機(jī)載電子進(jìn)攻模擬訓(xùn)練方法研究?

王勇軍 王柏杉 于 群

（1.解放軍91404部隊(duì) 秦皇島 066001）（2.中國(guó)人民解放軍海軍航空大學(xué) 煙臺(tái) 264000）

1 引言

機(jī)載電子進(jìn)攻裝備是未來(lái)海戰(zhàn)的主要空中電磁威脅源，利用國(guó)外先進(jìn)電子戰(zhàn)飛機(jī)模擬機(jī)載電子進(jìn)攻，用于作戰(zhàn)訓(xùn)練和實(shí)戰(zhàn)化考核，是實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練的重要內(nèi)容［1］。但是由于裝備性能差距，等比模擬難度非常大，為解決這些問(wèn)題，在模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中需要著力解決好提高藍(lán)軍機(jī)載電子進(jìn)攻裝備模擬的相似度、為藍(lán)軍機(jī)載電子進(jìn)攻裝備運(yùn)用提供方法支撐等問(wèn)題［2］。針對(duì)雷達(dá)裝備在電子強(qiáng)干擾條件下如何提升作戰(zhàn)能力以及電子藍(lán)軍機(jī)載電子進(jìn)攻裝備如何建設(shè)的實(shí)際需求，深入研究國(guó)外先進(jìn)裝備技術(shù)特性，綜合運(yùn)用功能裁剪、模塊化設(shè)計(jì)等方法進(jìn)行集約化設(shè)計(jì)，基于空間縮比、后門信息引導(dǎo)等特異性技術(shù)進(jìn)行偵察干擾的非對(duì)稱設(shè)計(jì)，最后運(yùn)用仿真技術(shù)推演驗(yàn)證研制設(shè)計(jì)方案以及應(yīng)用的可行性，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)機(jī)載電子進(jìn)攻模擬軟件進(jìn)行航路可靠性驗(yàn)證及航路規(guī)劃。

2 主要裝備性能設(shè)定

機(jī)載電子進(jìn)攻裝備的性能可概括為技術(shù)性能和戰(zhàn)術(shù)性能，裝備指標(biāo)體系一般由技術(shù)性能指標(biāo)、戰(zhàn)術(shù)性能指標(biāo)和“六性”等其他方面指標(biāo)構(gòu)成［3］，其中機(jī)載電子進(jìn)攻裝備技術(shù)性能是裝備所能達(dá)到的技術(shù)參數(shù)和實(shí)現(xiàn)的功能。干擾系統(tǒng)的空間能量要求包括干擾發(fā)射和偵察接收兩個(gè)方面，即干擾系統(tǒng)的功率及干擾天線參數(shù)和偵察設(shè)備的靈敏度及偵察天線參數(shù)，因此在技術(shù)性能指標(biāo)中需要重點(diǎn)考慮和設(shè)定偵察靈敏度、有效干擾功率兩個(gè)指標(biāo)。

2.1 偵察靈敏度

偵察靈敏度［4］是在規(guī)定條件下，偵察設(shè)備能測(cè)定輻射源信號(hào)參數(shù)所需最小信號(hào)的強(qiáng)度。從藍(lán)軍機(jī)載電子對(duì)抗訓(xùn)練空域看，要求機(jī)載電子進(jìn)攻裝備距離干擾對(duì)象之間距離至少保證達(dá)到100km～300km，要從這個(gè)距離為底線考慮裝備的系統(tǒng)靈敏度。

根據(jù)偵察方程，可得機(jī)載電子進(jìn)攻裝備在偵收雷達(dá)信號(hào)時(shí)的偵察靈敏度Prmin為

式中：Pt為雷達(dá)發(fā)射峰值功率，Gt為雷達(dá)天線增益，R為機(jī)載電子進(jìn)攻裝備與雷達(dá)平臺(tái)之間的距離，λ為雷達(dá)工作波長(zhǎng)；γ為天線極化損耗，選為3dB。

通過(guò)偵察方程，可計(jì)算機(jī)載電子進(jìn)攻裝備在不同距離偵收雷達(dá)信號(hào)所需的靈敏度。綜合考慮目前國(guó)內(nèi)機(jī)載吊艙設(shè)備系統(tǒng)靈敏度參數(shù)，設(shè)定機(jī)載電子進(jìn)攻裝備系統(tǒng)靈敏度參數(shù)，即可保證在預(yù)定距離偵收到受訓(xùn)對(duì)象雷達(dá)信號(hào)。

2.2 有效干擾功率

從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，偵察設(shè)備的能量要求比較容易實(shí)現(xiàn)，所以在設(shè)計(jì)干擾系統(tǒng)時(shí)，重點(diǎn)應(yīng)放在干擾功率的要求上。對(duì)雷達(dá)實(shí)施有效干擾的關(guān)鍵是進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)內(nèi)的干擾信號(hào)必須能夠壓制目標(biāo)的雷達(dá)回波。干擾壓制比［5］越大，干擾成功率越高。為此，干擾設(shè)備必須具有較高的有效干擾功率。

機(jī)載電子進(jìn)攻裝備的有效干擾功率［6］需求與雷達(dá)的工作參數(shù)、載機(jī)雷達(dá)散射面積（Radar Cross Section，RCS）等密切相關(guān)。假設(shè)機(jī)載電子進(jìn)攻裝備安裝在飛機(jī)平臺(tái)上，其正向RCS為σ，根據(jù)干擾方程，計(jì)算有效干擾功率。

式中：Pj為干擾機(jī)功率，Gj為干擾機(jī)天線增益，?fj?fr為干擾信號(hào)與雷達(dá)接收機(jī)帶寬之比，Ka為干信比，即雷達(dá)接收到的干擾信號(hào)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。

3 非對(duì)稱設(shè)計(jì)

20世紀(jì)90年代，以美軍為首的西方軍事界經(jīng)過(guò)以海灣戰(zhàn)爭(zhēng)為藍(lán)本的總結(jié)思考，提出了非對(duì)稱作戰(zhàn)的概念并展開(kāi)大量相關(guān)理論研究［7］?！胺菍?duì)稱”是指圖形或物體對(duì)某一點(diǎn)或直線在內(nèi)容、大小、形狀和排列上所表現(xiàn)出的差異性，非對(duì)稱作戰(zhàn)是相對(duì)于對(duì)稱作戰(zhàn)而言的。美軍目前對(duì)非對(duì)稱作戰(zhàn)還沒(méi)有官方的、統(tǒng)一的定義。但從需要出發(fā)，官方和學(xué)者也都給出了相應(yīng)的解釋：非對(duì)稱作戰(zhàn)是指交戰(zhàn)雙方在不對(duì)等條件下，尤其是指交戰(zhàn)雙方使用不同類型作戰(zhàn)力量（包括不同類型的軍事組織和裝備體系）和不同類型戰(zhàn)法（包括不同類型的作戰(zhàn)理論和作戰(zhàn)方式）進(jìn)行的作戰(zhàn)。

以美軍EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)為例，其進(jìn)攻能力十分強(qiáng)大，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［8］，主要表現(xiàn)在：1）飛機(jī)平臺(tái)不兼容；2）干擾吊艙頻段寬廣；3）EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)載AN/ALQ-218（V）2戰(zhàn)術(shù)接收機(jī)偵察系統(tǒng)具有“透視”功能，在實(shí)施全頻段干擾時(shí)仍能進(jìn)行電子監(jiān)聽(tīng)，是目前世界上唯一具備此項(xiàng)功能的裝備；4）干擾機(jī)發(fā)射功率大。要一比一地模擬EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)全部干擾能力是完全不可能的，鑒于對(duì)電子干擾訓(xùn)練受訓(xùn)方來(lái)說(shuō)，關(guān)注點(diǎn)在于訓(xùn)練裝備最終實(shí)現(xiàn)的干擾效果，因此重點(diǎn)關(guān)注使用非對(duì)稱設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)EA-18G電子戰(zhàn)飛機(jī)的干擾效果，不必拘泥于其技術(shù)手段，可以嘗試采用基于先驗(yàn)信息和戰(zhàn)場(chǎng)位移轉(zhuǎn)換的非對(duì)稱設(shè)計(jì)手段實(shí)現(xiàn)。

3.1 偵察能力等效設(shè)計(jì)

3.1.1 威脅參數(shù)提前預(yù)裝訂

EA-18G采用獨(dú)立的ALQ-218（V）2戰(zhàn)術(shù)接收機(jī)進(jìn)行信息情報(bào)偵察，可以通過(guò)分析干擾對(duì)象的跳頻圖譜自動(dòng)追蹤其發(fā)射頻率，另外美軍具有強(qiáng)大的信息情報(bào)資源，通過(guò)多種手段，使得EA-18G對(duì)干擾對(duì)象信息參數(shù)掌握十分準(zhǔn)確。要想在電子對(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(cè)量任務(wù)，是很難達(dá)到EA-18G的技術(shù)水準(zhǔn)的。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)裝訂到干擾訓(xùn)練裝備數(shù)據(jù)庫(kù)中，在動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)再有針對(duì)性動(dòng)態(tài)調(diào)整。利用威脅參數(shù)預(yù)裝訂功能，可以模擬ALQ-218（V）2戰(zhàn)術(shù)接收機(jī)的精確測(cè)量功能和美軍強(qiáng)大的情報(bào)收集能力。

3.1.2 偵察距離動(dòng)態(tài)調(diào)整

EA-18G可以有效干擾160km以外的雷達(dá)裝備，尤其進(jìn)行防區(qū)外壓制性支援干擾時(shí)，干擾距離會(huì)更遠(yuǎn)。在如此遠(yuǎn)的距離上，對(duì)訓(xùn)練裝備偵察系統(tǒng)靈敏度指標(biāo)是一項(xiàng)很大的挑戰(zhàn)，靈敏度過(guò)低就無(wú)法保障正常截獲威脅雷達(dá)信號(hào)［9］。針對(duì)訓(xùn)練裝備偵察機(jī)系統(tǒng)靈敏度的映射問(wèn)題，可以采取兩種方案解決。一是縮短訓(xùn)練裝備偵察距離，根據(jù)EA-18G的干擾距離計(jì)算出映射訓(xùn)練裝備的偵察距離，當(dāng)小于EA-18G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(wèn)題；二是威脅參數(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的干擾距離時(shí)，就無(wú)法采取縮短距離的方式解決。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)數(shù)據(jù)人工裝訂引導(dǎo)干擾裝備，利用導(dǎo)演部先驗(yàn)信息來(lái)模擬訓(xùn)練裝備的偵察功能。

3.1.3 威脅方位及時(shí)引導(dǎo)

EA-18G采用“長(zhǎng)基線干涉測(cè)量法”對(duì)輻射源進(jìn)行精確定位，集中了干擾能量，實(shí)現(xiàn)了電磁頻譜領(lǐng)域的“精確打擊”。訓(xùn)練模擬裝備一般采取區(qū)域扇面測(cè)向，測(cè)向精度低，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。在干擾訓(xùn)練時(shí)，為充分發(fā)揮干擾資源，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，利用位置信息引導(dǎo)干擾指向，達(dá)到精準(zhǔn)干擾的目的。

3.2 干擾手段等效設(shè)計(jì)

3.2.1 干擾參數(shù)預(yù)裝訂

EA-18G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。從干擾樣式來(lái)說(shuō)，干擾訓(xùn)練裝備可以模擬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)裝訂到干擾訓(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［10］。

3.2.2 戰(zhàn)場(chǎng)位移轉(zhuǎn)換

EA-18G主要做防區(qū)外支援干擾，對(duì)160km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)，由于干擾模擬裝備與EA-18G存在較大差別，最主要的是有效干擾功率和飛機(jī)載體的RCS并不一致，那么在同等戰(zhàn)場(chǎng)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(chǎng)位移轉(zhuǎn)換的方法，利用空間的變換來(lái)抵消干擾功率和RCS不同造成的影響，達(dá)到干擾效果等效性的目的。

干擾效果通常用有效干擾功率與雷達(dá)接收機(jī)信號(hào)回波功率的比值來(lái)描述，稱為干信比。采用自衛(wèi)干擾時(shí)，根據(jù)雷達(dá)干擾方程［11］可得干信比為

僅僅知道雷達(dá)接收機(jī)的干信比，還不能說(shuō)明干擾是否有效，干信比僅指出了干擾信號(hào)到達(dá)雷達(dá)接收機(jī)的相對(duì)強(qiáng)度，不同體制、性能雷達(dá)的接收機(jī)在相同輸入干信比條件下其輸出會(huì)產(chǎn)生不同的干擾效果，因此還必須用一個(gè)與雷達(dá)性能相關(guān)的指標(biāo)即壓制系數(shù)與干信比關(guān)聯(lián)起來(lái)，從而來(lái)衡量一定干信比條件對(duì)雷達(dá)干擾的效果［12］。這個(gè)指標(biāo)為壓制系數(shù)，壓制系數(shù)是指當(dāng)干擾系統(tǒng)有效壓制被干擾的雷達(dá)系統(tǒng)時(shí)，在被干擾的雷達(dá)系統(tǒng)的接收機(jī)輸入端，在雷達(dá)接收機(jī)帶寬之內(nèi)，所需要的最小干擾信號(hào)功率與目標(biāo)回波信號(hào)功率之比。

壓制系數(shù)越小，實(shí)現(xiàn)干擾越容易；壓制系數(shù)越大，實(shí)現(xiàn)干擾就越困難。為了形成有效干擾，雷達(dá)接收機(jī)的干信比必須大于壓制系數(shù)。相對(duì)于雷達(dá)來(lái)說(shuō)，干信比能反映出干擾效果的好壞，相對(duì)于同類干擾來(lái)說(shuō)，干信比越大，干擾效果越好。對(duì)于同一種干擾機(jī)，在不同的干擾距離上會(huì)形成不同的干信比。

根據(jù)雷達(dá)干擾方程，可以計(jì)算出在同等干擾條件下，不同干擾距離與之所對(duì)應(yīng)形成的干信比之間對(duì)應(yīng)關(guān)系。

4 仿真驗(yàn)證和軟件實(shí)現(xiàn)

在機(jī)載電子進(jìn)攻模擬訓(xùn)練體系里，對(duì)偵察能力和干擾能力進(jìn)行等效設(shè)計(jì)、采用非對(duì)稱設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬對(duì)象的干擾效果等效，鑒于影響干擾效果的因素較多，本系統(tǒng)使用控制變量法進(jìn)行仿真驗(yàn)證和軟件襪。

4.1 仿真驗(yàn)證

設(shè)備都架設(shè)于空中平臺(tái)，模擬對(duì)象的前向RCS為3m2，干擾吊艙有效干擾功率為100kW；模擬訓(xùn)練裝備搭載在驗(yàn)證平臺(tái)上，驗(yàn)證平臺(tái)的前向RCS為20m2，干擾吊艙有效干擾功率為50kW。

假定被干擾雷達(dá)為艦載雷達(dá)，采用全相參、數(shù)字脈沖壓縮體制，發(fā)射機(jī)峰值功率為100kW，天線增益37dB，接收機(jī)信號(hào)帶寬40MHz，壓縮處理增益30dB，假設(shè)干擾信號(hào)全部進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)帶寬，干擾與雷達(dá)帶寬比取1，極化系數(shù)取3。

通過(guò)式（5）可得實(shí)現(xiàn)相同干信比結(jié)果時(shí)，模擬對(duì)象和驗(yàn)證平臺(tái)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

當(dāng)兩套不同的干擾設(shè)備對(duì)同型雷達(dá)形成干擾的干信比數(shù)值相同時(shí)，其形成的干擾效果等效。當(dāng)干擾設(shè)備的有效輻射功率和搭載平臺(tái)確定后，干擾設(shè)備的干擾距離的對(duì)應(yīng)關(guān)系也就確定了，據(jù)此可得模擬對(duì)象搭載的干擾設(shè)備和驗(yàn)證平臺(tái)搭載的模擬訓(xùn)練裝備對(duì)應(yīng)距離關(guān)系如圖2所示。

圖2 干擾距離映射

從圖2可以看出，驗(yàn)證平臺(tái)的映射距離偏遠(yuǎn)，其主要原因是模擬訓(xùn)練裝備有效干擾功率小和載機(jī)雷達(dá)散射截面積大，要想縮短距離就需要增大有效干擾功率，并選擇RCS較小的載機(jī)。

4.2 軟件實(shí)現(xiàn)

為了便于進(jìn)行驗(yàn)證平臺(tái)航路可靠性驗(yàn)證和航路規(guī)劃，設(shè)計(jì)了機(jī)載電子進(jìn)攻模擬軟件，該軟件在VC 6.0平臺(tái)上開(kāi)發(fā)，可根據(jù)需求設(shè)置不同的情景，并設(shè)置了不同的運(yùn)行模式，包括自由飛行、效果驗(yàn)證、航路規(guī)劃等模式，其中在航路規(guī)劃模式下將根據(jù)模擬對(duì)象在不同航路條件下的干信比，推算驗(yàn)證平臺(tái)實(shí)現(xiàn)相同干信比狀態(tài)下飛行航路，進(jìn)行驗(yàn)證平臺(tái)飛行航路規(guī)劃并顯示。

受訓(xùn)艦載雷達(dá)參數(shù)和干擾吊艙相關(guān)參數(shù)設(shè)置同仿真驗(yàn)證，建立訓(xùn)練情景，模擬對(duì)象搭載要模擬的干擾吊艙，驗(yàn)證平臺(tái)搭載模擬設(shè)備，設(shè)計(jì)模擬對(duì)象航路并以航路規(guī)劃模式打開(kāi)，可生成驗(yàn)證平臺(tái)實(shí)現(xiàn)干擾效果等效條件下的飛行航路，圖形化顯示結(jié)果如圖3所示，軟件會(huì)自動(dòng)生成驗(yàn)證平臺(tái)飛行航路的GPS坐標(biāo)文檔并自動(dòng)保存，可根據(jù)該文檔輔助設(shè)計(jì)飛行航路。

圖3 機(jī)載電子進(jìn)攻模擬軟件訓(xùn)練航路規(guī)劃結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

本文的推導(dǎo)過(guò)程采用了控制變量法，除有效干擾功率和載機(jī)RCS外其他參數(shù)設(shè)定相同，但在實(shí)際工程應(yīng)用中，由于許多外軍裝備參數(shù)無(wú)法準(zhǔn)確掌握，模擬訓(xùn)練裝備的等效結(jié)果只是近似相同，但細(xì)微差別不會(huì)影響最終結(jié)果，在映射推導(dǎo)時(shí)進(jìn)行修正即可。這種基于非對(duì)稱設(shè)計(jì)的模擬訓(xùn)練方法為電子對(duì)抗干擾訓(xùn)練方案提供了技術(shù)支撐，并開(kāi)發(fā)軟件開(kāi)展訓(xùn)練航路規(guī)劃等輔助功能，具備一定的實(shí)用價(jià)值。