唐匯禹，彭世蕤，孫經(jīng)蛟，劉香嵐

(空軍預(yù)警學(xué)院，湖北 武漢 430019)

支援干擾掩護(hù)下反輻射無人機(jī)突防技術(shù)*

唐匯禹，彭世蕤，孫經(jīng)蛟，劉香嵐

(空軍預(yù)警學(xué)院，湖北 武漢 430019)

針對高速或低速平臺配合高速戰(zhàn)機(jī)突防時，速度距離協(xié)同精度要求高、隨隊(duì)干擾時間短以及干擾掩護(hù)效率不高的問題，提出了兩型機(jī)動能力相當(dāng)?shù)牡退倨脚_無人機(jī)配合突防的策略，即采用遠(yuǎn)距離支援干擾機(jī)掩護(hù)反輻射無人機(jī)突防至一定區(qū)域，雷達(dá)干擾無人機(jī)全程隨隊(duì)掩護(hù)反輻射無人機(jī)，仿真結(jié)果表明，該策略具有干擾掩護(hù)效率高、干擾資源節(jié)省、航跡配合容易的優(yōu)點(diǎn)。

反輻射無人機(jī)；雷達(dá)干擾無人機(jī)；遠(yuǎn)距離支援干擾；隨隊(duì)支援干擾；突防；航跡

0 引言

反輻射無人機(jī)是一種利用敵方雷達(dá)輻射的電磁信號發(fā)現(xiàn)、跟蹤、以至最后壓制或摧毀雷達(dá)的武器系統(tǒng)[1]，是掩護(hù)航空兵突防、開辟進(jìn)攻通道的“殺手锏”武器。反輻射無人機(jī)具有發(fā)射后不管的特點(diǎn)，要在復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下完成攻擊或者壓制任務(wù)，就必須深入研究巡航階段的防護(hù)問題。

對于巡航階段的防護(hù)策略，最常用的是采用支援干擾來掩護(hù)突防飛機(jī)。目前的支援干擾掩護(hù)策略中，往往是高速或低速平臺配合高速戰(zhàn)機(jī)突防，這種配合方式需要進(jìn)行速度和距離的精確協(xié)同，且只能實(shí)現(xiàn)局部的隨隊(duì)干擾[2-3]，效率不高，而針對低速干擾無人機(jī)配合低速突防無人機(jī)的相關(guān)研究還較少[4-13]。

對此本文提出兩型速度相近的低速平臺的無人機(jī)配合突防的策略，即采用雷達(dá)干擾無人機(jī)以隨隊(duì)支援干擾的方式掩護(hù)反輻射無人機(jī)突防，同時只需很少的遠(yuǎn)距離支援干擾資源，即可達(dá)到掩護(hù)反輻射無人機(jī)突防的目的。具有速度和距離協(xié)同容易、占用干擾資源少、可實(shí)現(xiàn)全程隨隊(duì)干擾以及干擾壓制效果好的優(yōu)點(diǎn)，充分發(fā)揮了兩型無人機(jī)的作戰(zhàn)潛力，有效提高了效費(fèi)比。

1 隨隊(duì)支援干擾對抗模型

1.1隨隊(duì)支援干擾建模

隨隊(duì)支援干擾就是干擾機(jī)和目標(biāo)飛機(jī)相隔較近，兩者機(jī)動能力相當(dāng)一起飛行，干擾機(jī)輻射的強(qiáng)干擾信號主要從主瓣進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)，從而達(dá)到掩護(hù)目標(biāo)飛機(jī)的目的。相較于遠(yuǎn)距離支援干擾，隨隊(duì)支援干擾具有距離優(yōu)勢和功率優(yōu)勢，因而干擾效率高。

隨隊(duì)支援干擾機(jī)干擾單部雷達(dá)態(tài)勢如圖1所示[14]。

圖1 隨隊(duì)支援干擾態(tài)勢圖Fig.1 Situational diagram of escort jamming

圖1中,Rj為雷達(dá)干擾無人機(jī)距雷達(dá)直線距離;Dj為水平距離;hj為其高度;Rt為反輻射無人機(jī)距雷達(dá)距離;ht為其飛行高度;Dt為其水平距離。

由于反輻射無人機(jī)起始位置距離敵方雷達(dá)較遠(yuǎn)，若從出發(fā)就采用隨隊(duì)支援干擾，則由于干擾距離太遠(yuǎn)而等效干擾功率較小，會導(dǎo)致干擾效率不高，因此，可以考慮首先用遠(yuǎn)距離支援干擾機(jī)掩護(hù)雷達(dá)干擾無人機(jī)和反輻射無人機(jī)，到達(dá)一個較近的合適位置再進(jìn)行隨隊(duì)干擾。

進(jìn)行隨隊(duì)支援干擾時，干信比須大于等于壓制系數(shù)Kj才能對雷達(dá)形成有效干擾[15]，此時有

(1)

若干擾機(jī)和目標(biāo)處于雷達(dá)的同一分辨單元之內(nèi)，此時雷達(dá)不能區(qū)分干擾機(jī)和目標(biāo)，兩者視為同一個目標(biāo)，此時有Rj=Rt，則式(1)可化為

(2)

當(dāng)兩者不處于雷達(dá)同一分辨單元之內(nèi)，此時雷達(dá)視其為2個目標(biāo)，假設(shè)干擾機(jī)領(lǐng)先目標(biāo)距離Ra進(jìn)行導(dǎo)前干擾，則有Rj=Rt-Ra，那么式(1)可化為

(3)

1.2隨隊(duì)主瓣干擾分析

當(dāng)用雷達(dá)干擾無人機(jī)對組網(wǎng)雷達(dá)進(jìn)行隨隊(duì)支援干擾時，一方面由于等效干擾功率PjGj很小，約為幾W到幾十W，此時若不能保證干擾信號從主瓣進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)，壓制效果將很差，不能有效掩護(hù)目標(biāo)無人機(jī)，因此，必須保證干擾信號能夠從主瓣進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)，此時實(shí)際表現(xiàn)為自衛(wèi)干擾；另一方面，由于干擾波束并不是全方位的，當(dāng)干擾機(jī)距離組網(wǎng)雷達(dá)較近時，不能保證干擾信號能從所有雷達(dá)主瓣進(jìn)入，對此，必須考慮采用2架或多架干擾機(jī)進(jìn)行組陣干擾，從而實(shí)現(xiàn)全程隨隊(duì)干擾的同時，能夠保證對組網(wǎng)雷達(dá)實(shí)施主瓣干擾。

(4)

(5)

對式(4)和式(5)分別進(jìn)行開平方和解一元二次方程就可求得此時雷達(dá)的有效探測距離Rt，由此可知，進(jìn)行隨隊(duì)主瓣干擾時，雷達(dá)有效探測范圍為一個半徑為Rt的圓。

2 隨隊(duì)干擾航跡配合條件

假設(shè)兩型無人機(jī)的作戰(zhàn)對象為組網(wǎng)雷達(dá)，用遠(yuǎn)距離支援干擾機(jī)掩護(hù)隨隊(duì)編隊(duì)至一定區(qū)域后進(jìn)行隨隊(duì)支援干擾，其態(tài)勢如圖2所示。

圖2 隨隊(duì)支援干擾組網(wǎng)雷達(dá)態(tài)勢圖Fig.2 Situational diagram of escort jamming interfere networked radar

圖2中，假設(shè)雷達(dá)1為地面警戒雷達(dá)，其探測范圍最遠(yuǎn)，以其為原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，單部遠(yuǎn)距離支援干擾機(jī)可以掩護(hù)目標(biāo)沿著警戒雷達(dá)1暴露區(qū)凹口(例如正北方向)方向至距離警戒雷達(dá)一定距離處，即圖中T1點(diǎn)，此時可以開始進(jìn)行隨隊(duì)支援干擾，由前述分析可知，此時已經(jīng)距離雷達(dá)陣地較近，必須考慮干擾波束能否覆蓋整個組網(wǎng)雷達(dá)。

圖2中，T1O1,T2O2分別為雷達(dá)2,3以及反輻射無人機(jī)三者在不同位置的角平分線，則分析態(tài)勢圖可知，當(dāng)采用一架雷達(dá)干擾無人機(jī)1沿著x軸負(fù)軸(正北)朝向警戒雷達(dá)1飛行時，此時前向干擾波束能夠覆蓋雷達(dá)1和雷達(dá)4，且可從主瓣進(jìn)入，但是不能保證進(jìn)入雷達(dá)2和雷達(dá)3的主瓣，因此還不能達(dá)到有效掩護(hù)反輻射無人機(jī)突防的目的，對此必須再增加1架雷達(dá)干擾機(jī)2用來干擾雷達(dá)2和雷達(dá)3，為保證干擾機(jī)2的側(cè)向干擾波束能夠進(jìn)入雷達(dá)2,3主瓣，則干擾機(jī)2的航跡可始終位于角平分線T1O1,T2O2上，此時只要雷達(dá)2,3以及反輻射無人機(jī)三者之間夾角不超過干擾波束寬度φ0.5，都可完成對雷達(dá)2,3的有效壓制，若超過則可考慮再增加一架，分析過程不變。

為求得雷達(dá)干擾機(jī)2的配合航跡(x2(t),y2(t))以及干擾機(jī)1的航跡(x1(t),y1(t))，可假設(shè)反輻射無人機(jī)以速度v勻速沿著x軸負(fù)軸朝向雷達(dá)1飛行，起始點(diǎn)位置T1為(x0,0)，終點(diǎn)位置T2為(xt,0)，則T2=(x0-vt,0)，雷達(dá)2,3位置分別為(xr2,yr2),(xr3,yr3)，待求干擾機(jī)2位置J2為(x2(t),y2(t))，干擾機(jī)1,2都導(dǎo)前反輻射無人機(jī)距離Ra飛行，則可表示為如圖3所示。

圖3 隨隊(duì)支援干擾航跡配合示意圖Fig.3 Schematic diagram of escort jamming route coordination

由圖3可知，t時刻下，干擾機(jī)1的航跡(x1(t),y1(t)),干擾機(jī)2的航跡(x2(t),y2(t))可分別表示為

(6)

(7)

式中:x1(t),y1(t),x2(t),y2(t)分別為干擾機(jī)1,2航跡的橫縱坐標(biāo)，θT2(t),θr2(t)可分別由式(8)和式(9)求得：

θT2(t)=

(8)

(9)

式中:T2B,T2C分別為目標(biāo)距雷達(dá)2,3的直線距離，可分別由式(10)和式(11)求得：

(10)

(11)

3 仿真分析

假設(shè)本文的作戰(zhàn)目的為掩護(hù)反輻射無人機(jī)進(jìn)入到組網(wǎng)雷達(dá)陣地(30,0)處，即圖2中T2點(diǎn)，該點(diǎn)距離雷達(dá)1已經(jīng)較近，認(rèn)為可以遂行作戰(zhàn)任務(wù)，雷達(dá)干擾機(jī)1導(dǎo)前1.5 km飛行對準(zhǔn)雷達(dá)1進(jìn)行前向干擾，雷達(dá)干擾機(jī)2位于角平分線上對準(zhǔn)雷達(dá)2,3進(jìn)行側(cè)向干擾，組網(wǎng)雷達(dá)坐標(biāo)按順序分別為：(0,0),(55,50),(25,80)以及(-35,15)。

考慮極端情況，在T2點(diǎn)時雷達(dá)2,3以及反輻射無人機(jī)三者間夾角θT2最大，可根據(jù)位置坐標(biāo)計(jì)算出θT2≈30°<60°，完全滿足進(jìn)入雷達(dá)2,3主瓣需求，此時雷達(dá)1和雷達(dá)4受到雷達(dá)干擾機(jī)1的主瓣干擾，雷達(dá)2,3受到雷達(dá)干擾機(jī)2的主瓣干擾，假設(shè)組網(wǎng)雷達(dá)參數(shù)如表1所示，雷達(dá)干擾機(jī)的參數(shù)如表2所示。

表1 組網(wǎng)雷達(dá)參數(shù)Table 1 Parameter of networked radar

表2 雷達(dá)干擾機(jī)參數(shù)Table 2 Parameter of radar jamming UAV

假設(shè)兩型無人機(jī)RCS為σ=0.5 m2，則根據(jù)式(5)就可計(jì)算出各部雷達(dá)的暴露區(qū)，仿真結(jié)果如圖4所示，具體的各部雷達(dá)暴露區(qū)如表3所示。

圖4 隨隊(duì)干擾時組網(wǎng)雷達(dá)暴露區(qū)Fig.4 Exposed area of escort jamming

表3 導(dǎo)前干擾下組網(wǎng)雷達(dá)暴露區(qū)Table 3 Exposed area of networked radar when leading interference km

由圖4和表3可知，進(jìn)行隨隊(duì)支援干擾后，當(dāng)干擾信號從雷達(dá)主瓣進(jìn)入時，表現(xiàn)為自衛(wèi)干擾，組網(wǎng)雷達(dá)的探測范圍被極大壓縮，其中雷達(dá)1的探測范圍被壓縮至27.2 km，特別地，雷達(dá)2探測范圍被壓縮至3.5 km，可以有效完成掩護(hù)任務(wù)，同時仿真結(jié)果也表明，雷達(dá)干擾無人機(jī)配合反輻射無人機(jī)突防的策略可以很大程度上提高干擾掩護(hù)效率，并且有效節(jié)省干擾資源。

假設(shè)反輻射無人機(jī)以v=170 km/h勻速飛行，單部遠(yuǎn)距離支援干擾機(jī)可掩護(hù)目標(biāo)至T1=100 km處，在前述條件下，雷達(dá)干擾機(jī)1,2的航跡如圖5所示。

圖5 雷達(dá)干擾機(jī)航跡Fig.5 Route of radar jamming UAV

由圖5可知，雷達(dá)干擾機(jī)2無須做很大的機(jī)動就能很好地掩護(hù)目標(biāo)，這也說明了前述掩護(hù)策略的有效性和可行性。

雷達(dá)干擾無人機(jī)未進(jìn)行導(dǎo)前干擾時，即和目標(biāo)的距離在雷達(dá)的一個分辨單元之內(nèi)時，由式(4)可知，此時組網(wǎng)雷達(dá)的暴露區(qū)如表4所示。

對比表3和表4可知，對各部雷達(dá)來說，導(dǎo)前干擾下的雷達(dá)探測距離要略低于未導(dǎo)前干擾下各雷達(dá)的探測距離，同時，在一定的導(dǎo)前干擾距離下，隨隊(duì)編隊(duì)能夠利用導(dǎo)前空間有效避免相互碰撞。因此可以得出如下結(jié)論：在一定的導(dǎo)前距離范圍內(nèi)進(jìn)行隨隊(duì)干擾，干擾效果要略優(yōu)于未導(dǎo)前干擾下的隨隊(duì)干擾，且可避免編隊(duì)內(nèi)由于氣候、導(dǎo)航誤差等因素引起的各無人機(jī)相互碰撞。

表4 未導(dǎo)前干擾下組網(wǎng)雷達(dá)暴露區(qū)Table 4 Exposed area of networked radar when no leading interference km

4 結(jié)束語

本文針對高速或低速平臺配合高速戰(zhàn)機(jī)突防時，速度距離協(xié)同精度要求高、隨隊(duì)干擾時間短以及效率不高的問題，提出了兩型機(jī)動能力相當(dāng)?shù)牡退贌o人機(jī)配合突防的策略。仿真結(jié)果表明，該策略具有干擾掩護(hù)效率高、干擾資源節(jié)省、航跡配合容易的優(yōu)點(diǎn)。

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TechniquesofAnti-RadiationUAVPenetrationUnderSupportJamming

TANG Hui-yu ，PENG Shi-rui ，SUN Jing-jiao ，LIU Xiang-lan

(Air Force Early Warning Academy，Hubei Wuhan 430019，China)

Aiming at the problems of high requirement on speed and distance，low co-interference time in escort jamming and low efficiency of shielding，which in high-speed or low-speed platform penetrates with high-speed fighters，the strategy of two types of unmanned aerial vehicle (UAV) with proportionable mobility and low-speed platform are proposed.In other words，stand-off jamming shields anti-radiation UAV to penetrate to a certain area，and radar jamming UAV shields anti-radiation UAV in whole process with escort jamming.The simulation results show that the proposed strategy has the advantages of high efficiency of interference shielding ，saving interference resource ，and easy to cooperate track.

anti-radiation unmanned aerial vehicle (UAV)；radar jamming UAV； stand-off jamming； escort jamming； penetration; track

2016-10-20；

2017-02-15

唐匯禹(1991-)，男，湖南張家界人。助教，碩士，主要從事電子信息對抗技術(shù)研究。

通信地址：430019 湖北省武漢市黃浦大街288號E-mail：347756313@qq.com

10.3969/j.issn.1009-086x.2017.05.003

TN97;V279.2

A

1009-086X(2017)-05-0012-05