孫 偉,林 木

(中國(guó)人民解放軍92941部隊(duì),遼寧 葫蘆島 125001)

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典型干擾樣式下反艦導(dǎo)彈捕捉概率評(píng)估方法研究

孫 偉,林 木

(中國(guó)人民解放軍92941部隊(duì),遼寧 葫蘆島 125001)

對(duì)典型干擾樣式下反艦導(dǎo)彈捕捉概率評(píng)估方法進(jìn)行了研究。介紹了有源干擾、無(wú)源干擾和組合干擾三種典型的電子干擾樣式。分析了影響反艦導(dǎo)彈捕捉性能的機(jī)理，據(jù)此選定有源壓制干擾、無(wú)源沖淡干擾和組合干擾三種典型干擾樣式，給出了三種干擾條件下導(dǎo)彈捕捉概率的計(jì)算方法和評(píng)估模型。設(shè)計(jì)了無(wú)干擾、沖淡干擾和組合干擾3個(gè)試驗(yàn)案例，計(jì)算分析了干擾場(chǎng)景的模擬構(gòu)建和干擾效果。研究可為干擾背景下的反艦導(dǎo)彈武器裝備的試驗(yàn)與鑒定提供必要的技術(shù)支持。

反艦導(dǎo)彈； 靶場(chǎng)試驗(yàn)鑒定； 有源壓制干擾； 無(wú)源沖淡干擾； 組合干擾； 捕捉概率； 最小干擾距離； 評(píng)估

0 引言

艦載反導(dǎo)電子戰(zhàn)的首次實(shí)戰(zhàn)運(yùn)用是1967年的阿以第三次中東戰(zhàn)爭(zhēng)，之后電子戰(zhàn)技術(shù)和裝備發(fā)展迅猛，已成為現(xiàn)代海戰(zhàn)過(guò)程中艦艇反導(dǎo)普遍采用的防御手段。對(duì)進(jìn)攻方來(lái)說(shuō)，反艦導(dǎo)彈在電子干擾的復(fù)雜電磁環(huán)境中對(duì)目標(biāo)的捕捉、命中性能成為衡量其作戰(zhàn)能力的關(guān)鍵，已成為武器裝備靶場(chǎng)試驗(yàn)鑒定的重要試驗(yàn)項(xiàng)目。同時(shí)，在武器裝備研制總要求中對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境的構(gòu)設(shè)也越來(lái)越詳細(xì)，相應(yīng)條件下裝備的抗干擾指標(biāo)亦越來(lái)越科學(xué)量化。文獻(xiàn)[1]對(duì)反艦導(dǎo)彈導(dǎo)引頭作戰(zhàn)試驗(yàn)鑒定方法進(jìn)行了研究，提出了作戰(zhàn)試驗(yàn)條件下的導(dǎo)引頭評(píng)價(jià)體系。作為武器裝備試驗(yàn)與鑒定的靶場(chǎng)，需要對(duì)反艦導(dǎo)彈抗干擾能力進(jìn)行評(píng)估。尤其是在復(fù)雜環(huán)境試驗(yàn)設(shè)計(jì)和抗干擾試驗(yàn)組織實(shí)施中，需了解在特定組合干擾樣式下反艦導(dǎo)彈的抗干擾成功率，以便優(yōu)化干擾設(shè)備配置，更有針對(duì)性地構(gòu)建抗干擾復(fù)雜環(huán)境，提高試驗(yàn)質(zhì)量效益。近年來(lái)，對(duì)在箔條干擾和有源干擾條件下導(dǎo)彈突防概率、命中概率等的研究，已獲得了大量可用于導(dǎo)彈抗干擾效果量化評(píng)估的成果[2-6]。但針對(duì)靶場(chǎng)常用的組合干擾樣式，關(guān)于預(yù)估導(dǎo)彈抗干擾成功率的研究甚少。為更有效地對(duì)新型武器裝備靶場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行鑒定，本文對(duì)反艦導(dǎo)彈單發(fā)捕捉目標(biāo)概率在典型干擾背景中的分析評(píng)估進(jìn)行了研究，分析了有源壓制干擾、無(wú)源沖淡干擾，以及典型組合干擾樣式對(duì)該指標(biāo)的影響，討論了相關(guān)評(píng)估模型，并進(jìn)行了算例計(jì)算。

1 對(duì)反艦導(dǎo)彈的干擾及其組合樣式

對(duì)反艦導(dǎo)彈的干擾包括有源干擾和無(wú)源干擾兩類。

1.1 有源干擾

有源干擾技術(shù)是利用干擾機(jī)發(fā)射某種波形的干擾信號(hào)以擾亂和欺騙敵方雷達(dá)。有源干擾一般可粗分為噪聲干擾和欺騙干擾兩大類。噪聲干擾又稱壓制性干擾，分為瞄準(zhǔn)式噪聲干擾、阻塞式噪聲干擾。欺騙干擾又稱應(yīng)答式干擾，是用干擾信號(hào)欺騙敵方。欺騙干擾允許敵方雷達(dá)看見(jiàn)目標(biāo)，但使它不能獲得目標(biāo)的準(zhǔn)確信息，只能得到失真的距離、方位和速度等參數(shù)。欺騙干擾包括距離門拖引干擾、速度門拖引干擾、角度干擾、組合式欺騙干擾(拖距+角度干擾、拖速+拖距+角度干擾)、有源雷達(dá)誘餌干擾、電子假目標(biāo)干擾等。

1.2 無(wú)源干擾

雷達(dá)無(wú)源干擾主要有箔條、反射器、假目標(biāo)、電波吸收材料等，常見(jiàn)的對(duì)雷達(dá)的無(wú)源干擾主要用于平臺(tái)自衛(wèi)、目標(biāo)掩護(hù)和欺騙干擾。常用的干擾器材主要是吸波材料和箔條、假目標(biāo)等。其中：艦載雷達(dá)無(wú)源干擾系統(tǒng)主要采用箔條干擾技術(shù)，包括迷惑、沖淡、轉(zhuǎn)移和質(zhì)心四種模式。漂浮假目標(biāo)由發(fā)射器和充氣誘餌組成，誘餌發(fā)射后自動(dòng)充氣，形成雷達(dá)反射器漂浮在海面，用于欺騙敵方雷達(dá)、引誘敵方導(dǎo)彈。

1.3 典型組合干擾樣式

上述多種干擾進(jìn)行不同組合形成組合干擾，不但數(shù)種有源干擾可適當(dāng)組合，而且有源干擾和無(wú)源干擾也能組合使用，以獲得最佳的干擾效果。組合干擾多用于中程反導(dǎo)或末制導(dǎo)開(kāi)機(jī)后的時(shí)段，構(gòu)成轉(zhuǎn)移干擾樣式。

目前，靶場(chǎng)常用的無(wú)源沖淡干擾和有源壓制干擾組合為：無(wú)源沖淡干擾一般布置在導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)搜索范圍內(nèi)，并與目標(biāo)間隔一定距離，保證在導(dǎo)彈雷達(dá)導(dǎo)引頭搜索期間能形成假目標(biāo)4～5個(gè)[7]。有源壓制干擾布置在舷外，方向上對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)彈來(lái)襲方向，與目標(biāo)間隔距離d需滿足條件

d≤Rttan θ0.5.

(1)

式中：Rt為干擾機(jī)對(duì)雷達(dá)的最小有效干擾距離(也稱“燒穿”距離)；θ0.5為雷達(dá)水平波瓣寬度。滿足式(1)條件時(shí)，可保證在導(dǎo)彈到達(dá)Rt之前，干擾機(jī)始終處于導(dǎo)彈雷達(dá)導(dǎo)引頭波束范圍內(nèi)。

2 典型干擾樣式下導(dǎo)彈捕捉概率

2.1 評(píng)估方法

反艦導(dǎo)彈對(duì)單艘敵方艦艇實(shí)施攻擊時(shí)，無(wú)干擾對(duì)抗下，導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)正常開(kāi)機(jī)，1個(gè)搜索周期捕捉到目標(biāo)的概率一般可達(dá)98%以上。目標(biāo)實(shí)施干擾，特別是當(dāng)反艦導(dǎo)彈雷達(dá)開(kāi)機(jī)時(shí)刻，典型的無(wú)源沖淡和有源壓制干擾以及可能的組合干擾等，將降低雷達(dá)捕捉目標(biāo)的概率。

有源壓制干擾主要降低導(dǎo)彈雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)的作用距離。由于導(dǎo)彈飛行控制存在誤差，在導(dǎo)彈雷達(dá)導(dǎo)引頭開(kāi)機(jī)時(shí)，可能會(huì)因自控終點(diǎn)散布過(guò)大導(dǎo)致無(wú)法捕捉目標(biāo)，而有源壓制干擾會(huì)進(jìn)一步壓縮雷達(dá)開(kāi)機(jī)時(shí)導(dǎo)彈距目標(biāo)的距離，因此在有源壓制干擾條件下，雷達(dá)捕捉目標(biāo)的概率會(huì)進(jìn)一步下降。

無(wú)源沖淡干擾主要在雷達(dá)搜索轉(zhuǎn)截獲中發(fā)揮干擾作用，通過(guò)布置多個(gè)假目標(biāo)，以降低雷達(dá)截獲正確目標(biāo)的概率。

考慮上述兩方面因素，本文分別對(duì)有源壓制干擾、無(wú)源沖淡干擾和典型組合干擾樣式下的導(dǎo)彈捕捉概率進(jìn)行評(píng)估。

2.2 有源壓制干擾

有源壓制干擾主要減小導(dǎo)彈雷達(dá)導(dǎo)引頭搜索探測(cè)目標(biāo)的作用距離，降低對(duì)目標(biāo)的捕捉概率，如圖1所示[8-9]。

圖1 雷達(dá)、目標(biāo)和干擾機(jī)的空間關(guān)系Fig.1 Layout of radar, target and jamming source

2.2.1 最小有效干擾距離

按作戰(zhàn)使用方式，有源壓制分為自衛(wèi)干擾、隨隊(duì)干擾、遠(yuǎn)距離支援干擾3種，雷達(dá)的干擾方程可表示為

(2)

雷達(dá)的最小有效干擾距離Rtmin滿足

(3)

式中：Ht為目標(biāo)高度；Ha為雷達(dá)天線架設(shè)高度；θ0.5為雷達(dá)水平波瓣寬度；K1為與天線特性有關(guān)的常數(shù)；θ為目標(biāo)與雷達(dá)天線的水平投影相對(duì)干擾機(jī)與雷達(dá)天線的水平投影的夾角；

此處：(SN)min=1/Kj。

(4)

當(dāng)目標(biāo)離雷達(dá)的距離Rj=Rtmin時(shí)，就可判定被雷達(dá)探測(cè)到。

2.2.2 壓制干擾目標(biāo)捕捉概率

a)前置點(diǎn)射擊

目標(biāo)捕捉概率

(5)

b=dstart·sin a.

(6)

此處：dstart為導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達(dá)“燒穿”距離，且dstart=Rtmin；a為搜索扇面角。

b)無(wú)前置點(diǎn)射擊

目標(biāo)捕捉概率

(7)

式中：Ew為采用無(wú)前置點(diǎn)方式發(fā)射時(shí)導(dǎo)彈在自控終點(diǎn)橫向上的概率偏差；zhy為導(dǎo)彈在自控飛行時(shí)間t內(nèi)目標(biāo)的橫移量，且

zhy=vt×t×sin βt.

(8)

此處：vt為目標(biāo)速度；βt為發(fā)射導(dǎo)彈時(shí)目標(biāo)的舷角。

2.3 無(wú)源沖淡干擾

反艦導(dǎo)彈發(fā)射后，在反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)開(kāi)機(jī)搜索前，敵方艦艇向周圍發(fā)射箔條干擾彈，形成多個(gè)雷達(dá)假目標(biāo)，降低導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)捕獲目標(biāo)的概率。沖淡干擾如圖2所示[10]。

圖2 沖淡干擾空間關(guān)系Fig.2 Layout of chaff jamming

在沖淡干擾條件下，導(dǎo)彈對(duì)目標(biāo)的捕捉概率

pcb=1-(1-pnon)1/n.

(9)

式中：n為目標(biāo)艦艇與箔條假目標(biāo)數(shù)量；pnon為無(wú)干擾條件下導(dǎo)彈捕捉目標(biāo)概率。

2.4 組合干擾

混合施放電子干擾和沖淡箔條干擾，無(wú)源干擾利用箔條云散射回波，有源干擾將干擾機(jī)直接對(duì)準(zhǔn)被干擾雷達(dá)[10-12]。組合干擾空間關(guān)系如圖3所示。

圖3 組合干擾空間關(guān)系Fig.3 Layout of passive complex jamming

2.4.1 組合干擾最小有效干擾距離

組合干擾下雷達(dá)接收的有源分量

(10)

式中：λ為雷達(dá)工作波長(zhǎng)。

組合干擾下雷達(dá)接收的單個(gè)無(wú)源分量

(11)

(12)

則雷達(dá)接收的組合干擾的總能量

(13)

雷達(dá)接收的目標(biāo)散射能量

(14)

雷達(dá)干擾方程為

(15)

2.4.2 組合干擾下目標(biāo)捕捉概率

由式(5)～(11)可知：在導(dǎo)引頭開(kāi)機(jī)時(shí)刻，實(shí)施有源壓制和無(wú)源沖淡的組合干擾將進(jìn)一步降低彈上雷達(dá)的壓制距離，縮短縱向和橫向的搜索距離半寬。導(dǎo)彈捕捉目標(biāo)概率用導(dǎo)彈對(duì)艦艇編隊(duì)中選擇預(yù)定目標(biāo)艦艇的捕捉概率Pbx表示，有

Pbx=Pzb×Phb.

(16)

式中：Pzb，Phb分別為對(duì)選定目標(biāo)的縱向和橫向捕選概率，且

(17)

(18)

此處：a取決于導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)搜索區(qū)的距離半寬，且

(19)

Ez為自控終點(diǎn)的縱向概率偏差；x0為艦艇編隊(duì)中目標(biāo)間的縱向間距；b取決于導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)搜索扇面半寬，且

b=Rcmin×sin a;

(20)

b0為天線波束半寬所對(duì)應(yīng)的寬度，且

(21)

Eh為自控終點(diǎn)的橫向概率偏差；z0為艦艇編隊(duì)中目標(biāo)間的橫向間距。

3 算例

設(shè)干擾機(jī)Pj=50 W，Gj=10(10 dB)，波束寬度3°～5°；Gj=1 000(30 dB)，波束寬度為水平2.3°、垂直5°，Pt=20 kW，脈沖寬度0.25 μs，λ=8 mm，臨界靈敏度pS min=-97 dB，搜索扇面30°；Δfj/Δfr=3，Kj=2；沖淡箔條數(shù)為4枚，箔條距艦艇斜距1 km，舷角分別為45°，135°，225°，315°；γj=1；導(dǎo)彈飛行馬赫數(shù)0.8，采用前置點(diǎn)攻擊，自控終點(diǎn)Ez，Eh均為2 km；目標(biāo)艦艇速度vm=30 km，長(zhǎng)120 m、寬12 m、高8 m，σ=3 000 m2導(dǎo)彈裝訂的末制導(dǎo)開(kāi)機(jī)距離d=14 km，導(dǎo)彈正橫攻擊目標(biāo)艦。

算例1：導(dǎo)彈在無(wú)干擾時(shí)，由式(4)、(5)，可得末制導(dǎo)捕捉目標(biāo)艦船的概率

由式(3)，可得壓制干擾下對(duì)艦艇目標(biāo)的最小有效壓制距離

導(dǎo)引頭開(kāi)機(jī)至到達(dá)燒穿時(shí)刻，目標(biāo)橫移量約33 km。由式(4)、(5)、(7)可得捕捉概率

算例2：僅計(jì)算沖淡干擾時(shí)導(dǎo)彈對(duì)目標(biāo)的捕捉概率。

由式(9)

pcb=1-(1-pnon)1/n=1-(1-0.98)1/5=0.457.

算例3：在上述條件下，組合干擾時(shí)導(dǎo)彈對(duì)目標(biāo)的捕捉概率

由式(10)～(15)，可算得Rcmin=4.34 km。由式(16)、(17)計(jì)算導(dǎo)彈對(duì)艦艇目標(biāo)的捕捉概率

Pbx=Pzb×Phb=0.075×0.139=0.01.

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)典型干擾樣式下反艦導(dǎo)彈捕捉概率評(píng)估方法進(jìn)行了研究，討論了有源壓制干擾、無(wú)源沖淡干擾及其典型組合干擾樣式對(duì)導(dǎo)彈雷達(dá)導(dǎo)引頭的影響，給出了該條件下捕捉目標(biāo)的概率指標(biāo)評(píng)價(jià)方法，使對(duì)裝備試驗(yàn)考核更具充分性。同時(shí)，通過(guò)在試驗(yàn)前對(duì)干擾效果的預(yù)先分析，對(duì)干擾環(huán)境的構(gòu)設(shè)、干擾設(shè)備的配置與使用進(jìn)行合理規(guī)劃和優(yōu)化，能提高靶場(chǎng)抗干擾試驗(yàn)的效益。干擾對(duì)抗及在干擾條件下導(dǎo)彈對(duì)目標(biāo)的捕捉過(guò)程極其復(fù)雜。文中影響機(jī)理分析還是尚屬基礎(chǔ)性的，給出的捕捉概率評(píng)估模型是有一定的假設(shè)條件并作了相應(yīng)簡(jiǎn)化。后續(xù)還需要深入研究干擾機(jī)理，修改完善干擾評(píng)估模型，對(duì)捕捉性能給出準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，進(jìn)而完成復(fù)雜干擾樣式下導(dǎo)彈單發(fā)命中概率指標(biāo)的試驗(yàn)評(píng)估，在靶場(chǎng)試驗(yàn)鑒定過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)海軍新型導(dǎo)彈武器裝備戰(zhàn)技性能的全面考核。

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Study on Evaluation Method of Anti-Ship Missile Capture Probability under Typical Jamming Pattern

SUN Wei, LIN Mu

(The Unit 92941 of CPLA, Huludao 125001, Liaoning, China)

The evaluation method of anti-ship missile capture probability under typical jamming pattern was studied in this paper. The three typical electron jamming patterns which were active jamming, passive jamming and complex jamming were introduced. The mechanism affecting to the anti-ship missile capture performance was analyzed. The active blanket jamming, passive chaff jamming and complex jamming were selected according to the mechanism. The computation and evaluation model of missile capture probability under the three kinds of jamming selected were given. Three experiment cases under no jamming, passive chaff jamming and complex jamming were designed. The jamming scene was simulated and the jamming effect was analyzed. This study can provide the necessary technical support for the further development of anti-ship missile weapon experiment and evaluation in the jamming background.

Anti-ship missile; Shooting experiment; Active blanket jamming; Passive chaff jamming; Complex jamming; Capture probability; Minimum jamming distance; Evaluation

1006-1630(2016)05-0113-05

2016-06-18；

2016-07-31

孫 偉(1967—)，男，高級(jí)工程師，主要從事導(dǎo)彈武器裝備試驗(yàn)與鑒定工作。

TJ761.14

A

10.19328/j.cnki.1006-1630.2016.05.018