(zhàn)海區(qū)的風速風向、艦艇的RCS特性以及艦艇機動特性等諸多因素。

新型反艦導彈末制導雷達大都采用具有高距離分辨率、低截獲概率特性的全相參工作體制。本文根據(jù)新型反艦導彈末制導雷達的技術特點，對箔條質(zhì)心干擾對抗來襲反艦導彈的全過程進行了動態(tài)仿真，提出最優(yōu)箔條發(fā)射方法和艦船規(guī)避決策，可為現(xiàn)代海戰(zhàn)中箔條質(zhì)心干擾的戰(zhàn)術使用提供參考。

2 質(zhì)心干擾原理

所謂質(zhì)心干擾就是利用質(zhì)心效應使末制導雷達偏離被攻擊目標的一種干擾樣式。箔條質(zhì)心干擾發(fā)揮干擾效用實際上包含“質(zhì)心干擾形成”和“干擾轉(zhuǎn)移”兩個中間過程［1］。

其中“質(zhì)心干擾形成”過程是指將箔條誘餌投放到來襲導彈末制導雷達的分辨單元內(nèi)，形成質(zhì)心干擾效果。這個分辨單元既包括雷達主波束角度照射范圍，也包括艦船距離覆蓋范圍。所以形成箔條質(zhì)心干擾的條件就是發(fā)射箔條的區(qū)域必須位于導彈雷達主波束內(nèi)，且在雷達視線距離上，箔條和艦船基本重合。

以圖1為例進行質(zhì)心干擾區(qū)域的示意。

圖1 質(zhì)心干擾示意圖

如上圖所示，O點是艦船的能量中心，M點是導彈位置。為了形成質(zhì)心干擾，箔條發(fā)射必須在MO連線的同距離弧上?？紤]到艦船的長度，所以只有箔條發(fā)射區(qū)域位于上圖中ABCD扇形區(qū)域內(nèi)，對末制導雷達來說才能形成真正意義上的質(zhì)心干擾。

“干擾轉(zhuǎn)移”過程是指：由于導彈逐漸向目標艦逼近，而末制導雷達天線波束寬度不變，相對于目標艦和誘餌的視野逐漸縮小，因此將會發(fā)生“切割效應”，導彈最后跟蹤被切割較慢且能量較大的箔條誘餌假目標，從而發(fā)生轉(zhuǎn)移，箔條質(zhì)心干擾成功。

3 新型反艦導彈末制導雷達技術特點

早期反艦導彈末制導雷達大都采用非相參頻率捷變體制，比如法國的“飛魚”、美國的“捕鯨叉”等。頻率捷變雷達具有良好的海雜波抑制、抗有源干擾等能力，但是由于其發(fā)射脈沖為常規(guī)單載頻脈沖，所以為了達到較遠的作用距離，一般來說其發(fā)射脈沖較寬，對應的其距離分辨率也較低。圖2為頻率捷變雷達視頻積累后的回波圖。

圖2 頻率捷變雷達視頻積累后回波圖

從圖2可以看出，早期的頻率捷變雷達只能輸出目標時域距離信息，再加上其距離分辨率較低，所以輸出的艦船回波呈現(xiàn)出點目標特性。

近年來，反艦導彈末制導技術發(fā)生了突飛猛進的發(fā)展。對于主動雷達末制導方式，其工作體制上已由寬帶頻率捷變雷達發(fā)展到具有高距離分辨率、低截獲概率特性的全相參工作體制。

相參體制雷達在獲取目標時域特性的同時，通過相參積累也可以獲取目標的多普勒域特性，信息獲取維度的增加使得相參體制雷達具有較好的綜合抗干擾能力。圖3為相參雷達相參積累后的回波圖。

圖3 相參雷達相參積累后的回波圖

從上圖可以看出，對于相參雷達，其相參積累后的結(jié)果即包含距離向（時域）信息，也包括多普勒向信息（速度域）。由于相參體制雷達采用大帶寬的脈沖壓縮信號，所以其距離分辨率較高，艦船回波在時域上呈現(xiàn)出擴展目標特性。在多普勒向上，由于艦艏和艦尾在雷達視線上也呈現(xiàn)出不同的速度差異。

4 對抗新型仿真反艦導彈箔條質(zhì)心干擾技術途徑

從上一節(jié)仿真分析可知，新型反艦導彈末制導雷達大都采用具有距離高分辨率的相參工作體制，其艦船目標回波已經(jīng)呈現(xiàn)出明顯的面目標特性，且由于相參雷達還具有多普勒分辨能力，所以對于新型相參體制末制導雷達的質(zhì)心箔條干擾需要重點把握兩點：

1）在距離維上

質(zhì)心箔條的使用一般都是距離艦船約100m水平位置布放，但是考慮到當前末制導雷達的距離分辨率已經(jīng)到10m量級，箔條位置和艦船位置在末制導雷達視線上的距離差必須小于約30m，這樣才能在距離維度上真正形成“質(zhì)心干擾”。

2）在速度維上

質(zhì)心箔條由于在空中散布范圍大，且在海上受風的影響較大，所以箔條目標在距離維上延伸距離較大，在速度維上質(zhì)心箔條也占據(jù)了較大的速度帶寬。而艦船目標作為剛體目標，其速度帶寬相對于箔條目標要窄的多。這也是相參雷達識別艦船目標和箔條目標的重要依據(jù)。因此，為了有效干擾相參末制導雷達，艦船的規(guī)避速度和機動方向必須和箔條的速度散布范圍比較接近，即在速度維度上形成“質(zhì)心干擾”。

5 質(zhì)心箔條干擾的建模與仿真

5.1 場景設計

5.1.1 艦艇機動模型

整個機動過程見圖4（以左機動為例）。首先，由于艦艇本身的慣性作用，在舵角改變之后，艦艇還會沿原航向運動一段時間（OA段，慣性運動），這段時間稱為慣性時間，它與艦艇的大小有關；然后，艦艇按機動方向回轉(zhuǎn)所要求的機動角度（AB段，回轉(zhuǎn)運動），這段時間稱為機動時間，它與艦艇的大小和航速有關；最后，艦艇沿著新的航向前進（BC段，直線運動）［2］。

圖4 艦船機動模型

5.1.2 箔條運動模型［3］

1）數(shù)學模型

在t=0時刻發(fā)射箔條彈，箔條彈經(jīng)過一段飛行時間（稱為發(fā)射時間t）后炸開，形成箔條云，然后在風的吹動下，箔條云隨風移動。

2）誘餌運動方程

指箔條云的運動速度與風速的比值，設箔條云的運動速度為Vch，則

通常由于箔條云具有一定的質(zhì)量，其運動速度小于風速，即cmiu＜1。

圖5 箔條的運動模型

只考慮風速的情況下，箔條運動簡化后的模型如下：

注：(cx0'cy0)為箔條的初始位置。

5.1.3 導彈末制導雷達跟蹤模型［4］

導彈的跟蹤過程可以分為3個階段，即未實施干擾前導彈跟蹤艦艇的能量中心；實施質(zhì)心干擾后直至導彈飛臨可分辨距離前導彈跟蹤艦船和箔條共同形成的能量中心，即質(zhì)心點；彈飛臨可分辨單元后，導彈轉(zhuǎn)跟艦艇或者箔條干擾。

利用當前時刻的導彈坐標和速度矢量來推知下一點的導彈坐標。導彈的初始坐標可以根據(jù)末制導雷達的開機距離和導彈來襲方向確定，不同時刻的速度矢量方向則由相應時刻的質(zhì)心點和導彈的位置來確定。

圖6 導彈位置和質(zhì)心點的關系

則下一時刻的導彈坐標為

導彈的運動軌跡如圖7示意。

圖7 導彈運動軌跡示意

5.1.4 質(zhì)心點的計算［5］

1）數(shù)學模型

當箔條和艦船形成質(zhì)心干擾效果后，計算質(zhì)心點位置的方法見下式：其中：Ls為質(zhì)心點與我艦的距離；Lc為質(zhì)心點與箔條云的距離；σs為我艦的RCS值；σc為箔條云的RCS值。

2）質(zhì)心運動方程輸入?yún)?shù)：

srcs：當前時刻我艦的RCS值。

crcs：當前時刻箔條云的RCS值。

sx：當前時刻艦艇位置的X軸坐標。

sy：當前時刻艦艇位置的Y軸坐標。

輸出參數(shù)：

cx：當前時刻質(zhì)心點位置的X軸坐標。

cy：當前時刻質(zhì)心點位置的Y軸坐標。

可推導出質(zhì)心點的坐標方程：

5.2 干擾對抗過程仿真［7～8］

按照上一節(jié)的場景設計，進行質(zhì)心箔條對抗過程的仿真。

以艦艇能量中心為坐標零點建立坐標系，艏尾方向為X軸，艦尾至艦艏為正；向上為Y軸。

輸入條件：

1）艦船起始位置（0m，0m）；

2）艦船長寬：90m*20m；

3）艦船機動速度20節(jié)；

4）艦船慣性運動時間6s；

5）艦船機動時間10s；

6）艦船轉(zhuǎn)彎角速度4°/s；

7）艦船轉(zhuǎn)彎半徑240m；

8）箔條發(fā)射起始位置（90m，20m）；

9）風速8m/s，速度系數(shù)0.75；

10）風向+60°；

11）導彈速度280m/s。

下面對箔條質(zhì)心干擾對抗來襲反艦導彈的全過程進行了動態(tài)仿真。

圖8 質(zhì)心對抗過程中艦船、箔條以及導彈跟蹤點軌跡

圖9 質(zhì)心干擾形成隨時間變化仿真曲線

圖10 對抗過程中箔條和艦船的最小距離差

圖11 對抗過程中箔條和艦船的速度差

6 結(jié)語

本文根據(jù)新型反艦導彈末制導雷達的技術特點，對質(zhì)心箔條對抗來襲反艦導彈的全過程進行了動態(tài)仿真。仿真分析了箔條質(zhì)心干擾形成的過程中目標艦船和箔條干擾之間的距離以及速度的變化趨勢，提出最優(yōu)箔條發(fā)射方法和艦船規(guī)避建議，可為現(xiàn)代海戰(zhàn)中箔條質(zhì)心干擾的戰(zhàn)術使用提供重要的技術支持。