李尚生 張軍濤，2 但 波

（1.海軍航空大學 煙臺 264001）（2.中國人民解放軍92407部隊 煙臺 264001）

1 引言

舷外有源雷達誘餌以其方便靈活、假目標逼真、干擾成功率高的特點，被廣泛應用于艦艇的反導防御作戰(zhàn)［1］。典型的舷外有源誘餌有Nulka有源誘餌，AN/SSQ-95（V）系列，“海妖”系列，TOAD系統(tǒng)等［2］。為提高舷外有源誘餌的作戰(zhàn)效能，各軍事強國都在下大力氣研究舷外有源誘餌對反艦導彈效能影響及其作戰(zhàn)使用特點［3～5］。

典型的反艦導彈攻擊的階段主要分為發(fā)射前準備階段，自控飛行階段和自導飛行階段。為對抗反艦導彈不同攻擊階段影響，舷外有源誘餌的作戰(zhàn)使用方式主要包括假目標干擾、沖淡干擾和質(zhì)心干擾等，其中對反艦導彈威脅最大的是質(zhì)心干擾樣式。文獻［6～7］研究了舷外有源誘餌的發(fā)射功率、發(fā)射角及布設距離對干擾效果的影響；文獻［8～9］研究了艦船與舷外有源誘餌運動速度對舷外有源誘餌干擾效果的影響；文獻［10］研究了舷外有源誘餌的有效干擾功率和舷外有源誘餌布放距離對干擾效果的影響；文獻［11］研究了舷外有源誘餌布放角度和布放距離對干擾效果的影響，但綜合考慮舷外有源誘餌的布設距離、干擾有效功率、艦船機動速度的研究較少。本文通過分析舷外有源誘餌質(zhì)心式干擾的作戰(zhàn)使用，定量分析舷外有源誘餌的干擾效果，得到在不同突防對抗態(tài)勢下，舷外有源誘餌質(zhì)心干擾的使用要求，從而為實戰(zhàn)中舷外有源誘餌的使用提供參考。

2 舷外有源誘餌的質(zhì)心干擾原理

舷外有源誘餌的質(zhì)心式干擾機理與箔條基本相同，都是質(zhì)心效應。當反艦導彈末制導雷達開機并穩(wěn)定跟蹤目標艦船后，利用艦船的電子支援系統(tǒng)對來襲反艦導彈進行跟蹤與偵察，選擇合適的時機，按照一定的距離和方位發(fā)射舷外有源誘餌。距離上要求誘餌產(chǎn)生的假目標和艦船處于同一距離分辨單元，方位上要求誘餌產(chǎn)生的假目標和艦船處于同一雷達波束范圍內(nèi)，從而使反艦導彈雷達導引頭跟蹤艦船與假目標的等效能量中心（即質(zhì)心）。隨著反艦導彈的逼近，當目標和舷外有源誘餌對反艦導彈的張角θ大于導引頭天線波束寬度2θ0.5時，艦船目標將偏出雷達的波束范圍，使得反艦導彈轉(zhuǎn)而跟蹤有源誘餌假目標，從而保護目標艦船免受攻擊。如圖1所示。

圖1 舷外有源誘餌質(zhì)心干擾示意圖

3 仿真模型

3.1 坐標系建立

假設末制導雷達開機并穩(wěn)定跟蹤艦船目標后，艦船向垂直于導彈來襲方向一定距離處釋放舷外有源誘餌，并假設有源誘餌釋放后的位置不動，艦船向有源誘餌相反的方向機動。以反艦導彈剛捕捉目標時的初始位置作為坐標原點（0，0），導彈與艦船目標的連線方向為x軸方向，沿x軸方向逆時針旋轉(zhuǎn)90°為y軸方向，如圖2所示。則艦船的x軸坐標為彈目距離R，y軸坐標為0；誘餌的x軸坐標為R，y軸坐標為誘餌布放的距離L。

圖2 仿真坐標系的建立

3.2 艦船運動模型

在不考慮艦船的切割效應時，把艦船當作質(zhì)點，仿真步長為h，則tk時刻艦船的位置為

式中，xsk和 ysk為當前時刻的位置；xsk-1和 ysk-1為前一時刻的位置；v0為艦船運動速度。

3.3 舷外有源誘餌的等效RCS模型及質(zhì)心干擾過程

假設舷外有源誘餌工作在恒功率狀態(tài)下，有源誘餌的發(fā)射功率為Prj，則反艦導彈雷達導引頭接收到的有源誘餌干擾信號功率為［12］

式中，Gj表示有源誘餌發(fā)射天線增益；Gt表示雷達導引頭天線增益；λ表示工作波長；Rj表示導彈與有源誘餌的距離；δ表示電磁波在空間傳輸時的大氣衰減，單位dB/km；Fj(θ ,φ)表示舷外有源誘餌發(fā)射天線在導引頭方向上的歸一化方向性函數(shù)；Ft(θ ,φ)表示雷達天線在有源誘餌方向上的歸一化方向性函數(shù)；γj表示極化損失因子，當舷外有源誘餌發(fā)射天線與雷達接收天線極化匹配時為1，極化隔離時為0，一個為線極化另一個為圓極化時為0.5。

反艦導彈雷達導引頭接收到的來自RCS數(shù)值為σ的目標回波功率為

式中，Pt表示雷達導引頭的發(fā)射功率；Rt表示導彈與目標的距離。

綜合式（2）、式（3），得出舷外有源誘餌的等效RCS：

舷外有源誘餌在質(zhì)心式干擾過程中，發(fā)射天線主瓣一般對準來襲導彈，即Fj(θ,φ) =1；且舷外有源誘餌必須處于雷達天線波束范圍內(nèi)，即Ft(θ,φ)≈1；有源誘餌一般位于艦船目標一側的近距離L處，且遠小于與導彈之間的距離R，令Rt=Rj=R，則式（4）簡化為

由式（5）可以看出，距離越遠，R越大，舷外有源誘餌的等效RCS數(shù)值越大。在導彈實際跟蹤過程中，當距離R較大時，目標和有源誘餌相對導彈的張角θ小于導引頭天線波束寬度2θ0.5，導引頭跟蹤目標和舷外有源誘餌的質(zhì)心。設當R=R0時，σj與目標的RCS數(shù)值σ相等（σj=σ），此時質(zhì)心點為目標與有源誘餌連線的中點；當RR0時，σj>σ，質(zhì)心點將偏向舷外有源誘餌一側。

在導彈實際跟蹤過程中，隨著距離R的減小，舷外有源誘餌和目標對導引頭的張角θ逐漸增大，質(zhì)心點與目標對導引頭的張角θ和質(zhì)心點與舷外有源誘餌對導引頭的張角θ2也同時增大。設當R=R1時θ1和θ2中的數(shù)值較大者將大于導引頭波束寬度的一半，目標和有源誘餌中與質(zhì)心點對導引頭張角較大的一個將首先移出導引頭天線波束（若θ1>θ2，目標首先移出天線波束；若θ1<θ2，舷外有源誘餌首先移出天線波束），導引頭將由跟蹤質(zhì)心點轉(zhuǎn)向跟蹤目標和有源誘餌中與質(zhì)心點對導引頭張角較小的一個（若θ1>θ2，導引頭將轉(zhuǎn)向跟蹤舷外有源誘餌；若θ1<θ2，導引頭將轉(zhuǎn)向跟蹤目標）。

若R0>R1，則導引頭跟蹤過程中舷外有源誘餌首先移出導引頭波束范圍，導引頭將轉(zhuǎn)向跟蹤目標，質(zhì)心干擾失??；若R0

3.4 導彈跟蹤模型

導彈跟蹤艦船與舷外有源誘餌的質(zhì)心時，導彈跟蹤點的坐標為

式中，（xs，ys）為艦船的位置坐標，（xj，yj）為舷外有源誘餌的位置坐標。

根據(jù)導彈位置和質(zhì)心位置，可計算導彈當前時刻跟蹤方向與x軸夾角為

則下一時刻，導彈的位置為

式中，xdk，ydk為當前時刻的位置；xdk+1，ydk+1為下一時刻的位置；v0為艦船機動速度。

4 仿真結果及分析

當導彈的攻擊角和舷外有源誘餌的布放角垂直時，能夠?qū)ε灤凶罴训谋Ｗo效果［6］。有源誘餌對反艦導彈的質(zhì)心式干擾能否成功，取決于在導引頭在跟蹤質(zhì)心過程中，是誘餌還是目標首先移出導引頭天線波束。因此，質(zhì)心干擾的效果與導引頭的性能參數(shù)、有源誘餌的性能參數(shù)、有源誘餌的布設距離、目標艦船的RCS及其運動參數(shù)等有關。下面對不同場景下舷外有源誘餌的質(zhì)心干擾效果進行仿真分析。

仿真時假設舷外有源誘餌的發(fā)射天線與雷達導引頭天線極化匹配（γj=1），導引頭為X波段的微波雷達，在晴天時可以忽略電磁波傳輸?shù)拇髿馑p（δ=0）。在仿真過程中，不考慮導引頭跟蹤后導彈調(diào)整飛行方向的過程，即近似認為導彈飛行方向與導引頭跟蹤方向一致。

仿真參數(shù)設置：反艦導彈導引頭發(fā)射功率Pt=30kW，天線增益Gt=20dB，天線波束寬度2θ0.5=10°，導彈飛行速度vm=300m/s，導彈初始跟蹤距離R=8000m；目標艦船的RCS數(shù)值σ=3000m2，航速v0=10m/s；舷外有源誘餌的有效輻射功率PjGj=200W，布設距離L=200m～300m。

圖3和圖4所示分別為舷外有源誘餌布設距離L=280m和279m時導彈飛行軌跡仿真結果。可以看出，當L≥280m時，隨著導彈距離的接近，目標首先移出導引頭天線波束，導彈最終跟蹤舷外有源誘餌，質(zhì)心干擾成功；當L≤279m時，舷外有源誘餌首先移出導引頭天線波束，導彈最終跟蹤目標，質(zhì)心干擾失敗。因此，在此場景下舷外有源誘餌的最小布設距離為Lmin=280m。

圖3 舷外有源誘餌布放距離L=280m時的導彈飛行

圖4 舷外有源誘餌布放距離L=279m時的導彈飛行軌跡

圖5所示為R=8000m質(zhì)心干擾有效時，舷外有源誘餌最小布設距離Lmin與舷外有源誘餌的有效輻射功率PjGj、艦船機動速度v0關系的仿真結果?？梢钥闯觯斚贤庥性凑T餌的有效功率PjGj一定時，艦船移動速度越快，舷外有源誘餌的最小布設距離越小，目標越容易擺脫導彈的跟蹤。當艦船機動速度v0一定時，舷外有源誘餌的有效功率PjGj越大，所需的舷外有源誘餌最小布設距離Lmin越小，質(zhì)心干擾效果越好。

圖5 R=8000m時Lmin與PJGJ和v0關系曲線

圖6所示為PjGj=200W時，質(zhì)心干擾有效時舷外有源誘餌的最小布設距離Lmin與目標機動速度v0、導彈距離R之間關系的仿真結果?？梢钥闯?，當R一定時，目標機動速度越快，所需舷外有源誘餌的最小布設距離Lmin越小，目標越容易擺脫導彈跟蹤；當目標機動速度v0一定時，導彈距離R越大，所需舷外有源誘餌的最小布設距離Lmin越小。即越早發(fā)現(xiàn)艦船被導彈跟蹤實施質(zhì)心干擾，干擾的效果越好。

圖6 PJGJ=200W時Lmin與R和v0關系曲線

表1～4分別給出了舷外有源誘餌的有效功率PjGj分別為200W、300W、400W和500W時，舷外有源誘餌的最小布設距離Lmin與導彈距離R、目標機動速度v0關系的仿真結果。可以看出，舷外有源誘餌的有效功率PjGj越大，導彈距離R越遠（越早發(fā)現(xiàn)艦船被導彈跟蹤釋放舷外有源誘餌），對導彈的質(zhì)心干擾效果越好；艦船機動速度v0越大，越容易擺脫導彈的跟蹤，質(zhì)心干擾的效果越好。

表1 PJGJ=200W時，Lmin與R和v0關系仿真結果

表2 PJGJ=300W時，Lmin與R和v0關系仿真結果

表3 PJGJ=400W時，Lmin與R和v0關系仿真結果

表4 PJGJ=500W時，Lmin與R和v0關系仿真結果

5 結語

本文從實際作戰(zhàn)需求出發(fā)，通過分析舷外有源誘餌對導引頭質(zhì)心干擾機理，建立了舷外有源誘餌的雷達截面積模型、導彈跟蹤模型、艦船運動模型，仿真計算了有源誘餌對抗反艦導彈的干擾過程。對舷外有源誘餌的干擾有效功率、艦船速度、雷達導引頭開機距離和誘餌布設距離等條件對干擾效果的影響進行定量分析，得到了不同作戰(zhàn)態(tài)勢下，要使得舷外有源誘餌干擾成功，誘餌要求布放的最短距離，可為舷外有源誘餌的戰(zhàn)術使用提供參考，也可為水面艦艇規(guī)避反艦導彈的威脅提供借鑒。