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        機載自衛(wèi)雷達干擾源干擾效果的等效模擬方法

        2012-04-25 05:51:56儲潔強
        艦船電子對抗 2012年3期
        關鍵詞:訓練場地敵機模擬器

        儲潔強,黃 晨

        (電子工程學院,合肥 230037)

        0 引 言

        機載自衛(wèi)雷達干擾系統(tǒng)是機載電子戰(zhàn)裝備的重要發(fā)展方向,幾乎所有的先進作戰(zhàn)飛機均裝有這種系統(tǒng)設備。該類干擾系統(tǒng)對各種地基雷達構成了嚴重威脅,是陸戰(zhàn)場電磁環(huán)境的主要研究對象之一。運用雷達干擾模擬器對敵方機載自衛(wèi)雷達干擾系統(tǒng)進行模擬,是構建陸軍合同戰(zhàn)術訓練電磁環(huán)境的重要環(huán)節(jié)。

        已有的雷達干擾模擬器的干擾樣式包括壓制性干擾和欺騙性干擾,且工作頻段覆蓋范圍廣,能夠模擬多種類型的雷達干擾信號。但是,為了保證模擬器的高性價比和便攜性,模擬器的干擾功率通常比較小。因此,如何運用較小功率的模擬器模擬敵方機載自衛(wèi)雷達干擾系統(tǒng)的干擾效果成為亟需解決的關鍵問題。本文以機載自衛(wèi)雷達有源壓制干擾系統(tǒng)為研究對象,探討不同平臺雷達干擾模擬器的干擾效果等效模擬方法。

        1 車載模擬器的等效模擬方法

        目前,車載模擬器因其調度靈活、效費比高、便于更新維護等優(yōu)點被廣泛應用,是雷達干擾模擬器的主要類型。車載模擬器搭載車輛在訓練場地進行機動,其干擾功率無法實時微調,通常只能在準備實施干擾階段進行粗略的調節(jié)。對于這類模擬器,應在整個干擾時域上調整其與雷達之間的配置距離,以模擬機載自衛(wèi)雷達干擾系統(tǒng)的干擾效果。

        根據功率準則,在壓制性干擾條件下,干擾效果等效的充要條件是雷達接收機輸入端的“干信比”相等。假設雷達的探測目標不變,且干擾信號帶寬覆蓋雷達接收機的帶寬,根據干擾方程推算可知,敵機載自衛(wèi)雷達干擾系統(tǒng)實施干擾時的雷達接收端干信比為:

        式中:Pt、Pj、Pm分別為雷達、敵干擾系統(tǒng)、模擬器的功率,單位為 W;Δf r、Δf j、Δf m分別為雷達接收機、敵干擾系統(tǒng)、模擬器的帶寬,單位為Hz;σ為敵機的有效反射面積,單位為m2;Rj、Rm分別為雷達和敵機之間、模擬器和雷達之間的距離,單位為km;Gt、Gj、Gm分別為雷達、敵干擾系統(tǒng)、模擬器的主瓣增益;Gt(β)為雷達天線在模擬器方向上的接收增益,其中β是雷達對敵機和模擬器的張角;γj、γm分別為敵干擾系統(tǒng)和模擬器的干擾信號對雷達天線的極化損失;L t、L j、Lm分別為雷達、敵干擾系統(tǒng)、模擬器發(fā)射信號的大氣損耗。

        那么,要使得模擬器與敵機載自衛(wèi)雷達干擾系統(tǒng)的干擾效果等效,必須滿足:

        因此,在整個干擾過程中,模擬器與雷達之間的配置距離Rm(t)應為:

        式中:Rj(t)為敵機至雷達的時間 -距離函數,單位為km;β(t)為雷達對目標和模擬器的時間 -張角函數,單位為°。

        在進行模擬時,可以人為地設置模擬器的天線極化方式、帶寬,使得γm=γj,Δf m=Δf j,所以:

        顯然,雷達天線主瓣方向會隨著時間的推移,因雷達探測目標(敵機)空間位置的改變而變化,難以精確計算雷達天線在模擬器方向上的接收增益,只能用簡化計算模型進行估算[1]。另外,敵干擾系統(tǒng)對地基雷達的干擾屬于空對地干擾,而車載模擬器的干擾屬于地對地干擾,干擾信號傳播路徑的不同導致了傳播損耗的巨大差異,需要在實際應用時利用實測數據對大氣損耗因子進行修正。這些因素對車載模擬器等效模擬敵干擾系統(tǒng)的逼真程度起到了負面的影響。

        2 靜止升降平臺模擬器的等效模擬方法

        靜止升降平臺模擬器是指在訓練場地某固定位置建造升降塔,將雷達干擾模擬器置于升降平臺上。運用該類模擬器進行模擬時,通過模擬器的勻速垂直機動模擬來襲敵機的運動特性;與此同時實時調整模擬器的干擾功率,來等效模擬機載自衛(wèi)雷達干擾系統(tǒng)的干擾效果。

        圖1 靜止升降平臺模擬器等效模擬示意圖

        建立平面直角坐標系如圖1所示,來襲敵機以速度v j向雷達所在位置O點方向做勻速運動,飛行高度為h,初始時刻處于F(x j,h)點,t時刻后到達F′(x′j,h)點,雷達波束的仰角由θ變?yōu)棣取?。靜止升降平臺與雷達間距離為r。為等效模擬敵機的運動特性,使雷達波束仰角的變化速率相等,模擬器應向上作垂直運動,T0時刻應處于F點的替代點M,T1時刻后應到達F′點的替代點M′。因此,可得在T0到T1時刻之間,模擬器垂直運動速度的計算公式為:

        由公式(6)可知,模擬器的垂直運動速度是由干擾時域、飛機起始位置、飛行高度、飛行速度及升降平臺的位置共同決定的。根據第1節(jié)中對干擾效果等效充要條件的論述,可知在模擬器垂直運動的同時,應使其干擾功率Pm滿足:

        式中:干擾功率Pm(t)是以時間t為自變量的函數,T0≤t≤T1。

        靜止升降平臺模擬器規(guī)避了雷達天線增益方向性及電波傳播路徑差異造成的負面效應,相比車載模擬器而言,能夠更好地模擬敵方機載雷達干擾系統(tǒng)的干擾效果。但是靜止升降平臺必須搭建在固定的位置,無法根據訓練實際需要而挪動,在效費比和使用的便捷性、靈活性方面不如車載平臺模擬器。

        3 低空直軌平臺模擬器的等效模擬方法

        靜止升降平臺模擬器僅適用于模擬朝雷達方向飛行的來襲敵機,對于橫掠飛行的敵機,需要采用低空直軌平臺模擬器進行模擬。低空直軌平臺模擬器是指在訓練場地某固定兩點搭建高塔,在高塔之間拉起直線軌道,將模擬器吊掛在軌道上進行機動。運用該類模擬器進行模擬時,模擬器通過水平機動來模擬橫掠飛行敵機的運動特性,與此同時,實時調整模擬器的干擾功率來等效模擬敵機載自衛(wèi)雷達干擾系統(tǒng)的干擾效果。

        圖2 低空直軌平臺模擬器等效模擬示意圖

        假設敵機飛行軌跡與直軌平行,建立三維直角坐標系如圖2(a)所示:雷達位于O點,敵機以速度vj做水平勻速運動,飛行高度為hj,T0時刻處于F(x j,y j,h)點,T1時刻后到達F′(x′j,y′j,h)點;直軌的2個落腳點位置分別為(a,0,0)和(0,b,0),軌道高度為hm。要等效模擬敵機的運動特性,使雷達波束方位角的變化速率相等,模擬器應與敵機同向做水平運動,T0時刻應處于F點的替代點M,T1時刻應到達F′點的替代點M′。圖2(b)為敵機及模擬器運動軌跡在oxy面上的投影,θ為T0時刻的雷達方位角,θ′為T1時刻的雷達方位角。根據三角形相似的幾何原理,T0到T1時刻之間模擬器水平運動速度的計算公式為:

        由公式(6)可知,模擬器的水平運動速度由飛機飛行高度、飛行速度及直軌的高度共同決定。根據第1節(jié)中對干擾效果等效充要條件的論述,可知T0到T1時刻之間模擬器干擾功率Pm應為:

        4 客觀條件受限時的等效模擬問題

        在實際應用中,由于模擬器自身性能、模擬器平臺機動能力、訓練場地地理環(huán)境等客觀因素的限制,以及敵方作戰(zhàn)運用方式的多樣性,上文給出的3種典型情況下的等效模擬方法未必適用。為了解決客觀條件受限時的干擾效果等效模擬問題,這里提出一種折衷的等效模擬方法:定義“干信比偏離度”為干信比差值在整個干擾時域上的積分與敵方干擾系統(tǒng)實施干擾時干信比積分的比值,以字母X表示。首先針對具體情況列出可能的模擬方案,然后計算各個方案的干信比偏離度,對比選取偏離度最小的方案為此客觀條件下的等效模擬方法。X的計算公式為:

        下面以車載模擬器為例,形象化地說明這種方法:如圖3所示,某型車載模擬器,無法任意調整其配置距離和干擾功率,只能在訓練場地公路上勻速行進。建立三維直角坐標系,雷達位于O點,飛機初始時刻位于點F(x j,0,h),飛行軌跡為y=0,z=h(h為飛行高度),飛行速度為vj;車輛行進路線為y=a+bx,z=0(a、b為常數)。

        圖3 某型車載模擬器等效模擬示意圖

        只有車輛初始位置、車輛行進速度是可調控的,因此,不妨假設初始位置為 (x0,a+bx0,0),行進速度為vm。由幾何知識可得t時刻后位置為根據式(10)計算可供選擇模擬方案的干信比偏離度為:

        顯然,公式(11)為X關于車輛初始位置和行進速度的函數。在掌握各項參數、估算各項因子后,運用數學解析法或者計算機工具,可以求出使X取得最小值時的車輛初始位置和行進速度,以此作為模擬器的等效模擬方法。

        [1]林象平.雷達對抗原理[M].西安:西北電訊工程學院出版社,1985.

        [2]邵國培.電子對抗作戰(zhàn)效能分析[M].北京:解放軍出版社,1998.

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