黎曉春

(北京跟蹤與通信技術(shù)研究所，北京 100094)

0 引言

如何有效實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的突防是彈道導(dǎo)彈長期需要面對(duì)的重要課題。隨著“宙斯盾”、“愛國者”以及“THAAD”等導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的不斷改進(jìn)和換代，其雷達(dá)探測能力和抗干擾水平也得以不斷提升。如何有效壓制導(dǎo)彈防御系統(tǒng)中的反導(dǎo)雷達(dá)，使反導(dǎo)雷達(dá)的探測、跟蹤、識(shí)別和引導(dǎo)等功能無法得到充分發(fā)揮，甚至難以正常工作是彈道導(dǎo)彈實(shí)現(xiàn)突防的關(guān)鍵所在。

彈載干擾機(jī)伴隨彈頭飛行，能夠?qū)忱走_(dá)實(shí)施主瓣干擾，在要求功率較小的情況下，能起到良好的干擾效果，主瓣干擾已經(jīng)成為干擾對(duì)抗中的難題[1-3]。攜帶伴飛式干擾機(jī)是彈道導(dǎo)彈應(yīng)對(duì)反導(dǎo)雷達(dá)探測跟蹤制導(dǎo)的重要技術(shù)手段。導(dǎo)彈攜帶的干擾機(jī)在合適的時(shí)機(jī)與彈體分離并開始工作，按照慣性與彈頭伴飛，檢測到反導(dǎo)雷達(dá)探測信號(hào)后即可釋放干擾信號(hào)，在保持與彈頭相對(duì)位置關(guān)系的前提下干擾信號(hào)可保持從雷達(dá)主瓣進(jìn)入，通過干擾有效壓縮反導(dǎo)雷達(dá)發(fā)現(xiàn)距離、探測能力和測量精度。隨著攻擊過程的推進(jìn)，或者反導(dǎo)雷達(dá)實(shí)現(xiàn)對(duì)伴飛干擾機(jī)燒穿，或者距離較近時(shí)伴飛干擾信號(hào)無法持續(xù)實(shí)現(xiàn)從雷達(dá)主瓣進(jìn)入從而雷達(dá)可再次檢測到彈頭，但是只要此時(shí)彈頭距離雷達(dá)(或攻擊對(duì)象)足夠近，就可認(rèn)為伴飛干擾實(shí)現(xiàn)了有效掩護(hù)彈頭突防。

本文針對(duì)干擾機(jī)釋放后與彈頭伴飛干擾反導(dǎo)雷達(dá)這一動(dòng)態(tài)過程，開展導(dǎo)彈電子突防仿真，分析不同干擾態(tài)勢和反導(dǎo)雷達(dá)參數(shù)配置下的干擾效果，以求對(duì)伴飛干擾機(jī)優(yōu)化干擾策略、提高突防成功概率提供支持。

1 仿真模型及技術(shù)條件

1.1 伴飛干擾機(jī)

戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈攜帶的自衛(wèi)式有源雷達(dá)干擾機(jī)，在主動(dòng)段末期與彈頭分離，一般不具備動(dòng)力和姿態(tài)調(diào)整能力，按照慣性與彈頭伴飛。干擾類型包括有源噪聲壓制、有源欺騙干擾等。工作頻段根據(jù)突防對(duì)象可選可變，采用電池供電。為簡化起見，假定干擾機(jī)與彈頭伴飛，空域分布、飛行姿態(tài)在一定的時(shí)間范圍內(nèi)保持不變(伴飛中干擾機(jī)側(cè)向分布距離和軸向分布距離均不超過特定數(shù)值)，干擾機(jī)數(shù)量1～4個(gè)可選，干擾類型為窄帶瞄準(zhǔn)干擾或?qū)拵ё枞蓴_及其組合可選，干擾功率可調(diào)。

1.2 突防彈頭目標(biāo)

通過仿真建立進(jìn)攻導(dǎo)彈彈頭的飛行彈道，彈頭目標(biāo)RCS及其起伏模型。以理論彈道飛行的戰(zhàn)術(shù)彈道作為仿真對(duì)象，假定彈頭在前向一定錐角范圍內(nèi)RCS較小并具備隱身能力。仿真中彈頭目標(biāo)尺寸及RCS可選，起伏模型可選，彈頭RCS可根據(jù)雷達(dá)視角的不同進(jìn)行變化。

1.3 反導(dǎo)雷達(dá)

本文研究的突防對(duì)象主要為“愛國者”武器系統(tǒng)的AN/MPQ-65雷達(dá)(及其改進(jìn)型)和“宙斯盾”武器系統(tǒng)的AN/SPY-1D雷達(dá)。根據(jù)雷達(dá)方程建立通用的雷達(dá)檢測仿真模型，其頻段、信號(hào)帶寬、功率、信號(hào)形式、信號(hào)處理能力、抗干擾措施等參數(shù)可選可變。

建立干擾突防過程中彈頭目標(biāo)、伴飛干擾機(jī)與反導(dǎo)雷達(dá)工作過程及相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，運(yùn)用雷達(dá)方程、干擾方程、干擾/抗干擾關(guān)系等建立綜合地面雷達(dá)信噪比/信干比模型和檢測模型，進(jìn)而確定雷達(dá)的檢測能力，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行干擾/抗干擾性能評(píng)估和對(duì)抗條件下雷達(dá)檢測過程的試驗(yàn)仿真，依據(jù)雷達(dá)在有無彈載自衛(wèi)干擾情況下檢測能力以及測量精度的變化給出自衛(wèi)干擾電子突防效果。

2 仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)

導(dǎo)彈電子突防對(duì)抗試驗(yàn)仿真軟件基于HLA開發(fā)，仿真聯(lián)邦由仿真狀態(tài)監(jiān)控成員、仿真結(jié)果顯示成員、雷達(dá)模擬成員、干擾機(jī)模擬成員、導(dǎo)彈模擬成員、仿真總控成員組成。各聯(lián)邦成員的信息交互關(guān)系如圖1所示。

仿真總控成員完成模型主要參數(shù)設(shè)置、仿真試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置，驅(qū)動(dòng)仿真運(yùn)行。導(dǎo)彈模擬成員完成導(dǎo)彈彈道計(jì)算和導(dǎo)彈RCS計(jì)算，向雷達(dá)模擬成員和干擾機(jī)模擬成員發(fā)送干擾機(jī)模型和雷達(dá)模型解算所需的導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)及RCS參數(shù)信息。雷達(dá)模擬成員實(shí)現(xiàn)反導(dǎo)雷達(dá)模擬，完成在不存在干擾源、存在干擾源、雷達(dá)未采用抗干擾措施以及存在干擾源、雷達(dá)采用抗干擾措施的情況下，雷達(dá)對(duì)導(dǎo)彈的探測性能模擬，并向干擾機(jī)模擬成員發(fā)送雷達(dá)參數(shù)信息，接收干擾機(jī)模擬成員發(fā)送的干擾機(jī)參數(shù)信息，接收導(dǎo)彈模擬成員的RCS信息。干擾機(jī)模擬成員完成干擾機(jī)彈道(含干擾釋放、開機(jī)工作時(shí)機(jī))計(jì)算和干擾策略計(jì)算，實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)噪聲干擾機(jī)模擬，完成干擾機(jī)偵察單元對(duì)雷達(dá)信號(hào)的偵察過程計(jì)算，并在發(fā)現(xiàn)雷達(dá)信號(hào)時(shí)實(shí)施干擾。仿真結(jié)果顯示成員實(shí)時(shí)顯示相關(guān)仿真曲線，接收干擾機(jī)模擬成員、導(dǎo)彈模擬成員、雷達(dá)模擬成員發(fā)送的仿真結(jié)果信息和仿真狀態(tài)信息，并顯示仿真結(jié)果。仿真狀態(tài)監(jiān)視成員實(shí)現(xiàn)仿真狀態(tài)監(jiān)視成員功能，實(shí)時(shí)顯示仿真各要素工作參數(shù)和工作狀態(tài)監(jiān)視。

3 仿真結(jié)果

3.1 C波段仿真結(jié)果

C波段突防對(duì)象為AN/MPQ-65雷達(dá)，其載頻約5.25～5.75GHz，發(fā)射機(jī)峰值功率約600kW，平均功率約10kW，對(duì)1m2目標(biāo)探測距離大于160km，主瓣波束寬區(qū)約1.7°(法線方向)，發(fā)射天線增益40dB，接收天線增益39dB，具有脈壓、副瓣對(duì)消等多種抗干擾措施。

假設(shè)彈頭RCS為0.05m2、導(dǎo)彈在上升段末端釋放干擾機(jī)，干擾機(jī)釋放后彈上干擾機(jī)偵察引導(dǎo)單元即開始工作，地面雷達(dá)在距離約124km處發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并對(duì)其進(jìn)行跟蹤，這時(shí)彈載干擾機(jī)偵察引導(dǎo)單元開始穩(wěn)定偵收地面雷達(dá)信號(hào)并開始實(shí)施干擾。

圖2(a)為導(dǎo)彈沒有攜帶干擾機(jī)時(shí)，雷達(dá)探測信噪比變化情況及測量精度仿真結(jié)果。圖2(b)為導(dǎo)彈攜帶1臺(tái)C波段瞄準(zhǔn)式干擾機(jī)，對(duì)AN/MPQ-65雷達(dá)進(jìn)行突防，雷達(dá)抗干擾改善因子為30dB時(shí)，雷達(dá)檢測信干比/信噪比變化情況及測量精度。

圖3(a)為導(dǎo)彈攜帶2臺(tái)C波段瞄準(zhǔn)式干擾機(jī)，雷達(dá)抗干擾改善因子為45dB時(shí)仿真結(jié)果。圖3(b)為導(dǎo)彈攜帶4臺(tái)瞄準(zhǔn)式干擾機(jī)，雷達(dá)抗干擾改善因子為45dB時(shí)仿真結(jié)果。當(dāng)彈頭RCS更小或更大時(shí)仿真結(jié)果顯示趨勢基本一致。

從仿真結(jié)果可知，當(dāng)干擾機(jī)數(shù)量為1臺(tái)，干擾機(jī)與雷達(dá)距離大于15km時(shí)，雷達(dá)難以正常檢測目標(biāo)，此后由于伴飛干擾機(jī)與彈頭空間分布關(guān)系，干擾機(jī)將不再處于地面雷達(dá)波束主瓣，干擾信號(hào)將從雷達(dá)波束旁瓣進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)，這導(dǎo)致雷達(dá)檢測信干比突變，雷達(dá)可實(shí)現(xiàn)高精度目標(biāo)測量，但此時(shí)發(fā)現(xiàn)距離過小，可認(rèn)為干擾掩護(hù)突防成功?？梢?，當(dāng)雷達(dá)抗干擾改善因子小于30dB時(shí)，1臺(tái)干擾機(jī)即可取得良好的干擾效果。若雷達(dá)抗干擾改善因子為45dB，當(dāng)干擾機(jī)數(shù)量為2臺(tái)時(shí)，地面雷達(dá)對(duì)彈頭的發(fā)現(xiàn)距離約為26km；而如果干擾機(jī)數(shù)量為4臺(tái)，地面雷達(dá)對(duì)彈頭的發(fā)現(xiàn)距離則降為約18km?？梢姰?dāng)雷達(dá)抗干擾改善因子為45dB時(shí)需要多臺(tái)干擾機(jī)才可取得較好的干擾效果。

3.2 S波段仿真結(jié)果

S波段突防對(duì)象為AN/SPY-1D雷達(dá)，其工作頻為3.1～3.5GHz，發(fā)射機(jī)峰值功率約4～6MW，平均功率不小于60kW，對(duì)1m2目標(biāo)作用距離460～630km，天線主瓣波束寬水平垂直均約為1.6°(法線方向)，發(fā)射天線增益約42dB，接收天線增益約41dB，具有脈壓、低副瓣等多種抗干擾措施。

圖4(a)為導(dǎo)彈攜帶1臺(tái)S波段阻塞式干擾機(jī)，對(duì)AN/SPY-1雷達(dá)進(jìn)行突防，雷達(dá)抗干擾改善因子為30dB時(shí)仿真結(jié)果。圖4(b)為導(dǎo)彈攜帶4臺(tái)S波段阻塞式干擾機(jī)，對(duì)AN/SPY-1雷達(dá)進(jìn)行突防，雷達(dá)抗干擾改善因子為30dB時(shí)仿真結(jié)果。

由仿真結(jié)果可知，當(dāng)雷達(dá)抗干擾改善因子為19.5dB時(shí)，1臺(tái)干擾機(jī)即可取得良好的干擾效果。若雷達(dá)抗干擾改善因子為30dB，干擾機(jī)數(shù)量為2臺(tái)，則雷達(dá)對(duì)彈頭的發(fā)現(xiàn)距離約為26km；而如果干擾機(jī)數(shù)量為4臺(tái)，雷達(dá)對(duì)彈頭的發(fā)現(xiàn)距離則降為約21km。

4 仿真結(jié)論

1) 干擾要持續(xù)從雷達(dá)天線主瓣進(jìn)入方可取得較好的干擾效果，隨著彈頭與雷達(dá)距離接近，到干擾機(jī)無法保持從雷達(dá)天線主瓣進(jìn)入時(shí)，雷達(dá)檢測信干比將實(shí)現(xiàn)突變，伴飛干擾機(jī)將這個(gè)突變距離壓縮到足夠小是突防成功的關(guān)鍵，所以實(shí)飛中伴飛干擾機(jī)與彈頭間幾何關(guān)系的保持對(duì)突防結(jié)果至關(guān)重要。

2) 隨著彈頭與雷達(dá)距離接近，雷達(dá)將實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾機(jī)燒穿，干擾方應(yīng)盡可能壓制燒穿距離，縮短反導(dǎo)武器系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間；由于彈頭迎頭方向RCS相對(duì)較小，所以彈載干擾機(jī)對(duì)迎頭方向雷達(dá)壓制作用較強(qiáng)，雷達(dá)配置位置不同會(huì)對(duì)仿真結(jié)果產(chǎn)生一定影響。

3) 雷達(dá)的抗干擾處理增益對(duì)仿真結(jié)果影響很大，雷達(dá)可提高相參處理增益以對(duì)抗噪聲干擾，同時(shí)雷達(dá)提高角度分辨力也可提前從角度上分辨目標(biāo)和干擾。

4) 對(duì)于干擾來說，采用相參干擾可提升干擾效果，寬帶阻塞干擾則可能成為信標(biāo)，導(dǎo)致過早暴露突防意圖；多臺(tái)干擾機(jī)可取得更好的壓制效果，但隨著干擾機(jī)數(shù)目的增多，干擾效果增加并不明顯。

5 結(jié)束語

本文仿真中的彈道為理論彈道，伴飛過程中干擾機(jī)與彈頭間的幾何關(guān)系均按理論設(shè)計(jì)值保持相對(duì)固定，條件允許時(shí)應(yīng)盡可能采用彈頭與干擾機(jī)的實(shí)測彈道數(shù)據(jù)；仿真中彈頭的RCS是在理論值基礎(chǔ)上通過模型設(shè)計(jì)增加起伏模型實(shí)現(xiàn)的，有條件時(shí)應(yīng)采用實(shí)測RCS模型；此外，反導(dǎo)雷達(dá)的抗干擾處理增益對(duì)仿真結(jié)果影響很大，尤其是其信號(hào)處理能力、抗干擾策略及參數(shù)，下一步的研究應(yīng)盡可能增強(qiáng)反導(dǎo)雷達(dá)模型的準(zhǔn)確性?！?/p>

[1] 羅波，畢義明，李馬戍.彈載電子干擾機(jī)作戰(zhàn)效能仿真評(píng)估[J].兵工自動(dòng)化，2010，32(1)：69-74.

[2] 王峰.轉(zhuǎn)發(fā)式彈載干擾機(jī)對(duì)抗技術(shù)研究[J].中國電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2012，7(4).

[3] 常磊，王煥強(qiáng)，王憲鵬，等.彈載干擾機(jī)突防效能評(píng)估[J].電子信息對(duì)抗技術(shù)，2011，26(5)：69-71.