摘 要：為了解決滯空式炮射雷達干擾彈干擾效能評估難題，針對滯空式炮射雷達干擾彈工作原理及配試雷達特性，提出了靜態(tài)懸掛多部干擾機、實彈射擊填砂彈作為合作目標的半動態(tài)試驗方法。并進行了由多部干擾機至單部干擾機、由配試雷達到真實作戰(zhàn)對象的評估方法研究，通過外場試驗，評估了滯空式炮射雷達干擾彈干擾效能。



關鍵詞：炮位偵察校射雷達; 滯空式; 炮射雷達干擾彈; 外場試驗

中圖分類號：

TN95834

文獻標識碼：A

文章編號：1004373X(2012)05

0005

04

Research on jamming estimation and correction imaging algorithm of airstaying radar jamming shells



LIN Huan， LEI Gang， GAN Deyun， LU Feng

(PLA Unit of 63891， Luoyang 471003， China)



Abstract：

In order to solve the problem of effectiveness evaluation of jamming distance of airstaying radar jamming shells， the method of half a dynamic test which takes static hanging multi jammer and live firing missile filled with sand as cooperative targets is introduced. The estimation method by everal jammers to single jammer and the radar with test to real combat object according to the designed test method is proposed. The airstaying artillery locating and firing correction radar is estimated by field test.



Keywords： artillery locating and firing correction radar; airstaying; artillerylaunched radar jamming shell; field test





收稿日期：20111008

0 引 言

滯空式炮射雷達干擾彈(以下簡稱炮射干擾彈)研究始于20世紀。據(jù)報道，以前蘇聯(lián)、保加利亞為代表的多個國家均開展過相關研究。炮射干擾彈主要用于灘頭和山地高原等車載干擾設備難以覆蓋的作戰(zhàn)區(qū)域，原理是將干擾機裝填于炮彈中，經火炮射擊后彈出干擾機，干擾機傘降滯空工作。其作戰(zhàn)對象一般為敵方炮位偵察校射雷達。但由于炮射干擾彈工作過程受氣象條件影響較大，且缺乏真實作戰(zhàn)對象，國內相關文獻未見公開發(fā)表相關評估方法。本文設計了采用靜態(tài)懸掛多部干擾機、使用替代的炮位偵察校射雷達模擬敵方炮位偵察校射雷達的方法，提出基于等效推算的效果評估方法，通過外場試驗解決炮射干擾彈干擾效能評估方面存在的難題。

1 作戰(zhàn)對象分析及炮射雷達干擾彈工作過程分析

1.1 作戰(zhàn)對象分析

炮位偵察校射雷達主要作用是對敵方炮位的偵察和己方火炮射擊的校正，它能夠實時有效地完成對敵火力偵察和己方射擊校正。下面以偵察模式為例對炮位偵察校射雷達工作方式進行簡要分析。

如圖1所示，雷達工作于偵察模式時，一般配置于彈道線側前方，以貼地或低仰角模式發(fā)出一組詢問波束R1，沿搜索扇區(qū)的水平方向搜索炮彈目標。搜索到目標后，在搜索到目標的位置立即發(fā)一驗證波束。目標驗證完成后，雷達由搜索狀態(tài)轉入跟蹤狀態(tài)，以更高數(shù)據(jù)率的跟蹤波束R2對目標進行跟蹤。目標被跟蹤后，雷達數(shù)據(jù)處理機根據(jù)速度彈道特性相關等鑒別標準檢驗各跟蹤軌跡［12］，濾掉不需要的目標，經彈道軌跡外推進，即擬合了圖1中的外推段后，而求出火炮的發(fā)射位置M(x0，y0)。

考慮常規(guī)火炮彈道目標的飛行時間較短，在忽略了地球自傳及柯氏力等因素影響的條件下，當確定某一跟蹤軌跡有效時，利用建立在站心直角坐標系中的彈道微分方程進行積分求解，即可獲得彈丸質心的運動彈道軌跡，彈道微分方程如式(1)所示［35］:

式中:Cb為彈道系數(shù)；H(·)為空氣密度函數(shù)；h0(x，y，z)為站心直角坐標系下的空間位置對應的海拔高度；G(vx，C)為阻力函數(shù)；Wx ，Wy ，Wz分別為沿著站心直角坐標系x，y，z方向的風；μG為地球萬有引力常量；RT為地球平均半徑。

1.2 炮射雷達干擾彈工作過程分析

炮射雷達干擾彈工作過程示意圖如圖2所示，它用于發(fā)射干擾彈的炮群依據(jù)一定的時間間隔第次齊射，干擾彈到達預定空域后彈出干擾機。干擾機彈出后采用傘降方式對指定區(qū)域或一定范圍內的敵炮位偵察校射雷達進行干擾，干擾機在敵雷達近距離前方橫向、豎向以一定間距布站，形成一定寬度一定高度的干擾掩護區(qū)域。以掩護身后的攻擊炮彈。由于干擾機可實現(xiàn)的干擾功率有限，干擾機基本使用基于主瓣的噪聲干擾。

2 炮射雷達干擾彈干擾掩護距離評估方法研究

干擾掩護距離是評估炮射雷達干擾彈干擾性能的主要指標。本文設計的試驗方法主要采用外場試驗進行干擾掩護距離評估。由前述干擾彈工作過程可知，若外場試驗中進行實彈射擊干擾彈，需射擊多發(fā)干擾彈形成干擾掩護區(qū)。由于干擾機在傘降過程中受風力等天氣因素影響較大，難以實現(xiàn)干擾機、雷達及配試填砂彈的位置匹配，達到主瓣干擾的目的；且干擾機傘降過程的實時位置難以監(jiān)視測量，無法對干擾距離進行定量評估。

2.1 外場干擾距離評估試驗方法比較

本文設計了一種不進行實彈射擊干擾彈。在干擾機從干擾彈分離情況下，將干擾機懸掛起來，動態(tài)實彈射擊填砂彈作為配試雷達合作目標，即干擾機靜態(tài)、填砂彈動態(tài)的半動態(tài)試驗方式。半動態(tài)試驗方式相比于實彈射擊干擾性能試驗具有操作性更強、試驗消耗小、干擾機可重復利用、可進行定量評估等優(yōu)點。

由于缺乏真實作戰(zhàn)對象，試驗使用其他炮位偵察校射雷達進行替代；試驗目的為評估單部干擾機對敵方炮位偵察校射雷達的干擾效能，為滿足雷達搜索時間及接近戰(zhàn)術使用要求，試驗采用了多部干擾機。因此需要進行由多部干擾機對單部干擾機、由替代雷達對敵方雷達的等效推算以評估干擾效果，完成炮射雷達干擾彈干擾距離的評估。

下面主要探討半動態(tài)試驗方法及效果評估方法。

2.2 外場干擾距離陣地布局研究

半動態(tài)試驗選用典型炮位偵察校射雷達替代真實作戰(zhàn)對象，受干擾機可實現(xiàn)懸掛高度限制，試驗設計立足于對雷達偵察模式的搜索段及初始跟蹤段進行干擾，使其無法偵察定位。由前文介紹的炮位偵察校射雷達工作原理可知，其搜索到目標后需要進行驗證，即雷達若需轉入跟蹤狀態(tài)則合作目標穿過搜索波束時間需滿足搜索驗證最低時間要求，而且干擾彈戰(zhàn)術使用中也需要多發(fā)才能形成干擾掩護區(qū)。為模擬戰(zhàn)術使用并滿足搜索驗證時間要求，試驗設計的方法懸掛多部干擾機增大干擾掩護區(qū)，使作為合作目標的填砂彈具有足夠的時間穿過搜索波束。由于干擾彈為主瓣干擾，所以需要根據(jù)配試雷達搜索主波束寬度確定干擾機懸掛間隔，滿足配試雷達每個搜索主波束范圍內只有一部干擾機。雷達、干擾機相對距離一般按照戰(zhàn)術進行要求配置。根據(jù)炮位偵察校射雷達戰(zhàn)術使用要求，雷達一般配置于填砂彈彈道線一側11°～30°范圍內，與填砂彈彈道之間應保證具有低遮蔽角且通視情況良好，陣地布局如圖3所示。

2.3 外場干擾距離試驗方法研究

將配試雷達設定為偵察模式，俯仰角度設定為貼地搜索，方位搜索范圍根據(jù)多部干擾機形成的干擾掩護區(qū)設定。

試驗過程如下：

(1) 干擾機關閉情況下射擊填砂彈多發(fā)，保證配試雷達能夠穩(wěn)定偵收填砂彈回波信號，并能夠經彈道外推完成對火炮的定位。

(2) 開啟干擾機，繼續(xù)射擊填砂彈多發(fā)作為合作掩護目標，使雷達在干擾機開啟情況下無法對火炮進行定位。

(3) 調整火炮射擊參數(shù)，使填砂彈以不同距離穿過雷達搜索波束，直至雷達可在干擾機開啟條件下穩(wěn)定發(fā)現(xiàn)填砂彈。此時雷達對填砂彈的發(fā)現(xiàn)距離即為多部干擾機當掩護目標為填砂彈情況下，對配試雷達的干擾暴露距離。

圖3 炮射雷達干擾彈干擾距離半動態(tài)試驗布局示意圖

2.4 試驗評估方法研究

本文設計的試驗方法使用多部干擾機、其他雷達替代敵炮位偵察校射雷達。試驗目的為評估單部干擾機對敵炮位偵察校射雷達的干擾距離，因此需要建立相應的評估方法，完成外場評估。

2.4.1 由多部干擾機的干擾距離等效推算單部干擾機的干擾距離

下面以4部干擾機為例進行由多部干擾機對替代雷達的干擾暴露距離等效推算單部干擾機對替代雷達的干擾暴露距離。

由陣地布局中干擾機懸掛間隔可知，四部干擾機干擾同時對準雷達實施干擾時，雷達主波束范圍內只存在一部干擾機，其發(fā)射的干擾信號進入雷達信號檢測端的功率為［68］：



式中:ηJ干擾質量因子為將干擾機發(fā)射的噪聲等效為白噪聲的轉換因子；PiJ為噪聲干擾機的干擾功率；GJ為干擾機天線的增益；Gt′為雷達天線在干擾機方向的增益；Bt為雷達帶寬；BJ為干擾帶寬；Ltr為雷達接收發(fā)射綜合損耗；RJ為干擾機與雷達之間的距離；LJ為干擾機的發(fā)射綜合損耗；La′為干擾信號在大氣中的傳輸損耗；LPol為干擾信號與雷達信號極化形式的失配損耗。

由于同時懸掛四部干擾機，除一部干擾機相對雷達為主瓣干擾外，另有三部干擾機相對雷達為副瓣干擾，為準確評估干擾距離，需要將雷達副瓣進入的干擾能量進行修正。三部干擾機通過雷達副瓣進入到雷達信號檢測端的功率為［9］：

式中:D0為雷達為消除旁瓣干擾采取干擾措施的改善因子；Gj (θ)干擾機天線在雷達掃描方向的天線增益，Git ′(θ)雷達天線在干擾機方向的天線旁瓣增益，其值由干擾機相對雷達角度決定，該角度與陣地布局及雷達波束寬度、波束躍度有關。替代雷達采用水平方位掃描波束重疊來覆蓋搜索區(qū)域。

多部干擾機對雷達水平方位掃描波束重疊布局如圖4所示。

圖4 多部干擾機對雷達干擾布局示意圖



根據(jù)方位躍度值及波束寬度可計算第i部干擾機相對雷達的角度θi，從而可以得出相應的Gj (θ)及G

多部干擾機情況下，雷達檢測端收到的干擾、雜波和信號功率之比見式(5)：

式中:Pc為地雜波總功率;Pc/s為雜信比。

單部干擾機情況下，雷達檢測端收到的干擾、雜波和信號功率之比見公式(6)：

由檢測理論可知，在剛好能夠發(fā)現(xiàn)目標情況下，在使用多部干擾機及單部干擾機的不同條件下，替代雷達接收機檢測信號時的發(fā)現(xiàn)概率和虛警概率相同［10］。兩種情況下雷達接收機檢測端的信干比應相同，且等于雷達在此發(fā)現(xiàn)概率和虛警概率下的檢測因子。



則通過外場實測多部干擾機對雷達的干擾距離Rt4′可推算單部干擾機對雷達的干擾距離Rt1′為：

2.4.2 由單部干擾機對替代雷達干擾距離等效推算對敵方雷達干擾距離等效推算研究

下面進行由單部干擾機對配試雷達的干擾距離等效到對敵炮位偵察校射雷達的干擾暴露距離的推算過程。

設填砂彈與真實的被保護目標的RCS均為σt，配試雷達剛好發(fā)現(xiàn)填砂彈的距離為Rt，此刻配試雷達檢測端的干信比為：

式中:Ptt為配試雷達的發(fā)射功率;G0t為配試雷達在目標方向的天線增益;G1t為干擾方向的天線增益;Bt為接收機帶寬;Yt為綜合抗干擾改善因子;Lrt為接收綜合損耗，Ltt為發(fā)射綜合損耗。設作戰(zhàn)對象的各對應參數(shù)分別為Ptz，G0z，G1z，Bz，Yz，Lrz和Ltz。干擾機與配試雷達的距離為RJ。

真實作戰(zhàn)對象放置于配試雷達處，且剛好發(fā)現(xiàn)真實的被保護目標的距離為Rz，則此刻作戰(zhàn)對象檢測端的信干比為：

由檢測理論可知，在剛好能夠發(fā)現(xiàn)目標情況下，在使用替代雷達及真實作戰(zhàn)對象的不同條件下，替代雷達與真實作戰(zhàn)對象接收機檢測信號時的發(fā)現(xiàn)概率和虛警概率相同。兩種情況下雷達接收機檢測端的信干比應相同，且等于雷達在此發(fā)現(xiàn)概率和虛警概率下的檢測因

子。由此，通過外場實測單部干擾機對配試雷達的干擾距離Rt′推算出其對真實作戰(zhàn)對象的干擾距離Rz′：

3 結 語

本文分析了炮射雷達干擾彈的作戰(zhàn)對象及工作原理，并針對炮射雷達干擾彈及配試雷達特點，在不改變炮位校射雷達偵察校射模式的前提下，提出了一種科學可行的外場試驗方法。建立由多部干擾機到單部干擾機、由替代雷達到真實作戰(zhàn)對象的干擾效果評估方法，解決了炮射雷達干擾彈干擾距離外場試驗及評估的難題。

由于炮射雷達干擾彈受彈體供電等因素限制，只能采取主瓣干擾，且其使用受氣象條件限制較大。

參 考 文 獻

［1］王建華.炮兵防空兵偵察技術導論［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2006.



［2］王德純.精密跟蹤測量雷達技術［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2007.



［3］韓子鵬.彈箭外彈道學［M］.北京：北京理工大學出版社，2008.



［4］張毅.導彈彈道學［M］.北京：國防科技大學出版社，1999.



［5］魏鳳昕.火箭深彈外彈道學［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1992.



［6］趙國慶.雷達對抗原理［M］.西安：西安電子科技大學出版社，1999.



［7］丁鷺飛.雷達原理［M］.西安：西安電子科技大學出版社，2002.



［8］焦培南.雷達環(huán)境與電波傳播特性［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2007.



［9］\\[美\\]理查茲.雷達信號處理基礎［M］.邢孟道，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2008.



［10］王國玉.雷達對抗試驗替代等效推算原理與方法［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2002.



作者簡介：

林 歡 男，1979年出生，遼寧瓦房店人，工程師。主要研究方向為電子工程應用。