黃　勇，丁宸聰

(海軍裝備研究院，　上海 200436)

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機載預(yù)警PD雷達(dá)航跡干擾及輔助決策研究

黃勇，丁宸聰

(海軍裝備研究院，上海 200436)

摘要：預(yù)警機在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中發(fā)揮著重要作用，為了提高戰(zhàn)斗機的突防能力，文中研究了基于副瓣干擾的多方位航跡欺騙干擾方法。首先，建立干擾模型；然后，對能有效達(dá)到其干擾效果的輔助決策參數(shù)進(jìn)行研究計算；最后，選取典型數(shù)據(jù)對某型預(yù)警機機載雷達(dá)進(jìn)行干擾仿真。結(jié)果表明：可在機載預(yù)警雷達(dá)顯示終端產(chǎn)生多方位不同距離的密集航跡假目標(biāo)，在此干擾條件下，可有效掩護(hù)飛機的突防，甚至對預(yù)警機實施有效攻擊。

關(guān)鍵詞：航跡欺騙干擾；機載預(yù)警脈沖多普勒雷達(dá)；副瓣；輔助決策

0引言

隨著電子技術(shù)和武器系統(tǒng)的高速發(fā)展，防空技術(shù)日趨完善，加上作戰(zhàn)飛機本身性能不斷提高，致使作戰(zhàn)雙方不可避免地要進(jìn)行一場突防與反突防、空襲與反空襲的激烈戰(zhàn)斗。預(yù)警機作為軍隊信息化的重要標(biāo)志，是整個作戰(zhàn)體系的神經(jīng)中樞，擔(dān)負(fù)著空中執(zhí)勤、指揮和武器引導(dǎo)等多項任務(wù)[1]。因此，加緊機載預(yù)警雷達(dá)的干擾研究，對航空兵突防任務(wù)的順利完成具有顯著意義[2-5]。

在機載預(yù)警雷達(dá)對抗中，采用欺騙干擾不失為一種高明的選擇，它能在戰(zhàn)術(shù)支撐下實現(xiàn)對敵方雷達(dá)的靈巧干擾，尤其對預(yù)警機執(zhí)行空中執(zhí)勤任務(wù)的搜索警戒雷達(dá)進(jìn)行干擾時，比噪聲干擾效果更好。因此，欺騙干擾具有更高的功率利用效率[6-8]。相比地對空多系統(tǒng)聯(lián)合干擾方式[4-5]，將干擾機裝載于作戰(zhàn)飛機上，不但可以大大減小干擾機發(fā)射功率，還可以繞過在特殊作戰(zhàn)環(huán)境下(海上或山地)干擾裝備如何部署的難題，進(jìn)而更加有效地支援掩護(hù)己方航空兵突防。

如何體現(xiàn)欺騙干擾的效果優(yōu)勢，必須從假目標(biāo)的逼真度上著手。采用具有航跡特征的雷達(dá)假目標(biāo)技術(shù)[9-11]產(chǎn)生一定可控范圍的假目標(biāo)干擾航跡，可大大增加假目標(biāo)的真實性?；跀?shù)字射頻存儲 (DRFM)技術(shù)的有源主瓣干擾方式的航跡假目標(biāo)欺騙干擾是將截獲的雷達(dá)主瓣信號進(jìn)行適當(dāng)?shù)难訒r轉(zhuǎn)發(fā)，從雷達(dá)顯示器上看，形成的假目標(biāo)與干擾機載在同一方位上的不同距離處[8]。這種航跡假目標(biāo)沒有方位欺騙信息，易被機載預(yù)警雷達(dá)所識別，而載機(干擾機)在突防線路的每一個位置與機載預(yù)警雷達(dá)的連線角度變化是隨機的，若角度欺騙稍有差別，機載脈沖多普勒 (PD)雷達(dá)可以通過航跡相關(guān)組件進(jìn)行識別。本文采用DRFM技術(shù)，試圖從“副瓣干擾”[12]方面設(shè)計實現(xiàn)機載預(yù)警雷達(dá)的多方位航跡假目標(biāo)欺騙；另外，機載預(yù)警雷達(dá)普遍采用壓縮技術(shù)、PD體制，這對干擾機的靈敏度、干擾功率等輔助決策提出特殊要求。

1航跡欺騙干擾原理

1.1基本原理簡述

干擾機可自動地檢測出雷達(dá)的主瓣和副瓣，在主瓣照射期間，干擾機閉鎖，而在副瓣照射期間(全局或局部)施放干擾。當(dāng)雷達(dá)副瓣接收到的干擾功率大于主瓣收到的回波功率時，雷達(dá)信號處理系統(tǒng)會把收到副瓣干擾瞬間的主瓣方位誤認(rèn)為是目標(biāo)方位，進(jìn)而實現(xiàn)方位欺騙，圖1定性說明了副瓣干擾情況[12]。這樣對多個副瓣實施干擾，加之對干擾雷達(dá)脈沖進(jìn)行幅度或相位調(diào)制和多普勒頻移調(diào)制，使其在雷達(dá)接收端產(chǎn)生距離欺騙干擾和PD檢測有效，最終在預(yù)警雷達(dá)顯示屏上顯示出“多方位密集航跡假目標(biāo)”，這些航跡假目標(biāo)具備距離、速度和方位三維假信息，同時各航跡點的角度連貫性與干擾機一致，導(dǎo)致對方預(yù)警雷達(dá)的航跡相關(guān)組件很難進(jìn)行識別。

圖1　副瓣干擾示意圖

1.2方位欺騙的實現(xiàn)

要想在雷達(dá)指定方位上產(chǎn)生航跡假目標(biāo)，就必須知道有源假目標(biāo)相對于雷達(dá)主瓣的方位延遲量。若雷達(dá)天線主瓣對準(zhǔn)干擾機后，還需再轉(zhuǎn)一個角度Δθ(雷達(dá)主瓣與不同副瓣之間的夾角)才能對準(zhǔn)假目標(biāo)所在方位，當(dāng)雷達(dá)天線的旋轉(zhuǎn)方式已知，轉(zhuǎn)速為Vθ，則方位時延為

(1)

式中：0≤Δtθ

模擬假目標(biāo)沿雷達(dá)徑向運動時，Δtθ為一固定值。有時需要模擬的假目標(biāo)不是沿雷達(dá)的徑向運動，而是與雷達(dá)的徑向有一定的夾角，此時Δtθ會隨著目標(biāo)的運動而不斷變化。設(shè)此時假目標(biāo)的切向速度為vω(ω與雷達(dá)天線運動方向相同時為正，反之為負(fù))，則由于目標(biāo)運動而引起的方位延遲量Δθω為

Δθω=2arcsin(vωT/2r)

(2)

式中：r為前一次被模擬目標(biāo)的距離值。則假目標(biāo)下次的方位延遲時間需改寫為

(3)

1.3距離欺騙的實現(xiàn)

要在雷達(dá)的顯示屏上產(chǎn)生假目標(biāo)航跡點，除了要知道有源假目標(biāo)相對于雷達(dá)主瓣的方位延遲量Δθ外，還必須知道有源假目標(biāo)相對于雷達(dá)脈沖的距離時延量Δtf。設(shè)R為干擾機與雷達(dá)的距離，Rf為假目標(biāo)與雷達(dá)的距離，則在雷達(dá)接收機內(nèi)干擾脈沖包絡(luò)相對于雷達(dá)定時脈沖的時延應(yīng)為

(4)

當(dāng)其滿足|Rf-R|>δR時，便形成距離假目標(biāo)，δR為雷達(dá)的距離分辨力。

在確定有源假目標(biāo)的方位時延量和距離時延量后，可產(chǎn)生想定的航跡點。隨著連續(xù)的航跡點的產(chǎn)生，就可在雷達(dá)上形成想定的假目標(biāo)航跡。

2干擾輔助決策研究

設(shè)計一部干擾機關(guān)鍵技術(shù)是選取干擾時延量，但干擾的成功與否和干擾效果的好壞還體現(xiàn)在覆蓋空域、偵收靈敏度、壓制系數(shù)等輔助決策參數(shù)的合理設(shè)計。

2.1覆蓋空域

對于機載的干擾設(shè)備，其安裝會受到設(shè)備質(zhì)量、安裝條件等因素的限制，要想做到干擾波束全方位的覆蓋非常困難。在水平方向設(shè)計覆蓋范圍應(yīng)考慮干擾機對機載預(yù)警雷達(dá)的主副瓣偵收需求和干擾波束增益的要求，在確定干擾機作用距離后根據(jù)預(yù)警機的活動區(qū)域范圍來確定其水平方向覆蓋區(qū)域。在俯仰覆蓋范圍上，應(yīng)考慮干擾機在上視和下視兩種不同情況下的覆蓋。

比如，干擾機的作用距離假定為300 km，若預(yù)警機水平飛行跨度在280 km左右，那么其切向覆蓋范圍應(yīng)達(dá)到前后向各60°。根據(jù)戰(zhàn)斗機和預(yù)警機的正常飛行高度，俯仰覆蓋范圍一般達(dá)到±10°即可。

2.2偵收靈敏度

干擾機偵察機載預(yù)警雷達(dá)的最大距離取決于接收機靈敏度，而雷達(dá)參數(shù)的偵收主要來自于主瓣。由雷達(dá)對抗偵察方程，可以導(dǎo)出在雷達(dá)最大探測距離Rmax，雷達(dá)主瓣到達(dá)干擾機接收天線口面處的最小功率值Ps min

(5)

式中：Pt為雷達(dá)峰值功率；Gt為主瓣增益；Gjr為干擾系統(tǒng)接受天線增益；λ為雷達(dá)工作波長。

2.3接收動態(tài)范圍

為了實現(xiàn)對空中預(yù)警雷達(dá)的有效干擾，設(shè)計干擾機的動態(tài)范圍需要滿足整個飛行過程中對預(yù)警雷達(dá)主瓣和副瓣信號的同時接收，同時還應(yīng)考慮作戰(zhàn)環(huán)境的衰減問題。比如，假定攜帶干擾機的作戰(zhàn)飛機的作戰(zhàn)距離為150 km~500 km，則路程衰減引起的信號變化量為10.5 dB，在干擾機干擾扇區(qū)內(nèi)的對方預(yù)警雷達(dá)主副瓣電平相差-44 dB，那么干擾機的接收動態(tài)范圍應(yīng)該不小于54.5 dB。

2.4壓制系數(shù)

在距離R處雷達(dá)接收到的主瓣回波功率Pr和旁瓣接收到的干擾功率Prj分別為[13]

(6)

(7)

式中：σ為目標(biāo)雷達(dá)橫截面；R為真實目標(biāo)距離；Gsi為雷達(dá)副瓣增益；Pj為干擾機發(fā)射功率；Rj為干擾機距離。則壓制系數(shù)為

(8)

從式(8)可以看出：目標(biāo)散射面積越大，干擾越困難，而干擾系統(tǒng)的接收、發(fā)射天線的增益越大，干擾能力越強。

2.5干擾功率

干擾機在執(zhí)行任務(wù)時，一般采用編隊內(nèi)隨行干擾掩護(hù)和編隊外隨行干擾掩護(hù)兩種模式，其中編隊外干擾掩護(hù)所需功率更大。干擾對象以某型預(yù)警機為例，根據(jù)式(8)可以計算出Kj=1時不同模式所需的最小干擾功率，詳細(xì)計算結(jié)果見表1。

表1　干擾機干擾時最小功率值

計算結(jié)果表明：當(dāng)干擾機的有效輻射功率為317 W時，可以將預(yù)警機對攻擊飛機的探測距離減小至100 km。為了滿足作戰(zhàn)環(huán)境的需要，干擾機的有效輻射功率設(shè)定為400 W。

3干擾仿真

為了驗證航跡欺騙干擾的有效性，可以借助對機載雷達(dá)的仿真，對具體的干擾效果進(jìn)行評估。針對不同的副瓣峰值，進(jìn)行功率補償以實現(xiàn)方位欺騙干擾。由于干擾機本身的運動，可以在假目標(biāo)信號上引入相關(guān)的多普勒，使得機載雷達(dá)在不同掃描周期上，形成運動的點跡，從而對多個假目標(biāo)建航。

4結(jié)束語

機載預(yù)警PD雷達(dá)由于體制上和作戰(zhàn)使用上的特點，具有很強的抗干擾能力。本文研究了基于副瓣干擾的多方位航跡假目標(biāo)欺騙干擾技術(shù)，使被干擾機載預(yù)警雷達(dá)的PPI顯示器上形成假目標(biāo)的航跡，且距離、方位、速度與真實目標(biāo)相似。通過計算，研究了在實施有效干擾時，干擾機的覆蓋空域、偵收靈敏度、動態(tài)范圍、壓制系數(shù)和干擾功率等輔助決策問題。

“副瓣干擾”適用于干擾副瓣暴露的雷達(dá)，使用副瓣對消技術(shù)的機載預(yù)警雷達(dá)，將會使得最終進(jìn)入雷達(dá)接收機的干擾信號難以確定，對于此類干擾的實施與效果評估問題有待下一步研究。

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黃勇男， 1982年生，博士，工程師。研究方向為航空電子對抗。

Track Deception Jamming and Auxiliary Decision Making

Research of Airborne Early Warning PD Radar

HUANG Yong，DING Chencong

(Naval Academy of Armament,Shanghai 200436, China)

Abstract：Early warning aircraft (EWA) plays an important role in modern war. In order to improve the fighter's penetration capability, the technology generating the radar false targets with signature of flight track based on side-lobe jamming was researched. First, the jamming model was established. Then, the parameters of auxiliary decision making problems related to the jamming effect were calculated. At last, according to the typical data, the jamming of a certain airborne early warning pulse Doppler radar was simulated. The results show that display terminal of air-borne early werning radar can generate intensive decoys, which can effectively screen fighter's penetration and even attack the EWA under jamming situdtion.

Key words：track deception jamming；airborne early warning pulse Doppler radar； side-lobe; auxiliary decision making

收稿日期：2015-07-24

修訂日期：2015-09-28

通信作者：黃勇Email：huangyonghefei@163.com

中圖分類號：TN972

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1004-7859(2015)11-0077-04