空射誘餌對抗單脈沖雷達制導導彈效能評估

周 沖，許家棟，石 帥，張 彬，趙 耀

（西北工業大學 電子信息學院，陜西 西安 710129）

現代戰爭中，在復雜電磁環境背景下，空戰更加依賴于先進的電子戰技術。新一代的空空導彈具有超視距攻擊、發射后不管的能力，并采用單脈沖雷達跟蹤和脈沖多普勒末制導體制。在戰斗中，空空導彈的單脈沖多普勒雷達偵測敵方雷達回波信號，并通過比較單脈沖雷達合、差信號多普勒頻譜的振幅或相位，以實現對敵方飛機的跟蹤[1]。為了避免空空導彈的攻擊，作戰飛機上裝有雷達告警接收機，一旦告警雷達接收機檢測到空空導彈的雷達信號，它會立即提示駕駛員對威脅做出干擾，從而達到保護自己的目的。

空射有源誘餌作為平臺外電子戰對抗裝備是有源干擾的一種有效方案，具有低成本，模塊化，可編程的特點[2]?？丈溆性凑T餌通過模擬戰斗機或轟炸機的雷達回波信號，精確地再現載機的飛行剖面和目標特性，使得雷達跟蹤系統不能通過雷達回波特性和運動特性區分載機和誘餌，形成對單脈沖雷達導引頭的有效干擾，從而保護載機免受攻擊，提高載機戰場生存率。本文通過對空射有源誘餌及迎頭來襲的空空導彈進行數學建模和仿真，定量的分析了空射有源誘餌的干擾能力，并指出了有源空射誘餌應當采取的戰術措施，以提高誘餌的作戰效能。

1 空射有源誘餌作戰效能的定義

空射有源誘餌的作戰使命是裝備于機載平臺，在受到來襲導彈攻擊時，完成干擾誘偏來襲導彈導引雷達，達到保護載機的任務。空射有源誘餌的作戰效能應定義為：誘餌彈在規定作戰條件下實施作戰指令，考慮誘餌彈接收與發射天線輻射特性，敵火力威脅，載機、誘餌及導彈的機動性能、航線航速、誘餌彈數量及電磁環境影響因素，完成規定作戰任務的能力和度量，是對空射有源誘餌綜合戰術指標的綜合度量[3]。換言之，空射有源誘餌的作戰效能是空射有源誘餌的發射功率、輻射方向性、發射數量和飛行剖面等主要作戰性能指標的函數。建立空射有源誘餌作戰效能評估模型最關鍵的問題就是如何結合來襲導彈、載機平臺和誘餌的戰術特點，建立一個真實有效的綜合表征誘餌作戰能力的基本模型及其子模型。

2 空射有源誘餌模型

空射有源誘餌主要由雷達信號接收天線、威脅信號接收處理系統、電子對抗波形發生器、放大器和發射天線組成[4]，其組成框圖如圖1所示。

圖1 空射有源誘餌基本結構圖Fig.1 Structure diagram of the active air-launched decoy

接收天線對截獲的信號進行威脅信號識別以及方位的測量，引導干擾設備盡快地截獲威脅信號，通過電子對抗波形發生器產生最佳的干擾樣式，經放大器放大后由發射天線發射出去。

3 導彈制導模型

本文仿真采用的比例引導的制導模型[5]。所謂比例引導，是導彈在跟蹤目標的過程中，其速度矢量的轉動角速度與導彈到目標的視向矢量的轉動角速度成正比，那么第k+1時刻導彈的速度矢量轉角可從下列方程求得：

其中

式中，θv(k)和φv(k)分別為導彈到目標在第k時刻視向矢量的方位角和俯仰角，和分別為 θv(k)和 φv(k)的轉動角速度，T為雷達脈沖周期。若設定比例引導系數為K，則導彈的速度矢量轉動角速度˙ 和即可求得。

在第k時刻，導彈的方位角和俯仰角方向法向加速度aa(k)和aq(k)為：

當導彈法向加速度超過其最大過載時，其法向加速度等于最大過載。仿真流程如圖2所示。

圖2 比例導引法仿真流程圖Fig.2 Simulation flowchart proportional navigation law

4 誘餌彈回波信號的產生

由于飛機飛行時姿態變化及背景等因素的影響，其RCS動態測量數據呈現出劇烈的起伏。而誘餌彈的回波信號是由電子對抗波形發生器產生，盡量真實的反應載機的RCS信號特征將對提高誘餌彈誘偏成功率起到重要作用。

本文仿真中采用某型號載機真實RCS測量數據用于模擬載機的回波信號。通過對載機RCS的離散數據進行分段FFT處理，得到各時間段載機RCS的頻域特征，然后對若干段時間內的頻域特征再次做FFT處理，以此來模擬載機RCS的慢起伏特性。最后將變換結果匯總分析并進行FFT反變換得到時域RCS信號作為誘餌彈的模擬RCS信號。載機信號與誘餌彈模擬信號對比如圖3所示。

圖3 載機信號與誘餌彈模擬信號對比Fig.3 Contrast of the analog signal between the decoy and aircraft carrier

現實中，誘餌彈的接收天線與發射天線不可能是理想的全向天線，設計要求發射天線與接收天線至少要有±60°的半功率波瓣寬度。本文仿真中考慮到由于作戰時誘餌彈與空空導彈相對姿態的變化，導致誘餌彈有效RCS隨誘餌彈天頂方向角度變化，仿真中采用實物接收與發射天線實物樣機的輻射方向數據合成誘餌彈的輻射方向數據，根據誘餌彈到導彈的視向角從誘餌彈輻射方向數據中讀取天線總增益用以模擬誘餌彈RCS在角度上的變化。

5 誘餌干擾對抗過程

在迎頭打擊情況下，載機被來襲導彈單脈沖雷達鎖定后釋放誘餌彈。初始時刻載機和誘餌彈均處于導彈的距離波門內，且導彈對載機和誘餌彈的視向角幾乎相同，因此導彈無法分辨真目標和誘餌，將跟蹤載機和誘餌彈的能量重心。本文假設空空導彈有效毀傷半徑為30 m，當空空導彈與載機距離小于30 m時即可認為命中目標，本次仿真終止。隨著載機和誘餌的既定機動方案飛行，一段時間后將出現以下情況：

1)載機脫離導彈的距離波門或者探測角，導彈鎖定誘餌彈，最終命中誘餌彈或者脫靶。

2)誘餌彈脫離導彈的距離波門或者探測角，導彈鎖定載機，并最終命中載機或者脫靶。

誘餌干擾對抗過程應確定以下幾個參數：

1)誘餌彈RCS的確定。初始階段誘餌彈RCS與載機RCS之比設定為1，使得空空導彈不能通過RCS的突變識別假目標，隨后短時間內誘餌彈RCS提升至預設值。

2)誘餌的正常巡航速度（302 m/s）略快于載機（272 m/s），飛行剖面與載機大致相同。釋放初始階段誘餌彈與載機速度相同，隨后短時間內加速至正常巡航速度。

3)誘餌彈與載機既定機動方案。載機告警機在與空空導彈相距20 km時發出鎖定告警，仿真時間約為20 s。載機在第3 s釋放誘餌彈，誘餌彈與載機按照既定剖面飛行：發射1枚誘餌彈時①誘餌彈平飛不機動，載機做最大載荷側向機動;②載機做最大載荷側向機動，誘餌彈做反向同載荷機動；發射2枚誘餌彈時③載機做最大載荷側向機動，誘餌彈1不機動，誘餌彈2做與載機反向同載荷機動。

本文采用蒙特卡羅法對空空導彈脫靶概率進行仿真[6]。通過仿真結果對比，當仿真次數達到為200次時仿真結果基本穩定，能夠反映出該系統下誘餌彈誘偏空空導彈使其脫靶的情況[7]，因此仿真次數選為200次。仿真結果如圖4所示。

圖4 3種情況下空空導彈的脫靶概率Fig.4 The off-target probability of the air to air missiles under these three cases

6 結論

本文通過仿真分析發現，空射有源誘餌的誘偏效果與誘餌的輻射功率（RCS）、投放個數有這密切的關系：誘餌彈輻射功率越大，干擾效果越好，但受其功率放大器飽和限制，發射功率應在合理范圍內取最大值；釋放誘餌后，載機與誘餌彈飛行剖面對誘偏成功率的影響至關重要，應在短時間內增大空空導彈視向的誘餌彈和載機角度以增大角閃爍，有效提高誘偏成功率；增加釋放誘餌彈個數同樣可以有效提高誘餌彈對空空導彈的誘偏成功率，但是考慮到載機載彈容量有限，應首先考慮優化誘餌彈與載機的飛行剖面。

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