王 斌,劉春生,盧義成

(電子工程學(xué)院，安徽 合肥 230037)

多路徑效應(yīng)對(duì)艦載自衛(wèi)干擾效能的影響

王 斌,劉春生,盧義成

(電子工程學(xué)院，安徽 合肥 230037)

考慮海面多路徑效應(yīng)，建立艦載有源自衛(wèi)干擾壓制區(qū)模型，定義了跟蹤誤差干擾度，用來衡量多路徑效應(yīng)下艦載有源自衛(wèi)干擾對(duì)反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)的干擾效能，考慮海雜波的影響，選取適當(dāng)指標(biāo)衡量艦載箔條質(zhì)心干擾的干擾效能，并以艦載有源自衛(wèi)干擾效能評(píng)估為基礎(chǔ)，分析了多路徑效應(yīng)下有源無源復(fù)合干擾的干擾效能，通過示例，驗(yàn)證了模型的有效性。

多路徑效應(yīng)；跟蹤誤差干擾度；艦載自衛(wèi)干擾

0 引 言

水面艦艇的主要威脅來自各類反艦導(dǎo)彈[1]。艦載自衛(wèi)干擾可以分為有源自衛(wèi)干擾和無源自衛(wèi)干擾，其任務(wù)是通過有源或無源手段對(duì)敵反艦導(dǎo)彈的末制導(dǎo)雷達(dá)實(shí)施干擾，減小反艦導(dǎo)彈的命中概率，從而增強(qiáng)我水面艦艇的生存能力[2]。

本文從單艘艦艇對(duì)反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)實(shí)施自衛(wèi)干擾的角度出發(fā)，建立相關(guān)計(jì)算模型并研究了有源自衛(wèi)干擾、無源自衛(wèi)干擾以及有源無源復(fù)合干擾的干擾效能。

1 艦載有源自衛(wèi)干擾的效能評(píng)估

1.1 艦載有源自衛(wèi)干擾壓制區(qū)

水面艦艇對(duì)敵反艦導(dǎo)彈實(shí)施有源自衛(wèi)干擾時(shí)一般采用壓制性干擾。由于反艦導(dǎo)彈會(huì)利用地球曲率而采取低空突防，于是反艦導(dǎo)彈飛行高度的降低就導(dǎo)致了多路徑效應(yīng)對(duì)艦載有源自衛(wèi)干擾的干擾效果產(chǎn)生較大影響。多路徑效應(yīng)是指由于海面對(duì)電磁波的反射，使得電磁波在目標(biāo)處出現(xiàn)直射波與反射波相互干涉的現(xiàn)象。艦載有源自衛(wèi)干擾反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)示意圖如圖1所示。

對(duì)反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)實(shí)施艦載有源自衛(wèi)干擾時(shí)，艦載干擾設(shè)備與末制導(dǎo)雷達(dá)之間的距離等于雷達(dá)與艦艇之間的距離，末制導(dǎo)雷達(dá)在艦艇和艦載干擾設(shè)備方向的天線增益相等。于是考慮多路徑效應(yīng)，進(jìn)入到末制導(dǎo)雷達(dá)接收機(jī)輸入端的干擾信號(hào)功率為：

(1)

(2)

末制導(dǎo)雷達(dá)接收機(jī)輸入端的干信比為：

(3)

根據(jù)干擾方程[3]便可得到艦載有源自衛(wèi)干擾的壓制區(qū)。

1.2 艦載有源自衛(wèi)干擾對(duì)反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)的干擾效能

由式(3)得出的干信比，可以得到末制導(dǎo)雷達(dá)接收機(jī)輸入端的信干比為：

(4)

根據(jù)上式，可以求出壓制性干擾條件下末制導(dǎo)雷達(dá)的距離跟蹤誤差和角度跟蹤誤差[4]。壓制性干擾條件下末制導(dǎo)雷達(dá)的距離跟蹤誤差為：

(5)

式中:S/J為末制導(dǎo)雷達(dá)接收機(jī)輸入端的信干比；N為脈沖積累數(shù)；k為玻爾茲曼常數(shù)；s1為擬合常數(shù)。

壓制性干擾條件下末制導(dǎo)雷達(dá)的角度跟蹤誤差εBJa為：

(6)

式中:θ0.5為末制導(dǎo)雷達(dá)半功率波束寬度；s2為擬合常數(shù)。

定義距離跟蹤誤差干擾度和角度跟蹤誤差干擾度為考慮多路徑效應(yīng)時(shí)的末制導(dǎo)雷達(dá)的距離跟蹤誤差和角度跟蹤誤差與不考慮多路徑效應(yīng)時(shí)距離跟蹤誤差和角度跟蹤誤差之比，用跟蹤誤差干擾度來反映壓制性干擾對(duì)末制導(dǎo)雷達(dá)的干擾效能。于是得到其計(jì)算模型為：

(7)

式中:εd為不考慮多路徑效應(yīng)時(shí)末制導(dǎo)雷達(dá)的距離跟蹤誤差；εa為不考慮多路徑效應(yīng)時(shí)末制導(dǎo)雷達(dá)的角度跟蹤誤差；μd為壓制性干擾對(duì)末制導(dǎo)雷達(dá)的距離跟蹤誤差干擾度；μa為壓制性干擾對(duì)末制導(dǎo)雷達(dá)的角度跟蹤誤差干擾度。

2 艦載箔條自衛(wèi)干擾的效能評(píng)估

箔條在用于干擾反艦導(dǎo)彈時(shí)通常有4種使用方式[5]：沖淡干擾、質(zhì)心干擾、迷惑干擾和轉(zhuǎn)移干擾。在實(shí)際中應(yīng)用較多的方式是質(zhì)心干擾，這也是本文討論的重點(diǎn)。

2.1 艦載箔條質(zhì)心干擾對(duì)單脈沖末制導(dǎo)雷達(dá)的干擾效能

如圖2所示，水面艦艇檢測到反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)的開機(jī)信號(hào)，立即發(fā)射箔條彈對(duì)其進(jìn)行干擾，反艦導(dǎo)彈開始跟蹤水面艦艇與箔條云的能量反射中心O；經(jīng)過一段時(shí)間后水面艦艇繼續(xù)向前機(jī)動(dòng)，箔條云的速度與環(huán)境風(fēng)速和重力加速度有關(guān)，此時(shí)箔條云速度遠(yuǎn)小于導(dǎo)彈的速度，可近似認(rèn)為箔條云位置不變，水面艦艇與箔條云的能量反射中心為O′，水面艦艇與箔條云相對(duì)于反艦導(dǎo)彈的張角為θ。隨著導(dǎo)彈的逼近，θ越來越大，當(dāng)θ與末制導(dǎo)雷達(dá)的主瓣波束寬度相等時(shí)，雷達(dá)可以分辨出水面艦艇和箔條云，并選擇一個(gè)進(jìn)行跟蹤。

采用悲觀準(zhǔn)則，假設(shè)反艦導(dǎo)彈以最大過載飛向水面艦艇，由圖2中的幾何關(guān)系，根據(jù)正弦定理，反艦導(dǎo)彈與水面艦艇和箔條彈的距離分別為：

(8)

(9)

式中：Rt,Rj為反艦導(dǎo)彈與水面艦艇和箔條彈的距離；D為水面艦艇和箔條彈的距離；ψ為導(dǎo)彈相對(duì)于水面艦艇的來襲方向。

同理，反艦導(dǎo)彈與能量反射中心之間的距離R為：

(10)

此時(shí)水面艦艇與能量反射中心之間的距離，即箔條云的誘偏距離DR的計(jì)算模型為：

(11)

忽略接收機(jī)熱噪聲，考慮海雜波的影響后反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)接收機(jī)輸入端的干信比為：

(12)

式中：PC為箔條云的回波功率；Csea為進(jìn)入反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)接收機(jī)輸入端的海雜波功率；ηsea為海雜波抑制因子；Ps為水面艦艇的回波功率。

反艦導(dǎo)彈以最大過載方式飛向水面艦艇的修正距離ηR為：

(13)

式中：g為重力加速度；Lmax為反艦導(dǎo)彈最大過載；vm為導(dǎo)彈速度與水面艦艇速度的矢量和。

于是通過式(11)和式(13)可以得到修正后的箔條云對(duì)反艦導(dǎo)彈的誘偏距離即末制導(dǎo)雷達(dá)的距離跟蹤誤差的計(jì)算模型為：

(14)

根據(jù)余弦定理得到末制導(dǎo)雷達(dá)的角度跟蹤誤差的計(jì)算模型為：

(15)

2.2 艦載箔條質(zhì)心干擾對(duì)脈沖多普勒(PD)末制導(dǎo)雷達(dá)的干擾效能

箔條云的形成可以分為2個(gè)階段：一是箔條被發(fā)射并拋灑階段，在此階段箔條可以近似為只有水平運(yùn)動(dòng)，且速度很快，但是持續(xù)時(shí)間很短；二是箔條散開形成箔條云階段，此階段箔條在風(fēng)力和重力的共同作用下運(yùn)動(dòng)，形成一定的多普勒頻移，由于箔條云是由許多箔條形成的，不同箔條的運(yùn)動(dòng)速度之間有一定的差別，因此此時(shí)箔條云的多普勒頻譜還存在一定的展寬。假設(shè)箔條云與水面艦艇同時(shí)處于敵PD雷達(dá)的主瓣波束內(nèi)，箔條回波在多普勒雷達(dá)頻譜中的位置示意圖如圖3所示。

如圖3所示，當(dāng)箔條云在PD雷達(dá)主瓣波束內(nèi)的時(shí)候，箔條云的回波主要集中在主瓣雜波區(qū)域，而PD雷達(dá)會(huì)采取一定的手段在主瓣雜波區(qū)對(duì)主瓣雜波達(dá)到40dB以上的抑制效果。而PD雷達(dá)對(duì)于迎頭目標(biāo)，目標(biāo)回波落入無雜波區(qū)中；對(duì)于尾追目標(biāo)，目標(biāo)回波落入旁瓣雜波區(qū)中。通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)敵PD雷達(dá)與我水面艦艇形成迎頭態(tài)勢時(shí)，箔條干擾對(duì)PD雷達(dá)幾乎沒有影響；當(dāng)敵PD雷達(dá)與我水面艦艇形成尾追態(tài)勢時(shí)，箔條回波將對(duì)PD雷達(dá)的目標(biāo)檢測和跟蹤造成一定的干擾，箔條回波功率相對(duì)于目標(biāo)回波功率越大，干擾效果越好，這就需要我方水面艦艇要有很大的箔條彈載彈量，并且在水面艦艇執(zhí)行突防任務(wù)或在與敵方飛機(jī)進(jìn)行空中格斗時(shí)，一般不會(huì)出現(xiàn)尾追狀態(tài)。

綜上所述，在對(duì)PD末制導(dǎo)雷達(dá)使用箔條干擾時(shí)存在以下不足：一是箔條發(fā)射階段，雖然箔條具有很大的運(yùn)動(dòng)速度，但與水面艦艇距離小，并且有效雷達(dá)反射截面積小；二是在箔條擴(kuò)散形成箔條云階段，雖然有效雷達(dá)反射截面積增大，但箔條云的運(yùn)動(dòng)速度相對(duì)于水面艦艇速度來說較小，多普勒頻移有限，且與風(fēng)速有關(guān)，隨機(jī)性大；三是箔條回波落入主瓣雜波區(qū)域，被PD末制導(dǎo)雷達(dá)嚴(yán)重抑制。因此，需要采用有源無源復(fù)合干擾的方法來提高箔條對(duì)PD末制導(dǎo)雷達(dá)的干擾效果。

3 艦載有源無源復(fù)合干擾的效能評(píng)估

針對(duì)傳統(tǒng)箔條質(zhì)心干擾在對(duì)相參雷達(dá)特別是PD雷達(dá)實(shí)施干擾時(shí)干擾效果不好、干擾效能過低的問題，使用有源干擾來提高箔條質(zhì)心干擾的效能。利用機(jī)載偵察設(shè)備或雷達(dá)告警設(shè)備來獲得來襲導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)的跟蹤信號(hào)，從而調(diào)制機(jī)載干擾設(shè)備的干擾射頻信息；將干擾信號(hào)經(jīng)干擾天線照射到箔條云上，再經(jīng)過箔條云的散射作用，最后作用于來襲導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)。

末制導(dǎo)雷達(dá)接收到的回波功率由三部分構(gòu)成：一是目標(biāo)回波功率；二是箔條云直接反射的回波功率；三是經(jīng)箔條云散射的有源干擾信號(hào)的干擾功率。但是在考慮多路徑效應(yīng)后經(jīng)箔條云散射的有源干擾信號(hào)的干擾功率將會(huì)發(fā)生變化。

考慮多路徑效應(yīng)后經(jīng)箔條云散射的有源干擾信號(hào)的干擾功率修正為：

(16)

式中：σc為箔條云有效反射截面積，可根據(jù)文獻(xiàn)[6]求得；d為箔條云與水面艦艇之間的距離。

再考慮海雜波的影響，忽略接收機(jī)熱噪聲，反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)接收機(jī)輸入端的信干比修正為：

(17)

復(fù)合干擾條件下，反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)的距離跟蹤誤差εBJd和角度跟蹤誤差εBJa由式(5)與式(6)求得。

4 示例分析

假設(shè)艦載有源自衛(wèi)干擾的干擾功率為1 000W，干擾增益為34dB，干擾帶寬為800MHz，干擾天線架高20m，水面艦艇的有效反射截面積為100m2；反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)發(fā)射功率為150kW，天線增益為27dB，工作頻率為9GHz，工作帶寬為2MHz，半功率波束寬度為1.5°?？紤]多路徑效應(yīng)的影響，雷達(dá)接收機(jī)輸入端干信比隨距離變化的仿真結(jié)果如圖4所示。

從圖4中可以看出，多路徑效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致：(1)隨水面艦艇與反艦導(dǎo)彈之間距離的變化，導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)接收機(jī)輸入端干信比呈周期性起伏，導(dǎo)致多路徑效應(yīng)影響下干信比可能大于不考慮多路徑效應(yīng)時(shí)的干信比，也可能相對(duì)較小；(2)隨反艦導(dǎo)彈的高度降低，干信比的起伏周期變大。

有源自衛(wèi)干擾下末制導(dǎo)雷達(dá)距離跟蹤誤差的仿真結(jié)果如圖5所示。從圖5可以看出：由于多路徑效應(yīng)的影響，隨水面艦艇與反艦導(dǎo)彈之間距離的變化，末制導(dǎo)雷達(dá)的距離跟蹤誤差呈周期性起伏，導(dǎo)致多路徑效應(yīng)影響下距離跟蹤誤差可能優(yōu)于不考慮多路徑效應(yīng)時(shí)的距離跟蹤誤差，反映在圖5(b)中就是誤差干擾度大于1；也可能相對(duì)較差，反映在圖5(b)中就是誤差干擾度小于1。當(dāng)水面艦艇與反艦導(dǎo)彈之間距離16km時(shí)，由于多路徑效應(yīng)的影響，末制導(dǎo)雷達(dá)的距離跟蹤誤差為1 145.6m，距離跟蹤誤差干擾度為1.41。末制導(dǎo)雷達(dá)角度跟蹤誤差的仿真結(jié)果也可得出相似的結(jié)論。

箔條質(zhì)心干擾下末制導(dǎo)雷達(dá)跟蹤誤差仿真結(jié)果如圖6所示。從圖6可以看出：隨箔條云與水面艦艇之間距離的增加，末制導(dǎo)雷達(dá)的距離跟蹤誤差先增大后減小，在距離1 510m時(shí)誤差達(dá)到最大，為750.5m；在圖中所示二者之間距離范圍內(nèi)，末制導(dǎo)雷達(dá)的角度跟蹤誤差單調(diào)遞減。

復(fù)合干擾下末制導(dǎo)雷達(dá)距離跟蹤誤差仿真結(jié)果如圖7所示。從圖7可以得出與圖5相似的結(jié)論，但與圖5相比，在相同距離上復(fù)合干擾條件下的距離跟蹤誤差大于有源自衛(wèi)干擾條件下的距離跟蹤誤差，角度跟蹤仿真結(jié)果也能夠得到相同的結(jié)論。在距離16km時(shí)，復(fù)合干擾條件下的距離跟蹤誤差為1 741m，距離跟蹤誤差干擾度為1.35。比較圖7和

圖5發(fā)現(xiàn)：與有源自衛(wèi)干擾相比，復(fù)合干擾對(duì)末制導(dǎo)雷達(dá)的干擾效果好。

5 結(jié)束語

文章建立了艦載有源自衛(wèi)干擾、無源自衛(wèi)干擾和復(fù)合干擾等3種干擾樣式對(duì)反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)的干擾效能模型，定義了跟蹤誤差干擾度，分析了多路徑效應(yīng)對(duì)干擾效果的影響，為多路徑效應(yīng)下艦載自衛(wèi)干擾效能的評(píng)估提供了理論支撐，為艦載自衛(wèi)干擾技術(shù)的研究提供了一定參考。

[1] 胡生亮,賀靜波,李勝勇.反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)參數(shù)的箔條沖淡干擾布陣[J].火力與指揮控制,2007,32(8):68-51.

[2] 賈慧,陳望達(dá).艦載有源干擾在反導(dǎo)防御作戰(zhàn)中的戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用[J].現(xiàn)代防御技術(shù),2013,41(1):88-91.

[3] 邵國培,曹志耀,何俊,等.電子對(duì)抗作戰(zhàn)效能分析原理[M].北京：解放軍出版社,2013.

[4] 張建偉,黃樹彩.壓制性噪聲干擾對(duì)反導(dǎo)導(dǎo)彈末制導(dǎo)精度的影響[J].現(xiàn)代防御技術(shù),2010，38(3):35-38.

[5] 李金梁.箔條干擾的特性與雷達(dá)抗箔條技術(shù)研究[D].長沙：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué),2013.

[6] 楊哲,李曙林,周莉,等.機(jī)載自衛(wèi)壓制干擾和箔條干擾下飛機(jī)生存能力研究[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào),2013,33(4):375-379.

Influence of Multipath Effect on Shipboard Self-protection Jamming Effectiveness

WANG Bin,LIU Chun-sheng,LU Yi-cheng

(Electronic Engineering Institute,Hefei 230037,China)

Considering the multipath effect of sea surface,this paper sets up the model of shipboard active self-protection jamming blanketed zone,defines the tracking error interference degree to measure the jamming effectiveness of shipboard active self-protection jamming to the terminal guidance radar of anti-ship missile under multipath effect,considering the influence of sea clutter,selects appropriate index to measure the jamming effectiveness of shipboard chaff centroid jamming;and taking shipboard active self-protection jamming effectiveness evaluation as the foundation,analyzes the jamming effectiveness of active/passive complex jamming under multipath effect,validates the validity of the model through an example.

multipath effect；tracking error interference degree；shipboard self-protection jamming

2016-07-05

TN972;TN973.21

A

CN32-1413(2017)01-0018-05

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2017.01.004