電子戰(zhàn)飛機(jī)海上作戰(zhàn)航路計(jì)算方法研究?

顧小港 李仙茂 甘厚吉 高金龍

（1.海軍工程大學(xué)學(xué)員二大隊(duì)5隊(duì) 武漢 430033）（2.海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院 武漢 430033）

1 引言

未來戰(zhàn)爭是高度信息化的戰(zhàn)爭，“非對(duì)稱、非接觸、非線性”是未來戰(zhàn)爭的主要特點(diǎn)，空襲尤其是遠(yuǎn)距離奔襲已成為主要戰(zhàn)術(shù)手段，在海上作戰(zhàn)中更占據(jù)著不可替代的位置［1］。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，電子戰(zhàn)飛機(jī)正發(fā)揮著越來越重要的作用。電子戰(zhàn)飛機(jī)的干擾方式有伴隨干擾和遠(yuǎn)距離支援干擾兩種，但以伴隨干擾為主要作戰(zhàn)方式。伴隨干擾一般用于電子戰(zhàn)飛機(jī)在伴隨突擊兵力進(jìn)入對(duì)方火力打擊圈的情況下，對(duì)對(duì)方雷達(dá)實(shí)施有源壓制干擾，掩護(hù)已方作戰(zhàn)兵力實(shí)施武器打擊［2～3］。本文主要研究了隨隊(duì)干擾和遠(yuǎn)距離支援干擾配合運(yùn)用的方法，考慮到在對(duì)艦艇攻擊完畢后轉(zhuǎn)彎撤回時(shí)對(duì)方艦艇會(huì)處于己方干擾盲區(qū)內(nèi)導(dǎo)致己方有被對(duì)方攻擊的危險(xiǎn)，故分兩批次飛機(jī)相互配合來完成任務(wù)。第二批飛機(jī)次會(huì)在第一批次飛機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)對(duì)對(duì)方艦艇實(shí)施干擾以達(dá)到掩護(hù)第一批次飛機(jī)的目的，并通過仿真得出了第二批次飛機(jī)的最優(yōu)飛行路線。

2 電子戰(zhàn)飛機(jī)作戰(zhàn)過程和隊(duì)形

電子戰(zhàn)飛機(jī)的作戰(zhàn)過程分為抵近進(jìn)攻、機(jī)動(dòng)轉(zhuǎn)彎和迅速撤回三個(gè)階段。第一階段，第一批次飛機(jī)向?qū)Ψ脚炌У纸w行并發(fā)射導(dǎo)彈；第二階段，第一批次飛機(jī)發(fā)射導(dǎo)彈后立即在第二批次飛機(jī)電子干擾的掩護(hù)下進(jìn)行轉(zhuǎn)彎撤離；最后階段，第一批次飛機(jī)以最快的速度撤離。

電子戰(zhàn)飛機(jī)在遂行隨隊(duì)干擾時(shí)，通常采用一架電子戰(zhàn)飛機(jī)和兩架對(duì)海戰(zhàn)斗機(jī)相配合的組織形式，必要時(shí)還可加入一至兩架擔(dān)任空中掩護(hù)的戰(zhàn)斗機(jī)，以應(yīng)對(duì)對(duì)方可能派出的攔截機(jī)［5］。隊(duì)形一般可采用電子戰(zhàn)飛機(jī)在戰(zhàn)斗機(jī)前約兩公里的位置，兩架戰(zhàn)斗機(jī)分別在其兩側(cè)。這樣在一定程度上可避免對(duì)己方飛機(jī)的誤擾。

3 電子戰(zhàn)飛機(jī)路徑規(guī)劃

3.1 干擾和撤退的路徑規(guī)劃

電子戰(zhàn)飛機(jī)進(jìn)行伴隨干擾時(shí)應(yīng)注意將被掩護(hù)戰(zhàn)斗機(jī)時(shí)刻置于干擾扇面內(nèi)［6］，在以混合編隊(duì)進(jìn)行作戰(zhàn)時(shí)，可以兩批次為一行動(dòng)小組進(jìn)行對(duì)海攻擊。第一批次由電子戰(zhàn)飛機(jī)與戰(zhàn)斗機(jī)組成攻擊梯隊(duì)，第二批次可只配備一架電子戰(zhàn)飛機(jī)負(fù)責(zé)掩護(hù)撤退。兩批次飛機(jī)之間有一定間隔。第一批次的戰(zhàn)斗機(jī)在電子戰(zhàn)飛機(jī)的伴隨掩護(hù)下以近似半橢圓的軌跡對(duì)對(duì)方軍艦發(fā)起攻擊，具體如圖1所示。其中第一批次戰(zhàn)斗機(jī)在進(jìn)入導(dǎo)彈射程后對(duì)對(duì)方軍艦發(fā)起導(dǎo)彈攻擊，并立即以最小轉(zhuǎn)彎半徑進(jìn)行轉(zhuǎn)彎撤退［7～8］。并且第一批次飛機(jī)轉(zhuǎn)彎之前的軌跡方向需朝向?qū)Ψ脚炌?，目的是使電子?zhàn)飛機(jī)的干擾波束主瓣對(duì)準(zhǔn)對(duì)方艦艇進(jìn)行干擾。同樣的道理，轉(zhuǎn)彎后的直線飛行也應(yīng)盡量保持機(jī)尾對(duì)準(zhǔn)對(duì)方軍艦，以便其尾部干擾波束繼續(xù)對(duì)準(zhǔn)對(duì)方雷達(dá)干擾。

圖1 發(fā)射導(dǎo)彈前兩批次飛機(jī)示意圖

當(dāng)?shù)谝慌纬吠藭r(shí)，隨著飛機(jī)的機(jī)動(dòng)轉(zhuǎn)彎會(huì)使對(duì)方雷達(dá)位于飛機(jī)的干擾盲區(qū)內(nèi)，致使對(duì)方軍艦有了發(fā)現(xiàn)并攻擊已方第一批次飛機(jī)的可能，所謂干擾盲區(qū)是指電子戰(zhàn)飛機(jī)的干擾吊艙在首尾各存在大約60°的干擾角度范圍，而在其他方向則無法進(jìn)行干擾。為避免這種情況，第二批次電子戰(zhàn)飛機(jī)的機(jī)頭仍保持對(duì)準(zhǔn)對(duì)方軍艦進(jìn)行電子干擾來掩護(hù)第一批次飛機(jī)。兩批次之間的距離應(yīng)滿足在第一批次飛機(jī)轉(zhuǎn)彎全過程中第二批次飛機(jī)始終對(duì)著對(duì)方軍艦進(jìn)行干擾［9］。設(shè)開始時(shí)兩批次之間的距離最小為L1，轉(zhuǎn)彎半徑為R1，如圖1所示，假設(shè)轉(zhuǎn)彎時(shí)軌跡近似為θ0的圓弧，則有轉(zhuǎn)彎時(shí)間：

式中，v1是飛機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)的速度。

式中，v2是電子戰(zhàn)飛機(jī)直線飛行時(shí)的速度。

圖2 第二批次飛機(jī)飛行軌跡示意圖

圖3 轉(zhuǎn)彎時(shí)的雷達(dá)主瓣角度變化示意圖

從t0起，tn時(shí)刻的

由余弦定理可得第一批次飛機(jī)與雷達(dá)的距離：

由正弦定理得：

以上討論了在彎道的前半部分θ2隨時(shí)間的變化情況，后半部分以同樣的原理作對(duì)稱處理即可。因此，需使第二批次飛機(jī)對(duì)雷達(dá)的干擾扇面隨時(shí)間的變化滿足θ2隨時(shí)間的變化。本文的目的是得到第二批次飛機(jī)的飛行軌跡，因此，需通過仿真求出圖2所示以點(diǎn)畫線為基準(zhǔn)線與第二批次飛機(jī)軌跡夾角θ3的最優(yōu)值。

3.2 干擾時(shí)的注意事項(xiàng)

1）干擾波束指向范圍因素

在進(jìn)行干擾時(shí)還應(yīng)注意電子戰(zhàn)飛機(jī)存在干擾角度范圍，即約60°的波束指向范圍。要達(dá)到干擾效果則必須使對(duì)方雷達(dá)處于己方干擾波束指向范圍內(nèi)。如圖4所示雷達(dá)在干擾角度內(nèi)，雷達(dá)會(huì)受到有效干擾；如圖5所示雷達(dá)未在干擾角度內(nèi)，則無法對(duì)雷達(dá)形成有效干擾。在仿真過程中，考慮到存在60°干擾張角范圍，當(dāng)?shù)诙物w機(jī)的飛行軌跡與基準(zhǔn)線的夾角在0°～180°之間變化時(shí)會(huì)有對(duì)方雷達(dá)未能進(jìn)入第二批次飛機(jī)的干擾張角范圍的情況，因此仿真中得到了圖2中所示第二批次飛機(jī)軌跡和第二批次飛機(jī)與雷達(dá)連線夾角θ4隨第二批次飛機(jī)的飛行角度θ3變化。θ4應(yīng)滿足在 -30°～+30°的范圍內(nèi)。但是-30°～0°的部分不滿足作戰(zhàn)要求，因此仿真未考慮θ4在-30°～0°的情況。除此之外，還應(yīng)注意合理高效地分配雷達(dá)干擾資源以提升作戰(zhàn)效能［10］。

圖4 雷達(dá)主瓣在干擾角度內(nèi)

圖5 雷達(dá)主瓣未在干擾角度內(nèi)

2）干信比因素

在本文的仿真中，通過干信比來反映干擾效果。當(dāng)干信比大于Kj時(shí)干擾有效。

干信比為

其中Pj為干擾機(jī)發(fā)射功率，Gj為干擾發(fā)射天線增益，γ0.5為極化失配損失系數(shù)，Pt為雷達(dá)發(fā)射功率，天線增益為Gt，σ為目標(biāo)的雷達(dá)截面積，Rj（單位：m）為雷達(dá)與干擾機(jī)之間的距離，Rt（單位：m）為雷達(dá)與目標(biāo)之間的距離，為雷達(dá)天線在干擾方向的增益，其取值滿足如下關(guān)系：

其中θ0.5為雷達(dá)主辦寬度，θ為圖6所示干擾機(jī)偏離雷達(dá)波束主軸的偏角［11～12］。

圖6 干擾機(jī)偏離雷達(dá)波束主軸的偏角θ

4 仿真分析

4.1 參數(shù)設(shè)置

干擾機(jī)發(fā)射功率Pj=1kW，干擾發(fā)射天線增益Gj=20dB，極化失配損失系數(shù)γj=0.5，雷達(dá)發(fā)射功率Pt=250kW，天線增益Gt=40dB，采用式（9）的取值方法，其中θ0.5取2.5°，目標(biāo)的雷達(dá)截面積σ=5m2，第一批次飛機(jī)的轉(zhuǎn)彎半徑取1km，對(duì)方雷達(dá)距轉(zhuǎn)彎軌跡的圓心為50km。第一批次飛機(jī)飛行速度取1馬赫，第二批次飛機(jī)飛行速度取1.5馬赫。

在仿真中，將轉(zhuǎn)彎軌跡近似為圓形軌跡，以其圓心為坐標(biāo)原點(diǎn)建立模型，得到的仿真結(jié)果如下所示。

圖7是第二批次飛機(jī)軌跡和第二批次飛機(jī)與雷達(dá)連線夾角θ4隨飛行角度θ3變化的示意圖。

根據(jù)上圖仿真結(jié)果可得當(dāng)?shù)诙物w機(jī)的飛行角度取30°時(shí)，對(duì)方雷達(dá)剛好處于干擾范圍的邊界，因此，在對(duì)干信比和相對(duì)波束張角進(jìn)行仿真時(shí)要限制θ3的取值范圍。為嚴(yán)謹(jǐn)起見，將θ3的取值范圍作適當(dāng)擴(kuò)大。結(jié)果如圖8、圖9所示。

圖7 θ4隨飛行角度的變化關(guān)系

圖8 干信比隨時(shí)間和飛行角度的變化

圖9 θ隨時(shí)間和飛行角度的變化

4.2 結(jié)果分析

結(jié)合圖7～圖9所示仿真結(jié)果分析可知當(dāng)θ3在0°～25°時(shí)，可以看到圖8的干信比存在一個(gè)明顯的陡降情況，干信比較其他區(qū)域明顯變小，比較圖9后不難發(fā)現(xiàn)在圖8的干信比極小部分對(duì)應(yīng)的區(qū)域剛好在圖9中是角度差θ超過半波束寬度θ0.5的區(qū)域。表明當(dāng)θ小于25°時(shí)，第二批次飛機(jī)存在大約5s的時(shí)間無法干擾到對(duì)方雷達(dá)主瓣，而只能干擾到副瓣，導(dǎo)致干信比急劇下降，干擾效果無法滿足作戰(zhàn)需求［13］。又由于存在干擾張角范圍，根據(jù)圖7可以看出，飛行角度θ3不能超過30°，否則會(huì)出現(xiàn)對(duì)方雷達(dá)未在干擾張角內(nèi)的情況。所以最優(yōu)飛行角度應(yīng)在25°～30°之間取值。通過計(jì)算機(jī)分析圖8中干信比的變化趨勢(shì)并計(jì)算25°～30°范圍內(nèi)每個(gè)角度的干信比平均值可得出：在 25°～30°范圍內(nèi)，θ3越大，干擾效果越好。所以綜上所述可以總結(jié)成以下幾點(diǎn)：

1）干信比需不小于Kj。

3）夾角θ4不應(yīng)超過 30°。

可得最優(yōu)飛行角度應(yīng)取27°或者說盡量接近30°為好。

5 結(jié)語

通過對(duì)作戰(zhàn)過程的設(shè)計(jì)和仿真分析，可知分兩批次的電子戰(zhàn)飛機(jī)互相配合，可以很好地保證電子戰(zhàn)飛機(jī)撤退過程中的電子戰(zhàn)飛機(jī)和受掩護(hù)飛機(jī)編隊(duì)的安全，避免短時(shí)間出現(xiàn)安全盲區(qū)造成受對(duì)方導(dǎo)彈攻擊的危險(xiǎn)。實(shí)際運(yùn)用中要根據(jù)具體裝備和飛機(jī)特性，合理計(jì)算和設(shè)計(jì)兩批次飛機(jī)的飛行路徑。