舷外有源誘餌干擾作戰使用研究

摘 要:現代電子戰爭中，舷外有源誘餌干擾是對抗彈載雷達的有效手段之一。首先介紹了舷外有源誘餌的干擾原理，為了證明舷外有源誘餌的有效性，采用主/被動復合制導的反艦導彈進行對抗實驗。實驗中為了仿真反艦導彈從搜尋目標到跟蹤、擊中目標這一全過程，建立了作戰環境模型和彈載雷達信號處理模型，將仿真結果輸入仿真評估模型對反艦導彈在整個對抗過程中的性能進行評估。評估結果表明，在彈載雷達采用主/被動復合制導的情況下，舷外有源誘餌依然能很好地對反艦導彈導引頭進行欺騙。關鍵詞:懸停式誘餌; 復合制導; 反艦導彈; 電子對抗

中圖分類號:TN972-34文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)21-0061-04

Operational Application Method of Outboard Active Decoy Interference

XU Zheng1， WANG Qiang2， YU Yong2， XU Dong-liang2

(1. School of Electronic Information， Jiangsu Science and Technology University， Zhenjiang 212003， China;

2. The 723 Institute of SCI， Yangzhou 225001， China)

Abstract: In modern electronic warfare， the outboard active decoy jamming against missile radar is an effective measure. The principle of outboard active decoy interference is introduced. The anti-ship missile with active/passive combined guidance was adopted in an ECM experiment to prove the validity of outboard active decoy jamming. A combat environment model and missile radar signal processing model were established， to simulate the whole attack process (target search， tracking and hiting) of anti-ship missiles in the experiment. The simulation result is input into the simulation assessment model to evaluation the performance of anti-ship missile in the whole attack process. The evaluation results show that the outboard active decoy can successfully deceive the anti-ship missile seeker and the missile radar with active/passive combined guidance.

Keywords: suspend decoy; combined guidance; antiship missile; ECM

收稿日期:2010-05-31

0 引 言

反艦導彈已成為現代海戰的主要攻擊武器，實施對反艦導彈的電子干擾，已成為艦船電子對抗的主要內容。如今的導彈大多采用多模復合制導技術，在各種復合制導技術中，主/被動復合制導模式是最佳復合制導形式之一。反艦導彈彈載主動雷達的主要任務是目標回波檢測、目標參數測量和目標跟蹤。被動雷達則是利用自由空間中的電磁輻射信號來對感興趣的目標輻射源進行方位測量和跟蹤。主/被動復合制導在性能上能更好地發揮各自的優點。

現代反艦導彈正向著高速度、復合精確的制導方向發展，傳統的反射體、箔條干擾技術的效果有限，為有效防御反艦導彈的攻擊，國外海軍自20世紀90年代起就十分重視發展舷外有源干擾技術，典型的裝備有美海軍的AN/SSQ-95(V)有源電子誘餌等[1]。舷外有源干擾是利用懸停、拖曳、漂浮式假目標或有源電子干擾對反艦導彈末制導系統實施的干擾，該干擾技術的應用特點是降低了對防御平臺的限制，可以綜合配置干擾設備，使干擾方式多樣化、靈活化、綜合化。本文主要介紹了懸停式雷達有源誘餌。

1 懸停式誘餌組成和干擾原理

懸停式帶傘有源干擾是一種裝有相當完善干擾裝置的誘餌彈，它可從箔條發射器發射，發射后懸掛在展開的翼傘下，誘餌彈上自主雷達干擾機接收反艦導彈的雷達信號，然后發射干擾信號，逐步引誘反艦導彈偏離艦艇飛向誘餌彈。這種懸停式有源假目標干擾設備必須依賴降落傘，因此，留空時間受氣象條件影響較大，使用時對氣象條件要求較高[2]。

懸停式有源雷達誘餌的最大特點是能主動發射電磁波，用主動施放的干擾能量來描述誘餌的雷達截面積，通過放大和轉發敵方雷達的信號，與水面艦艇的真實回波信號共同作用來完成導彈誘騙。干擾作用的機理與箔條質心干擾的作用原理基本相同[3]。

如圖1，雷達信號經艦船反射后的回波信號功率為:

Pm=PtG2tλ2σ(4π)3R4

(1)

式中:Pt為雷達的脈沖功率;Gt為發射/接收天線增益(假設收發共用一天線);λ為雷達工作波長;σ為目標的瞬時RCS;R為彈目距離。

圖1 艦艇、誘餌、導彈空間關系圖

懸停式誘餌截獲的雷達信號功率如大于誘餌系統的靈敏度，則對雷達信號進行放大、調制，然后轉發。此時誘餌可采用“應答式”(恒功率應答體制)和“轉發式”(恒增益轉發體制)這兩種干擾體制。在應答工作模式下，干擾機的輸出功率是常量，不像轉發模式下功率隨彈目距離的變化而改變。文中采用恒功率系統，由圖1可得雷達收到的誘餌干擾功率為:

Pds=PjGtλ2(4πR′)2(2)

式中:Pj為有源誘餌的發射功率;R′為誘餌與導彈之間的距離。此時干擾壓制系數k為:

k=Pds/Pm

(3)

2 作戰環境模型

2.1 目標散射模型[4]

雷達照射的目標可能會由一個主要反射體加多個小反射體組成，此類目標回波幅度起伏服從Swerling Ⅲ分布。假設彈載雷達照射的目標反射面積隨機變量為x，其概率密度函數為:

f(x)=4xS2exp-2xS， x≥0(4)

式中:S為目標RCS均值。

用逆變換法產生隨機變量，則隨機變量x與均勻分布隨機變量y的關系為:

y=1-1+2xSe-2xS(5)

2.2 海雜波功率模型[5]

在反艦導彈的制導攻擊過程中，海雜波對末制導主動雷達的影響不容忽視。大量研究表明，海雜波的強度與俯角、波長、極化、海情、風等諸多因素有密切關系。海面回波是一種隨機信號。海雜波幅度起伏服從Weibull分布，其概率密度函數為:

f(x)=abxba-1exp-xba， x≥0(6)

式中:a為Weibull分布形狀參數;b為幅度參數。

假設x是海面有效反射面積的隨機變量，用逆變換法產生隨機變量，則x與均勻分布隨機變量y的關系為:

x=b#8226;[-In(1-y)]1a(7)

綜上所述，雷達接收海面回波的功率為:

Pc=PtGtGrλ2S(4π)3R4(8)

式中:Pt為主動雷達發射功率; Gt為主動雷達天線發射增益;Gr為主動雷達天線接收增益;S為海面有效反射面積。

3 彈載雷達信號處理模型

彈載主動雷達開機后自動進入搜索狀態，此時彈載主動雷達在搜索范圍內是否有目標存在，有則取信噪比最大的作為待跟蹤目標，隨后轉入跟蹤處理狀態;否則繼續搜索。彈載被動雷達計算被動雷達空域覆蓋范圍和頻域覆蓋范圍內的所有輻射源信號，經過目標的分選和威脅識別后，將選擇威脅最大的目標作為待跟蹤目標，然后進入截獲轉跟蹤狀態[6]。

3.1 檢測判決模型[7]

綜合回波信噪比可以由下面的公式計算:

SNR=PsPn+Pc+Pj

(9)

式中:Ps為目標回波信號功率;Pn為接收機內部噪聲功率;Pc為海雜波功率;Pj為有源噪聲干擾功率。

檢測概率[8]:

目標檢測概率PD可以由下面的公式近似計算:



PD=0.5×erfc(-InPfa-SNR+0.5)(10)

erfc(z)=1-2π∫z0exp(-v2)dv



(11)

式中:Pfa為虛警概率;SNR為信噪比;erfc(z)為互補誤差函數。

蒙特卡洛目標檢測方法見參考文獻[7]。

3.2 主被動數據融合模型[9]

在反艦導彈的末制導階段，當主被動雷達能穩定跟蹤目標時，將主被動雷達的觀測信息送入融合中心，采用基于最近鄰的最小方差數據融合算法進行目標關聯，之后將融合器的融合信息送入制導模塊進行制導;如果主動雷達受到干擾，無法獲得目標數據時，則在融合器中進行目標參數預測，用預測值與被動雷達觀測值進行關聯;反之，被動雷達如未發現目標，則將目標參數預測值與主動雷達觀測值進行關聯;如果主被動雷達均未能發現目標，則制導模塊直接使用融合器輸出的目標參數預測值進行制導。

3.3 反艦導彈性能評估[10]

導彈落點準確度是反映導彈落點靠近目標中心程度的指標，由式(12)可得:

mR=∑Ntotali=1RiNtotal，i=1，2，…，Ntotal(12)

式中:Ri是第i個落點相對目標中心的距離;Ntotal是蒙特卡羅仿真次數。

導彈落點密集度σR是對所有Ri進行統計后得到的標準差。

σR=∑Ntotali=1(Ri-mR)2Ntotal，

i=1，2，…，Ntotal



(13)

導彈落點越靠近目標中心，落點越密集，其效果越好。同理可求得落點在x軸和y軸上的準確度和密集度mx，my，σx，σy。

導彈的飛行穩定性可以用導彈轉彎角速率均值和方差來衡量。

導彈轉彎角速率均值mφ可由式(14)來計算:

mφ=1NtotalM∑Ntotali=1∑Mj=1φi，j，

i=1，2，…，Ntotal; j=1，2，…，M(14)

導彈轉彎角速率方差σφ可由式(15)來計算:

σφ=1NtotalM∑Ntotali=1∑Mj=1φi，j-mφ2，

i=1，2，…，Ntotal;j=1，2，…，M

(15)

式中:Ntotal為蒙特卡羅仿真次數;M為轉彎次數;φi，j為第i次仿真中第j次轉彎的角速率值。導彈轉彎角速率均值和方差越大，則說明飛行越不穩定，干擾效果越好。

導彈的單發命中概率等于彈著點在散布平面上概率密度函數的積分，其概率密度函數為:

f(x，y)=12πσxσye-12(x-mx)2σ2x+(y-my)2σ2y(16)

則單發導彈的命中概率為:

p = Rf(x，y)dxdy

式中:R為導彈殺傷半徑。

4 計算機仿真

作戰采用大地坐標系，反艦導彈掠海飛行，假設整個對抗過程在二維海平面上，在距攻擊目標10 km處主動雷達開啟，彈載主動雷達脈沖寬度為2 μs，工作波長為2 cm，工作頻率為15 GHz，半功率波寬為3°，發射信號功率為30 kW，天線增益為30 dB。另外導彈飛行速度為300 m/s，慣導攻擊距離為300 m，殺傷半徑為20 m，比例導引系數為3.3，最大偏轉角速度為20°/s，主動雷達測距精度為20 m，測角精度為0.1°，被動雷達測角精度為1°。以艦船所在海平面正東方向為x軸作為參考方向，正北為y軸，逆時針旋轉為正，設導彈初始坐標為(-6 000，-8 000)，航向為40°，艦艇初始坐標為(100，100)，航速10 m/s，航向為140°，懸停式誘餌的發射距離為100 m，角度為290°，誘餌發射到指定距離后開始工作，假設這一過程花費時間為3 s，艦艇沿原方向繼續航行。仿真次數為50次。

反艦導彈攻擊艦船航跡圖見圖2，其中x代表海平面上以艦船為參考點的正東方向，y則代表正北方向。

圖2 有源誘餌防御反艦導彈航跡圖

圖2中標示了單次對抗中導彈、艦船、誘餌在二維海平面上的航跡。

圖3為50次蒙特卡羅仿真的導彈彈著點圖，紅色為導彈彈著點，藍色(圓圈)為艦船目標。

圖3 反艦導彈彈著點圖

圖3顯示了仿真結束時彈著點與艦船目標之間的二維距離，由圖3中導彈的彈著點可看出，懸停式舷外有源誘餌可以很好地對反艦導彈進行誘騙。

表1是仿真指標評估結果，表格中所用數據長度取50次蒙特卡羅仿真中最短的。

表1 仿真指標評估結果

指標名稱評估值

彈著點準確度880.06 m

彈著點密集度661.98 m

轉彎角速率均值3.271 m/s

轉彎角速率方差16.869 m/s

單發命中概率0.002 955 1

5 結 語

舷外有源誘餌是一種非常有效的干擾方式，效果十分顯著。文中對有源誘餌誘騙反艦導彈這一過程進行了計算機仿真，需要注意的是，在實際應用中需合理選擇誘餌發射的距離和方位角，使艦艇、誘餌、導彈之間形成“三角態勢”。

參考文獻

[1]張遠新，江言林.反艦導彈抗干擾技術發展和運用[J].飛航導彈，2008(8):34-36.

[2]任智敏，王燁，李云峰.艦載舷外雷達誘餌布放可行性方案[J].四川兵工學報，2008，29(5):28-35.

[3]張興華，陳國沖，李東海.反導訓練用有源誘餌的設計[J].艦船電子對抗，2009，32(4):25-27.

[4]焦彥華，吳京，徐暉.主被動復合制導雷達的仿真和性能評估[J].彈箭與制導學報，2005，25(1):325-328.

[5]曹亞峰.主被動雷達制導系統仿真與評估[D].西安:西安電子科技大學，2009.

[6]劉軍，李尚生，趙臘，等.反艦導彈末制導雷達電子對抗系統仿真研究[J].電子測試，2009(5):17-21.

[7]王國玉，肖順平，汪連棟.電子系統建模仿真與評估[M].長沙:國防科技大學出版社，1999.

[8]邱鵬宇.反艦導彈復合導引頭抗干擾性能仿真研究[D].長沙:國防科技大學，2005.

[9]郭文彥，周軍，盧曉東.導彈末制導中的目標機動估計[J].火力與指揮控制，2008，33(11):77-80.

[10]陳長海.反艦雷達導引頭建模與仿真研究[D].西安:西安電子科技大學，2009.