高分辨力下的箔條云質心干擾模型

商 樂

(解放軍91404部隊，秦皇島 066001)

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高分辨力下的箔條云質心干擾模型

商 樂

(解放軍91404部隊，秦皇島 066001)

雷達目標識別能力的提高是當前和今后對雷達干擾的主要挑戰。描述了導彈末制導雷達分辨單元與箔條云之間隨著風向、風速動態變化的幾何關系，闡述了處于雷達分辨單元內的箔條云與艦船對末制導雷達的共同作用，定量地分析了對反艦導彈的干擾效果。該研究能夠用于箔條干擾試驗、訓練以及戰法研究中的效果評估。

箔條云；末制導雷達；質心干擾；目標識別

0 引 言

計算機仿真技術作為一種輔助試驗手段，在軍事領域得到了廣泛應用，進行箔條質心式干擾效果試驗的計算機仿真，可以人為設置各種不同風速、風向、航速、航向、導彈來襲方位、機動方向、用彈量等條件，而且可以反復進行仿真試驗，通過大量的理論分析和仿真試驗結果分析制定的電子對抗系統及無源干擾分系統設計定型試驗試驗大綱，減少了試驗用彈量，縮短了試驗周期，節約了試驗消耗，使試驗水平上了新臺階[1]。

將仿真所需的目標艦在海上實際環境中運動的各種參數進行統計、整理，建立目標艦運動模型；對導彈的飛行速度和運動矢量建立方程形成導彈運動模型；對雷達天線波束方向圖進行合成，建立末制導雷達角跟蹤模型；通過對箔條云、導彈、目標艦三者的運動關系分析，由雷達方程推出質心干擾數學模型；根據有關無源干擾效果試驗評定準則建立干擾評價模型。上述模型的有機結合即形成計算機仿真試驗的主體。

1 現有質點模型的方法與弊端

1.1 無源干擾原理

艦船自衛中用得最多的是將箔條作為雷達誘餌，以干擾敵攻擊機、導彈雷達對艦船的瞄準。實戰表明，箔條對飛航式反艦導彈的干擾特別有效，而且更經濟、更靈活，已成為現代艦艇廣泛采用的電子對抗設備。箔條對飛航式反艦導彈進行干擾的基本原理是，當艦上偵察和探測設備發現導彈的來襲之后，立即由艦上迎著導彈來襲方向發射快速離艦散開的箔條彈，使之和艦船都處于導彈尋的雷達的分辨單元內，從而使導彈跟蹤到比艦船回波強得多的箔條云團的回波上。箔條發射后，艦船應立即根據導彈的方向、艦船的航向、航速以及風速、風向等進行快速的機動，以避開導彈對艦船的跟蹤。而箔條云團是在導彈和艦船之間，彈上的邏輯系統將首先截獲距離近的箔條信號。箔條彈應具有大的雷達截面，能在寬頻段內大于被掩護艦艇的雷達截面，例如要掩護中輕型艦艇，箔條彈的雷達截面就應達到數千平方米，甚至一萬多平方米。

質心干擾的前提是目標艦已經被敵導彈的末制導雷達跟蹤，在艦載雷達偵察告警設備偵收到敵導彈的末制導雷達信號后，自動告警并將此威脅信號自動輸送給無源干擾發射控制臺。無源干擾控制臺根據艦載平臺提供的風向、風速、航向、航速和雷達偵察告警設備提供的告警參數確定無源干擾方案，適時控制發射箔條干擾彈，布放箔條云假目標。末制導雷達由跟蹤目標艦轉而跟蹤目標艦和箔條云的能量中心，并逐步過渡到跟蹤目標艦或箔條云。跟蹤目標艦的結果是該艦被導彈擊中，跟蹤箔條云則箔條干擾成功。質心干擾仿真試驗就是通過計算機技術將上述質心干擾過程在計算機上復現[2-3]。

1.2 現有模型的弊端

在某箔條質心干擾仿真中(如圖1所示)，設干擾云等效能量中心位于箔條云團的幾何中心。在導彈遠距離跟蹤時,箔條云的幾何寬度小于末制導雷達波束寬度,此時可將箔條云按點目標處理。但隨著導彈的飛行,使箔條云與導彈之間的距離縮小,點目標將會逐步變為面目標,此時箔條云的雷達截面(RCS) 就很難確定。為簡化模型,計算中仍將干擾云按點目標處理[4]。隨著末制導雷達精度的提高，點目標無論如何都不能反映實際情況中雷達分辨單元與箔條云的交互過程。所以,該假定下的任何仿真及其結果都是沒有意義的。

圖1 質心干擾機理

單純的箔條質心干擾原理模型僅僅能夠描述低分辨力雷達在箔條云完全處于雷達分辨單元內的干擾效果，隨著雷達分辨力的提高，箔條云體積的增加，基于質心干擾原理的模型并不能完全反映箔條云與雷達之間動態交互的過程，以及自然環境(主要是風向、風速等)對干擾效果的影響。

2 高分辨力下的箔條質心干擾

將雷達分辨單元引入到箔條質心干擾的原理圖中，如圖2所示。通過精確描述導彈末制導雷達分辨單元與箔條云之間隨著風向、風速動態變化的幾何關系，分析說明處于雷達分辨單元內的箔條云與艦船對末制導雷達的共同作用，定量地分析對反艦導彈的干擾效果。

圖2 帶有雷達分辨單元的質心干擾機理

2.1 箔條云雷達截面數學模型

箔條彈投放后形成箔條云，箔條云形成后，總雷達截面可表示為：由于箔條云中信號衰減，位于箔條云中的箔條不能接收同一位置上的獨立箔條所能接收的信號能量[4]。因此云中箔條呈現的RCS小于獨立箔條RCS，如果箔條云的表面和箔條云內深度x之間的所有箔條的貢獻被計算的話，則可以證明雷達照射箔條云的每單位面積總的RCS為:

σa(x)=1-exp(-neσ0x)

(1)

式中:σa(x)為箔條云到深度x的每單位面積達到的截面；ne為每單位體積內的有效箔條數。

當neσ0x為大時，箔條云或者很密或者很厚，σa(x)趨于1，而箔條云的RCS非常接近于雷達照射的投影面積。對于小的neσ0x值(箔條充分散開),則：

σa(x)≈neσ0x

(2)

乘積nex表示具有單位橫截面積和單位長度為x的體積中有效箔條的總數。在設計箔條中，有效箔條RCS是按有意義的雷達分辨單元(RRC)包含的RCS。如果箔條云大于RRC體積，則：

σ=Aθ?[1-exp(-neσ0l)]

(3)

與有意義的RCS有關的雷達波束橫截面積(水平波束寬度為f(θ)，垂直波束寬度為f(φ))；而l為平行于天線軸的RRC的長度。

如果箔條云小于RRC，則：

σ=Ac[1-exp(-neσ0l)]

(4)

式中：Ac為垂直于天線軸的箔條云投影面積。

其中箔條云的質心為體積的中心[4]。

2.2 反艦導彈模型

反艦導彈仿真模型主要是指與導彈相關的雷達導引頭模型,彈體運動學、動力學模型和制導控制系統模型[5]。其基本框架如圖3所示。

圖3 導彈模型基本框架

雷達導引頭主要用于實現導彈對目標的自動搜索、捕捉和跟蹤，向導彈的引導系統輸出角度、距離和多普勒信息。雖然有時候(例如采用比例引導時)距離和多普勒信息是冗余的，但先進導引技術需要距離或多普勒(距離變化率)信息。

根據導引頭獲得的目標運動參數，引導系統以某種引導方法規劃導彈導向目標的導彈質心運動軌跡，并根據導彈自身狀態，解算出導彈飛行過程中速度矢量的變化，包括速度的切向變化和法向變化。導彈的導引系統并不是瞬時對目標參數作出響應的，而是由有限長的響應時間控制整個過程，稱為引導時間常數，它是影響脫靶距離的主要參數。所以這里將引導時間常數作為引導系統的內部輸入變量。

控制系統模型接收來自導彈的空間位置、姿態信息(x,y,z;φ,υ,γ)和引導系統的控制信息，解算出舵偏角δf、δh、δq。

彈體運動模型接收導彈控制信息(主要是俯仰、航向和傾斜3個通道的舵偏角δf、δh、δq)，與導彈初始參數共同作用，進行導彈空間位置和相關姿態的數據解算。

2.3 無源干擾交互模型

箔條云交互關系模型：描述箔條云與末制導雷達分辨單元之間的幾何關系，如圖4所示。同理，艦船與雷達分辨單元的幾何關系圖也同樣考慮。這樣，艦船模型必須考慮下列要素：艦船的長度、寬度以及箔條彈發射裝置的位置等。 艦船、箔條云與末制導雷達分辨單元的動態變化關系如圖5所示，說明了箔條干擾的詳細過程。

圖4 箔條云與雷達分辨單元幾何關系圖

圖5 雷達分辨單元中的艦船、箔條云

通過精確描述導彈末制導雷達分辨單元與箔條云之間隨著風向、風速動態變化的幾何關系，分析說明處于雷達分辨單元內的箔條云與艦船對末制導雷達的共同作用，從而能夠定量地分析對反艦導彈的干擾效果。

圖6 雷達分辨單元中艦船、箔條云的關系

從圖6可以看出,要使艦船先逃逸出雷達的分辨單元,彈載雷達對箔條云進行跟蹤, 就必須滿足d>e(即艦船RCS 小于箔條RCS), 繼而保證當艦船、導彈、箔條云之間達到臨界關系時, 艦船可以先出雷達分辨單元。

在以d>e為條件的前提下,當gLw/2 或h>Ld/2時,艦船逃離分辨單元,此時導彈指向箔條云。對此改進，通過連續時間的數字仿真過程，逼真地模擬雷達分辨單元、艦船以及箔條云之間的交互關系。

2.4 效果評估模型

因為很多導彈都具有近炸引信，所以干擾效果的評估模型需要將導彈與艦船之間的最小距離作為干擾效果評估的主要指標。如果該最小距離大于導彈的威力范圍，則可以認為干擾成功；否則失敗。

3 特點分析

與現有質點模型相比，高分辨力下的箔條云質心干擾模型具有下列特點和優勢：(1)分析箔條云、艦船與雷達分辨單元的幾何關系，更加細致地描述它們之間的交互過程和動態變化;(2)基于箔條云、艦船與雷達分辨單元的相互作用，評估箔條云對末制導雷達的干擾效果。

4 結束語

對于模型，當前對電子戰(EW)的認識不足可能會局限EW模型的研究。模型能力的透徹理解，以及對這些模型的單個能力怎么結合成系統能力的理解，是完成系統目的的關鍵。

對于試驗和評估，現有評估問題的關鍵并不在于對數據的處理和評估，而在于對試驗評估過程的認識不足。應該認識到：雖然評估通常滯后于試驗，但應進行各種努力減少這種滯后。試驗活動前缺乏評估分析必然使得試驗評估活動面臨種種問題。美國國防部的文獻中突出強調了試驗前評估分析的作用。試驗前分析用來預測可能發生的各種情況下的試驗結果，并預測它們對于系統性能的價值。試驗前分析也用來決定試驗條件和試驗順序。

[1] 王雪松.現代雷達電子戰系統建模與仿真[M].北京：電子工業出版社，2010.

[2] 陳靜.雷達箔條干擾原理[M].北京：國防工業出版社，2007.

[3] 陳靜.雷達無源干擾原理[M].北京：國防工業出版社，2009.

[4] 高東華.箔條質心干擾發射機動決策仿真研究[J].艦船科學技術,2003，25(5)：63.

[5] 雷虎民.導彈制導與控制原理[M].北京：國防工業出版社，2009.

Chaff Cloud Centroid Jamming Model under High Resolution Condition

SHANG Le

(Unit 91404 of PLA,Qinhuangdao 066001,China)

Improvement of radar target identification capability is the main challenge to present and future radar jamming.This paper describes the geometric relation between resolution element of missile terminal guidance radar and chaff cloud with the dynamic variation of wind direction and wind speed,expatiates the common action of chaff cloud and ship to terminal guidance radar in radar resolution element,quantitatively analyzes the jamming effect to anti-ship missile.The research can be used for the chaff jamming test,training and effect evaluation in tactics research.

chaff cloud;terminal guidance radar;centroid jamming;target identification

2014-11-10

TN972.41

A

CN32-1413(2015)04-0085-04

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2015.04.022