陳美杉，曾維貴，李湉雨

（海軍航空大學(xué)岸防兵學(xué)院，山東煙臺 264001）

0 引言

防空武器系統(tǒng)抗干擾能力的逐步提升對電子對抗設(shè)備的性能提出了更高要求，傳統(tǒng)的箔條干擾會因多普勒效應(yīng)而降低干擾效果，電子對抗吊艙會降低飛行器的靈敏度而且對跟蹤干擾源模式的導(dǎo)彈無能為力，內(nèi)部干擾系統(tǒng)的升級優(yōu)化率和普適性都比較低，于是美軍在20 世紀(jì)90 年代提出發(fā)展空投式誘餌以填補(bǔ)能力空白，微型空射誘餌（Minia?ture Air-Launched Decoy，MALD）應(yīng)運(yùn)而生［1］。該款誘餌歷經(jīng)20 余年發(fā)展，現(xiàn)已發(fā)展有多種型號，因技術(shù)限制加之早期對其關(guān)注度不夠，我國在這方面起步較晚。所以本文從MALD 的功能特點(diǎn)和作戰(zhàn)模式角度出發(fā)，提出MALD 任務(wù)載荷系統(tǒng)組成方案，并對任務(wù)載荷的工作狀態(tài)進(jìn)行了仿真分析。

1 微型空射誘餌簡介

1.1 微型空射誘餌主要型號及作戰(zhàn)模式

1.1.1 主要型號

目前MALD 主要發(fā)展有4 種型號［2-7］：1）基本型MALD，主要載荷為信號增強(qiáng)子系統(tǒng)（SAS），該系統(tǒng)可模擬美軍及其盟友的主戰(zhàn)飛機(jī)雷達(dá)信號特征，用于誘騙敵防空雷達(dá)開機(jī)甚至誤判，暴露敵重要防空節(jié)點(diǎn)位置，消耗高成本防空彈或誘騙防空導(dǎo)彈彈載跟蹤雷達(dá)，掩護(hù)高成本巡航（反艦）導(dǎo)彈突防；2）干擾型MALD-J，載荷方面增加了有源雷達(dá)干擾機(jī)，增加了雙向數(shù)據(jù)鏈功能，可抵近飛行對敵防空雷達(dá)或?qū)?dǎo)引頭實(shí)施主動干擾，癱瘓敵防空體系，并完成戰(zhàn)場態(tài)勢的信息傳輸和共享；3）多用途載荷型MALD-X，可搭載通用戰(zhàn)斗部或者其他類型載荷（如通信中繼、傳感器、特制電子戰(zhàn)載荷等），以提高情報(bào)搜集、監(jiān)視偵察、擔(dān)負(fù)靶機(jī)、反輻射攻擊等能力；4）模塊化設(shè)計(jì)型號MALD-V，采用先進(jìn)模塊化設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品更新?lián)Q代靈活，該型號旨在實(shí)現(xiàn)功能的全面躍升。

靜態(tài)存儲狀態(tài)下的MALD 如圖1 所示。

1.1.2 作戰(zhàn)模式

MALD 通常由載機(jī)在防區(qū)外大批量投放，對敵防空體系進(jìn)行一系列壓制，被刺激開機(jī)的雷達(dá)會成為反輻射武器的活靶子；同時MALD 形成的假目標(biāo)會消耗大量高成本防空彈，干擾型MALD 集群使用會對防空雷達(dá)網(wǎng)形成整體壓制，降低其作戰(zhàn)效能，為后續(xù)突防武器掃清障礙。

圖1 微型空射誘餌Fig.1 Miniature air-launched decoy

作戰(zhàn)模式想定圖如圖2 所示。

圖2 微型空射誘餌作戰(zhàn)模式Fig.2 Operation pattern of MALD

1.2 微型空射誘餌基本性能參數(shù)

MALD 從設(shè)計(jì)之初，美軍就將其定位為一款防區(qū)外發(fā)射的誘餌彈，以最大限度保護(hù)載機(jī)。MALD的基本性能參數(shù)見表1。

表1 MALD 基本性能參數(shù)Tab.1 Basic performance index of MALD

2 MALD 任務(wù)載荷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

空射誘餌彈的任務(wù)載荷本質(zhì)上是一種寬頻帶的有源雷達(dá)干擾機(jī)，包含雷達(dá)接收機(jī)、發(fā)射機(jī)和收發(fā)天線。有源干擾的基本原理是發(fā)射適當(dāng)?shù)母蓴_信號進(jìn)入雷達(dá)接設(shè)備，以此破壞或擾亂雷達(dá)對目標(biāo)回波信號的檢測［8］。MALD 作為一種多功能的電子戰(zhàn)裝備，需具備多種干擾手段和對干擾資源的管理能力，以適應(yīng)復(fù)雜戰(zhàn)場中的雷達(dá)對抗。所以本節(jié)從MALD 功能特點(diǎn)出發(fā)，首先提出MALD 任務(wù)載荷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，之后給出任務(wù)載荷部分的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

2.1 MALD 任務(wù)載荷系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

MALD 工作時，通過天線接收截獲敵方的雷達(dá)信號并傳送至接收機(jī)，立刻檢測出接收信號的頻率、輻射源方位和脈內(nèi)參數(shù)等信息。這一方面通過與存儲信息的比對確定輻射源的基本特征，起到情報(bào)偵察作用；另一方面通過系統(tǒng)處理將接收的信號增強(qiáng)放大，使之產(chǎn)生與載機(jī)雷達(dá)回波特性相似的欺騙信號，由天線發(fā)射出去，進(jìn)而起到誘騙敵防空雷達(dá)的目標(biāo)。所以從美軍對于MALD 的功能定義和可能的作戰(zhàn)運(yùn)用角度看，MALD 任務(wù)載荷系統(tǒng)應(yīng)具備下述幾個基本的特征：采用綜合射頻體制；覆蓋頻帶寬；較高靈敏度。

2.2 MALD 任務(wù)載荷系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

MALD 是一款可覆蓋大部分地面/艦載防空警戒雷達(dá)、火控雷達(dá)和彈載雷達(dá)工作頻段的寬頻帶綜合射頻誘餌。該型有源誘餌具備被動信號偵察、典型目標(biāo)模擬、有源欺騙干擾、有源壓制干擾等功能，干擾樣式多樣，結(jié)構(gòu)緊湊，功能參數(shù)可重新配置升級，能夠有效對抗各種先進(jìn)體制雷達(dá)系統(tǒng)。

在設(shè)計(jì)層面，應(yīng)重點(diǎn)考慮MALD 的特有性能，注重與以往干擾機(jī)的本質(zhì)區(qū)別，突出偵察、干擾的戰(zhàn)術(shù)管理功能，能夠以作戰(zhàn)任務(wù)為導(dǎo)向，綜合利用先驗(yàn)信息、輻射特征數(shù)據(jù)庫、被動探測數(shù)據(jù)對作戰(zhàn)場景中輻射源進(jìn)行實(shí)時動態(tài)分析與描述，并形成最優(yōu)的干擾策略和干擾配置參數(shù)進(jìn)行干擾對抗。一方面該誘餌系統(tǒng)可作為輔助突擊干擾武器，在防區(qū)內(nèi)有效壓制敵陸上防空反導(dǎo)編隊(duì)（海上防空反導(dǎo)系統(tǒng)）的雷達(dá)系統(tǒng)，擾亂并降低其防空反導(dǎo)系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能；另一方面，該誘餌系統(tǒng)可以伴飛或近距支援巡航導(dǎo)彈或載機(jī)突防，充當(dāng)戰(zhàn)場“消耗品”。

MALD 任務(wù)載荷的系統(tǒng)組成如圖3 所示。

圖3 任務(wù)載荷系統(tǒng)基本組成Fig.3 Basic composition of mission payload

MALD 載荷系統(tǒng)由寬帶多元陣列天線、微波收發(fā)組件、多通道中頻接收機(jī)、高速信號采集與分選、實(shí)時干擾波形產(chǎn)生、戰(zhàn)術(shù)任務(wù)管理、信號精細(xì)分選識別、電源模塊等組成。誘餌系統(tǒng)的工作模式和參數(shù)由戰(zhàn)術(shù)任務(wù)管理模塊進(jìn)行配置和管理，可根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)和場景工作于被動偵察、轉(zhuǎn)發(fā)干擾、有源壓制干擾或者同時多種模式。誘餌系統(tǒng)通過寬帶多元陣列天線接收空間輻射源信號，并由微波前端的高速信號采集與預(yù)處理模塊完成對信號的高速采樣及初步信號調(diào)理功能［9］。信號精細(xì)分選識別模塊在任務(wù)管理模塊的配合下負(fù)責(zé)對被截獲輻射源信號的精細(xì)化分選與識別。實(shí)時干擾波形產(chǎn)生模塊根據(jù)戰(zhàn)術(shù)管理計(jì)算機(jī)傳輸?shù)母蓴_策略和干擾參數(shù)產(chǎn)生相應(yīng)的干擾信號，并通過微波收發(fā)組件的上變頻通道進(jìn)行變頻、放大，最終通過天線輻射出去。

3 MALD 任務(wù)載荷工作狀態(tài)分析

本節(jié)以MALD 任務(wù)載荷系統(tǒng)的基本框架為依托，進(jìn)一步討論MALD 載荷部分的工作狀態(tài)。

3.1 MALD 干擾防空雷達(dá)基本場景想定

為方便分析，考慮一枚基本型MALD 與載機(jī)伴飛突防，誘騙防空雷達(dá)探測跟蹤這一基本情況。

MALD 作為一種空投式的干擾機(jī)，有效輻射功率（Effective Radiated Power，ERP）是描述其性能的一個非常重要的參數(shù)［10-11］。ERP 與MALD 的發(fā)射功率PD存在如下關(guān)系：

式中：PER為有效輻射功率；LD為MALD 的系統(tǒng)損耗；GD為MALD 輻射方向的增益。

同一般的雷達(dá)對抗一樣，選擇干信比（干擾信號/真實(shí)信號）來衡量MALD 對雷達(dá)的干擾效果。為方便分析，現(xiàn)做如下假設(shè)：防空雷達(dá)始終以天線的最大輻射方向?qū)?zhǔn)目標(biāo)（載機(jī)），MALD 始終以天線最大輻射方向?qū)?zhǔn)防空雷達(dá)。此時，得到任意時刻雷達(dá)、目標(biāo)和MALD 之間的位置關(guān)系圖，如圖4 所示。

圖4 位置關(guān)系圖Fig.4 Position diagram

跟蹤雷達(dá)接收到的目標(biāo)回波信號功率PTR可以表示為

式中：PT為雷達(dá)的發(fā)射功率；GT為雷達(dá)天線主瓣方向上的增益；σ為目標(biāo)的雷達(dá)反射截面積；λ為雷達(dá)輻射信號的波長；RTR為雷達(dá)和目標(biāo)之間的距離。

MALD 的干擾信號功率與雷達(dá)到MALD 的距離有關(guān)，這里用RDR表示。MALD 在抵近飛行的過程中RDR發(fā)生變化，其工作模式也會發(fā)生相應(yīng)的變化。根據(jù)前期的分析，其可能有兩種基本的工作模式：線性轉(zhuǎn)發(fā)工作模式和功率飽和工作模式［12-14］：

1）線性轉(zhuǎn)發(fā)工作模式。轉(zhuǎn)發(fā)式干擾系統(tǒng)又被稱作恒增益系統(tǒng)，這種工作方式下，接收天線將接收到的雷達(dá)信號傳送到幅度和相位調(diào)制模塊，經(jīng)過調(diào)制模塊調(diào)制后，送入功放模塊，經(jīng)放大后由發(fā)射天線發(fā)射出去。當(dāng)MALD 處于線性轉(zhuǎn)發(fā)工作模式時，可以將其視為功率的恒增益轉(zhuǎn)發(fā)器。

2）功率飽和工作模式。功率飽和工作模式可以看作是一個恒定功率系統(tǒng)，也就是說當(dāng)MALD 在線性轉(zhuǎn)發(fā)模式下功率增大到一個飽和值后，其功率不再隨RDR而變化，即要求被存儲復(fù)制再生的信號電平能夠使發(fā)射機(jī)產(chǎn)生最大功率輸出，而與被截獲信號的電平無關(guān)。當(dāng)MALD 處于功率飽和的工作模式時，認(rèn)定其干擾功率是固定不變的。

既然MALD 存在兩種基本的工作模式，那么兩種工作模式之間必然存在一個轉(zhuǎn)換距離，定義工作模式轉(zhuǎn)換時刻MALD 與防空雷達(dá)的距離為MALD的轉(zhuǎn)換距離。當(dāng)MALD 處于功率飽和工作狀態(tài)下，存在一個距離，當(dāng)MALD 在這個工作距離時，在J/S滿足一定條件下，雷達(dá)接收到的真實(shí)目標(biāo)的信號的回波功率同接收到MALD 干擾信號的回波功率相等，這個距離為燒穿距離。轉(zhuǎn)換距離與燒穿距離對理解MALD 任務(wù)載荷工作狀態(tài)有著重要意義。

以下就從MALD 的兩種工作模式和兩種工作模式帶來的兩個距離概念入手，探究MALD 任務(wù)載荷的工作狀態(tài)。

3.2 線性轉(zhuǎn)發(fā)工作模式

當(dāng)MALD 與雷達(dá)的距離比較遠(yuǎn)時，誘餌接收到的雷達(dá)信號的功率會比較小，此時若達(dá)不到MALD接收機(jī)的靈敏度（系統(tǒng)最小可分辨信號的強(qiáng)度），則誘餌彈不會對接收到的信號進(jìn)行放大處理，即誘餌彈無法進(jìn)入干擾模式。如果MALD 所截獲的雷達(dá)信號高于系統(tǒng)的靈敏度，則誘餌可將接收到的雷達(dá)信號進(jìn)行放大、調(diào)制和轉(zhuǎn)發(fā)，這時可以將其看作一個恒增益的系統(tǒng)［14-15］。

MALD 天線的有效孔徑用AD表示，有

式中：GD為MALD 天線的增益；θ為偏離MALD 天線中軸的角度。

MALD 所截獲的雷達(dá)發(fā)射信號功率用PDr表示，則有

式中：GT(φ)為雷達(dá)天線方向圖函數(shù)；φ為偏離雷達(dá)天線的軸線方向角度；LP為傳播損耗；RDR為雷達(dá)與MALD 之間的距離。

因?yàn)橐呀?jīng)確定了MALD 在此工作模式下為恒增益系統(tǒng)，用GDS表示誘餌彈系統(tǒng)的增益，MALD發(fā)射的干擾功率PD為

雷達(dá)接收到的干擾信號功率用PRr表示，有

式中：AR為雷達(dá)接收天線指向MALD 方向上的有效孔徑，且有

那么，根據(jù)式（2）和式（6）就可以得到雷達(dá)接收端的干信比了，有

3.3 功率飽和工作模式

當(dāng)MALD 與雷達(dá)的距離越來越近時，隨著其所截獲的雷達(dá)信號功率越來越大，如果繼續(xù)保持線性工作模式，誘餌的輸出干擾功率也會越來越大，這不符合實(shí)際情況。實(shí)際上，當(dāng)上述情況出現(xiàn)時，MALD 會在某一臨界點(diǎn)實(shí)現(xiàn)功率飽和，達(dá)到一個最大輸出功率，這就是MALD 的功率飽和工作模式。

在這種工作狀態(tài)下，假定MALD 的最大輸出功率為PDmax，則雷達(dá)接收到的干擾信號功率為

根據(jù)式（2）和式（9），可得該工作模式下雷達(dá)接收端的干信比為

3.4 轉(zhuǎn)換距離和燒穿距離

為了進(jìn)一步研究MALD 的工作狀態(tài)，需要利用轉(zhuǎn)換距離和燒穿距離的概念，對其進(jìn)行簡單的動態(tài)分析。

通過對式（10）的觀察可知，在做進(jìn)一步分析之前，需要明確陣列天線的增益值。為方便分析，作如下約定：MALD 與目標(biāo)同時處于雷達(dá)的主瓣內(nèi)且φ=0，MALD 的最大輻射方向也同樣對準(zhǔn)雷達(dá)，且有RDR=RTR。

根據(jù)第2 節(jié)中給出的任務(wù)載荷設(shè)計(jì)方案，MALD 采用陣列天線。對陣列天線參數(shù)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，通過查閱資料并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式［15-16］，得到

假設(shè)MALD 天線設(shè)計(jì)參數(shù)：Ae=0.019 2 m2（邊長為160 mm×120 mm 的矩形孔徑），λ=0.05 m（取中心頻率7 GHz），N=12（4×3 排列），d=40 mm，則得到最大增益G（單位dB）為

考慮到式（11）、式（8）可以寫成

式（10）可以寫成

在模式轉(zhuǎn)換工作距離上，式（12）等于式（13），有

此時的RDR便是MALD 從線性工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換到飽和功率狀態(tài)的轉(zhuǎn)換距離，從表達(dá)式可以看出，轉(zhuǎn)換距離的平方與MALD 的系統(tǒng)增益GDS成正比，與最大發(fā)射功率PDmax成反比。

假定MALD 系統(tǒng)增益為GDS=50 dB，σ=1 m2，PT=30 dB，GT=23 dB，f=3 GHz，Lp=1，則最大發(fā)射功率PDmax與轉(zhuǎn)換距離RDR之間的關(guān)系如圖5 實(shí)線所示。

取防空雷達(dá)接收機(jī)靈敏度為10 dB，即式（13）中的J/S≥10，

同樣使用上述仿真參數(shù)，對式（16）進(jìn)行仿真分析的結(jié)果如圖5 虛線所示。

圖5 模式轉(zhuǎn)換距離/燒穿距離與最大發(fā)射功率的關(guān)系Fig.5 Relationship between mode switching distance/burn out distance and maximum transmitted power

從仿真結(jié)果可以看出：

1）當(dāng)最大發(fā)射功率PDmax=1 W 時，轉(zhuǎn)換距離為11.4 km，即在MALD 與防空雷達(dá)距離11.4 km 時，MALD 任務(wù)載荷的工作狀態(tài)由線性轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)換至功率飽和模式。隨著最大發(fā)射功率的增大，轉(zhuǎn)換距離變小。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)不同的戰(zhàn)場環(huán)境，設(shè)計(jì)MALD 載荷指標(biāo)，以滿足作戰(zhàn)需求。

2）當(dāng)最大發(fā)射功率PDmax=1 W 時，燒穿距離為4.5 km，即MALD 與防空雷達(dá)距離大于4.5 km 時，MALD 具備干擾能力。當(dāng)距離小于4.5 km 時，MALD 將失效。該仿真結(jié)果可以為MALD 具體作戰(zhàn)運(yùn)用提供理論支撐。

這里需要指出的是，上述分析是理論狀態(tài)，實(shí)際情況下，射頻綜合誘餌的發(fā)射功率并不能保證從雷達(dá)天線主瓣進(jìn)入，也可能從旁瓣進(jìn)入干擾，此時轉(zhuǎn)換距離和燒穿距離的計(jì)算值也要偏大一些。

4 結(jié)束語

本文從微型空射誘餌的功能特點(diǎn)出發(fā)，提出了誘餌彈任務(wù)載荷的系統(tǒng)組成方案，并在該方案基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究其工作狀態(tài)。一方面為后續(xù)研仿工作奠定基礎(chǔ)；另一方面為從技術(shù)層面理解微型空射誘餌作戰(zhàn)運(yùn)用提供理論支撐。微型空射誘餌近年來逐步受到廣泛關(guān)注，美空軍已批量采購，美海軍型號也已定型，作為美軍一款多功能電子戰(zhàn)武器，它具有十分強(qiáng)大的綜合射頻對抗能力和極其豐富的作戰(zhàn)應(yīng)用模式，必將在未來戰(zhàn)場發(fā)揮突防“倍增器”和戰(zhàn)場“清道夫”作用。