王 衛(wèi)，陸偉寧，唐 莽，陳 飛，王 鑫

（中國航天科工集團(tuán)8511 研究所，江蘇 南京210007）

0 引言

海戰(zhàn)場是世界各國爭奪的主戰(zhàn)場之一，而反艦導(dǎo)彈是現(xiàn)代海戰(zhàn)不可或缺的制勝利器。隨著反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)性能、抗干擾性能的不斷提高，其對海面艦船的威脅也日益增加[1-2]。在此過程中，反艦導(dǎo)彈導(dǎo)引頭也由單一體制朝著多模復(fù)合制導(dǎo)體制發(fā)展。相比于單一體制導(dǎo)引頭無法避免的固有缺陷和局限性，多模復(fù)合體制導(dǎo)引頭可以充分發(fā)揮各模式的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)性能互補(bǔ)，大大提高了導(dǎo)引頭的環(huán)境適應(yīng)性和作戰(zhàn)效能。20 世紀(jì)70 年代中期，美國開始研制紅外/紫外雙模導(dǎo)引頭，后期前蘇聯(lián)開始研制主/被動復(fù)合體制反艦導(dǎo)彈，其典型代表為“白嶺”超聲速導(dǎo)彈。從20 世紀(jì)90年代開始，美國開始廣泛研究毫米波/紅外多模導(dǎo)引頭和雷達(dá)多模制導(dǎo)技術(shù)，包括雷達(dá)多頻段多模導(dǎo)引頭以及主/被動復(fù)合體制導(dǎo)引頭[3]。進(jìn)入21 世紀(jì)，面對日益復(fù)雜的電磁威脅環(huán)境，為了適應(yīng)遠(yuǎn)距離探測、提高導(dǎo)引頭的抗干擾能力和作戰(zhàn)性能，主/被動體制導(dǎo)引頭越來越廣泛地運(yùn)用到反艦導(dǎo)彈中，通過主動制導(dǎo)、被動制導(dǎo)2 種模式測得數(shù)據(jù)的融合與交互，導(dǎo)引頭抗干擾能力、探測精度、命中概率顯著提高，如何有效地對抗主/被動復(fù)合導(dǎo)引頭是各國海軍亟需解決的問題。本文針對主/被動復(fù)合體制的導(dǎo)引頭，提出了轉(zhuǎn)發(fā)式箔條干擾和舷外有源干擾組合使用的方式，能在一定程度上滿足對抗的需求，對保護(hù)艦船具有較重要的軍事意義。

1 被動復(fù)合體制導(dǎo)引頭工作原理及干擾難點(diǎn)分析

主/被動復(fù)合導(dǎo)引頭的原理框圖如圖1 所示。主動模式和被動模式有各自的信道和信息處理器，信息綜合程序控制系統(tǒng)將主/被動模式探測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，通過決策融合，導(dǎo)引頭能更準(zhǔn)確地判斷目標(biāo)信息，同時控制伺服系統(tǒng)，使導(dǎo)引頭天線對準(zhǔn)目標(biāo)[4-5]。

主動模式的雷達(dá)導(dǎo)引頭具有全天候探測、目標(biāo)識別以及測距精度高等優(yōu)點(diǎn)。但是也存在容易被偵察、過早暴露導(dǎo)彈目標(biāo)且容易受到各種有源干擾等局限性。被動導(dǎo)引頭具有作用距離遠(yuǎn)、隱蔽性好以及抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但是無法準(zhǔn)確得到距離信息、測角精度差，且容易受到電磁靜默的影響，當(dāng)戰(zhàn)場空間中電磁信息復(fù)雜時，受到的影響比較大。

圖1 主/被復(fù)合導(dǎo)引頭原理框圖

主/被動復(fù)合體制反艦導(dǎo)彈導(dǎo)引頭能夠兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)，為了防止被艦船的警戒雷達(dá)發(fā)現(xiàn)，在彈目距離較大時導(dǎo)引頭一般選取被動模式搜捕目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的遠(yuǎn)距離預(yù)先探測[6]。當(dāng)被動模式的誤差足夠小，目標(biāo)落在主動天線的主波束之中且彈目距離的減少到主動模式的探測范圍時，主動模式可截獲目標(biāo)，并以被動預(yù)先探測的信息為先驗(yàn)信息，進(jìn)一步縮小探測范圍的同時提高目標(biāo)識別的精度。即使受到強(qiáng)干擾時，被動模式也能正常工作，跟蹤輻射源信號。主/被動復(fù)合體制的導(dǎo)引頭通過主動模式和被動模式的性能互補(bǔ)，不僅可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離發(fā)現(xiàn)和近距離精確探測，還提高了導(dǎo)引頭的環(huán)境適應(yīng)性，具有很強(qiáng)的抗關(guān)機(jī)、抗雜波、抗偵察、抗欺騙的能力。

2 轉(zhuǎn)發(fā)式箔條干擾

2.1 轉(zhuǎn)發(fā)式箔條工作原理

箔條質(zhì)心干擾[7]作為無源干擾的一種常見方式，因其干擾成功率高、成本低而成為對抗主動雷達(dá)制導(dǎo)導(dǎo)引頭的重要方式，而轉(zhuǎn)發(fā)式箔條干擾[8-9]則通過反射干擾信號實(shí)現(xiàn)對被動雷達(dá)制導(dǎo)導(dǎo)引頭的干擾。其工作過程一般為：當(dāng)本艦發(fā)現(xiàn)導(dǎo)引頭跟蹤上艦船后，艦船通過箔條發(fā)射裝置向?qū)梺硪u方向、與艦船相距一定距離的方位上發(fā)射箔條云團(tuán)，具體方位依據(jù)當(dāng)時的風(fēng)向、風(fēng)速決定。同時艦載的干擾裝備開始工作，使干擾信號與艦載偵察雷達(dá)信號具有相同的信號特征，并將干擾機(jī)的天線對準(zhǔn)箔條，干擾信號經(jīng)過箔條云的二次反射到達(dá)反艦導(dǎo)彈導(dǎo)引頭，同時艦載的雷達(dá)可配合適時地進(jìn)行關(guān)機(jī)或者間歇工作，從而使導(dǎo)引頭被動模式無法準(zhǔn)確識別艦船的方位，影響導(dǎo)引頭的測角精度，保護(hù)己方艦船。轉(zhuǎn)發(fā)式箔條干擾示意圖如圖2 所示。

圖2 轉(zhuǎn)發(fā)式箔條干擾示意圖

設(shè)艦載雷達(dá)輻射功率為Pt，天線增益為Gt，艦船與導(dǎo)引頭之間的距離為Rmt，導(dǎo)引頭被動天線增益為Gm1，則導(dǎo)引頭接收到艦船雷達(dá)輻射源的信號功率為：

導(dǎo)引頭接收到箔條二次轉(zhuǎn)發(fā)的信號功率為：

式中，Pj為艦載有源干擾機(jī)輻射功率，Gj為艦載有源干擾機(jī)天線增益，Rtj為箔條云與艦船之間的距離，σ 為箔條云散射截面積，Rjm為箔條云與導(dǎo)引頭之間的距離。

可知，被動導(dǎo)引頭天線口面處的干信比為：

設(shè)干信比J/S ＞K 時轉(zhuǎn)發(fā)式箔條干擾有效，則轉(zhuǎn)發(fā)式箔條干擾的RCS 需滿足：

2.2 箔條釋放時機(jī)

從艦船發(fā)現(xiàn)被導(dǎo)引頭跟蹤到發(fā)射箔條彈形成有效的箔條云團(tuán)的總時間Tz應(yīng)滿足：

式中，Rt為艦船探測被跟蹤時的彈目距離，Rx為箔條云與艦船的距離在反艦導(dǎo)彈導(dǎo)引頭與艦船連線垂直方向上的投影，vm為來襲導(dǎo)引頭運(yùn)動速度，Td是進(jìn)行決策的時間，Ts是武器控制系統(tǒng)反應(yīng)時間，Tc是從箔條彈發(fā)射開始到箔條彈爆炸形成有效箔條云干擾的時間，θ0.5為導(dǎo)引頭天線3 dB 波束寬度。

箔條云的滯空時間Tck應(yīng)滿足：

式中，Rcf為箔條彈發(fā)射時刻導(dǎo)引頭與艦船之間的距離，rmin為反艦導(dǎo)彈導(dǎo)引頭的最小作用距離。箔條的釋放時間T ?[Tz,Tz+Tck]。

2.3 有源干擾樣式

為了實(shí)現(xiàn)對主/被動復(fù)合導(dǎo)引頭被動模式的干擾，需要艦載雷達(dá)在識別導(dǎo)引頭跟蹤到艦船時，將艦載雷達(dá)的發(fā)射脈沖參數(shù)告知艦載干擾裝備，包括載頻、脈寬、功率、發(fā)射時間等，干擾機(jī)的發(fā)射脈沖參數(shù)與艦載雷達(dá)信號參數(shù)保持一致。同時應(yīng)使有源干擾機(jī)的天線對準(zhǔn)箔條云，使其直接向?qū)б^方向輻射的信號盡可能小。干擾機(jī)的功率要足夠大，使得導(dǎo)引頭接收到的箔條二次轉(zhuǎn)發(fā)能量滿足被動跟蹤條件。

2.4 箔條云布設(shè)與艦船機(jī)動

箔條的布設(shè)應(yīng)滿足質(zhì)心干擾的原則，即箔條云與艦船處于導(dǎo)引頭的同一波束范圍內(nèi)。同時一般采取“順風(fēng)打彈，迎風(fēng)規(guī)避”的策略。同單一的箔條干擾不同，此時艦船的速度應(yīng)合理控制，并非越快越好，因?yàn)殡S著艦船距離箔條云的距離的拉大，箔條云二次反射的干擾能量也會急劇下降。

實(shí)際作戰(zhàn)場景下Rjm≈Rjm，由式（3）可知：

設(shè)PjGj=5 MW,PtGt=100 kW，則導(dǎo)引頭被動模式天線口面處的J/S 如圖3 所示。

圖3 P2/P1 的比值隨艦船與箔條云距離的關(guān)系

由圖3 可知，隨著艦船和箔條云的距離增加，J/S不斷下降。當(dāng)箔條云σ=20 000 m2，艦船與箔條云距離大于282.1 m 時，J/S 就小于1，干擾效果急速下降。由式（7）可知，實(shí)際作戰(zhàn)中，可以通過提高艦載干擾機(jī)的功率和增加箔條云的RCS 來增加J/S。艦船的機(jī)動速度應(yīng)在滿足干擾導(dǎo)引頭被動模式干信比的要求下盡可能快。

3 舷外有源誘餌

3.1 舷外有源工作原理

轉(zhuǎn)發(fā)式箔條和艦載的干擾機(jī)配合可以降低主/被動復(fù)合體制導(dǎo)引頭在被動模式下的測角精度，但是在主動模式下，要想獲得理想的干擾效果，不僅要求另外布設(shè)一部干擾機(jī)照射箔條，還要求箔條云能夠生成較大雷達(dá)散射截面積的假目標(biāo)，隨著導(dǎo)引頭主動模式分辨單元越來越小，要想在足夠小的分辨單元內(nèi)產(chǎn)生足夠的RCS 的箔條云存在一定的技術(shù)難度。相比之下舷外誘餌可以在很小的空間范圍內(nèi)產(chǎn)生有效的雷達(dá)散射截面積，且受環(huán)境的影響較小。同時與艦載有源干擾系統(tǒng)相比，舷外有源干擾能夠從角度上拉開距離，進(jìn)行角度欺騙。對處于被動模式工作的反艦導(dǎo)彈導(dǎo)引頭，也可以通過與艦載雷達(dá)之間的通信，使得誘餌發(fā)射信號保持和艦載雷達(dá)同樣的信號特征，影響導(dǎo)引頭被動模式下的測角精度。但在實(shí)際使用中，舷外誘餌與艦載雷達(dá)的通信很難保證實(shí)時性，且誘餌的功率受限，同艦載雷達(dá)相比，功率上無法達(dá)到要求，所以更多的還是用于干擾主動模式。配合上一節(jié)提出的轉(zhuǎn)發(fā)式箔條（干擾被動模式），可以實(shí)現(xiàn)對主/被動復(fù)合體制導(dǎo)引頭的有效對抗。

舷外有源誘餌[10]是在導(dǎo)引頭開機(jī)后，并已經(jīng)穩(wěn)定跟蹤到艦船后使用。按照一定的方位和距離發(fā)射誘餌，方位上，舷外誘餌應(yīng)和艦船處于同一個波束范圍內(nèi)；距離上，誘餌應(yīng)超前布設(shè)，用以抵消誘餌延時產(chǎn)生的距離。同箔條質(zhì)心干擾原理一樣，舷外誘餌將導(dǎo)引頭的跟蹤波門慢慢誘偏到遠(yuǎn)離艦船目標(biāo)的位置，最終使艦船免受攻擊。

3.2 舷外有源誘餌RCS 模型

為了對舷外有源誘餌與反艦導(dǎo)彈導(dǎo)引頭的對抗過程進(jìn)行仿真分析，需要建立導(dǎo)引頭跟蹤模型、舷外有源誘餌運(yùn)動模型和RCS 模型[11]。

假設(shè)舷外誘餌以恒功率的狀態(tài)進(jìn)行工作，在合適時機(jī)下發(fā)射舷外誘餌，進(jìn)行質(zhì)心干擾，導(dǎo)引頭收到的誘餌的反射功率為：

導(dǎo)引頭接收到艦船的回波信號為：

式中，Pj為舷外干擾機(jī)輻射功率，Pt為導(dǎo)引頭發(fā)射功率，Gj為舷外誘餌天線增益，Ryj為舷外誘餌干擾機(jī)與導(dǎo)引頭之間的距離，σr為艦船目標(biāo)雷達(dá)散射截面積，Rrs為艦船與反艦導(dǎo)彈之間的距離，Gt為反艦導(dǎo)彈導(dǎo)引頭天線增益。

設(shè)σj為舷外誘餌的等效雷達(dá)散射截面積，結(jié)合式（8）和式（9）有：

3.3 導(dǎo)引頭跟蹤模型

由質(zhì)心干擾原理可知，質(zhì)心的位置坐標(biāo)為：

式中，(xr,yr)為艦船目標(biāo)位置，(xj,yj)為誘餌形成的假目標(biāo)位置，(xg,yg)為誘餌與艦船合成質(zhì)心位置，設(shè)(xm,ym)為導(dǎo)引頭位置。

假設(shè)目標(biāo)建立在二維平面，并忽略重力和空氣阻力的影響，導(dǎo)引頭以能量質(zhì)心為跟蹤目標(biāo)，導(dǎo)引頭與質(zhì)心位置關(guān)系如圖4 所示。

使用修正比例導(dǎo)引法確定導(dǎo)引頭位置，由圖4 可得導(dǎo)引頭-質(zhì)心運(yùn)動方程：

圖4 導(dǎo)引頭與質(zhì)心位置關(guān)系

下一時刻導(dǎo)引頭的位置為：

式中，h 為仿真步長，R 反艦導(dǎo)彈為導(dǎo)引頭與等效能量質(zhì)心之間的距離，θm為反艦導(dǎo)彈導(dǎo)引頭速度矢量與基準(zhǔn)線的夾角，q 為導(dǎo)引頭視線與基準(zhǔn)線夾角，vg為等效能量質(zhì)心的運(yùn)動速度，vm為反艦導(dǎo)彈導(dǎo)引頭的運(yùn)動速度，φm為反艦導(dǎo)彈導(dǎo)引頭速度矢量與視線的夾角，φg為等效能量質(zhì)心的速度矢量與視線的夾角，k 為比例導(dǎo)引系數(shù)。

通常情況下，dq/dt 由導(dǎo)引頭提取，而dθm/dt 由導(dǎo)彈自動自動駕駛儀中的加速度計間接測量，即

式中，am為導(dǎo)彈橫向加速度。為了改善導(dǎo)彈特性，通常采用采用修正比例導(dǎo)引，為使彈道具有單值性，比例系數(shù)為：

式中，N 為有效導(dǎo)航比；vr為導(dǎo)彈徑向速度，也可以稱為接近速度。

將上式聯(lián)合可知，修正比例的導(dǎo)引方程為：

3.4 艦船、舷外誘餌運(yùn)動模型

設(shè)艦船的運(yùn)動速度為vT，艦船航向與基準(zhǔn)線夾角為φT，則下一時刻艦船的位置為：

T 時刻誘餌的位置為：

式中，R 為有源誘餌的布設(shè)距離，α 為布設(shè)角度，vf為風(fēng)速，w 為相對于艦船的風(fēng)向。

3.5 仿真結(jié)果分析

3.5.1 艦船逃逸速度對抗效果分析

設(shè)置仿真參數(shù)如下：PjGj=2 kW,Pt=40 kW,Gt=25 dB,,R=300,h=0.03,σr=4000 m2，風(fēng)速vf=5 m/s，相對于艦船的風(fēng)向w=π/2，誘餌布設(shè)角度為右舷165 °，導(dǎo)彈初始位置為（0 km，0 km），艦船初始位置為（12 km，5 km）。保持其他因素不變，僅改變艦船的速度，仿真結(jié)果如圖5 和圖6 所示。

圖5 艦船速度8.3 m/s

圖6 艦船速度8.4 m/s

由圖5 和圖6 可知，當(dāng)艦船速度為8.3 m/s 時，隨著彈目距離的減小，反艦導(dǎo)彈的跟蹤點(diǎn)慢慢地轉(zhuǎn)移到艦船上，最終命中艦船。當(dāng)艦船速度為8.4 m/s 時，隨著彈目距離的減小，跟蹤點(diǎn)慢慢轉(zhuǎn)移到誘餌上，最終命中誘餌，且此時的脫靶量為658.9 m，艦船成功脫離導(dǎo)彈跟蹤視線，設(shè)此時艦船的速度為艦船的逃逸速度。

僅改變艦船的RCS，研究不同RCS 下，艦船的成功逃逸速度，仿真結(jié)果如表1 所示。

由表1 可以看出，隨著艦船RCS 的增加，艦船的最小成功逃逸速度也在增加，實(shí)際使用舷外誘餌時，需要根據(jù)艦船的RCS 來確定最小逃逸速度，一般艦船的航速不超過30 節(jié)（約15.4 m/s），當(dāng)最小逃逸速度超過艦船的能力范圍時，需要改變其他因素來保證干擾的效果，實(shí)際使用中舷外誘餌發(fā)射的角度也對干擾的成敗起著至關(guān)重要的作用。

表1 不同艦船RCS 成功逃逸速度

3.5.2 舷外誘餌發(fā)射角度對抗效果的分析

設(shè)艦船的運(yùn)動速度為10 m/s，其他參數(shù)保持不變，僅改變誘餌的布設(shè)角度，仿真結(jié)果如圖7 和圖8所示。

圖7 右舷150 °，命中誘餌

圖8 右舷149 °，命中艦船，干擾失敗

由圖7 和圖8 可知，當(dāng)誘餌的布設(shè)方位為右舷149 °時，反艦導(dǎo)彈最終會命中目標(biāo)，干擾失敗。當(dāng)誘餌布設(shè)角度為右舷150 °時，反艦導(dǎo)彈最終會命中誘餌，此時脫靶量為709.9 m，干擾成功。設(shè)此時布設(shè)的角度為最小布設(shè)角度。

改變艦船的運(yùn)動速度，研究不同艦船速度的情況下，為使干擾有效，誘餌的最小布設(shè)角度。仿真結(jié)果如表2 所示。

表2 不同艦船速度舷外誘餌最小布設(shè)角度

由表2 可知，艦船速度變小時，誘餌最小的布設(shè)角度應(yīng)當(dāng)變大，使得誘餌與艦船在空間上拉開足夠的距離，實(shí)際使用時需要結(jié)合艦船的速度、航向、風(fēng)向來綜合考慮誘餌布設(shè)的角度。

4 結(jié)束語

隨著多模復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展，單一的干擾方式越來越難以取得良好的干擾效果，復(fù)合干擾漸漸成為未來海戰(zhàn)電子對抗的重要手段。本文從主/被動復(fù)合體制導(dǎo)引頭的工作原理及對抗難點(diǎn)出發(fā)，提出了一種有源干擾機(jī)照射箔條云結(jié)合舷外有源誘餌的復(fù)合干擾，分析了轉(zhuǎn)發(fā)式箔條干擾的使用特點(diǎn)和限制條件，通過仿真驗(yàn)證了舷外誘餌不同戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用條件下的干擾效果，結(jié)果表明合理的戰(zhàn)術(shù)使用能提高干擾效能，增加反導(dǎo)的成功率。目前該方法只是從理論上探究了可行性，實(shí)際作戰(zhàn)運(yùn)用時，箔條與舷外誘餌的空間位置關(guān)系以及釋放時機(jī)對作戰(zhàn)效能的影響還需要進(jìn)一步地通過試驗(yàn)來完善，同時需要結(jié)合實(shí)際的電子干擾支援突防作戰(zhàn)任務(wù)和干擾資源的規(guī)劃分配，才能達(dá)到最好的干擾效果?！?/p>