（中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院 北京 100094）

1 引言

當(dāng)前海上艦艇作戰(zhàn)的最大威脅仍然是反艦導(dǎo)彈。箔條質(zhì)心干擾是艦艇對(duì)抗敵方來(lái)襲反艦導(dǎo)彈的一種重要的無(wú)源對(duì)抗方式，它主要用于干擾進(jìn)入跟蹤階段的敵導(dǎo)彈末制導(dǎo)主動(dòng)雷達(dá)。在艦艇防御反艦導(dǎo)彈的作戰(zhàn)過(guò)程中，正確的運(yùn)用質(zhì)心箔條干擾方式，降低導(dǎo)彈的命中概率，需要綜合考慮來(lái)襲導(dǎo)彈方向、干擾彈發(fā)射要素、干擾彈的發(fā)射舷角與距離、作戰(zhàn)海區(qū)的風(fēng)速風(fēng)向、艦艇的RCS特性以及艦艇機(jī)動(dòng)特性等諸多因素。

新型反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)大都采用具有高距離分辨率、低截獲概率特性的全相參工作體制。本文根據(jù)新型反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)的技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)箔條質(zhì)心干擾對(duì)抗來(lái)襲反艦導(dǎo)彈的全過(guò)程進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真，提出最優(yōu)箔條發(fā)射方法和艦船規(guī)避決策，可為現(xiàn)代海戰(zhàn)中箔條質(zhì)心干擾的戰(zhàn)術(shù)使用提供參考。

2 質(zhì)心干擾原理

所謂質(zhì)心干擾就是利用質(zhì)心效應(yīng)使末制導(dǎo)雷達(dá)偏離被攻擊目標(biāo)的一種干擾樣式。箔條質(zhì)心干擾發(fā)揮干擾效用實(shí)際上包含“質(zhì)心干擾形成”和“干擾轉(zhuǎn)移”兩個(gè)中間過(guò)程［1］。

其中“質(zhì)心干擾形成”過(guò)程是指將箔條誘餌投放到來(lái)襲導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)的分辨單元內(nèi)，形成質(zhì)心干擾效果。這個(gè)分辨單元既包括雷達(dá)主波束角度照射范圍，也包括艦船距離覆蓋范圍。所以形成箔條質(zhì)心干擾的條件就是發(fā)射箔條的區(qū)域必須位于導(dǎo)彈雷達(dá)主波束內(nèi)，且在雷達(dá)視線距離上，箔條和艦船基本重合。

以圖1為例進(jìn)行質(zhì)心干擾區(qū)域的示意。

圖1 質(zhì)心干擾示意圖

如上圖所示，O點(diǎn)是艦船的能量中心，M點(diǎn)是導(dǎo)彈位置。為了形成質(zhì)心干擾，箔條發(fā)射必須在MO連線的同距離弧上?？紤]到艦船的長(zhǎng)度，所以只有箔條發(fā)射區(qū)域位于上圖中ABCD扇形區(qū)域內(nèi)，對(duì)末制導(dǎo)雷達(dá)來(lái)說(shuō)才能形成真正意義上的質(zhì)心干擾。

“干擾轉(zhuǎn)移”過(guò)程是指：由于導(dǎo)彈逐漸向目標(biāo)艦逼近，而末制導(dǎo)雷達(dá)天線波束寬度不變，相對(duì)于目標(biāo)艦和誘餌的視野逐漸縮小，因此將會(huì)發(fā)生“切割效應(yīng)”，導(dǎo)彈最后跟蹤被切割較慢且能量較大的箔條誘餌假目標(biāo)，從而發(fā)生轉(zhuǎn)移，箔條質(zhì)心干擾成功。

3 新型反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)技術(shù)特點(diǎn)

早期反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)大都采用非相參頻率捷變體制，比如法國(guó)的“飛魚(yú)”、美國(guó)的“捕鯨叉”等。頻率捷變雷達(dá)具有良好的海雜波抑制、抗有源干擾等能力，但是由于其發(fā)射脈沖為常規(guī)單載頻脈沖，所以為了達(dá)到較遠(yuǎn)的作用距離，一般來(lái)說(shuō)其發(fā)射脈沖較寬，對(duì)應(yīng)的其距離分辨率也較低。圖2為頻率捷變雷達(dá)視頻積累后的回波圖。

圖2 頻率捷變雷達(dá)視頻積累后回波圖

從圖2可以看出，早期的頻率捷變雷達(dá)只能輸出目標(biāo)時(shí)域距離信息，再加上其距離分辨率較低，所以輸出的艦船回波呈現(xiàn)出點(diǎn)目標(biāo)特性。

近年來(lái)，反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)技術(shù)發(fā)生了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。對(duì)于主動(dòng)雷達(dá)末制導(dǎo)方式，其工作體制上已由寬帶頻率捷變雷達(dá)發(fā)展到具有高距離分辨率、低截獲概率特性的全相參工作體制。

相參體制雷達(dá)在獲取目標(biāo)時(shí)域特性的同時(shí)，通過(guò)相參積累也可以獲取目標(biāo)的多普勒域特性，信息獲取維度的增加使得相參體制雷達(dá)具有較好的綜合抗干擾能力。圖3為相參雷達(dá)相參積累后的回波圖。

圖3 相參雷達(dá)相參積累后的回波圖

從上圖可以看出，對(duì)于相參雷達(dá)，其相參積累后的結(jié)果即包含距離向（時(shí)域）信息，也包括多普勒向信息（速度域）。由于相參體制雷達(dá)采用大帶寬的脈沖壓縮信號(hào)，所以其距離分辨率較高，艦船回波在時(shí)域上呈現(xiàn)出擴(kuò)展目標(biāo)特性。在多普勒向上，由于艦艏和艦尾在雷達(dá)視線上也呈現(xiàn)出不同的速度差異。

4 對(duì)抗新型仿真反艦導(dǎo)彈箔條質(zhì)心干擾技術(shù)途徑

從上一節(jié)仿真分析可知，新型反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)大都采用具有距離高分辨率的相參工作體制，其艦船目標(biāo)回波已經(jīng)呈現(xiàn)出明顯的面目標(biāo)特性，且由于相參雷達(dá)還具有多普勒分辨能力，所以對(duì)于新型相參體制末制導(dǎo)雷達(dá)的質(zhì)心箔條干擾需要重點(diǎn)把握兩點(diǎn)：

1）在距離維上

質(zhì)心箔條的使用一般都是距離艦船約100m水平位置布放，但是考慮到當(dāng)前末制導(dǎo)雷達(dá)的距離分辨率已經(jīng)到10m量級(jí)，箔條位置和艦船位置在末制導(dǎo)雷達(dá)視線上的距離差必須小于約30m，這樣才能在距離維度上真正形成“質(zhì)心干擾”。

2）在速度維上

質(zhì)心箔條由于在空中散布范圍大，且在海上受風(fēng)的影響較大，所以箔條目標(biāo)在距離維上延伸距離較大，在速度維上質(zhì)心箔條也占據(jù)了較大的速度帶寬。而艦船目標(biāo)作為剛體目標(biāo)，其速度帶寬相對(duì)于箔條目標(biāo)要窄的多。這也是相參雷達(dá)識(shí)別艦船目標(biāo)和箔條目標(biāo)的重要依據(jù)。因此，為了有效干擾相參末制導(dǎo)雷達(dá)，艦船的規(guī)避速度和機(jī)動(dòng)方向必須和箔條的速度散布范圍比較接近，即在速度維度上形成“質(zhì)心干擾”。

5 質(zhì)心箔條干擾的建模與仿真

5.1 場(chǎng)景設(shè)計(jì)

5.1.1 艦艇機(jī)動(dòng)模型

整個(gè)機(jī)動(dòng)過(guò)程見(jiàn)圖4（以左機(jī)動(dòng)為例）。首先，由于艦艇本身的慣性作用，在舵角改變之后，艦艇還會(huì)沿原航向運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間（OA段，慣性運(yùn)動(dòng)），這段時(shí)間稱為慣性時(shí)間，它與艦艇的大小有關(guān)；然后，艦艇按機(jī)動(dòng)方向回轉(zhuǎn)所要求的機(jī)動(dòng)角度（AB段，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)），這段時(shí)間稱為機(jī)動(dòng)時(shí)間，它與艦艇的大小和航速有關(guān)；最后，艦艇沿著新的航向前進(jìn)（BC段，直線運(yùn)動(dòng)）［2］。

圖4 艦船機(jī)動(dòng)模型

5.1.2 箔條運(yùn)動(dòng)模型［3］

1）數(shù)學(xué)模型

在t=0時(shí)刻發(fā)射箔條彈，箔條彈經(jīng)過(guò)一段飛行時(shí)間（稱為發(fā)射時(shí)間t）后炸開(kāi)，形成箔條云，然后在風(fēng)的吹動(dòng)下，箔條云隨風(fēng)移動(dòng)。

2）誘餌運(yùn)動(dòng)方程

指箔條云的運(yùn)動(dòng)速度與風(fēng)速的比值，設(shè)箔條云的運(yùn)動(dòng)速度為Vch，則

通常由于箔條云具有一定的質(zhì)量，其運(yùn)動(dòng)速度小于風(fēng)速，即cmiu＜1。

圖5 箔條的運(yùn)動(dòng)模型

只考慮風(fēng)速的情況下，箔條運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化后的模型如下：

注：(cx0'cy0)為箔條的初始位置。

5.1.3 導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)跟蹤模型［4］

導(dǎo)彈的跟蹤過(guò)程可以分為3個(gè)階段，即未實(shí)施干擾前導(dǎo)彈跟蹤艦艇的能量中心；實(shí)施質(zhì)心干擾后直至導(dǎo)彈飛臨可分辨距離前導(dǎo)彈跟蹤艦船和箔條共同形成的能量中心，即質(zhì)心點(diǎn)；彈飛臨可分辨單元后，導(dǎo)彈轉(zhuǎn)跟艦艇或者箔條干擾。

利用當(dāng)前時(shí)刻的導(dǎo)彈坐標(biāo)和速度矢量來(lái)推知下一點(diǎn)的導(dǎo)彈坐標(biāo)。導(dǎo)彈的初始坐標(biāo)可以根據(jù)末制導(dǎo)雷達(dá)的開(kāi)機(jī)距離和導(dǎo)彈來(lái)襲方向確定，不同時(shí)刻的速度矢量方向則由相應(yīng)時(shí)刻的質(zhì)心點(diǎn)和導(dǎo)彈的位置來(lái)確定。

圖6 導(dǎo)彈位置和質(zhì)心點(diǎn)的關(guān)系

則下一時(shí)刻的導(dǎo)彈坐標(biāo)為

導(dǎo)彈的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖7示意。

圖7 導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)軌跡示意

5.1.4 質(zhì)心點(diǎn)的計(jì)算［5］

1）數(shù)學(xué)模型

當(dāng)箔條和艦船形成質(zhì)心干擾效果后，計(jì)算質(zhì)心點(diǎn)位置的方法見(jiàn)下式：其中：Ls為質(zhì)心點(diǎn)與我艦的距離；Lc為質(zhì)心點(diǎn)與箔條云的距離；σs為我艦的RCS值；σc為箔條云的RCS值。

2）質(zhì)心運(yùn)動(dòng)方程輸入?yún)?shù)：

srcs：當(dāng)前時(shí)刻我艦的RCS值。

crcs：當(dāng)前時(shí)刻箔條云的RCS值。

sx：當(dāng)前時(shí)刻艦艇位置的X軸坐標(biāo)。

sy：當(dāng)前時(shí)刻艦艇位置的Y軸坐標(biāo)。

輸出參數(shù)：

cx：當(dāng)前時(shí)刻質(zhì)心點(diǎn)位置的X軸坐標(biāo)。

cy：當(dāng)前時(shí)刻質(zhì)心點(diǎn)位置的Y軸坐標(biāo)。

可推導(dǎo)出質(zhì)心點(diǎn)的坐標(biāo)方程：

5.2 干擾對(duì)抗過(guò)程仿真［7～8］

按照上一節(jié)的場(chǎng)景設(shè)計(jì)，進(jìn)行質(zhì)心箔條對(duì)抗過(guò)程的仿真。

以艦艇能量中心為坐標(biāo)零點(diǎn)建立坐標(biāo)系，艏尾方向?yàn)閄軸，艦尾至艦艏為正；向上為Y軸。

輸入條件：

1）艦船起始位置（0m，0m）；

2）艦船長(zhǎng)寬：90m*20m；

3）艦船機(jī)動(dòng)速度20節(jié)；

4）艦船慣性運(yùn)動(dòng)時(shí)間6s；

5）艦船機(jī)動(dòng)時(shí)間10s；

6）艦船轉(zhuǎn)彎角速度4°/s；

7）艦船轉(zhuǎn)彎半徑240m；

8）箔條發(fā)射起始位置（90m，20m）；

9）風(fēng)速8m/s，速度系數(shù)0.75；

10）風(fēng)向+60°；

11）導(dǎo)彈速度280m/s。

下面對(duì)箔條質(zhì)心干擾對(duì)抗來(lái)襲反艦導(dǎo)彈的全過(guò)程進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真。

圖8 質(zhì)心對(duì)抗過(guò)程中艦船、箔條以及導(dǎo)彈跟蹤點(diǎn)軌跡

圖9 質(zhì)心干擾形成隨時(shí)間變化仿真曲線

圖10 對(duì)抗過(guò)程中箔條和艦船的最小距離差

圖11 對(duì)抗過(guò)程中箔條和艦船的速度差

6 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)新型反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)的技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)質(zhì)心箔條對(duì)抗來(lái)襲反艦導(dǎo)彈的全過(guò)程進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真。仿真分析了箔條質(zhì)心干擾形成的過(guò)程中目標(biāo)艦船和箔條干擾之間的距離以及速度的變化趨勢(shì)，提出最優(yōu)箔條發(fā)射方法和艦船規(guī)避建議，可為現(xiàn)代海戰(zhàn)中箔條質(zhì)心干擾的戰(zhàn)術(shù)使用提供重要的技術(shù)支持。