張 杰,陳 棟

(陸軍炮兵防空兵學(xué)院高過載彈藥制導(dǎo)控制與信息感知實(shí)驗(yàn)室,安徽合肥 230031)

有源干擾彈是用常規(guī)火炮、火箭炮發(fā)射,以彈藥作為運(yùn)載工具,將干擾機(jī)快速運(yùn)載到敵目標(biāo)區(qū)域,完成通信干擾任務(wù)的特種炮彈,分為扎地式和滯空式兩種。其中滯空式干擾彈的簡要工作流程圖如圖1所示[1]。

圖1 滯空式干擾彈簡要工作流程

滯空式干擾彈能懸浮在敵目標(biāo)上空,對目標(biāo)進(jìn)行升空抵近干擾,不受地形限制,與扎地式干擾相比可獲得距離優(yōu)勢和升空增益,實(shí)現(xiàn)以較小的功率獲得較大的干擾范圍和強(qiáng)度,同時(shí)由于彈丸體積小且高速飛行,敵方無法攔截,突防能力和生存能力強(qiáng),和同類干擾裝備相比,便于大量裝備使用,并且無人操作,可避免人員傷亡,符合現(xiàn)代戰(zhàn)爭理念[1]。

1 通信干擾彈的發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀(jì)70年代,美國仙童韋斯頓系統(tǒng)公司與美陸軍通信電子局共同研制了XM867式155 mm寬頻帶阻塞式通信干擾彈[2],頻率覆蓋范圍為2 MHz～1 000 MHz。當(dāng)母彈到達(dá)目標(biāo)區(qū)上空一定高度時(shí),干擾機(jī)依次被拋出,借消旋翼片和飄帶作用垂直下降,以一定的速度和適當(dāng)?shù)慕嵌榷ㄏ蛑?鉆地之后天線沿地面展開,幾秒后干擾機(jī)接電工作,開始對敵無線電通信設(shè)備實(shí)施阻塞式干擾。俄羅斯研制并外售的3HC30式152 mm高頻/甚高頻通信干擾彈為扎地式通信干擾彈[3],每個(gè)彈丸內(nèi)裝有1個(gè)無線電干擾機(jī),每個(gè)干擾機(jī)分別工作在不同的頻段內(nèi),總計(jì)覆蓋1.5 MHz～120 MHz的頻率范圍,可在數(shù)百米的有效作用半徑內(nèi)工作60 min。

保加利亞目前已生產(chǎn)了多種口徑的炮射扎地式通信干擾彈。其中,BPC-542高頻/甚高頻無線電干擾彈,由152 mm加榴炮發(fā)射。該干擾彈內(nèi)裝1個(gè)干擾機(jī),每個(gè)干擾機(jī)覆蓋一定的頻率范圍,總計(jì)頻率覆蓋范圍為1.5 MHz～120 MHz,工作持續(xù)時(shí)間60 min,有效干擾半徑大于700 m;另外還有保加利亞生產(chǎn)的LiLiA型干擾彈,干擾半徑大于700 m,干擾范圍為1.5 MHz～120 MHz。

2 通信干擾彈現(xiàn)狀存在的問題分析

現(xiàn)有針對通信干擾彈研究領(lǐng)域的文獻(xiàn)資料中,主要涉及三大類:一是干擾彈作戰(zhàn)效能的評估與計(jì)算問題[4-5];二是干擾彈的最優(yōu)分布求解問題[6-8];三是干擾彈具體研制技術(shù)方案的總結(jié)概括[9-12]。

結(jié)合通信干擾彈的發(fā)展現(xiàn)狀,可以看出:

一是現(xiàn)有的通信干擾彈的干擾頻段主要集中于1.5 MHz～120 MHz,對于120 MHz～300 MHz的超短波頻段無法干擾；二是總的來看,現(xiàn)有的一發(fā)通信干擾彈均是對應(yīng)一套干擾機(jī),每副干擾機(jī)對應(yīng)一個(gè)頻段,且含有一根天線,要想覆蓋全頻段需多發(fā)彈丸拋射多套干擾機(jī)才能完成,容易貽誤戰(zhàn)機(jī),實(shí)用性大打折扣,導(dǎo)致使用效率不高；三是干擾手段主要以干擾信息內(nèi)容為主,對功耗要求較高,缺乏更為有效的干擾手段；四是干擾樣式以噪聲為主,缺乏干擾效率更高的干擾樣式,如采用噪聲與某種信號組合形式的干擾樣式。

3 通信干擾彈的發(fā)展方向

3.1 拓寬工作頻段

將通信干擾彈的干擾頻段拓寬至120 MHz～300 MHz,在拓寬工作頻段的同時(shí),如何不減弱現(xiàn)有干擾效果而對現(xiàn)有彈載通信干擾機(jī)改進(jìn)設(shè)計(jì),包括減少頻段分組數(shù)量,干擾機(jī)天線結(jié)構(gòu)優(yōu)化,干擾方法和干擾樣式的選取論證等。具體包括如下方面。

3.1.1 干擾源的設(shè)計(jì)和性能仿真

相同的接收方式下,不同干信比所引起的誤信率(對語音信號來說)和誤碼率(對數(shù)字信號來說)是不一樣的,則達(dá)到的干擾等級也是不一樣的。根據(jù)通信干擾理論,圍繞干信比公式,針對如何有效地干擾3-300 MHz的跳頻電臺,從干擾方法的選取、干擾信號的選擇等方面進(jìn)行分析驗(yàn)證。

1)干擾功率對干擾效果的影響。在信號電平一定的情況下,干擾是否奏效主要取決于接收機(jī)輸入端干擾功率的大小。干擾功率主要受干擾發(fā)射機(jī)輸出功率、發(fā)射天線增益、天線方向性及電波傳播損耗的影響。彈載通信干擾機(jī)的發(fā)射功率不是越大越好,如果仿照車載式通信干擾機(jī)的功率指標(biāo)參數(shù)去研制,寸土寸金的彈載空間無法滿足大功率發(fā)射要求。

2)干擾在頻率上與目標(biāo)信號的重合程度。即要求干擾信號與目標(biāo)信號必須頻率一致。否則,干擾信號會受到目標(biāo)接收機(jī)通帶的抑制而導(dǎo)致干擾效果嚴(yán)重下降。時(shí)間上干擾與目標(biāo)信號同時(shí)存在才能產(chǎn)生有效干擾,因此,從目標(biāo)信號出現(xiàn)或變化到干擾作出反應(yīng)的快慢也直接影響著干擾的效果。

對于瞄準(zhǔn)式干擾來說,要想完成對目標(biāo)的干擾,從瞄準(zhǔn)式干擾中的引導(dǎo)接收機(jī)截獲到目標(biāo)信號開始到干擾機(jī)發(fā)射出干擾的這段時(shí)間越短越好,尤其是對干擾跳頻電臺來說,反應(yīng)時(shí)間不能超過每一跳的駐留時(shí)間的1/2[13],否則干擾無效;但是如果彈載通信干擾機(jī)采用瞄準(zhǔn)式干擾的話,無論是軟硬件本身發(fā)展水平,還是轉(zhuǎn)瞬即逝的炮彈空中飛行時(shí)間都是勉為其難的事。

3)干擾信號樣式的影響。不同的干擾樣式壓制同一目標(biāo)信號所需的壓制系數(shù)是不相同的,應(yīng)盡可能選擇壓制系數(shù)小的干擾信號樣式以提高干擾效率。以掃頻攔阻式干擾為例[14],一種噪聲源和鋸齒波產(chǎn)生器經(jīng)壓控振蕩器調(diào)制產(chǎn)生的干擾信號如圖2所示。

圖2 掃頻攔阻式干擾機(jī)框圖

針對以上問題,根據(jù)目標(biāo)接收特性,針對不同干擾種類條件下對不同接收特性的目標(biāo)接收機(jī)的干擾性能進(jìn)行仿真,通過對比擇優(yōu)選取干擾種類,即干擾方法和干擾樣式,例如是否使用窄帶瞄準(zhǔn)式干擾,干擾信號是否選取高斯白噪聲和其他信號的組合樣式等。這里是擇優(yōu)選取,不是選取最佳干擾,因?yàn)樽罴迅蓴_是針對已知信號形式及給定接收方式下有效干擾功率最小的干擾。因此需要對絕對最佳干擾進(jìn)行分析研究(指對于已知信號形式的所有可能的接收方式,都有比較小的壓制系數(shù)的干擾),以此得出一個(gè)相對全面的干擾源設(shè)計(jì)方案。

3.1.2 寬帶彈載發(fā)射天線的優(yōu)化設(shè)計(jì)

彈載通信干擾機(jī)天線應(yīng)滿足以下基本要求。

1)天線設(shè)備與饋電設(shè)備匹配,保證天線由饋電設(shè)備得到最大的功率;

2)天線的效率要高,能有效地將高頻電流能量轉(zhuǎn)換為電磁波的能量;

3)天線的工作頻帶要寬，各種電參數(shù)隨頻率的變化應(yīng)盡量小;

4)天線尺寸小型化,材質(zhì)輕柔,便于彈體裝載。

目前廣泛應(yīng)用的天線有鞭形天線、雙極天線、對數(shù)周期天線等,具體如表1所示。

結(jié)合3 MHz～300 MHz波段的彈載式通信干擾機(jī)天線設(shè)計(jì)需求,在研究過程中保證相對于現(xiàn)有彈載通信干擾機(jī)發(fā)射天線發(fā)射效率不減弱的情況下,重點(diǎn)分析論證鞭形天線、雙極天線、對數(shù)周期天線等在彈載條件下的天線效率、方向系數(shù)、增益系數(shù)等電參數(shù),擇優(yōu)選取天線種類或改進(jìn)設(shè)計(jì)已有天線的結(jié)構(gòu)尺寸。

同時(shí),如果一個(gè)干擾機(jī)采用兩根天線的方式,實(shí)現(xiàn)一個(gè)干擾機(jī)對兩個(gè)不同頻段范圍的電臺進(jìn)行干擾,那么就可以實(shí)現(xiàn)一發(fā)通信干擾彈干擾全頻段的可能。

表1 不同種類天線對比

3.2 干擾手段的創(chuàng)新

一是通過對同步信號的偵收、分析,實(shí)施瞄準(zhǔn)式干擾,來破壞跳頻通信的同步建立,從而使跳頻通信系統(tǒng)徹底癱瘓,這是對跳頻通信干擾的一種捷徑,一旦實(shí)現(xiàn)對跳頻通信同步系統(tǒng)的有效干擾,狀能以最小的代價(jià),達(dá)到最大的干擾效果[15];二是通過對復(fù)雜電磁環(huán)境中無線電信號進(jìn)行偵收,然后利用深度學(xué)習(xí)對偵收信號進(jìn)行分析,“定位”需要干擾的信號,進(jìn)行針對性干擾。當(dāng)然,創(chuàng)新干擾手段的同時(shí)也對彈載干擾器件的性能提出了更高要求。

3.3 發(fā)射平臺多元化

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成熟,有源通信干擾彈彈載平臺將由單一的152 mm口徑的加榴炮,逐漸拓展到多元化的122 mm口徑的火箭炮、155 mm口徑榴彈炮、300 mm火箭炮,使有源通信干擾彈的型號系列得到進(jìn)一步豐富和完善。

4 結(jié)束語

如何將彈載通信干擾機(jī)與發(fā)射平臺無縫銜接,保證干擾機(jī)能順利、安全到達(dá)受擾方附近區(qū)域,需要從彈藥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、彈體工作姿態(tài)控制、彈載干擾機(jī)抗高過載設(shè)計(jì)、彈載干擾機(jī)供電電源設(shè)計(jì)等各個(gè)方面做深入細(xì)致的工作,才能將理論變成現(xiàn)實(shí)。