對抗新型反艦導(dǎo)彈箔條質(zhì)心干擾策略研究?

張凱娜 吳 上 張軍周

（中國船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院 北京 100094）

1 引言

箔條質(zhì)心干擾是艦艇防御反艦導(dǎo)彈的重要手段。箔條質(zhì)心干擾效果與箔條發(fā)射方向、艦船規(guī)避策略以及風(fēng)速風(fēng)向密切相關(guān)?，F(xiàn)代新型反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)大部分采用相參工作體制，具有高距離分辨率和低截獲概率的特點(diǎn)。本文針對箔條質(zhì)心干擾對抗新型反艦導(dǎo)彈進(jìn)行了干擾對抗全過程的箔條質(zhì)心干擾策略研究，建立了高分辨率相參雷達(dá)的艦船模型和箔條干擾模型，給出了最佳箔條發(fā)射策略和艦船機(jī)動(dòng)策略，并進(jìn)行了干擾效能評估，通過仿真驗(yàn)證了箔條質(zhì)心干擾策略的有效性。

2 箔條質(zhì)心干擾原理

箔條質(zhì)心干擾是作戰(zhàn)艦艇被敵方反艦導(dǎo)彈主動(dòng)末制導(dǎo)雷達(dá)鎖定后實(shí)施干擾對抗的一種的重要作戰(zhàn)手段。箔條質(zhì)心干擾原理是在導(dǎo)彈跟蹤階段打出箔條干擾彈，在末制導(dǎo)雷達(dá)波束范圍內(nèi)形成箔條干擾目標(biāo)，使導(dǎo)彈跟蹤艦船目標(biāo)與箔條干擾目標(biāo)的能量中心（質(zhì)心），在一定條件下，使末制導(dǎo)雷達(dá)逐漸偏離艦船目標(biāo)，轉(zhuǎn)向跟蹤箔條干擾目標(biāo)［1～3］。箔條質(zhì)心干擾示意圖如圖1所示。

圖1 箔條質(zhì)心干擾示意圖

圖1中，A點(diǎn)是艦船能量中心，B點(diǎn)是箔條干擾能量中心，C點(diǎn)是艦船和箔條干擾的能量中心，D點(diǎn)是導(dǎo)彈位置。由于進(jìn)行箔條質(zhì)心干擾時(shí)，雷達(dá)的跟蹤點(diǎn)位于其分辨單元的能量中心上，因此為了形成質(zhì)心干擾，箔條干擾目標(biāo)需在導(dǎo)彈和艦船能量中心連線的同距離弧上且在圖中FEGH扇形區(qū)域內(nèi)［4］。

箔條質(zhì)心干擾包括“質(zhì)心干擾形成”和“干擾轉(zhuǎn)移”兩個(gè)階段。“質(zhì)心干擾形成”可使反艦導(dǎo)彈由跟蹤艦船目標(biāo)，轉(zhuǎn)為跟蹤艦船目標(biāo)和箔條干擾目標(biāo)的能量中心，即圖1中的質(zhì)心?！案蓴_轉(zhuǎn)移”通過箔條運(yùn)動(dòng)、艦船運(yùn)動(dòng)，以及導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)的視線變化等，使導(dǎo)彈跟蹤點(diǎn)逐漸遠(yuǎn)離艦船目標(biāo)，直至艦船目標(biāo)處于導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)波束外，導(dǎo)彈完全跟蹤箔條干擾目標(biāo)［5］。

3 仿真模型

由于現(xiàn)代新型反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)大部分采用基于脈沖壓縮的相參工作體制。當(dāng)前主動(dòng)相參雷達(dá)的距離分辨率已經(jīng)達(dá)到2m～5m的量級，所以艦船目標(biāo)回波和箔條干擾目標(biāo)回波已經(jīng)呈現(xiàn)出明顯的面目標(biāo)特征，即由一組強(qiáng)散射點(diǎn)組成，在時(shí)域上存在多個(gè)強(qiáng)散射點(diǎn)，在頻域上每個(gè)強(qiáng)散射點(diǎn)之間的速度也存在一定的差異，因此需要進(jìn)行精細(xì)化目標(biāo)建模，將艦船目標(biāo)和箔條干擾目標(biāo)建模為多個(gè)強(qiáng)散射點(diǎn)，使雷達(dá)回波具有更多目標(biāo)特征信息。箔條質(zhì)心干擾策略包含箔條發(fā)射策略和艦船規(guī)避策略，建立干擾決策模型尋優(yōu)得到最佳箔條質(zhì)心干擾策略。

3.1 艦船模型

艦船目標(biāo)建模［6］主要和雷達(dá)距離分辨率，艦船強(qiáng)散射點(diǎn)個(gè)數(shù)，強(qiáng)散射點(diǎn)RCS幅度大?。ú煌丈浣嵌认拢?，強(qiáng)散射點(diǎn)分布特征以及起伏特征等多種因素關(guān)聯(lián)。由于新型反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)的距離分辨率高，艦船目標(biāo)目標(biāo)已經(jīng)不再是點(diǎn)目標(biāo)，而是由一組強(qiáng)散射點(diǎn)組成。高分辨率相參雷達(dá)的艦船回波分布在多個(gè)距離單元和多普勒頻率單元。

建立艦船面目標(biāo)模型時(shí)，根據(jù)艦船的長寬和反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)距離分辨率計(jì)算艦船散射點(diǎn)。設(shè)艦船的長為L，寬為W，導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)的距離分辨率為?r，則艦船散射點(diǎn)的個(gè)數(shù)為K=round表示四舍五入取整運(yùn)算。

建立坐標(biāo)系，設(shè)第k個(gè)艦船散射點(diǎn)的坐標(biāo)為（xsk，ysk），k是艦船散射點(diǎn)的序號，k=1，2，…，K。設(shè)反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)的坐標(biāo)為（xm，ym），第k個(gè)艦船散射點(diǎn)與末制導(dǎo)雷達(dá)的初始徑向距離為

第k個(gè)艦船散射點(diǎn)與末制導(dǎo)雷達(dá)視線的夾角為

設(shè)艦船直線運(yùn)動(dòng)速度為vs，艦船運(yùn)動(dòng)方向?yàn)棣?，?dāng)艦船沿x軸正方向直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，α=0°，α沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，0°≤α<360°，第k個(gè)艦船散射點(diǎn)相對于末制導(dǎo)雷達(dá)的徑向速度為

以上是艦船面目標(biāo)建模過程，對每個(gè)艦船散射點(diǎn)根據(jù)上述速度和位置分別進(jìn)行點(diǎn)目標(biāo)回波建模。

3.2 箔條干擾模型

箔條目標(biāo)由大量的強(qiáng)散射點(diǎn)組成，在時(shí)域上和頻域均占有很大的帶寬。相對于艦船目標(biāo)來說，箔條目標(biāo)距離像更寬，多普勒向包含的速度散布范圍也更大。箔條干擾目標(biāo)建模是必須考慮海況的影響，即風(fēng)速、風(fēng)向的影響。箔條面目標(biāo)示意圖如圖2所示。

圖2 箔條面目標(biāo)示意圖

建立箔條面目標(biāo)模型時(shí)，根據(jù)箔條炸點(diǎn)個(gè)數(shù)、箔條擴(kuò)散半徑、箔條炸點(diǎn)間距和反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)距離分辨率等綜合計(jì)算箔條散射點(diǎn)。

建立坐標(biāo)系，設(shè)一發(fā)箔條干擾彈的炸點(diǎn)個(gè)數(shù)為N，第n個(gè)箔條炸點(diǎn)中心的坐標(biāo)為（xcn，ycn），其中1≤n≤N。設(shè)反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)的坐標(biāo)為（xm，ym），第n個(gè)箔條炸點(diǎn)中心和末制導(dǎo)雷達(dá)的初始徑向距離為

第n個(gè)箔條炸點(diǎn)中心和末制導(dǎo)雷達(dá)視線的夾角為

設(shè)風(fēng)速為vw，風(fēng)向?yàn)棣拢?dāng)風(fēng)向?yàn)閤軸正方向時(shí)，β=0°，β沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，0°≤β<360°，第n個(gè)箔條炸點(diǎn)中心相對于末制導(dǎo)雷達(dá)的徑向速度為

其中，i是脈沖序號，i=0，1，…M-1，M是末制導(dǎo)雷達(dá)相參積累的脈沖數(shù)。

以上是箔條面目標(biāo)建模過程，對每個(gè)箔條散射點(diǎn)根據(jù)上述速度和位置分別進(jìn)行點(diǎn)目標(biāo)回波建模。

3.3 干擾決策模型

箔條質(zhì)心干擾戰(zhàn)術(shù)決策需綜合考慮來襲導(dǎo)彈方向、作戰(zhàn)海區(qū)的風(fēng)速風(fēng)向、艦船的目標(biāo)特性以及艦船機(jī)動(dòng)特性等因素。當(dāng)艦船判明導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)信號后，根據(jù)導(dǎo)彈來襲方向、風(fēng)速風(fēng)向和艦船當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，確定箔條干擾彈的發(fā)射舷角、彈種和數(shù)量，實(shí)施干擾。同時(shí)應(yīng)根據(jù)戰(zhàn)場態(tài)勢，實(shí)施艦船機(jī)動(dòng)規(guī)避，實(shí)現(xiàn)有效的箔條質(zhì)心干擾。

1）箔條發(fā)射戰(zhàn)術(shù)決策策略

以艦船運(yùn)動(dòng)方向?yàn)榕灤胺?，?dāng)導(dǎo)彈來襲方向?yàn)榕灤笄胺綍r(shí)，箔條左舷發(fā)射，艦船向右機(jī)動(dòng)；當(dāng)導(dǎo)彈來襲方向?yàn)榕灤仪胺綍r(shí)，箔條右舷發(fā)射，艦船向左機(jī)動(dòng)；當(dāng)導(dǎo)彈來襲方向?yàn)榕灤蠛蠓綍r(shí)，箔條右舷發(fā)射，艦船向左機(jī)動(dòng)；當(dāng)導(dǎo)彈來襲方向?yàn)榕灤液蠓綍r(shí)，箔條左舷發(fā)射，艦船向右機(jī)動(dòng)［7］。

2）艦船機(jī)動(dòng)規(guī)避策略

艦船根據(jù)導(dǎo)彈來襲方向和箔條干擾發(fā)射方向確定機(jī)動(dòng)規(guī)避策略。新型反艦導(dǎo)彈大部分采用相參雷達(dá)，相參雷達(dá)具有距離維和多普勒兩維信息，因此需要在距離維和多普勒維均形成質(zhì)心干擾。箔條的運(yùn)動(dòng)速度大小和方向與風(fēng)速風(fēng)向密切相關(guān)，箔條的多普勒帶寬較寬，而艦船的多普勒帶寬較窄，因此除了在距離維形成質(zhì)心干擾外，艦船機(jī)動(dòng)規(guī)避時(shí)使其速度范圍與箔條的速度范圍接近［8～9］。

3）箔條質(zhì)心干擾策略

目標(biāo)識別和對抗貫穿在末制導(dǎo)雷達(dá)工作的始終，艦船的運(yùn)動(dòng)、箔條的運(yùn)動(dòng)、導(dǎo)彈的運(yùn)動(dòng)都是動(dòng)態(tài)、快速變化的過程。在導(dǎo)彈逼近艦船的過程中，需要實(shí)時(shí)判斷當(dāng)前干擾效果以及整個(gè)干擾對抗過程中干擾的有效性。箔條質(zhì)心干擾策略需結(jié)合箔條發(fā)射戰(zhàn)術(shù)決策策略和艦船機(jī)動(dòng)規(guī)避策略，在箔條發(fā)射后一定時(shí)間內(nèi)艦船開始機(jī)動(dòng)規(guī)避，直至干擾對抗過程結(jié)束。

最佳箔條質(zhì)心干擾策略通過大量實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)不同海況級別，風(fēng)向、艦船航行狀態(tài)和導(dǎo)彈來襲方向時(shí)的最佳箔條發(fā)射策略和艦船機(jī)動(dòng)策略，得到不同環(huán)境條件、不同艦船運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和不同導(dǎo)彈參數(shù)下的最佳箔條質(zhì)心干擾策略，并定量地給出箔條質(zhì)心干擾的干擾效果、有效干擾時(shí)長以及在整個(gè)干擾過程中有效干擾的時(shí)間占比。

由于箔條質(zhì)心干擾是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，艦船的徑向速度，箔條的徑向速度都會(huì)隨雷達(dá)視角的變化而變化，若簡單考慮當(dāng)前時(shí)刻形成質(zhì)心干擾，在動(dòng)態(tài)變化過程中艦船和箔條會(huì)分離最終導(dǎo)致干擾失敗，因此本文的箔條質(zhì)心干擾策略是在整個(gè)對抗過程中的最佳干擾策略。最佳箔條質(zhì)心干擾策略基于有效干擾時(shí)長和最終的干擾效果，對干擾對抗全過程進(jìn)行干擾效能評估。即使干擾初期未能形成有效的質(zhì)心干擾，但在后期可形成箔條質(zhì)心干擾，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)干擾轉(zhuǎn)移，最終干擾成功［10～11］。

4 仿真分析

本節(jié)根據(jù)上一節(jié)的艦船模型、箔條干擾模型以及干擾決策模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。仿真參數(shù)設(shè)置如下：末制導(dǎo)雷達(dá)采用線性調(diào)頻（LFM）信號，信號瞬時(shí)帶寬為80MHz，信號時(shí)寬為5us；艦船長150m，艦船寬20m，艦船運(yùn)動(dòng)速度30節(jié)；風(fēng)速6m/s，風(fēng)向+30°；導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)速度280m/s；箔條干擾彈發(fā)射數(shù)量與艦船RCS有關(guān)，箔條干擾總能量大于艦船能量6dB以上。

對艦船和箔條干擾目標(biāo)進(jìn)行信息處理以及干擾效果的仿真。雷達(dá)信息處理流程圖如圖3所示。根據(jù)導(dǎo)彈位置坐標(biāo)，艦船位置坐標(biāo)，箔條位置坐標(biāo)實(shí)時(shí)生成艦船回波和箔條回波后進(jìn)行脈沖壓縮、相參積累、恒虛警檢測和時(shí)域、頻域點(diǎn)跡聚類處理，判斷回波信號中的目標(biāo)數(shù)量，經(jīng)過目標(biāo)特征提?。◤较虺叽?、多普勒帶寬）和屬性識別（艦船，干擾），確定跟蹤目標(biāo)，進(jìn)行導(dǎo)彈跟蹤點(diǎn)計(jì)算（距離跟蹤點(diǎn)、角度跟蹤點(diǎn)），最后輸出計(jì)算結(jié)果，更新導(dǎo)彈跟蹤狀態(tài)。

圖3 雷達(dá)信息處理流程圖

1）艦船回波

隨著脈沖壓縮技術(shù)在末制導(dǎo)雷達(dá)上的廣泛應(yīng)用，雷達(dá)的距離分辨率也越來越高，艦船目標(biāo)在脈壓后已具有擴(kuò)展目標(biāo)特性。本仿真中艦船模型為艦船面目標(biāo)模型，圖4是艦船回波相參積累后結(jié)果，艦船目標(biāo)回波為多個(gè)強(qiáng)散射點(diǎn)回波，艦船目標(biāo)回波在距離維和多普勒維均占據(jù)多個(gè)分辨單元，在距離維分布較寬，在多普勒維分布較窄。

圖4 艦船回波相參積累后結(jié)果

2）艦船+箔條干擾回波

本仿真中箔條模型為箔條面目標(biāo)模型，圖5是艦船+箔條回波相參積累后結(jié)果，艦船目標(biāo)和箔條干擾目標(biāo)均為多個(gè)強(qiáng)散射點(diǎn)回波。相比于艦船回波，箔條干擾回波占據(jù)的距離單元和多普勒單元更多。根據(jù)箔條質(zhì)心干擾決策模型進(jìn)行干擾后，箔條干擾目標(biāo)和艦船目標(biāo)在距離維形成質(zhì)心干擾。在干擾過程中，隨著箔條干擾目標(biāo)運(yùn)動(dòng)和艦船運(yùn)動(dòng)，艦船目標(biāo)和箔條干擾目標(biāo)導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)視線上的速度相近，在多普勒維也形成了質(zhì)心干擾。

圖5 艦船+箔條干擾回波相參積累結(jié)果

3）干擾效能評估

干擾效能評估是對干擾對抗全過程的干擾效能評估。雷達(dá)通過對目標(biāo)（艦船、箔條干擾）的回波信號進(jìn)行信息處理，根據(jù)艦船和箔條目標(biāo)位置坐標(biāo)以及回波信號特征，判斷導(dǎo)彈跟蹤點(diǎn)（艦船、箔條、艦船箔條混合體質(zhì)心），實(shí)時(shí)計(jì)算雷達(dá)的距離跟蹤位置和角度跟蹤位置，對跟蹤點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，實(shí)時(shí)計(jì)算導(dǎo)彈和跟蹤點(diǎn)的距離、導(dǎo)彈飛行方向。箔條質(zhì)心干擾過程導(dǎo)彈跟蹤點(diǎn)變化如圖6所示。

圖6中展示了箔條質(zhì)心干擾過程中艦船的運(yùn)動(dòng)軌跡、箔條的運(yùn)動(dòng)軌跡，導(dǎo)彈跟蹤點(diǎn)的變化過程以及導(dǎo)彈和跟蹤目標(biāo)的連線，其中A部分導(dǎo)彈跟蹤點(diǎn)為艦船，B部分導(dǎo)彈跟蹤點(diǎn)為艦船和箔條干擾的質(zhì)心，C部分導(dǎo)彈跟蹤點(diǎn)是箔條干擾。在整個(gè)干擾對抗的過程中，反艦導(dǎo)彈從跟蹤艦船目標(biāo)到跟蹤艦船和箔條干擾目標(biāo)的質(zhì)心，最終跟蹤箔條干擾目標(biāo)，完成了“質(zhì)心干擾形成”和“干擾轉(zhuǎn)移”兩個(gè)階段。

圖6 箔條質(zhì)心干擾過程導(dǎo)彈跟蹤點(diǎn)變化圖

對箔條質(zhì)心干擾過程進(jìn)行干擾對抗全過程的干擾效能評估，圖7是箔條質(zhì)心干擾效能評估結(jié)果圖，-2表示未檢測到箔條回波，-1表示在雷達(dá)視角上箔條在前艦船在后，0表示形成質(zhì)心效應(yīng)，+1表示在雷達(dá)視角上艦船在前箔條在后，+2表示未檢測到艦船回波。

在圖7所示的整個(gè)干擾對抗過程中，AB段箔條干擾目標(biāo)能量較小，導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)未檢測到箔條干擾回波，BC段由于箔條干擾和艦船速度差異較大，未能形成有效的質(zhì)心干擾，因此AB段和BC段導(dǎo)彈跟蹤艦船目標(biāo)。隨著箔條和艦船的運(yùn)動(dòng)以及箔條和艦船對于末制導(dǎo)雷達(dá)視角的變化，CD段形成質(zhì)心干擾，導(dǎo)彈跟蹤艦船和箔條干擾目標(biāo)的質(zhì)心。艦船機(jī)動(dòng)規(guī)避及箔條運(yùn)動(dòng)使導(dǎo)彈跟蹤點(diǎn)逐漸偏離艦船目標(biāo)，DE段導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)未檢測到艦船目標(biāo)，完成了干擾轉(zhuǎn)移，導(dǎo)彈跟蹤箔條干擾目標(biāo)，干擾成功，有效干擾時(shí)長為（CD+DE）段時(shí)長，因此在整個(gè)干擾過程中，有效干擾的時(shí)間占比為（CD+DE）/（AB+BC+CD+DE）［12］。

圖7 箔條質(zhì)心干擾效能評估

5 仿真結(jié)論

通過上述仿真可知，面對新型反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)系統(tǒng)的威脅，傳統(tǒng)的箔條干擾策略難以精確給出干擾效能評估，箔條干擾散布面積大，容易在時(shí)域上和艦船形成質(zhì)心干擾，但箔條干擾在雷達(dá)回波頻域上的位置主要由風(fēng)速、風(fēng)向及其在雷達(dá)視線上的夾角決定，因此艦船機(jī)動(dòng)規(guī)避策略需配合箔條干擾發(fā)射策略。箔條質(zhì)心干擾是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，干擾效果的評估需考慮干擾對抗全過程，綜合評價(jià)干擾效能。

6 結(jié)語

本文研究了對抗新型反艦導(dǎo)彈箔條質(zhì)心干擾策略，建立了艦船模型、箔條干擾模型和干擾決策模型。箔條質(zhì)心干擾的效果與箔條發(fā)射策略、艦船機(jī)動(dòng)策略、風(fēng)速風(fēng)向、導(dǎo)彈視角等密切相關(guān)。干擾對抗的過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過程，因此干擾效果的評估需考慮干擾對抗全過程，本文仿真分析了干擾對抗全過程的最佳箔條質(zhì)心干擾策略。干擾對抗全過程的最佳箔條質(zhì)心干擾策略可為箔條質(zhì)心干擾的戰(zhàn)術(shù)使用提供重要技術(shù)支持。