有源通信干擾彈的現(xiàn)狀及研究重點分析

張 杰,陳 棟

(陸軍炮兵防空兵學(xué)院高過載彈藥制導(dǎo)控制與信息感知實驗室,安徽合肥 230031)

有源干擾彈是用常規(guī)火炮、火箭炮發(fā)射,以彈藥作為運(yùn)載工具,將干擾機(jī)快速運(yùn)載到敵目標(biāo)區(qū)域,完成通信干擾任務(wù)的特種炮彈,分為扎地式和滯空式兩種。其中滯空式干擾彈的簡要工作流程圖如圖1所示[1]。

圖1 滯空式干擾彈簡要工作流程

滯空式干擾彈能懸浮在敵目標(biāo)上空,對目標(biāo)進(jìn)行升空抵近干擾,不受地形限制,與扎地式干擾相比可獲得距離優(yōu)勢和升空增益,實現(xiàn)以較小的功率獲得較大的干擾范圍和強(qiáng)度,同時由于彈丸體積小且高速飛行,敵方無法攔截,突防能力和生存能力強(qiáng),和同類干擾裝備相比,便于大量裝備使用,并且無人操作,可避免人員傷亡,符合現(xiàn)代戰(zhàn)爭理念[1]。

1 通信干擾彈的發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀(jì)70年代,美國仙童韋斯頓系統(tǒng)公司與美陸軍通信電子局共同研制了XM867式155 mm寬頻帶阻塞式通信干擾彈[2],頻率覆蓋范圍為2 MHz～1 000 MHz。當(dāng)母彈到達(dá)目標(biāo)區(qū)上空一定高度時,干擾機(jī)依次被拋出,借消旋翼片和飄帶作用垂直下降,以一定的速度和適當(dāng)?shù)慕嵌榷ㄏ蛑?鉆地之后天線沿地面展開,幾秒后干擾機(jī)接電工作,開始對敵無線電通信設(shè)備實施阻塞式干擾。俄羅斯研制并外售的3HC30式152 mm高頻/甚高頻通信干擾彈為扎地式通信干擾彈[3],每個彈丸內(nèi)裝有1個無線電干擾機(jī),每個干擾機(jī)分別工作在不同的頻段內(nèi),總計覆蓋1.5 MHz～120 MHz的頻率范圍,可在數(shù)百米的有效作用半徑內(nèi)工作60 min。

保加利亞目前已生產(chǎn)了多種口徑的炮射扎地式通信干擾彈。其中,BPC-542高頻/甚高頻無線電干擾彈,由152 mm加榴炮發(fā)射。該干擾彈內(nèi)裝1個干擾機(jī),每個干擾機(jī)覆蓋一定的頻率范圍,總計頻率覆蓋范圍為1.5 MHz～120 MHz,工作持續(xù)時間60 min,有效干擾半徑大于700 m;另外還有保加利亞生產(chǎn)的LiLiA型干擾彈,干擾半徑大于700 m,干擾范圍為1.5 MHz～120 MHz。

2 通信干擾彈現(xiàn)狀存在的問題分析

現(xiàn)有針對通信干擾彈研究領(lǐng)域的文獻(xiàn)資料中,主要涉及三大類:一是干擾彈作戰(zhàn)效能的評估與計算問題[4-5];二是干擾彈的最優(yōu)分布求解問題[6-8];三是干擾彈具體研制技術(shù)方案的總結(jié)概括[9-12]。

結(jié)合通信干擾彈的發(fā)展現(xiàn)狀,可以看出:

一是現(xiàn)有的通信干擾彈的干擾頻段主要集中于1.5 MHz～120 MHz,對于120 MHz～300 MHz的超短波頻段無法干擾；二是總的來看,現(xiàn)有的一發(fā)通信干擾彈均是對應(yīng)一套干擾機(jī),每副干擾機(jī)對應(yīng)一個頻段,且含有一根天線,要想覆蓋全頻段需多發(fā)彈丸拋射多套干擾機(jī)才能完成,容易貽誤戰(zhàn)機(jī),實用性大打折扣,導(dǎo)致使用效率不高；三是干擾手段主要以干擾信息內(nèi)容為主,對功耗要求較高,缺乏更為有效的干擾手段；四是干擾樣式以噪聲為主,缺乏干擾效率更高的干擾樣式,如采用噪聲與某種信號組合形式的干擾樣式。

3 通信干擾彈的發(fā)展方向

3.1 拓寬工作頻段

將通信干擾彈的干擾頻段拓寬至120 MHz～300 MHz,在拓寬工作頻段的同時,如何不減弱現(xiàn)有干擾效果而對現(xiàn)有彈載通信干擾機(jī)改進(jìn)設(shè)計,包括減少頻段分組數(shù)量,干擾機(jī)天線結(jié)構(gòu)優(yōu)化,干擾方法和干擾樣式的選取論證等。具體包括如下方面。

3.1.1 干擾源的設(shè)計和性能仿真

相同的接收方式下,不同干信比所引起的誤信率(對語音信號來說)和誤碼率(對數(shù)字信號來說)是不一樣的,則達(dá)到的干擾等級也是不一樣的。根據(jù)通信干擾理論,圍繞干信比公式,針對如何有效地干擾3-300 MHz的跳頻電臺,從干擾方法的選取、干擾信號的選擇等方面進(jìn)行分析驗證。

1)干擾功率對干擾效果的影響。在信號電平一定的情況下,干擾是否奏效主要取決于接收機(jī)輸入端干擾功率的大小。干擾功率主要受干擾發(fā)射機(jī)輸出功率、發(fā)射天線增益、天線方向性及電波傳播損耗的影響。彈載通信干擾機(jī)的發(fā)射功率不是越大越好,如果仿照車載式通信干擾機(jī)的功率指標(biāo)參數(shù)去研制,寸土寸金的彈載空間無法滿足大功率發(fā)射要求。

2)干擾在頻率上與目標(biāo)信號的重合程度。即要求干擾信號與目標(biāo)信號必須頻率一致。否則,干擾信號會受到目標(biāo)接收機(jī)通帶的抑制而導(dǎo)致干擾效果嚴(yán)重下降。時間上干擾與目標(biāo)信號同時存在才能產(chǎn)生有效干擾,因此,從目標(biāo)信號出現(xiàn)或變化到干擾作出反應(yīng)的快慢也直接影響著干擾的效果。

對于瞄準(zhǔn)式干擾來說,要想完成對目標(biāo)的干擾,從瞄準(zhǔn)式干擾中的引導(dǎo)接收機(jī)截獲到目標(biāo)信號開始到干擾機(jī)發(fā)射出干擾的這段時間越短越好,尤其是對干擾跳頻電臺來說,反應(yīng)時間不能超過每一跳的駐留時間的1/2[13],否則干擾無效;但是如果彈載通信干擾機(jī)采用瞄準(zhǔn)式干擾的話,無論是軟硬件本身發(fā)展水平,還是轉(zhuǎn)瞬即逝的炮彈空中飛行時間都是勉為其難的事。

3)干擾信號樣式的影響。不同的干擾樣式壓制同一目標(biāo)信號所需的壓制系數(shù)是不相同的,應(yīng)盡可能選擇壓制系數(shù)小的干擾信號樣式以提高干擾效率。以掃頻攔阻式干擾為例[14],一種噪聲源和鋸齒波產(chǎn)生器經(jīng)壓控振蕩器調(diào)制產(chǎn)生的干擾信號如圖2所示。

圖2 掃頻攔阻式干擾機(jī)框圖

針對以上問題,根據(jù)目標(biāo)接收特性,針對不同干擾種類條件下對不同接收特性的目標(biāo)接收機(jī)的干擾性能進(jìn)行仿真,通過對比擇優(yōu)選取干擾種類,即干擾方法和干擾樣式,例如是否使用窄帶瞄準(zhǔn)式干擾,干擾信號是否選取高斯白噪聲和其他信號的組合樣式等。這里是擇優(yōu)選取,不是選取最佳干擾,因為最佳干擾是針對已知信號形式及給定接收方式下有效干擾功率最小的干擾。因此需要對絕對最佳干擾進(jìn)行分析研究(指對于已知信號形式的所有可能的接收方式,都有比較小的壓制系數(shù)的干擾),以此得出一個相對全面的干擾源設(shè)計方案。

3.1.2 寬帶彈載發(fā)射天線的優(yōu)化設(shè)計

彈載通信干擾機(jī)天線應(yīng)滿足以下基本要求。

1)天線設(shè)備與饋電設(shè)備匹配,保證天線由饋電設(shè)備得到最大的功率;

2)天線的效率要高,能有效地將高頻電流能量轉(zhuǎn)換為電磁波的能量;

3)天線的工作頻帶要寬，各種電參數(shù)隨頻率的變化應(yīng)盡量小;

4)天線尺寸小型化,材質(zhì)輕柔,便于彈體裝載。

目前廣泛應(yīng)用的天線有鞭形天線、雙極天線、對數(shù)周期天線等,具體如表1所示。

結(jié)合3 MHz～300 MHz波段的彈載式通信干擾機(jī)天線設(shè)計需求,在研究過程中保證相對于現(xiàn)有彈載通信干擾機(jī)發(fā)射天線發(fā)射效率不減弱的情況下,重點分析論證鞭形天線、雙極天線、對數(shù)周期天線等在彈載條件下的天線效率、方向系數(shù)、增益系數(shù)等電參數(shù),擇優(yōu)選取天線種類或改進(jìn)設(shè)計已有天線的結(jié)構(gòu)尺寸。

同時,如果一個干擾機(jī)采用兩根天線的方式,實現(xiàn)一個干擾機(jī)對兩個不同頻段范圍的電臺進(jìn)行干擾,那么就可以實現(xiàn)一發(fā)通信干擾彈干擾全頻段的可能。

表1 不同種類天線對比

3.2 干擾手段的創(chuàng)新

一是通過對同步信號的偵收、分析,實施瞄準(zhǔn)式干擾,來破壞跳頻通信的同步建立,從而使跳頻通信系統(tǒng)徹底癱瘓,這是對跳頻通信干擾的一種捷徑,一旦實現(xiàn)對跳頻通信同步系統(tǒng)的有效干擾,狀能以最小的代價,達(dá)到最大的干擾效果[15];二是通過對復(fù)雜電磁環(huán)境中無線電信號進(jìn)行偵收,然后利用深度學(xué)習(xí)對偵收信號進(jìn)行分析,“定位”需要干擾的信號,進(jìn)行針對性干擾。當(dāng)然,創(chuàng)新干擾手段的同時也對彈載干擾器件的性能提出了更高要求。

3.3 發(fā)射平臺多元化

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成熟,有源通信干擾彈彈載平臺將由單一的152 mm口徑的加榴炮,逐漸拓展到多元化的122 mm口徑的火箭炮、155 mm口徑榴彈炮、300 mm火箭炮,使有源通信干擾彈的型號系列得到進(jìn)一步豐富和完善。

4 結(jié)束語

如何將彈載通信干擾機(jī)與發(fā)射平臺無縫銜接,保證干擾機(jī)能順利、安全到達(dá)受擾方附近區(qū)域,需要從彈藥結(jié)構(gòu)設(shè)計、彈體工作姿態(tài)控制、彈載干擾機(jī)抗高過載設(shè)計、彈載干擾機(jī)供電電源設(shè)計等各個方面做深入細(xì)致的工作,才能將理論變成現(xiàn)實。