ECM試驗干擾環境設計的研究

魏永峰,王 宇

(1.解放軍91404部隊,秦皇島 066001;2.解放軍91413部隊,秦皇島 066001)

0 引 言

電子戰技術的不斷發展,極大地加強了現代戰爭中戰場環境的復雜性與隨機性。實戰中電磁環境是復雜多變的,可以說沒有兩次戰斗是在完全相同的電磁環境下進行的,而且干擾源也不會是某種單一的干擾樣式。但從試驗測試的角度,盡管不可能提供兩次完全相同的實際電磁干擾環境,提供其特征基本相同的電磁干擾測試樣本是可行的。

在小規模模擬電子戰場中,電子對抗的對象來自假想敵方的干擾威脅環境,戰場環境模擬主要針對的是電子戰術的模擬和電子對抗技術的應用,以此確立綜合試驗所需的典型干擾威脅環境。通常,電子對抗(ECM)的戰術布署典型方式有近距離干擾(SFJ)、遠距離干擾(SOJ)、隨隊干擾(ESJ)、自衛干擾(SSJ),本文以這4種典型戰術作為基礎,綜合考慮雷達探測系統的實際戰術使用環境、針對某種特定干擾樣式建立典型的ECM試驗干擾環境。

1 干擾環境設計的初探

在ECM試驗環境中,可確定條件是雷達和干擾資源的戰技指標、物理位置、裝載平臺及運動參數等;不可確定條件是地面反射效應、雷達或干擾天線的極化效應、雷達帶寬內干擾功率的變化、隱身飛機目標尺寸隨著雷達瞄準視角的變化及其它計算中難近似的環境影響因素、人為因素和特殊試驗要求等。為仿真戰術場景,假設不可確定條件導致的試驗過程偏差是一個固定常量(許多變化都可避免),那么,試驗場景設計重點就是干擾資源的分布和控制。

1.1 近距離干擾戰術設計

近距離干擾又可以稱為前導式電子反制戰術,以下簡稱SFJ,屬于防御方與進攻方之間的干擾戰術,當防御方與進攻方角色互易時,SFJ還可使用。SFJ利用昂貴的無人駕駛干擾機實施犧牲式前導自衛電子掩護或前導旁瓣“大功率”電子支援,以實現成功攻擊價值目標的目的,近距離干擾在戰場上實施存在一定的難度,但在縮微試驗場卻是最容易實現的場景。

(1)干擾態勢

干擾態勢如圖1所示,近距干擾平臺利用能在雷達的單個脈寬內快速調準的噪聲干擾機,可采用窄帶噪聲干擾敵方脈間頻率捷變,也可以同周期釋放雷達與目標之間的假目標,這是遠距干擾和隨行干擾所不及的一個突出優點。

SFJ試驗場景較之 SOJ、SSJ、ESJ可更加靈活配置,目標樣式基本可以確定為在干擾背景下的假目標前、后置或角度欺騙。可以用標定的假目標在規定的航路和運動規律以及目標特性上模擬真實目標。

圖1 SFJ干擾態勢

根據雷達方程的變換可以計算信號的路徑衰減和信號得益,真實的雷達目標回波經過2次路徑衰減,但干擾轉發器輻射的假目標回波只有一次路徑衰減,所以在計算轉發器的衰減時應考慮功率補償:

雷達接收的功率按照圖2和圖3的變化趨勢進行控制。

圖2 路徑衰減曲線

圖3 目標增益曲線

式中:Gr的控制表征了干擾方向的選擇。

SFJ干擾方式有主瓣干擾和旁瓣干擾,可以利用雷達天線掃描特性進行類似逆增益干擾來模擬主副瓣干擾方式。

1.2 遠距離支援干擾戰術設計

遠距離支援干擾(SOJ)又稱旁立式電子反制戰術,是利用專門從事電子攻擊使命的大型飛機實現的。SOJ飛機可以裝載很多大型干擾機,不需要隨著攻擊飛機進入作戰區。相反,SOJ飛機可以盤旋于敵方武器系統的火力范圍之外,通過多部干擾機協同工作,把噪聲干擾信號注入到敵雷達旁瓣,使之飽和、模糊、被欺騙,從而使其雷達探測能力下降。

(1)干擾態勢

7月初，繼任者Michel Loris-Melikoff剛剛上任。他說已經想了一些辦法挽留斯沃琪集團，事到如今只能表示遺憾。

干擾態勢如圖4所示,考慮到試驗中可能沒有雷達群落或豐富的干擾資源,甚至試驗場過小遠不能保證SOJ的試驗實施要求,所以SOJ試驗過程一般僅對1部雷達實施。由于機載遠距干擾機是作圓周盤旋飛行的,所以假設其位置相對于地面而言可以視為固定不變。

干擾機輻射的功率為:

圖4 SOJ試驗場景

通常SOJ飛機都裝有適當的電子支援接收機,以確定潛在的雷達位置及其技術參數。此外,自載的計算機會分析相應的目標,調整干擾資源并且進行干擾管理(如功率管理、時間分配、間斷觀察干擾效果),以便有效地壓制敵方雷達。干擾樣式一般選擇高工作比的CW噪聲干擾用于掩蔽目的,同時需要提供靈巧的低工作比的欺騙性脈沖噪聲干擾,把敵方的攔截系統引導到錯誤的方向和區域。可使用以下4種典型的干擾樣式進行測試:高質量的常規噪聲、多部掃頻式瞄準噪聲干擾機、具有逐個脈沖引導能力的數字射頻存儲器生成的首尾相接的噪聲、對付脈沖多普勒雷達的距離和速度假目標。

(2)功率控制

干擾保持在被試雷達的主瓣中和旁瓣附近,干擾機的窄波束天線始終實時指向雷達,當然也不得不考慮已經大量出現的超低副瓣雷達,最大的旁瓣(第一旁瓣)低于主瓣30 dB,第二旁瓣低于主瓣40 dB,甚至更高的主副瓣抑制比。所以為了模擬兆瓦級功率甚至吉瓦功率的寬帶發射機,干擾資源可以考慮在較近的距離上,等比模擬遠距離的大功率干擾機,干擾機距離與功率量值保持不變。

1.3 隨行干擾戰術設計

隨行干擾又稱伴護式電子反制戰術(以下簡稱ESJ),干擾機在整個執行任務期間伴隨著攻擊機隊一同進入目標區。因此,隨行干擾與近距離干擾一樣,具有相同的限制和易損性。但是,它更有效。這是因為干擾機就在攻擊機隊的附近。通常,隨行干擾機集中注意力搜索敵方的雷達,以破壞其識別能力來屏蔽攻擊飛機,避開敵方火力攻擊系統。

(1)干擾態勢

干擾態勢如圖5所示,ESJ采用高質量的噪聲干擾,噪聲干擾機的波形應當具有內部頻率調制,以等于或高于雷達帶寬的速率產生等于整個總雷達頻帶的頻偏。還可以采用另兩種干擾波形:第一種是可調諧的多點瞄準式掃頻噪聲;第二種是以數字射頻存儲器(DRFM)技術為基礎產生的噪聲調制波。這種要求較之自衛和遠距離干擾更加突出,因為隨隊干擾機載體體積不能太大,載重受限。

干擾措施包括下列電子干擾技術:閃爍干擾、變極化干擾、“8”字形調制、多目標閃爍干擾,可與攻擊飛機同步實施,也可與之非同步實施。

圖5 ESJ干擾態勢

(2)功率控制

因為隨行干擾飛機跟隨攻擊飛機一起按照交戰的路線飛行,以完成其保護任務。攻擊飛機必須保持近距離編隊飛行,并同時處于雷達主瓣之內,以發揮對雷達實施主瓣干擾的效果,所以干擾能量隨干擾機距離變化。當ESJ載體無法隨目標高速移動時,可利用轉發式干擾機的功率等比和控制來模擬隨隊的變換。

1.4 自衛式干擾戰術設計

自衛式干擾(SSJ)又稱自衛式電子反制戰術,是由攻擊性飛機在完成突防攻擊、轟炸封鎖、近空支援和壓制敵空防等使命時所攜帶的。SSJ的作用是保護攻擊性飛機不被敵方末端防御系統截獲和跟蹤。SSJ是試驗場景設計中最重要的部分,是有效考核雷達各項探測指標和抗干擾能力的試驗方法。

(1)干擾態勢

干擾態勢如圖6所示,干擾進攻飛機沿U形航線飛行時的距離雷達變化是從遠距離到近距離。應當考慮預先畫出干擾信號和目標信號在雷達混頻器處功率的理論曲線,這樣就能預測出燒穿距離,并通過測量來檢驗。自衛干擾一般采用機載干擾吊艙和艦載干擾機,其設計受到下列因素的影響:載荷限制、有效輻射功率低、冷卻困難、氣動力學拖曳增加(包括受影響的和寄生的拖曳)和機動力下降等。

圖6 SSJ干擾態勢

特別提出,在實戰中利用干擾的脈間頻率瞄準來保護自己是十分困難的,當面對脈間捷變雷達時,為了保護自身目標避免被雷達所探測,就要考慮目標徑向雷達尺寸與引頻干擾的延遲時間是否匹配,這是比其它類型的干擾戰術更加重視的一個問題。有效實現對脈間捷變雷達的壓制干擾可以使用2種取巧的干擾方式:(1)預先置變頻本振的寬帶儲頻轉發噪聲;(2)信道化引導的閃爍梳妝譜噪聲。當雷達工作在其它捷變方式時,SSJ主要的干擾方式有距離波門拖引、速度欺騙、角度閃爍等欺騙性干擾等。

(2)功率控制

利用式(2)可以很方便地計算出雷達接收的干擾輻射功率在整個過程的變化,目標與干擾機的雷達距離Rs sj同步變化,但目標與R4的關系使得雷達目標的功率增長是干擾的2倍,見圖7,干信比為1的區域是敏感的試驗區,重要的試驗數據可以在此區間獲取。

圖7 SSJ某波長目標與干擾功率變化曲線

2 結束語

試驗環境設計的主要目的是確定試驗方法,其關鍵就是要描述試驗場需要再現的戰場環境設置和被試裝備所要面臨的戰術實施方式。電子戰系統的研制期間,花費的人力物力都十分昂貴,不完善的試驗可能會掩蓋住一些重大缺陷,一旦系統投入使用,還有可能導致其作戰能力的嚴重下降,造成的物質和時間的損失也是難以估計的。

本文關于典型ECM試驗干擾環境設計的研究,只是現代試驗場在面對日益復雜試驗任務的一個初步探索,是試驗經驗與試驗理論的總結與提高,將有助于電子干擾環境科學設計和生成能力的提高,為電子武器裝備系統的性能和作戰效能提出更全面準確的評估。

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