張樹森 王騰飛 杜曉寧

(海軍航空工程學(xué)院 煙臺 264001)

基于信息衰減的無源干擾作戰(zhàn)效能研究*

張樹森 王騰飛 杜曉寧

(海軍航空工程學(xué)院 煙臺 264001)

針對箔條干擾云團(tuán)的作戰(zhàn)效能問題,從信息衰減的角度出發(fā),建立了基于雷達(dá)最大作用距離的衰減模型和基于發(fā)現(xiàn)概率的效費(fèi)比模型,通過仿真實(shí)例驗(yàn)證了箔條走廊密度對雷達(dá)最大作用距離的定量關(guān)系,提出了箔條走廊干擾取得最佳效費(fèi)比的方法,結(jié)果表明,合理設(shè)計(jì)箔條走廊密度和拋撒箔條數(shù)量,可以取得最佳的效費(fèi)比,對箔條的實(shí)際應(yīng)用有很強(qiáng)的實(shí)用價值。

干擾走廊; 最大作用距離; 發(fā)現(xiàn)概率; 效費(fèi)比

Class Number TP97

1 引言

箔條干擾技術(shù)作為最早被使用的無源干擾技術(shù),以其干擾范圍廣、效果顯著、使用方便、成本低廉、研制周期短等多方面的優(yōu)勢在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中依然被大量的運(yùn)用。

采用箔條對雷達(dá)進(jìn)行無源干擾,一般在戰(zhàn)機(jī)航線的一定空域(一般在敵方雷達(dá)最大作用距離之前)、一定時間內(nèi)拋撒大量箔條,形成箔條干擾走廊,對戰(zhàn)斗機(jī)群進(jìn)行掩護(hù)。這時,在雷達(dá)的一個分辨單元中,箔條反射的回波功率遠(yuǎn)大于目標(biāo)反射的回波功率,雷達(dá)不能檢測和跟蹤目標(biāo),以此干擾敵方防空導(dǎo)彈的精確打擊,

本文針對箔條走廊干擾效能問題,從信息損失的角度出發(fā)提出一種基于雷達(dá)最大作用距離和雷達(dá)檢測概率的作戰(zhàn)效能評估方法,并進(jìn)行了仿真實(shí)例驗(yàn)證[1～4]。

2 箔條走廊對雷達(dá)干擾效能分析

對雷達(dá)干擾效果的評估,不同角度有不同的評估準(zhǔn)則,有功率準(zhǔn)則、概率準(zhǔn)則、信息準(zhǔn)則等。其中,信息準(zhǔn)則是從信息損失的角度,通過比較雷達(dá)被干擾前后接收到目標(biāo)回波信息變化量來衡量干擾效果。下面基于信息準(zhǔn)則,從箔條走廊對雷達(dá)最大作用距離和發(fā)現(xiàn)概率的影響角度出發(fā),對干擾效能進(jìn)行分析[5～6]。

2.1 雷達(dá)最大作用距離模型

在沒有干擾的情況下,由雷達(dá)工作原理可知,雷達(dá)接收到的目標(biāo)回波的功率為

(1)

式中,Pt為雷達(dá)最大發(fā)射功率;Gt為雷達(dá)天線增益;σ為目標(biāo)的雷達(dá)截面積;λ為雷達(dá)工作波長;Lt為雷達(dá)發(fā)射機(jī)綜合損耗,Lr為雷達(dá)接收機(jī)綜合損耗,R為目標(biāo)與雷達(dá)之間的距離。

由式(1)得到雷達(dá)最大作用距離方程為

(2)

式中,N0為在1MZ帶寬內(nèi)產(chǎn)生4×10-15W的標(biāo)準(zhǔn)噪聲,BWr為雷達(dá)接收機(jī)帶寬,FN為雷達(dá)系統(tǒng)的噪聲指數(shù),(S/N)min為接收機(jī)靈敏度[7]。

雷達(dá)發(fā)射的電磁波穿過箔條干擾走廊時,由于箔條的散射作用,信號的回波功率被衰減,大大縮短了雷達(dá)的探測距離。因此,箔條云對電磁波的衰減程度可以用來評估干擾效果。

由箔條云對雷達(dá)波的電磁衰減特性可以得到電磁波通過厚度為x的箔條云后的功率為

P=P0·e-n(0.17λ2)x

(3)

式中,P為經(jīng)衰減后的電磁功率;P0為衰減前的電磁波功率;n為箔條云密度;x為箔條走廊厚度[7]。

對于主動式末制導(dǎo)雷達(dá),電磁波為雙程衰減,二次衰減后雷達(dá)接收到的目標(biāo)回波功率為

(4)

式中,β為箔條云團(tuán)衰減系數(shù),β=0.43n(0.17λ2)。

雷達(dá)可以接收到的目標(biāo)回波功率Pr要求大于雷達(dá)天線可以接受到的最小信號功率(S/N)min,因此,經(jīng)箔條云衰減后雷達(dá)最大作用距離方程為

(5)

從式(5)可以清楚的得到,隨著箔條密度的增加,雷達(dá)最大作用距離成指數(shù)趨勢下降,這一結(jié)果說明箔條對雷達(dá)最用距離干擾效果非常顯著。

2.2 檢測概率模型

根據(jù)Neyman-Pearson準(zhǔn)則,雷達(dá)目標(biāo)檢測概率為

(6)

末制導(dǎo)雷達(dá)的發(fā)現(xiàn)概率可以近似為

(7)

假設(shè)單根箔條的制作費(fèi)用為m元,則箔條走廊單位制作成本為

M=m·n

(8)

由式(7)和式(8)相乘得到基于雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率的作戰(zhàn)效費(fèi)比：

(9)

式(10)一定存在一個極值點(diǎn),使效費(fèi)比達(dá)到最高[9～10]。

3 仿真實(shí)例

仿真條件如下：雷達(dá)發(fā)射最大功率Pt為35KW;雷達(dá)天線增益Gt為40dB;目標(biāo)雷達(dá)截面積σ為10m2;雷達(dá)工作波長為2cm;接收機(jī)靈敏度58dB;雷達(dá)系統(tǒng)的噪聲指數(shù)FN為3;脈沖積累為1000,箔條單價為0.2元。

圖1給出了箔條走廊厚度分別為200m,400m,800m時雷達(dá)最大作用距離與箔條云密度關(guān)系曲線：

圖1 箔條云密度與最大作用距離關(guān)系曲線圖

從圖中可以清楚地得到,隨著箔條云密度變大,雷達(dá)作用距離迅速下降,走廊厚度為800m時的飽和密度為2000(根/立方米),400m時的飽和密度為4000(根/立方米),而在相同箔條云密度情況下,箔條走廊厚度越大,雷達(dá)最大作用距離越小,干擾效果越顯著。

圖2為箔條走廊干擾條件下的發(fā)現(xiàn)概率曲線,理論上講,雷達(dá)從時開始有可能較低,因此我們把時當(dāng)作零探測概率處理,從圖中可以得到,當(dāng)拋撒箔條數(shù)量為7×105根時,可以認(rèn)為雷達(dá)已經(jīng)失去探測能力。

圖2 雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率曲線

圖3為箔條走廊干擾效費(fèi)比曲線,可以看到,箔條拋撒數(shù)量在106根左右時,獲得最佳的效費(fèi)比,此時形成的箔條云團(tuán)(完全散開)有效反射面積約為

圖3 箔條走廊作戰(zhàn)效費(fèi)比歸一化曲線

4 結(jié)語

本文從箔條干擾走廊對雷達(dá)信號功率衰減的角度,建立了箔雷達(dá)最大作用距離與箔條云密度關(guān)系模型以及干擾走廊效費(fèi)比模型,并且通過仿真實(shí)例給出了具體的定量關(guān)系,對干擾走廊的研究及戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用有一定的實(shí)用價值。

雷達(dá)無源干擾效果評估是一項(xiàng)涉及多變量、多因素、多學(xué)科的復(fù)雜工程,信號功率衰減僅是針對信息準(zhǔn)則對箔條走廊干擾效果進(jìn)行評估,特征參數(shù)考慮較少,并不能全面地衡量箔條走廊的干擾效果?；诙鄥?shù)、多角度的箔條走廊干擾效能評估將是下一步的研究工作。

[1] 丁鷺飛,耿富錄.雷達(dá)原理[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,1997.

[2] 趙國慶.雷達(dá)對抗原理[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2012:204-206.

[3] 張永順,童寧寧,趙國慶.雷達(dá)電子戰(zhàn)原理[M].北京:國防工業(yè)出版社,2007:137-149.

[4] 李相民,張安.壓制性干擾對地面警戒雷達(dá)的效能影響分析[J].電光與控制,2006,13(1):1-3

[5] Merrill I Skolnik. Introduction to Radar systems[M]. Beijing: Publishing House of Electronics Indus-try,2007:45-47.

[6] 趙超,文傳源.作戰(zhàn)系統(tǒng)綜合效能評估方法探索[J].電光與控制,2001,81(1):63-65.

[7] 陳伯孝.現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2012:304-310.

[8] 孫偉通,姜峰.無源干擾走廊研究[J].光電技術(shù)應(yīng)用,2005,20(6):28-31.

[9] 王立新,唐樹威.艦載箔條投放干擾效果仿真研究[J].電子信息對抗技術(shù),2010,25(6):55-68.

[10] 張雨,艾葳.箔條質(zhì)心干擾對抗反艦導(dǎo)彈仿真研究[J].艦船電子對抗,2012,35(1):93-95.

Operational Effectiveness of Passive Jamming Based on Information Attenuation

ZHANG Shusen WANG Tengfei DU Xiaoning

(Naval Aeronautical and Astronautical University, Yantai 264001)

Aiming at the operation efficiency of chaff corridor, the model of attenuation based on radar maximum range and the model of cost-effectiveness based on radar detection probability are set up. According to the simulation, the quantitative relationship between the chaff corridor density and the radar maximum range get proofed, at the same time, the method that uses the chaff corridor to gain optimum cost-effectiveness is put forward. The result indicates that the optimum cost-effectiveness would be gained when the chaff corridor density and number are designed reasonably,it is significant for the use of chaff.

chaff corridor, maximum range, detection probability, cost-effectiveness

2014年6月14日,

2014年7月29日

張樹森,男,教授,碩士生導(dǎo)師,研究方向:對抗與反對抗。王騰飛,男,碩士研究生,研究方向:精確制導(dǎo)。

TP97

10.3969/j.issn1672-9730.2014.12.035