周天宇,黃 華,王 堅

(中國船舶集團有限公司第七二三研究所,江蘇 揚州 225101)

0 引 言

空射誘餌是一種由敵方載機發(fā)射,用于欺騙我方戰(zhàn)斗機或地面雷達,誘偏我方導(dǎo)彈攻擊,提高敵方戰(zhàn)機生存力和戰(zhàn)斗力的新型武器。這種空射誘餌為空中作戰(zhàn)平臺對抗防空和機載武器系統(tǒng)的攻擊以及協(xié)助奪取制空權(quán)開辟了一條新途徑[1-2]。

為了對抗以高逼真假目標航跡為主要干擾手段的新一代空射誘餌目標,本文通過對分布式協(xié)同干擾總體架構(gòu)技術(shù)的研究,依托現(xiàn)有干擾設(shè)備的能力資源,通過合理規(guī)劃與設(shè)計多個節(jié)點的干擾策略,配合被掩護雷達工作模式、頻段及脈沖時序,對疑似誘餌的作戰(zhàn)目標提供雷達探測波形的掩護脈沖,以針對性地構(gòu)建復(fù)雜電磁環(huán)境的方式實現(xiàn)對空射誘餌偵察鏈路的阻塞、破壞,最終完成對空射誘餌的識別、稀釋等作戰(zhàn)任務(wù),實現(xiàn)降低誘餌威脅、節(jié)省防空資源的作戰(zhàn)目的[3-5]。

1 空射誘餌工作原理

空射誘餌能通過模擬戰(zhàn)機雷達信號,擾亂對方雷達,削弱敵方防空雷達的作戰(zhàn)效能,從而保護己方戰(zhàn)機,支持空地打擊任務(wù)和奪取制空權(quán)等任務(wù)?？丈湔T餌因具有以下優(yōu)點而受到廣泛應(yīng)用:

(1) 空射誘餌導(dǎo)彈尺寸小,具有較小的雷達散射截面積,使得它難以被地面雷達探測到。

(2) 采用空對地投放方式,具備比有人駕駛飛機或較大無人機更容易接近目標而不被雷達發(fā)現(xiàn)的優(yōu)勢。

(3) 兼有“軟硬殺傷”功能,可依據(jù)戰(zhàn)場瞬時變化的特點,選擇欺騙、壓制或摧毀等任務(wù)模式。

空射誘餌具有低成本、高技術(shù)、模塊化、空中發(fā)射以及可編程等特點,具備以下典型作戰(zhàn)用途:

(1) 模擬目標引誘敵方防空雷達開機,誘騙敵方雷達情報信息;

(2) 進行防區(qū)內(nèi)干擾,掩護作戰(zhàn)飛機,緩解專用電子戰(zhàn)飛機不足的壓力;

(3) 引誘來襲地空導(dǎo)彈、空空導(dǎo)彈,為作戰(zhàn)飛機提供自衛(wèi)保護。

空射誘餌干擾系統(tǒng)是指將無人機作為誘餌/干擾載荷設(shè)備的攜帶平臺,由空中載體平臺對空射誘餌進行空基發(fā)射,然后對地面或空中目標進行誘餌和干擾的技術(shù),其主要用于產(chǎn)生源自空中的雷達干擾信號,是實現(xiàn)復(fù)雜電磁環(huán)境對抗的有效平臺?？丈湔T餌不僅具有載機的雷達反射截面和運動特性,還能夠根據(jù)不同的作戰(zhàn)任務(wù)需求攜帶干擾設(shè)備、偵察設(shè)備或具有打擊能力的戰(zhàn)斗部和導(dǎo)引頭等多種任務(wù)載荷?？丈湔T餌加裝了干擾設(shè)備,因此在戰(zhàn)場數(shù)據(jù)鏈的支持下可以完成更加靈活多樣的任務(wù)。空射誘餌系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、作戰(zhàn)功能多、使用維護方便等優(yōu)勢,適用于空基批量發(fā)射使用,是未來電子戰(zhàn)作戰(zhàn)中實現(xiàn)電子欺騙、電子干擾、電子壓制、反輻射任務(wù)的重要手段。

2 分布式反空射誘餌電子干擾技術(shù)

空射誘餌以其靈活、低成本的特點被廣泛使用,具有遠程施放欺騙式干擾、近程施放壓制式干擾的功能,但是其對應(yīng)攜帶硬件資源及信號處理能力有限,故硬件資源與信號處理能力對其性能有極大影響。因此,可采用多種干擾對空射誘餌進行反制,以飽和其資源,減弱其干擾產(chǎn)生、施放能力。

本文以雷達設(shè)備作為掩護對象,通過無線通訊方式發(fā)送波束指向信息,調(diào)度分布式多節(jié)點干擾設(shè)備向指定空域定向輻射無嚴格時間同步的高密度干擾脈沖波形,構(gòu)建復(fù)雜電磁環(huán)境以提升誘餌信號分選與轉(zhuǎn)發(fā)難度,稀釋其干擾資源。原則上每個節(jié)點處均包含探測、干擾2種設(shè)備,在滿足電磁兼容性的前提下,通過制定不同節(jié)點間雷達-干擾設(shè)備的工作狀態(tài)組合模式,探究其對空射誘餌識別正確率、干擾稀釋度的影響情況,逐步優(yōu)化得到對抗效果最佳的分布式多節(jié)點干擾策略。

2.1 總體思路

為了對抗以高逼真假目標航跡為主要干擾手段的新一代空射誘餌目標,可利用節(jié)點的探測、干擾設(shè)備與資源,通過針對性設(shè)計干擾樣式,并合理安排多節(jié)點干擾設(shè)備之間的作戰(zhàn)策略,完成分布式反空射誘餌的電子干擾作戰(zhàn)任務(wù),如圖1所示。

圖1 分布式反空射誘餌電子干擾示意圖

分布式系統(tǒng)主要依托分布式節(jié)點雷達與干擾設(shè)備的探測、電子對抗資源。各個節(jié)點以被掩護雷達為中心,干擾設(shè)備通過無線數(shù)據(jù)傳輸通道共享空射誘餌的探測方位、俯仰波束指向以及雷達發(fā)射脈沖的同步信號。在雷達引導(dǎo)下,其他節(jié)點多個干擾機向誘餌所在空域同時發(fā)射干擾波束。誘餌在偵收探測波束與干擾波束的疊加態(tài)后將大量轉(zhuǎn)發(fā)與真實探測波形相似但有區(qū)別的回波,稀釋自身的能量、時域資源,最終雷達顯示界面上假航跡出現(xiàn)缺點,從而便于識別出誘餌特征,降低對我方防空系統(tǒng)的威脅。

為了提升對抗成功率,組織不同節(jié)點平臺上雷達、干擾設(shè)備從不同方位對空射誘餌進行協(xié)同探測、協(xié)同干擾,一方面更容易造成誘餌分選算法的增批,另一方面通過多個節(jié)點處雷達對假航跡的交叉驗證能夠更加快速、準確地識別出誘餌,并引導(dǎo)后續(xù)的干擾任務(wù)。

2.2 工作流程

分布式反空射誘餌電子干擾系統(tǒng)工作流程如圖2所示。

圖2 分布式反空射誘餌電子干擾工作流程

為了實現(xiàn)分布式多節(jié)點完整的空射誘餌干擾策略與對抗流程,首先需要實現(xiàn)分布式多節(jié)點完整的空射誘餌干擾策略與對抗流程,合理分配各個節(jié)點的具體功能模式。具體分為2種:探測節(jié)點和干擾節(jié)點。探測節(jié)點所在平臺的雷達設(shè)備開機,負責(zé)對疑似的空射誘餌進行跟蹤,當航跡穩(wěn)定后需要通過無線通信鏈路把目標的波束空域指向、雷達信號頻段、調(diào)制方式等信息共享給各個干擾節(jié)點。干擾節(jié)點所在平臺的干擾設(shè)備開機,得到信息輸入后共同對制定空域輻射具有針對性樣式的干擾信號脈沖。

在干擾節(jié)點實施任務(wù)后,探測節(jié)點持續(xù)關(guān)注疑似誘餌目標的航跡,若其中有節(jié)點出現(xiàn)目標點閃爍或航跡缺點、斷續(xù)等探測結(jié)果無法自洽的現(xiàn)象,則證明干擾有效,且可以完成誘餌目標的識別與標定;若所有探測節(jié)點的結(jié)果均未出現(xiàn)異常,則提高干擾節(jié)點的數(shù)量或比例,或改變干擾波形參數(shù)設(shè)置(比如提高脈沖密度等),重復(fù)上述流程繼續(xù)判斷,直至出現(xiàn)誘餌干擾成功的現(xiàn)象,形成空射誘餌電子對抗流程的閉環(huán)。

2.3 干擾策略

分布式協(xié)同干擾對空射誘餌的干擾效果,主要取決于基于干擾機自身性能的干擾機引導(dǎo)時間、基于干擾功率的探測面積、基于干擾頻率的干擾頻率對準度和基于干擾機的干擾樣式。

干擾策略分配算法不僅關(guān)注對現(xiàn)有干擾資源的分配,還要關(guān)注對干擾樣式的分配。分配過程為:假設(shè)整個干擾系統(tǒng)有N個干擾機,接收到M個空射誘餌目標。首先將接收到的M個空射誘餌目標的參數(shù)代入威脅等級模型公式,對每個目標的威脅等級進行判定求值,按照威脅等級由高到低的順序,在干擾分配過程中將資源向?qū)δ繕送{程度最大的空射誘餌傾斜,其次將剩余資源分配給相對威脅較小的空射誘餌,直到所有的干擾資源分配完畢。

為了取得最佳干擾效果,需要對分布式協(xié)同干擾機組網(wǎng)的干擾資源進行優(yōu)化分配,這一問題可轉(zhuǎn)化為在干擾效益矩陣中選取最佳的干擾組合以使得該干擾組合下的總干擾效益值最大。干擾組網(wǎng)有源干擾最佳效益值的求解方式如下:

(1)

式中:xij為決策變量,xij=1表明第i(i=1,2,3,…,m)部干擾機干擾第j(j=1,2,3,…,n)部空射誘餌,xij=0表明第i(i=1,2,3,…,m)部干擾機不會干擾第j(j=1,2,3,…,n)部空射誘餌;wij為權(quán)值系數(shù),表示各部空射誘餌的重要程度,默認各部空射誘餌的重要程度相同,取值wij=0。

在干擾機組網(wǎng)的有源干擾研究中,同一部干擾機可干擾多枚空射誘餌,而1枚空射誘餌可以在某同一時刻受到多部干擾機的干擾。因此,公式(1)的約束條件為:

(2)

在實戰(zhàn)中進行資源分配時,當干擾機數(shù)量和空射誘餌數(shù)量正好相等時,應(yīng)用“1vs1”的分配方式,即1部干擾機去干擾其中的1枚空射誘餌,本文可直接求取干擾機組網(wǎng)的有源干擾效益矩陣;但是如果干擾機數(shù)量與空射誘餌數(shù)量不相等,就需要先進行多輪分配。通過多輪分配,無論干擾機的數(shù)量和空射誘餌的數(shù)量是否相等,都可以轉(zhuǎn)換為相同數(shù)量的干擾機和空射誘餌的“1vs1”的分配方式。

3 仿真分析

3.1 空射誘餌作用效果

采用雷達的典型工作參數(shù)和空射誘餌干擾系統(tǒng)參數(shù)進行仿真,模擬敵方空射誘餌對我方雷達實施干擾的作用效果。

單枚空射誘餌和3枚空射誘餌的作用效果仿真結(jié)果如圖3所示,外部圓形曲線所圍區(qū)域為我方雷達的探測區(qū)域,內(nèi)部類心形曲線所圍區(qū)域為我方雷達受到空射誘餌干擾之后的探測區(qū)域。當空射誘餌對我方雷達進行主瓣干擾時,可有效降低我方雷達在主瓣方向的探測距離,干擾效果明顯,從而有效掩護敵方戰(zhàn)機突防。

圖3 空射誘餌作用效果圖

3.2 反空射誘餌干擾效果

對反空射誘餌干擾進行仿真分析,仿真結(jié)果如圖4所示。虛線為我方雷達信號,為防止敵方空射誘餌收到我方雷達信號,對我方雷達成功實施干擾,需要對空射誘餌進行反制干擾;實線為干擾信號,幅度遠大于我方雷達信號,可以對我方雷達提供探測波形的掩護,實現(xiàn)對敵方空射誘餌的有效干擾。

圖4 反空射誘餌干擾效果圖

圖5為對敵方一枚空射誘餌進行反制干擾前后,我方雷達探測區(qū)域前后對比仿真圖。內(nèi)部類心形曲線所圍區(qū)域為我方雷達受到空射誘餌干擾之后的探測區(qū)域,外部圓形曲線所圍區(qū)域為對空射誘餌進行反制干擾之后我方雷達的探測區(qū)域,可見干擾有效,敵方空射誘餌無法對我方雷達實施干擾。

圖5 對空射誘餌反制干擾前后對比圖

當敵方發(fā)射多枚空射誘餌時,通過對分布式協(xié)同干擾機組網(wǎng)的干擾資源進行優(yōu)化分配,合理安排多節(jié)點干擾設(shè)備之間的作戰(zhàn)策略,可以實現(xiàn)對空射誘餌的有效干擾,取得最佳干擾效果。

4 結(jié)束語

空射誘餌通過模擬戰(zhàn)機雷達信號,擾亂敵方雷達,削弱防空雷達的作戰(zhàn)效能,支持空地打擊任務(wù)和奪取制空權(quán)等任務(wù),受到廣泛應(yīng)用。本文分析了空射誘餌特點和工作模式,從主動實施電子干擾的角度,提出了一種分布式反制電子干擾方法,對空射誘餌進行反制,以飽和其資源,減弱其干擾產(chǎn)生、施放能力。