偵察雷達(dá)干擾壓制區(qū)與暴露區(qū)的仿真*

李 楠

(西京學(xué)院信息工程學(xué)院， 西安 710123)

0 引言

近些年，美軍偵察飛機(jī)在我東海及南海實(shí)現(xiàn)了常態(tài)化偵察行動，密切監(jiān)視我重點(diǎn)戰(zhàn)略目標(biāo)，由于美軍機(jī)續(xù)航時間長，而我戰(zhàn)機(jī)留空時間短，難以對其驅(qū)趕，如何有效地降低敵軍機(jī)偵察能力成為亟待解決的問題。電子偵察首推的是雷達(dá)探測目標(biāo)的能力，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，美軍偵察機(jī)裝備了先進(jìn)的雷達(dá)設(shè)備，如何有效地破壞敵雷達(dá)探測范圍是降低敵偵察能力的有力手段，而雷達(dá)干擾技術(shù)歷來是對付雷達(dá)的主要方法。因此研究電子干擾中雷達(dá)干擾壓制區(qū)和暴露區(qū)的范圍，能為深刻理解雷達(dá)干擾的方法提供理論指導(dǎo)，對研制電子干擾設(shè)備和如何布放有較強(qiáng)的軍事意義。

針對雷達(dá)干擾壓制區(qū)計(jì)算問題，文獻(xiàn)[1]給出單機(jī)和多機(jī)干擾條件下地空導(dǎo)彈雷達(dá)干擾壓制區(qū)的計(jì)算方法，并進(jìn)行仿真分析。文獻(xiàn)[2]利用方向圖傳播因子計(jì)算遠(yuǎn)距離支援干擾壓制區(qū)，仿真得到多路徑效應(yīng)使得干擾壓制區(qū)范圍擴(kuò)大，區(qū)域出現(xiàn)分裂現(xiàn)象；反射系數(shù)減小，暴露區(qū)相應(yīng)縮減；雷達(dá)載頻越高，方向圖因子起伏越大的結(jié)論。文獻(xiàn)[3-4]對有源雷達(dá)干擾彈干擾炮位偵察校射雷達(dá)時的壓制區(qū)和暴露區(qū)進(jìn)行計(jì)算和仿真，并分析其特點(diǎn)和規(guī)律。文獻(xiàn)[5-6]分別研究雷達(dá)干擾對防空導(dǎo)彈射擊的影響和機(jī)載遠(yuǎn)距離支援干擾對警戒雷達(dá)的動態(tài)壓制區(qū)計(jì)算。文獻(xiàn)[7-11]對雷達(dá)干擾的有關(guān)問題也進(jìn)行了一定的研究。文中針對電子戰(zhàn)中敵方偵察飛機(jī)活動能力強(qiáng)的特點(diǎn)，立足于電子干擾機(jī)的掩護(hù)，利用戰(zhàn)斗機(jī)突擊敵偵察飛機(jī)，從而一舉殲滅敵偵察飛機(jī)，切斷敵信息獲取源頭，從而奪取電子戰(zhàn)中的制信息權(quán)。首先建立電子干擾模型，然后分析雷達(dá)干擾的壓制區(qū)，推導(dǎo)出電子干擾下的雷達(dá)探測距離公式，最后通過仿真得出雷達(dá)干擾的有關(guān)結(jié)論。

1 干擾模型

信息戰(zhàn)中最主要的信息獲取方法是利用偵察飛機(jī)獲取戰(zhàn)場目標(biāo)信息，從而全面掌握戰(zhàn)場態(tài)勢。如果能對偵察機(jī)實(shí)施雷達(dá)干擾，就能降低其偵察能力，再利用戰(zhàn)斗機(jī)實(shí)施摧毀，必然能切斷其獲取信息的途徑，從而獲取信息戰(zhàn)中的信息優(yōu)勢。為分析這一過程，建立雷達(dá)干擾模型如圖1所示。圖中，φ為干擾機(jī)主瓣方向與該干擾機(jī)到敵偵察機(jī)雷達(dá)天線連線方向所形成的夾角，θ為偵察機(jī)雷達(dá)主瓣方向與偵察機(jī)雷達(dá)到干擾機(jī)連線方向所形成的夾角。隨著戰(zhàn)機(jī)在空中的位置不斷發(fā)生變化，上述兩個夾角也不斷的發(fā)生變化。干擾機(jī)天線力求對準(zhǔn)敵雷達(dá)天線，實(shí)現(xiàn)最大程度的干擾壓制。

圖1 電子干擾模型

2 受干擾后雷達(dá)探測距離

設(shè)雷達(dá)接收機(jī)接收回波功率為Pr，其表達(dá)式為：

(1)

式中:Pt為雷達(dá)發(fā)射機(jī)功率;Gt為發(fā)射天線增益;Gr為接收天線增益;At為雷達(dá)發(fā)射天線有效面積;Ar為雷達(dá)接收天線有效面積;σ為目標(biāo)雷達(dá)散射截面積;R為目標(biāo)與雷達(dá)間距離;λ為雷達(dá)波長。

雷達(dá)最大作用距離Rmax可表示為：

(2)

式中:Simin表示雷達(dá)最小可檢測信號功率。雷達(dá)最大作用距離是最小可檢測信號功率的函數(shù)。雷達(dá)檢測能力取決于信噪比。理想化接收機(jī)輸入噪聲功率為：

Nt=kT0Bn

(3)

(4)

式中：(S/N)o是匹配接收機(jī)輸出端信號功率S和噪聲功率N的比值。最小可檢測信號為：

(5)

式中：(S/N)omin為最小輸出信噪比。將式(5)代入雷達(dá)最大作用距離公式中得到用最小輸出信噪比表示的距離方程為：

(6)

考慮到雷達(dá)電波損耗，雷達(dá)回波功率為：

(7)

式中L表示雷達(dá)電波損耗因子。

假設(shè)有n架干擾機(jī)干擾主瓣同時對準(zhǔn)偵察機(jī)雷達(dá)實(shí)施干擾，第i(i=1,2,…,n)架干擾機(jī)干擾信號進(jìn)入雷達(dá)的功率為：

(8)

式中:Pji為第i架干擾機(jī)發(fā)射功率;φi為第i架干擾機(jī)主瓣方向與該干擾機(jī)到偵察機(jī)雷達(dá)連線方向所形成的夾角;Gj(φi)為第i架干擾機(jī)天線在偵察機(jī)雷達(dá)方向上的增益;θi為偵察機(jī)雷達(dá)主瓣方向與雷達(dá)到第i架干擾機(jī)連線方向所形成的夾角;Gr(θi)為雷達(dá)天線在第i架干擾機(jī)方向上的接收增益;γj為干擾信號對雷達(dá)天線的極化損失(當(dāng)采用圓極化時取γj=0.5);Rji為第i架干擾機(jī)到雷達(dá)的距離;Li為第i架干擾機(jī)損耗因子;Δfr為雷達(dá)接收機(jī)帶寬;Δfji為第i架干擾機(jī)干擾信號帶寬。

n架干擾機(jī)發(fā)射的干擾信號進(jìn)入偵察機(jī)雷達(dá)接收機(jī)總的干擾功率為：

(9)

多架干擾機(jī)干擾單架偵察機(jī)雷達(dá)輸入端的信噪比為：

(10)

(11)

(12)

3 仿真分析

為驗(yàn)證干擾壓制區(qū)和暴露區(qū)的計(jì)算合理性，計(jì)算干擾機(jī)不同干擾距離對雷達(dá)壓制范圍和暴露范圍的影響，能夠?yàn)楦蓴_機(jī)的布放提供理論指導(dǎo)。同時也能為雷達(dá)對抗干擾機(jī)提供合理的布置指導(dǎo)，有利于對抗雙方采取最優(yōu)的武器布陣。

利用干擾機(jī)干擾敵偵察機(jī)雷達(dá)時，干擾機(jī)同偵察機(jī)距離Rj變化，則干擾壓制區(qū)及暴露區(qū)也隨之變化。圖2給出干擾機(jī)對準(zhǔn)偵察機(jī)雷達(dá)主瓣方向的雷達(dá)偵察距離，將干擾條件下的雷達(dá)偵察距離利用公式計(jì)算出來，把不同方向上的探測距離連接起來，形成雷達(dá)暴露區(qū)，連線之外則是干擾壓制區(qū)。干擾機(jī)距離偵察機(jī)雷達(dá)200 km時，將雷達(dá)及干擾機(jī)各參數(shù)代入式(6)中，計(jì)算得干擾條件下的探測距離繪制在圖2上。從圖2可見雷達(dá)暴露區(qū)是探測距離連線的內(nèi)部，形似尖部在后的桃形。雷達(dá)探測的最小距離是63.8 km，最大距離是468.3 km。

圖3是干擾機(jī)距離偵察機(jī)雷達(dá)180 km時受干擾后的雷達(dá)探測范圍。此時雷達(dá)探測的最小距離是45.6 km，最大距離是308.5 km。

圖4是干擾機(jī)距離偵察機(jī)雷達(dá)130 km時受干擾后的雷達(dá)探測范圍。此時雷達(dá)探測的最小距離是41.6 km，最大距離是302.3 km。

圖5是干擾機(jī)距離偵察機(jī)雷達(dá)100 km時受干擾后的雷達(dá)探測范圍。此時雷達(dá)探測的最小距離是32.3 km，最大距離是233.4 km。

圖6是干擾機(jī)距離偵察機(jī)雷達(dá)80 km時受干擾后的雷達(dá)探測范圍。此時雷達(dá)探測的最小距離是21.5 km，最大距離是185.6 km。

圖2 距離200 km時暴露區(qū)

圖3 距離180 km時暴露區(qū)

圖4 距離130 km時暴露區(qū)

圖5 距離100 km時暴露區(qū)

圖6 距離80 km時暴露區(qū)

從圖2～圖6可得以下結(jié)論：1)雷達(dá)受干擾機(jī)干擾后，探測距離迅速縮短，在干擾方向上尤為嚴(yán)重；2)雷達(dá)暴露區(qū)的形狀形似尖部在后的桃形；3)為增強(qiáng)干擾效果，干擾機(jī)需要對準(zhǔn)雷達(dá)主瓣方向；4)在雷達(dá)不同方向上的損耗不同導(dǎo)致干擾形狀并不規(guī)則；5)隨著干擾機(jī)與雷達(dá)距離的減小，暴露區(qū)進(jìn)一步減小，壓制區(qū)進(jìn)一步增大。

單部干擾機(jī)的干擾效果有限，為實(shí)現(xiàn)更好的干擾效能，可采用多部干擾機(jī)同時對雷達(dá)進(jìn)行干擾，會取得更好的壓制效果。進(jìn)一步增大壓制區(qū)，減小暴露區(qū)，可選擇不同的干擾機(jī)布陣方式，取得不同的干擾范圍造型，利于戰(zhàn)機(jī)突防。

4 結(jié)語

文中深入研究偵察機(jī)雷達(dá)干擾壓制區(qū)和暴露區(qū)的計(jì)算問題，建立干擾模型，詳細(xì)分析電子干擾下的雷達(dá)作用距離，仿真分析干擾機(jī)干擾偵察機(jī)雷達(dá)的壓制區(qū)和暴露區(qū)，得到干擾機(jī)有效發(fā)射功率越大，干擾方向越對準(zhǔn)雷達(dá)主瓣，干擾機(jī)離雷達(dá)越近，干擾效果越好的結(jié)論。下一步應(yīng)對裝備中的干擾壓制區(qū)和暴露區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)研究，為實(shí)戰(zhàn)提供指導(dǎo)。