韓 旭，盛懷潔

（國防科技大學(xué)電子對抗學(xué)院，合肥 230037）

0 引言

隨著無人機(jī)平臺性能的提高和機(jī)載任務(wù)設(shè)備的不斷發(fā)展，無人機(jī)系統(tǒng)對戰(zhàn)爭行動的影響越來越大。在信息作戰(zhàn)領(lǐng)域，電子戰(zhàn)無人機(jī)利用其升空增益優(yōu)勢在削弱、破壞敵方電磁頻譜使用方面發(fā)揮了重要作用，成為軍用無人機(jī)家族中的尖兵一族。在電子戰(zhàn)無人機(jī)系列中，雷達(dá)干擾無人機(jī)主要用于對敵方雷達(dá)實(shí)施電子進(jìn)攻，削弱、破壞敵方雷達(dá)使用效能、掩護(hù)我方航空作戰(zhàn)行動。目前，對雷達(dá)干擾無人機(jī)的作戰(zhàn)運(yùn)用研究方興未艾［1-6］。本文從雷達(dá)干擾能量域出發(fā)，對雷達(dá)干擾無人機(jī)干擾壓制目標(biāo)雷達(dá)、掩護(hù)己方航空兵突防中的協(xié)同和兵力配備問題進(jìn)行了研究，得出的結(jié)論對雷達(dá)干擾無人機(jī)的作戰(zhàn)運(yùn)用具有一定的指導(dǎo)意義。

1 雷達(dá)干擾無人機(jī)支援干擾優(yōu)勢分析

當(dāng)我方航空兵執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)，如果不采取任何突防措施，敵方雷達(dá)能夠在較遠(yuǎn)距離上發(fā)現(xiàn)我方航空兵動向，從而有比較充裕的時(shí)間部署和派遣地面防空力量以及空中攔截力量對我方航空兵進(jìn)行打擊。為了縮短敵方雷達(dá)的探測距離，可以采用干擾手段對敵方雷達(dá)進(jìn)行壓制，縮短其防空和攔截力量的反應(yīng)時(shí)間，提高我方航空兵突防成功率。對敵方雷達(dá)實(shí)施干擾、掩護(hù)我航空兵突防時(shí)可以采用支援干擾的方式。

支援干擾是指為支援進(jìn)攻兵力遂行作戰(zhàn)任務(wù)，在距攻擊目標(biāo)一定距離上對敵方電子設(shè)備所進(jìn)行的電子干擾，分為近距支援干擾和遠(yuǎn)距支援干擾［7］。雷達(dá)干擾無人機(jī)是一種以雷達(dá)干擾機(jī)為任務(wù)載荷，具有對敵方雷達(dá)進(jìn)行抵近干擾能力的、能夠按實(shí)時(shí)制定或者預(yù)先規(guī)劃的任務(wù)航路進(jìn)行飛行的一種電子戰(zhàn)無人機(jī)，是執(zhí)行支援干擾任務(wù)比較理想的平臺。

雷達(dá)干擾無人機(jī)執(zhí)行支援干擾任務(wù)時(shí)，其RCS和紅外特征均較小且無人員傷亡危險(xiǎn)，不需要護(hù)航，可以飛臨任務(wù)地區(qū)后打開干擾機(jī)，對目標(biāo)實(shí)施抵近干擾［8］。由于干擾距離近，干擾機(jī)可以用較小的功率取得較好干擾效果，有利于減小干擾設(shè)備的體積、重量、供電功率等設(shè)備要求和經(jīng)濟(jì)成本。通過將不同頻段的雷達(dá)干擾無人機(jī)組陣使用，能夠?qū)撤嚼走_(dá)產(chǎn)生角度更寬、距離更大的干擾扇面，形成更加理想的干擾效果。同時(shí)，雷達(dá)干擾無人機(jī)可以在保證干擾效果的前提下，使無人機(jī)在空間上遠(yuǎn)離我方航空兵編隊(duì)，防止暴露目標(biāo)和作戰(zhàn)意圖。

2 無人機(jī)支援干擾效果影響因素

當(dāng)無人機(jī)執(zhí)行支援干擾任務(wù)，掩護(hù)我方飛機(jī)時(shí)，其空間位置模型如圖1所示。

圖1 無人機(jī)、被掩護(hù)飛機(jī)、目標(biāo)雷達(dá)空間位置關(guān)系圖

無人機(jī)距雷達(dá)的直線距離為Rj，被掩護(hù)飛機(jī)距雷達(dá)的直線距離為Rt，雷達(dá)與被掩護(hù)飛機(jī)的連線和雷達(dá)與無人機(jī)的連線之間的夾角為θ。

此時(shí)，雷達(dá)將接收到兩種信號：干擾信號和目標(biāo)回波信號。雷達(dá)收到的目標(biāo)回波信號功率為

其中，Pt為雷達(dá)的發(fā)射功率，Gt為雷達(dá)天線主瓣方向的增益，σ為突防飛機(jī)的RCS，λ為雷達(dá)工作波長。

雷達(dá)收到的干擾信號功率為

其中，Pj為干擾機(jī)發(fā)射功率，Gj為干擾機(jī)天線主瓣方向的增益，λ為雷達(dá)工作波長，γj為干擾信號對雷達(dá)天線的極化損失，Gt（θ）為雷達(dá)天線在干擾機(jī)方向上的增益，其簡化模型［9］可表示為

當(dāng)水平方向半功率波瓣寬度θ0.5=30°，最大增益Gt=15 dB時(shí)，雷達(dá)天線在干擾機(jī)方向的增益Gt（θ）隨θ的變化曲線如圖2所示。

圖2 雷達(dá)天線增益變化曲線圖

由圖可知，當(dāng)雷達(dá)干擾無人機(jī)偏離雷達(dá)天線主瓣一定角度后，Gt（θ）迅速減小，干擾效果迅速降低。為保證對敵方雷達(dá)實(shí)施有效干擾，應(yīng)使θ保持在一定角度范圍內(nèi)，并使雷達(dá)接收到的干擾信號功率與目標(biāo)回波信號功率之比（干信比）大于等于壓制系數(shù) kj，即

上式稱為雷達(dá)干擾方程，其中

干擾條件下雷達(dá)對被掩護(hù)飛機(jī)方向的探測距離為

其中

取無人機(jī)、被掩護(hù)飛機(jī)和雷達(dá)參數(shù)如下：Pt=300kW，Pj=5 W，Gt=30 dB，Gj=10 dB，γj=0.5，，kj=2［10］，σ=10，則雷達(dá)的探測距離RJtmax與干擾角度θ和無人機(jī)距雷達(dá)的距離Rj的變化關(guān)系如下頁圖3（a）。

當(dāng)干擾角度θ為10°時(shí)，雷達(dá)的探測距離RJtmax隨無人機(jī)距雷達(dá)的距離Rj的變化如圖3（b）。

當(dāng)無人機(jī)距雷達(dá)的距離Rj為15 km時(shí)，雷達(dá)的探測距離RJtmax隨干擾角度θ的變化如圖3（c）。

分析可知，當(dāng)干擾機(jī)功率等其他條件一定時(shí)，雷達(dá)的探測距離RJtmax受兩個(gè)因素影響：干擾角度θ和無人機(jī)距雷達(dá)的距離Rj。當(dāng)干擾角度一定時(shí)，雷達(dá)探測距離隨無人機(jī)距雷達(dá)距離的增大而增大；當(dāng)無人機(jī)距雷達(dá)距離一定時(shí)，雷達(dá)探測距離隨干擾角度的減小而減小。因此，無人機(jī)在執(zhí)行支援干擾任務(wù)時(shí)，其部署位置應(yīng)盡可能地靠近敵方目標(biāo)雷達(dá)，無人機(jī)與被掩護(hù)飛機(jī)關(guān)于目標(biāo)雷達(dá)的夾角應(yīng)盡可能小，以最大限度地削弱目標(biāo)雷達(dá)的探測距離，增強(qiáng)干擾效果。

無人機(jī)執(zhí)行支援干擾任務(wù)時(shí)，無人機(jī)、被掩護(hù)飛機(jī)和目標(biāo)雷達(dá)之間的空間關(guān)系、運(yùn)動關(guān)系時(shí)刻變化，因此，合理的規(guī)劃雷達(dá)干擾無人機(jī)的任務(wù)航路和運(yùn)動參數(shù)成為需要解決的問題。

圖3（a） 雷達(dá)的探測距離RJtmax與θ和Rj的變化關(guān)系圖

圖3（b） 雷達(dá)探測距離RJtmax隨Rj的變化關(guān)系圖

圖3（c） 雷達(dá)探測距離RJtmax隨θ的變化關(guān)系

3 無人機(jī)支援干擾航路規(guī)劃

3.1 無人機(jī)支援干擾航路要求

雷達(dá)干擾無人機(jī)在執(zhí)行支援干擾任務(wù)時(shí)，其部署通常需要滿足以下3點(diǎn)要求。

3.1.1 干擾功率要求

無人機(jī)執(zhí)行干擾任務(wù)時(shí)，要時(shí)刻保證對目標(biāo)雷達(dá)的有效干擾，也就是保證對突防飛機(jī)的有效掩護(hù)。從功率角度考慮，在雷達(dá)接收機(jī)端的目標(biāo)回波信號功率和干擾信號功率需要滿足下式

3.1.2 無人機(jī)安全性要求

當(dāng)無人機(jī)對目標(biāo)雷達(dá)進(jìn)行干擾時(shí)，無人機(jī)應(yīng)保證不被雷達(dá)探測到，否則無人機(jī)自身會受到嚴(yán)重的威脅，支援干擾任務(wù)也可能無法完成［11］。從無人機(jī)自身的安全性考慮，無人機(jī)距雷達(dá)的最小距離稱為無人機(jī)的自衛(wèi)距離，記為Rjmin。

其中，σ1為無人機(jī)雷達(dá)散射截面積。

3.1.3 干擾天線方向性要求

由于無人機(jī)干擾天線在垂直面內(nèi)的方向特性，當(dāng)無人機(jī)距離目標(biāo)雷達(dá)小于某一距離時(shí)，目標(biāo)雷達(dá)將處于干擾主波束之外，干擾盲區(qū)之中，該距離為過頂距離［12］，記為 Dj，如圖 4 所示。

圖4 過頂距離示意圖

其中，H為無人機(jī)飛行高度，α為干擾天線在垂直平面內(nèi)的下視角度，θ0.5為半功率波瓣寬度，δ=α+0.5θ0.5為過頂角度。在對無人機(jī)進(jìn)行配置時(shí)，無人機(jī)與目標(biāo)雷達(dá)之間的距離應(yīng)大于過頂距離。

3.2 無人機(jī)支援干擾航路規(guī)劃

3.2.1 單無人機(jī)支援干擾航路規(guī)劃

從戰(zhàn)場實(shí)際條件、無人機(jī)飛行性能及操控性角度出發(fā)，無人機(jī)執(zhí)行支援干擾任務(wù)時(shí)，通常采用直線形航路。

無人機(jī)沿直線形航路飛行時(shí)，其干擾航路與被掩護(hù)飛機(jī)航路平行，如圖5所示。

圖5 無人機(jī)支援干擾直線型航路示意圖

圖中，航路1為被掩護(hù)飛機(jī)航路，L1為目標(biāo)雷達(dá)距其的垂直距離，航路2為無人機(jī)的干擾航路，L2為目標(biāo)雷達(dá)距其的垂直距離，Rn為雷達(dá)未受到干擾時(shí)的探測距離。

無人機(jī)沿直線形航路執(zhí)行干擾任務(wù)時(shí)，假設(shè)被掩護(hù)飛機(jī)與無人機(jī)均為勻速直線飛行，速度分別為v1，v2。通過前文對干擾效果影響因素的分析，為了使被掩護(hù)飛機(jī)在目標(biāo)雷達(dá)的探測范圍內(nèi)全程有效被掩護(hù)，只需被掩護(hù)飛機(jī)在雷達(dá)探測范圍內(nèi)的起點(diǎn)A和終點(diǎn)B滿足雷達(dá)干擾方程，這就要求無人機(jī)在空間上和速度上與被掩護(hù)飛機(jī)進(jìn)行協(xié)同。

①無人機(jī)與被掩護(hù)飛機(jī)的空間協(xié)同

當(dāng)被掩護(hù)飛機(jī)在雷達(dá)探測范圍內(nèi)的起點(diǎn)A時(shí)，無人機(jī)的初始位置應(yīng)滿足雷達(dá)干擾方程

②無人機(jī)與被掩護(hù)飛機(jī)的速度協(xié)同

當(dāng)被掩護(hù)飛機(jī)在雷達(dá)探測范圍內(nèi)的終點(diǎn)B時(shí)，目標(biāo)雷達(dá)與被掩護(hù)飛機(jī)的連線和目標(biāo)雷達(dá)與無人機(jī)的連線之間的夾角θ應(yīng)滿足雷達(dá)干擾方程的干信比要求，如下式

圖6 低速無人機(jī)與被掩護(hù)飛機(jī)的速度協(xié)同圖

為使被掩護(hù)飛機(jī)在目標(biāo)雷達(dá)的探測范圍內(nèi)全程有效被掩護(hù)，無人機(jī)的最小勻速飛行速度為

為使被掩護(hù)飛機(jī)在目標(biāo)雷達(dá)的探測范圍內(nèi)全程有效被掩護(hù)，無人機(jī)的最大勻速飛行速度為

圖7 高速無人機(jī)與被掩護(hù)飛機(jī)的速度協(xié)同圖

當(dāng)無人機(jī)的速度v2滿足v2min≤v2≤v2max時(shí)，可以保證從A點(diǎn)到B點(diǎn)對被掩護(hù)飛機(jī)的有效保護(hù)。

3.2.2 多無人機(jī)支援干擾兵力分配

由雷達(dá)干擾方程可知，單架無人機(jī)所能掩護(hù)的角度范圍為

圖8 單架無人機(jī)有效掩護(hù)區(qū)示意圖

如圖8所示，在圖中陰影部分內(nèi)，我方航空兵可以得到有效掩護(hù)。

當(dāng)無人機(jī)由于自身飛行性能的限制，其速度v2不能滿足v2min≤v2≤v2max時(shí)，應(yīng)采用多架無人機(jī)對目標(biāo)雷達(dá)進(jìn)行協(xié)同接力干擾。

假設(shè)目標(biāo)雷達(dá)對我方航空兵航路的探測外包角為β，如下頁圖9所示。

為使我方航空兵得到全程有效掩護(hù)所需要的無人機(jī)數(shù)量為

圖9 目標(biāo)雷達(dá)探測外包角示意圖

圖10 多無人機(jī)協(xié)同干擾示意圖

3.3 無人機(jī)支援干擾航路規(guī)劃舉例

取雷達(dá)干擾無人機(jī)、被掩護(hù)飛機(jī)和目標(biāo)雷達(dá)參數(shù)如表1所示。

表1 支援干擾參數(shù)設(shè)置

3.3.1 無人機(jī)與被掩護(hù)飛機(jī)的空間協(xié)同

無人機(jī)與被掩護(hù)飛機(jī)滿足空間協(xié)同條件。

3.3.2 無人機(jī)與被掩護(hù)飛機(jī)的速度協(xié)同

當(dāng)無人機(jī)的速度 v2滿足 145.7 km/h≤v2≤249.1km/h時(shí)，可以保證對被掩護(hù)飛機(jī)的全程有效保護(hù)。

但是，當(dāng)無人機(jī)由于自身飛行性能原因，其速度不能滿足上述條件時(shí)，應(yīng)采用5架無人機(jī)對目標(biāo)雷達(dá)進(jìn)行協(xié)同接力干擾，每一架無人機(jī)在其對應(yīng)的12°范圍內(nèi)做往復(fù)飛行，即可保證對我方航空兵的全程有效掩護(hù)，如圖11所示。

圖11 多無人機(jī)協(xié)同干擾部署圖

4 結(jié)論

雷達(dá)干擾無人機(jī)近距支援干擾相對于其他干擾方式而言，在掩護(hù)我方航空兵飛行方面有其獨(dú)特優(yōu)勢，本文從干擾的能量域角度出發(fā)，分析了對雷達(dá)的干擾效果影響因素，提出了無人機(jī)與被掩護(hù)飛機(jī)在空間和速度上的協(xié)同，得出了無人機(jī)的兵力分配方法，研究結(jié)論為“科學(xué)計(jì)算，量敵用兵”提供了依據(jù)，可為基層指揮員提供輔助決策。本文研究主要基于能量域干擾效果，實(shí)際運(yùn)用還需結(jié)合雷達(dá)抗干擾因素、戰(zhàn)場環(huán)境等其他方面。

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