機(jī)載雷達(dá)箔條彈投放及載機(jī)機(jī)動(dòng)策略研究

張鐵軍，范 彬，李 娟

(1.陸軍裝備部駐上海地區(qū)航空軍代室，上海 200230；2.南京科瑞達(dá)有限責(zé)任公司，南京 211106)

0 引 言

雷達(dá)通過(guò)對(duì)目標(biāo)回波的檢測(cè)和分析發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并確定其性質(zhì)[1-2]，但是在實(shí)際使用中，雷達(dá)會(huì)面臨多樣式的復(fù)雜干擾環(huán)境，需要提高針對(duì)性的抗干擾能力，以保障雷達(dá)的性能。雷達(dá)干擾主要包括有源干擾和無(wú)源干擾，其中無(wú)源干擾在某些方面較有源干擾有更明顯的優(yōu)勢(shì)，如能夠干擾各種體制的雷達(dá)，干擾空域大，頻帶寬，制造簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，干擾可靠，研制周期短等。箔條是雷達(dá)無(wú)源干擾技術(shù)中應(yīng)用最早且效果最好的干擾器材。

本文給出了多種體制雷達(dá)的檢測(cè)過(guò)程，給出了不同體制雷達(dá)不同的箔條投放及機(jī)動(dòng)策略，最后分析特定場(chǎng)景下的箔條投放解算過(guò)程，驗(yàn)證了箔條投放及機(jī)動(dòng)策略的有效性。

1 機(jī)載箔條干擾原理

1.1 雷達(dá)檢測(cè)原理

近程防空系統(tǒng)的制導(dǎo)雷達(dá)常用的信號(hào)處理體制為脈沖多普勒體制雷達(dá)或動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)體制雷達(dá)[3]，并伴隨目標(biāo)丟失后一定時(shí)間的外推功能。脈沖多普勒雷達(dá)的信號(hào)處理及檢測(cè)原理如圖1、圖2所示，動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)雷達(dá)的信號(hào)處理及檢測(cè)原理如圖3、圖4所示。

圖1 脈沖多普勒信號(hào)處理

圖2 二維CFAR檢測(cè)

圖3 動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)

圖4 一維CFAR檢測(cè)

1.2 箔條干擾原理

箔條用于飛機(jī)自衛(wèi)是利用箔條對(duì)雷達(dá)信號(hào)的強(qiáng)反射，將雷達(dá)對(duì)飛機(jī)的跟蹤吸引到對(duì)箔條的跟蹤上。由圖1～4可知，雷達(dá)檢測(cè)為質(zhì)心檢測(cè)，為了達(dá)到電子干擾目的，箔條必須在寬頻帶上具有比被保護(hù)飛機(jī)大的有效反射面積，必須保證雷達(dá)的每個(gè)分辨單元至少有一組箔條，其箔條干擾過(guò)程如圖5所示。

圖5 箔條干擾過(guò)程

在徑向方向，箔條的投放時(shí)間間隔ti應(yīng)小于飛機(jī)飛過(guò)距離分辨單元的時(shí)間τ，即

(1)

其中，α為飛機(jī)飛行方向與徑向方向的夾角。

在切向方向，箔條的投放時(shí)間間隔應(yīng)小于飛機(jī)飛過(guò)雷達(dá)角度分辨單元的時(shí)間，即

(2)

飛機(jī)在箔條投放中應(yīng)保證箔條快速散開，并且在方向上作適當(dāng)?shù)臋C(jī)動(dòng)，可以躲避雷達(dá)的跟蹤。這種箔條對(duì)飛機(jī)身后的雷達(dá)干擾更為有利，這時(shí)雷達(dá)的距離波門首先鎖定在距離雷達(dá)較近的箔條上。

2 箔條投放及機(jī)動(dòng)策略

2.1 箔條投放參數(shù)概述

箔條投放參數(shù)[4-5]主要包括點(diǎn)射數(shù)、彈間隔、彈組數(shù)、彈組間隔4個(gè)參數(shù)，其參數(shù)含義如圖6所示。

圖6 箔條投放參數(shù)示意

箔條彈點(diǎn)射數(shù)是指在一組投放過(guò)程中所需要的箔條彈數(shù)量，主要由載機(jī)的有效反射面積、箔條彈的有效面積、雷達(dá)的檢測(cè)體制、風(fēng)速等環(huán)境因素決定。

彈間隔是指在一組箔條彈的投放過(guò)程中箔條彈與箔條彈之間的投放時(shí)間間隔，主要由載機(jī)的運(yùn)行速度、載機(jī)與雷達(dá)姿態(tài)、雷達(dá)的角度分辨率及距離分辨率等因素決定。

組間隔是指每組箔條彈之間的時(shí)間間隔，主要由雷達(dá)的搜索、截獲、跟蹤的轉(zhuǎn)換時(shí)間決定。

彈組數(shù)是指載機(jī)為了擺脫雷達(dá)跟蹤，箔條彈所需投放的組數(shù)。投放多組箔條彈是為了提供連續(xù)干擾，提高載機(jī)擺脫雷達(dá)跟蹤的概率，與雷達(dá)與載機(jī)的相對(duì)姿態(tài)、速度、雷達(dá)的工作時(shí)序相關(guān)。

2.2 箔條投放參數(shù)解算

(1)點(diǎn)射數(shù)

載機(jī)單組投放箔條彈[6-8]的點(diǎn)射數(shù)N由本機(jī)RCS(σS)、單發(fā)箔條彈RCS(σC)、想要達(dá)到的掩護(hù)概率P1(或單組箔條彈的壓制比γ)、雷達(dá)信號(hào)的處理體制以及雷達(dá)對(duì)箔條信號(hào)的抑制能力η等多個(gè)因素共同決定。

雷達(dá)對(duì)箔條的處理衰減系數(shù)η與箔條多普勒頻率的頻率寬度Δf和雷達(dá)的脈沖重復(fù)頻率fPRF有關(guān)。對(duì)于直升機(jī)來(lái)說(shuō)，箔條多普勒頻率的頻率寬度Δf為

(3)

其中，λ為雷達(dá)波的波長(zhǎng)；vac為直升機(jī)旋翼引起的箔條速度偏差，一般取8 m/s；vw為直升機(jī)所處高度的平均風(fēng)速。

脈沖重復(fù)頻率為fPRF的雷達(dá)對(duì)多普勒頻率寬度為Δf箔條的處理衰減系數(shù)為

(4)

(2)彈間隔

箔條的彈間隔主要是由雷達(dá)和載機(jī)的相對(duì)姿態(tài)、載機(jī)相對(duì)于雷達(dá)徑向速度、載機(jī)速度、箔條散開大小及散開速度、雷達(dá)的距離分辨率、點(diǎn)射數(shù)、雷達(dá)的方位及俯仰波束寬度等量值決定。因?yàn)槔走_(dá)的檢測(cè)機(jī)制為質(zhì)心檢測(cè)，為了減少能量分散，箔條的打彈效果不應(yīng)該跨雷達(dá)角度及距離分辨率。

由箔條干擾原理可知，在徑向方向，每組箔條的投放時(shí)間間隔tdis應(yīng)小于飛機(jī)飛過(guò)距離分辨單元的時(shí)間τ，即

(5)

其中，α為飛機(jī)飛行方向與徑向方向的夾角。

在切向方向，箔條的投放時(shí)間間隔tangle應(yīng)小于飛機(jī)飛過(guò)雷達(dá)角度分辨單元的時(shí)間，即

(6)

每組箔條彈的持續(xù)時(shí)間為

tgroup=min(tdis,tangle)

(7)

設(shè)每組箔條彈的點(diǎn)射數(shù)為N，則箔條弾間隔為

tcp=tgroup/N

(8)

(3)組間隔

箔條彈組間隔主要是由雷達(dá)從跟蹤轉(zhuǎn)為搜索狀態(tài)再次捕獲并跟蹤目標(biāo)的時(shí)間，即雷達(dá)搜索轉(zhuǎn)為跟蹤的時(shí)間。箔條組間隔的計(jì)算公式如下：

Tcg=T1+T2+T3

(9)

式中，T1為箔條彈打出后雷達(dá)由跟蹤轉(zhuǎn)為搜索的時(shí)間；T2為雷達(dá)在搜索狀態(tài)截獲到目標(biāo)的時(shí)間；T3為截獲到目標(biāo)并確認(rèn)目標(biāo)的時(shí)間。

(4)彈組數(shù)

箔條彈投放組數(shù)由載機(jī)與威脅源干擾一次的時(shí)間和需要達(dá)到的掩護(hù)概率決定。以單組掩護(hù)概率為P1的箔條彈為例，M組箔條彈的掩護(hù)概率為

PM=1-(1-P1)M

(10)

2.3 機(jī)動(dòng)策略

為了考慮地形的優(yōu)勢(shì)，機(jī)動(dòng)策略利用地雜波或海雜波來(lái)增加雷達(dá)檢測(cè)的難度，一般在逃逸時(shí)利用向下俯沖的動(dòng)作；雷達(dá)一般擁有航跡外推的功能，為了破解雷達(dá)外推功能，目標(biāo)機(jī)動(dòng)策略采用大機(jī)動(dòng)逃逸。

3 實(shí)例分析

設(shè)某制導(dǎo)雷達(dá)的工作頻率為fa=10 GHz、重復(fù)頻率為fPRF=5 kHz，風(fēng)速vw=10 m/s，雷達(dá)與載機(jī)的距離為R=15 km，雷達(dá)等效脈寬為τ=0.3 μs，波束寬度為θ=1.5°，載機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度為v=50 m/s，與徑向夾角為α=60°，載機(jī)的有效反射面積為σS=10 m2，箔條散開后的有效反射面積為σC=10 m2，若單組掩護(hù)概率達(dá)到P1=75%以上，則箔條彈投放參數(shù)計(jì)算過(guò)程如下。

箔條的多普勒頻率寬度為

(11)

由于多普勒頻率造成的處理衰減為

(12)

要達(dá)到75%以上的掩護(hù)概率所需的點(diǎn)射數(shù)為

(13)

徑向飛過(guò)距離分辨率的時(shí)間為

(14)

切向方飛機(jī)飛過(guò)雷達(dá)角度分辨單元的時(shí)間為

(15)

因此弾間隔為

(16)

以一組掩護(hù)概率P1=75%計(jì)算，2組箔條彈的掩護(hù)概率為93.75%，3組箔條彈的掩護(hù)概率達(dá)到98.5%?？紤]到平臺(tái)載彈量有限，2～3組已經(jīng)有足夠大的干擾成功概率，因此可以將投放組數(shù)設(shè)定為2～3組。

組間隔的計(jì)算方式比較復(fù)雜，和雷達(dá)資源調(diào)度密切相關(guān)，由文獻(xiàn)[8]可知組間隔為3 s。

4 結(jié)束語(yǔ)

箔條質(zhì)心干擾是干擾跟蹤制導(dǎo)雷達(dá)一種有效的無(wú)源干擾方式[9]，配合載機(jī)機(jī)動(dòng)，可以對(duì)大部分的制導(dǎo)跟蹤雷達(dá)和導(dǎo)彈起到有效的干擾效果。本文通過(guò)分析雷達(dá)的檢測(cè)原理和箔條干擾原理，給出箔條投放的參數(shù)計(jì)算公式及載機(jī)機(jī)動(dòng)策略，通過(guò)具體的實(shí)例給出了在雷達(dá)參數(shù)已知條件下箔條投放的計(jì)算過(guò)程，是一種可實(shí)現(xiàn)的無(wú)源干擾策略。箔條干擾彈投放策略研究不僅可為雷達(dá)針對(duì)性的抗干擾能力提升提供參考，并對(duì)提高載機(jī)的作戰(zhàn)使用效能具有重要意義。