電子戰(zhàn)無(wú)人機(jī)干擾固定站雷達(dá)的時(shí)間規(guī)劃研究

張新宇，張友兵，李仙茂，甘厚吉

(海軍工程大學(xué)，湖北 武漢 430033)

0 引 言

現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)中，戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜多變，威脅來(lái)源多，相對(duì)于傳統(tǒng)的干擾方式，無(wú)人機(jī)干擾具有明顯的優(yōu)勢(shì)，其扮演的角色也越來(lái)越重要，將是決定未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)勝利的關(guān)鍵因素之一[1]。無(wú)人機(jī)的生存能力強(qiáng)，紅外特征小，雷達(dá)截面積(RCS)很小，自身隱蔽性好，反應(yīng)快，操作靈活。由于無(wú)人機(jī)可以采取“抵近式”干擾，無(wú)人機(jī)上的雷達(dá)干擾機(jī)能以較小的干擾功率達(dá)到較好的干擾效果，同時(shí)干擾機(jī)接收到的雷達(dá)信號(hào)功率強(qiáng)，靈敏度要求不高，這些都簡(jiǎn)化了對(duì)干擾設(shè)備的要求。無(wú)人機(jī)可以無(wú)人值守自主飛行，對(duì)重點(diǎn)目標(biāo)持續(xù)干擾時(shí)，終端用戶(hù)只需要編程來(lái)完成任務(wù)，然后分批次輪流執(zhí)行任務(wù)，做到不間斷對(duì)重點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行干擾。無(wú)人機(jī)主要執(zhí)行的是“抵近式”干擾任務(wù)，遠(yuǎn)離己方的其他電子設(shè)備，不對(duì)己方的電子設(shè)備正常工作產(chǎn)生干擾。當(dāng)無(wú)人機(jī)用于干擾岸基固定站雷達(dá)時(shí)，可掩護(hù)作戰(zhàn)飛機(jī)突防，無(wú)人機(jī)與作戰(zhàn)飛機(jī)的配合中涉及到起飛時(shí)間、干擾時(shí)間和撤回時(shí)間等問(wèn)題。因此，有必要深入研究滿(mǎn)足戰(zhàn)場(chǎng)限制條件下的無(wú)人機(jī)運(yùn)用的時(shí)間規(guī)劃問(wèn)題[2]。

1 無(wú)人機(jī)起飛時(shí)間規(guī)劃

無(wú)人機(jī)干擾的目的是掩護(hù)已方作戰(zhàn)機(jī)群成功突防對(duì)方的警戒雷達(dá)[2]，假設(shè)已方作戰(zhàn)飛機(jī)距離對(duì)方警戒雷達(dá)的水平距離為Dt，飛行高度為Ht，無(wú)人機(jī)距離對(duì)方警戒雷達(dá)為Dj，突防飛機(jī)在干擾無(wú)人機(jī)方向上的暴露距離為R0，無(wú)人機(jī)、警戒雷達(dá)、作戰(zhàn)機(jī)群在同一直線上，作戰(zhàn)場(chǎng)景如圖1所示。

圖1 作戰(zhàn)場(chǎng)景平面示意圖突防飛機(jī)的飛行速度(勻速)

作戰(zhàn)飛機(jī)速度v1=800 km/h，飛行高度Ht=6 000 m，RCS值σ=40 m2，無(wú)人機(jī)飛行速度v2=150 km/h，飛行高度Hj=600 m，可回收航程(單向航程)S=200 km，警戒雷達(dá)的天線增益為Gt，雷達(dá)發(fā)射機(jī)輸出功率為Pt，被探測(cè)目標(biāo)的雷達(dá)散射截面積為σ，雷達(dá)的工作波長(zhǎng)λ=0.3 m。

雷達(dá)的作用距離公式[3]為：

(1)

式中：Prmin為雷達(dá)的最小可檢測(cè)信號(hào)功率，即雷達(dá)接收機(jī)的靈敏度，在實(shí)際應(yīng)用中常常用最小輸出信號(hào)噪聲功率比(S/N)min來(lái)表示，即：

(2)

式中：k為玻爾茲曼常數(shù)；T為以絕對(duì)溫度表示的接收機(jī)噪聲溫度；Δf為接收機(jī)的通頻帶；F為噪聲系數(shù)。

對(duì)于岸基警戒雷達(dá)，其接收機(jī)靈敏度[4]Prmin=-90 dBm。由式(1)可以得到警戒距離Rmax與作戰(zhàn)機(jī)群RCS的關(guān)系，如圖2所示。

圖2 警戒雷達(dá)探測(cè)距離與目標(biāo)RCS值的關(guān)系

由圖2可知，當(dāng)突防機(jī)群的RCS值增大時(shí)，警戒雷達(dá)的探測(cè)距離不斷增加，增長(zhǎng)率逐漸降低。當(dāng)突防機(jī)群的RCS值為40 m2時(shí)，警戒雷達(dá)可探測(cè)的距離Rmax約為380 km。由雷達(dá)方程計(jì)算可知無(wú)人機(jī)的安全距離約為4 km，考慮到光電裝備對(duì)無(wú)人機(jī)的觀察能力，將無(wú)人機(jī)布置到距警戒雷達(dá)20 km的距離上實(shí)施掩護(hù)，要求干擾無(wú)人機(jī)在突防機(jī)群到達(dá)警戒距離前2 min到達(dá)指定干擾距離，對(duì)敵警戒雷達(dá)實(shí)施干擾。假設(shè)突防機(jī)群起飛時(shí)間為T(mén)0=0時(shí)刻，干擾無(wú)人機(jī)從t時(shí)刻起飛，得到：

(3)

設(shè)定突防機(jī)群從距離警戒雷達(dá)600 km的位置起飛，Dj取[50 km，220 km]，可以得到無(wú)人機(jī)起飛時(shí)刻t和無(wú)人機(jī)與警戒雷達(dá)距離Dj的變化關(guān)系如圖3所示。

圖3 干擾無(wú)人機(jī)起飛時(shí)刻t和自身距警戒 雷達(dá)距離Dj的關(guān)系圖

由圖3可知：干擾無(wú)人機(jī)離警戒雷達(dá)越遠(yuǎn)，起飛時(shí)間越早。在以上給定的條件下，當(dāng)干擾無(wú)人機(jī)與警戒雷達(dá)距離為50 km時(shí)，干擾無(wú)人機(jī)與突防機(jī)群同時(shí)起飛剛好可以完成任務(wù)；但是由于無(wú)人機(jī)的可回收航程為s=200 km，布置在距警戒雷達(dá)20 km處進(jìn)行干擾，所以最遠(yuǎn)起飛距離smax=220 km，這就簡(jiǎn)單地解決了干擾無(wú)人機(jī)何時(shí)起飛能最大效益地完成作戰(zhàn)任務(wù)的問(wèn)題。

2 無(wú)人機(jī)干擾時(shí)機(jī)規(guī)劃

無(wú)人機(jī)形成干擾壓制效果應(yīng)該滿(mǎn)足幾點(diǎn)要求：(1)在攻擊編隊(duì)進(jìn)入對(duì)方預(yù)警探測(cè)范圍前，無(wú)人機(jī)就已經(jīng)到達(dá)有效實(shí)施干擾的位置，可正常遂行干擾壓制任務(wù)。(2)在攻擊編隊(duì)返航，脫離對(duì)方預(yù)警探測(cè)范圍后，無(wú)人機(jī)才能終止干擾壓制任務(wù)[5]。在干擾技術(shù)有效的前提下，對(duì)雷達(dá)的有效干擾時(shí)間主要由無(wú)人機(jī)的飛行性能來(lái)保證。無(wú)人機(jī)以不同的飛行速度飛行時(shí)，所能達(dá)到的飛行航程和飛行時(shí)間是不相同的。

要形成對(duì)雷達(dá)的有效干擾，干擾能量需要滿(mǎn)足下式：

(4)

或?qū)憺椋?/p>

(5)

接下來(lái)，根據(jù)不同的干擾目的討論雷達(dá)對(duì)抗無(wú)人機(jī)干擾的時(shí)機(jī)[6]。

(6)

(7)

(2) 當(dāng)θ0.5/2<|θ|<90°時(shí)，有：

(8)

(3) 當(dāng)90°≤|θ|≤180°時(shí)，有：

(9)

式中：C=K(θ0.5/90)2，為常數(shù)。

以雷達(dá)為極點(diǎn)，雷達(dá)與干擾機(jī)的連線為極軸，建立極坐標(biāo)系。根據(jù)上述討論，以θ為自變量，代入不同的數(shù)值，繪出Dt所滿(mǎn)足的區(qū)域以及Dt所對(duì)應(yīng)的曲線。由曲線可知，它是以干擾無(wú)人機(jī)和雷達(dá)的連線為軸、兩邊對(duì)稱(chēng)于此線的一個(gè)心形曲線。于是壓制區(qū)為該心形曲線之外的區(qū)域，而該心形曲線之內(nèi)的區(qū)域?yàn)楸┞秴^(qū)，突防機(jī)群飛入暴露區(qū)內(nèi)將被警戒雷達(dá)發(fā)現(xiàn)[7]。示意圖如圖4所示，其中Pt=100 kW，Gt=40 dB，Kj=4，σ=40 m2，Pj=100 W，Gj=10 dB，Vj=0.5，K=0.05，Ht=6 000 m。

圖4 突防機(jī)群的暴露區(qū)示意圖

由式(6)，當(dāng)干擾無(wú)人機(jī)在20 km處實(shí)施干擾時(shí)，根據(jù)自衛(wèi)干擾的方程可求得R0=16 km，所以干擾無(wú)人機(jī)有效干擾時(shí)間：

tyx=(Rmax-R0)/v1·60+2

(10)

代入Rmax=380 km、v1=800 km/h、R0=

16 km，得tyx≈30 min。綜上可以看出，最大暴露半徑在90°≤|θ|≤180°，最小暴露半徑在|θ|≤θ0.5/2的范圍內(nèi)。暴露半徑受Dj的影響很大，干擾無(wú)人機(jī)距離雷達(dá)越近，暴露區(qū)越小，掩護(hù)時(shí)間越長(zhǎng)。突防機(jī)群高度Ht對(duì)Dt也有較大的影響，當(dāng)目標(biāo)高度增加時(shí)，暴露區(qū)縮小，也就是壓制區(qū)增大了，此時(shí)在無(wú)人機(jī)的掩護(hù)時(shí)間相應(yīng)增加。這是因?yàn)榇藭r(shí)雷達(dá)至目標(biāo)的距離增大了，而干擾無(wú)人機(jī)到雷達(dá)的距離沒(méi)有變。

3 結(jié)束語(yǔ)

在現(xiàn)有的研究里，對(duì)于雷達(dá)干擾無(wú)人機(jī)的研究非常少，針對(duì)雷達(dá)干擾無(wú)人機(jī)在作戰(zhàn)場(chǎng)景中規(guī)劃的研究更少，基本沒(méi)有深入的研究。本文就結(jié)合具體的作戰(zhàn)場(chǎng)景深入研究2架雷達(dá)干擾無(wú)人機(jī)運(yùn)用中的時(shí)間規(guī)劃問(wèn)題，為軍事訓(xùn)練提供思路，為以后的研究提供參考，為電子戰(zhàn)無(wú)人機(jī)戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用提供理論支持[8]。