電子戰(zhàn)無人機(jī)支援干擾的作戰(zhàn)仿真分析

楊立永，景 志

（解放軍91336部隊，秦皇島 066326）

0 引 言

電子戰(zhàn)無人機(jī)如今已經(jīng)成為能夠完成偵察、監(jiān)視、目標(biāo)指示、戰(zhàn)損評估的作戰(zhàn)平臺。在近幾年爆發(fā)的幾場典型高技術(shù)局部戰(zhàn)爭中，電子戰(zhàn)無人機(jī)均發(fā)揮了重要作用。電子戰(zhàn)無人機(jī)在信息化戰(zhàn)爭中具有重要的應(yīng)用價值，加強(qiáng)復(fù)雜電磁環(huán)境下電子戰(zhàn)無人機(jī)作戰(zhàn)運用問題研究，對于贏得未來作戰(zhàn)勝利無疑具有重要意義［1］。

復(fù)雜電磁環(huán)境下電子戰(zhàn)無人機(jī)在續(xù)航時間、作戰(zhàn)距離、隱身能力和機(jī)動能力上均具有優(yōu)勢。應(yīng)用無人機(jī)遂行隨隊支援干擾主要目的是掩護(hù)己方飛機(jī)突防和實施對地攻擊，其干擾重點對象是敵方警戒雷達(dá)、火控雷達(dá)。本文主要對電子戰(zhàn)無人機(jī)對敵雷達(dá)實施支援干擾的作戰(zhàn)效能進(jìn)行分析評估［2－4］。

1 電子戰(zhàn)無人機(jī)支援干擾模型構(gòu)建

支援干擾是為支援進(jìn)攻兵力遂行作戰(zhàn)任務(wù)，在距攻擊目標(biāo)一定距離上對敵方電子設(shè)備進(jìn)行的電子干擾。由于電子戰(zhàn)無人機(jī)的雷達(dá)反射截面積較普通作戰(zhàn)飛機(jī)的要小，可以抵近飛行對敵方電子設(shè)備施加干擾［5］。

1.1 電子戰(zhàn)無人機(jī)掩護(hù)模型

如圖1所示，攻擊機(jī)群高度為H t，距敵雷達(dá)之間的斜距為Rt；電子戰(zhàn)無人機(jī)的高度為H j，距敵雷達(dá)之間的斜距為Rj；攻擊機(jī)群與電子戰(zhàn)無人機(jī)到敵雷達(dá)之間的水平夾角為θ，仰角分別為

圖1 無人機(jī)掩護(hù)位置示意圖

1.2 天線方向圖模型

針狀波束的方位維波束和俯仰維波束具有同樣的形狀，一般采用髙斯平方或者辛克函數(shù)，髙斯近似的單方向電壓增益函數(shù)為［7］：

式中：θ0.5為主瓣的半功率波束寬度。

單方向電壓增益函數(shù)與功率增益函數(shù)的關(guān)系是：

單方向增益函數(shù)應(yīng)用于僅發(fā)射或者僅接收的情況。當(dāng)收發(fā)共用一個天線，且同時考慮收發(fā)功能時，雙向天線電壓增益為：

在仿真過程中，采用辛克函數(shù)作為雷達(dá)和干擾機(jī)的方位天線方向圖。

1.3 有源壓制干擾模型

雷達(dá)接收的目標(biāo)反射回波隨距離的變化而改變，這種變化關(guān)系可以用雷達(dá)方程來估算［8］：

式中：Pt為雷達(dá)發(fā)射功率（W）；Gt為雷達(dá)發(fā)射天線增益（dB）；Gr為雷達(dá)發(fā)射天線增益（dB）；λ為雷達(dá)發(fā)射信號波長（m）；σ為目標(biāo)有效反射面積（m2）；Lt為雷達(dá)系統(tǒng)損耗因子（d B）；同一雷達(dá)的接收天線和發(fā)射天線共用一個，即Gt＝Gr。

則雷達(dá)接收到目標(biāo)的回波功率為：

雷達(dá)接收到干擾機(jī)輻射的功率為：

式中：Pj為干擾機(jī)發(fā)射功率（W）；Gj為雷達(dá)發(fā)射天線增益（dB）；Lj為干擾機(jī)系統(tǒng)損耗因子（dB）；γj為系統(tǒng)損耗因子（dB）；Δf j為干擾機(jī)頻譜寬度（Hz）；Δf r為雷達(dá)接收機(jī)帶寬（Hz）；Rj為干擾機(jī)與雷達(dá)之間的距離（m）；Gt（）θ為干擾機(jī)所對準(zhǔn)的雷達(dá)天線副瓣增益（dB）。

根據(jù)干擾壓制系數(shù)的定義：雷達(dá)接收到干擾信號的功率和雷達(dá)接收到回波信號的功率，在雷達(dá)接收機(jī)輸入端的比值，即：

雷達(dá)的系統(tǒng)損耗、干擾機(jī)的衰減和極化損耗不考慮，壓制系數(shù)K jt定為當(dāng)虛警概率為10－6、探測概率為0.1的雷達(dá)接收干擾信號功率與回波信號的比值。

1.4 有源欺騙干擾模型

欺騙干擾機(jī)用專門的波形產(chǎn)生多個虛假目標(biāo)或者產(chǎn)生一個角度不在干擾機(jī)角度處的目標(biāo)。在許多情況下，干擾機(jī)的波形是放大了的或重復(fù)了的雷達(dá)入射信號。針對搜索雷達(dá)，多個虛假目標(biāo)的意圖是使雷達(dá)輸出端的數(shù)據(jù)系統(tǒng)飽和。針對跟蹤雷達(dá)和引導(dǎo)雷達(dá)，虛假目標(biāo)使獲得的實際目標(biāo)延時，并阻止對干擾平臺的精確火控或引導(dǎo)［9］。

有源欺騙為使能夠有效地對付雷達(dá)，避免在干擾機(jī)角度上產(chǎn)生一串可識別的虛假目標(biāo)，要求能夠在雷達(dá)副瓣中產(chǎn)生多個虛假目標(biāo)。重發(fā)干擾機(jī)功率輸出必須大得足以在雷達(dá)方位方向圖的副瓣中產(chǎn)生可檢測信號。雷達(dá)所接收的干擾機(jī)脈沖功率為：

式中：Gm為干擾機(jī)對準(zhǔn)雷達(dá)方向天線增益；為干擾的極化因子；F2j為由干擾機(jī)進(jìn)入雷達(dá)天線的單程方向圖－傳播因子；Rj為干擾機(jī)距離；Lαj為單程大氣衰減因子；Lmj為由于復(fù)制所接收雷達(dá)波形的不完善性而引起的損耗因子。

為了使在距離R干擾功率和從目標(biāo)RCS所接收到的回波信號相等，設(shè)：

式中：σ為模擬假目標(biāo)的RCS大小；Lα為模擬目標(biāo)在距離R到雷達(dá)接收機(jī)的雙程衰減。

由上式可知干擾機(jī)等效輻射功率PRE：

產(chǎn)生假目標(biāo)的最小距離：

2 仿真實現(xiàn)

2.1 天線方向圖仿真

干擾機(jī)天線方向圖主瓣寬度6.5°，第1旁瓣電平－15 d B，第2旁瓣電平－17 dB。雷達(dá)天線方向圖主瓣寬度3.5°，第1旁瓣電平－30 dB，第2旁瓣電平－35 d B。

圖2 干擾機(jī)天線方向圖

圖3 雷達(dá)天線方向圖

2.2 有源壓制干擾

仿真參數(shù)如表1，不考慮雷達(dá)和干擾機(jī)的系統(tǒng)損耗、極化損耗、雷達(dá)接收機(jī)內(nèi)部噪聲。雷達(dá)對無人機(jī)的最大探測距離為150 km，對攻擊機(jī)群的最大探測距離為260 km。仿真結(jié)果如圖4所示。

表1 仿真參數(shù)設(shè)置

圖4 單架無人機(jī)對敵雷達(dá)干擾效果

圖5 5架無人機(jī)對敵雷達(dá)干擾效果

由圖4可以看出單架無人機(jī)壓制后探測距離小于120 km的區(qū)域角度4°，如果需要壓制區(qū)域無縫隙擴(kuò)大，需要多架無人機(jī)同時施加干擾。

式中：θ為單架無人機(jī)壓制角度（弧度）；Rθ為2架無人機(jī)間距；Rj為無人機(jī)與雷達(dá)距離。

若形成大角度壓制區(qū)域無人機(jī)之間的最佳間距為10 km，仿真結(jié)果如圖5所示。

從圖5可以看出，5架無人機(jī)間隔10 km，均距雷達(dá)1 5 0 km，5架無人機(jī)壓制后探測距離小于120 km的角度為20°，大大增加了壓制區(qū)域。

2.3 假目標(biāo)欺騙干擾

為分析等效輻射功率和干擾距離對假目標(biāo)干擾效果的影響，不考慮大氣衰減、干擾極化因子和由于復(fù)制所接收雷達(dá)波形的不完善性而引起的損耗，即對假目標(biāo)顯示最近距離進(jìn)行仿真分析。

2.3.1 低等效輻射功率欺騙干擾效能分析

干擾機(jī)的等效輻射功率（ERP）為10 W，雷達(dá)發(fā)射機(jī)峰值功率200 k W，雷達(dá)天線增益Gt＝40 dB，干擾機(jī)分別對準(zhǔn)主瓣、第1旁瓣實施欺騙干擾，即干擾機(jī)在雷達(dá)主瓣和第1旁瓣產(chǎn)生的假目標(biāo)顯示在雷達(dá)畫面最近距離與干擾距離的關(guān)系。

從圖6可以看出，隨著干擾距離的增大，產(chǎn)生假目標(biāo)的最近距離越大，假目標(biāo)的RCS越大，產(chǎn)生假目標(biāo)的最近距離越大。圖6顯示，當(dāng)干擾機(jī)對準(zhǔn)雷達(dá)主瓣時產(chǎn)生假目標(biāo)的距離小于干擾距離，也就是說對準(zhǔn)主瓣實施距離欺騙干擾時，假目標(biāo)可以在無人機(jī)前產(chǎn)生。圖7顯示，在干擾機(jī)對準(zhǔn)雷達(dá)第1旁瓣實施方位欺騙時，產(chǎn)生的假目標(biāo)在雷達(dá)顯示器上只能比無人機(jī)更遠(yuǎn)。雷達(dá)對無人機(jī)的最大探測距離為150 km，當(dāng)干擾距離為150 km時，對準(zhǔn)主瓣和第1旁瓣能夠產(chǎn)生假目標(biāo)的最近距離，見表2。

表2 干擾機(jī)ERP為10 W時產(chǎn)生假目標(biāo)最近距離

當(dāng)干擾機(jī)的等效輻射功率較小，電子戰(zhàn)無人機(jī)在實施欺騙干擾時，無人機(jī)不被雷達(dá)發(fā)現(xiàn)的情況下，與掩護(hù)戰(zhàn)斗機(jī)群保持方向一致，使欺騙干擾更加有效，掩護(hù)效果更佳。

圖6 干擾機(jī)對準(zhǔn)主瓣實施欺騙干擾

圖7 干擾機(jī)對準(zhǔn)第1旁瓣實施欺騙干擾

2.3.2 高等效輻射功率欺騙干擾效能分析

干擾機(jī)的等效輻射功率（ERP）為200 W，雷達(dá)發(fā)射機(jī)峰值功率200 k W，雷達(dá)天線增益Gt＝40 dB，干擾機(jī)分別對準(zhǔn)主瓣、第一旁瓣實施欺騙干擾，即干擾機(jī)在雷達(dá)主瓣和第一旁瓣產(chǎn)生的假目標(biāo)顯示在雷達(dá)畫面最近距離與干擾距離的關(guān)系。

從圖8可以看出，隨干擾距離的增大產(chǎn)生假目標(biāo)的最近距離越大，假目標(biāo)的RCS越大，產(chǎn)生假目標(biāo)的最近距離越大。圖8顯示，當(dāng)干擾機(jī)對準(zhǔn)雷達(dá)主瓣時產(chǎn)生假目標(biāo)的距離遠(yuǎn)小于干擾距離，也就是說對準(zhǔn)主瓣實施距離欺騙干擾時，假目標(biāo)可以在無人機(jī)前較大距離產(chǎn)生。圖9顯示，在干擾機(jī)對準(zhǔn)雷達(dá)第1旁瓣實施方位欺騙時，產(chǎn)生的假目標(biāo)可以在無人機(jī)前產(chǎn)生。雷達(dá)對無人機(jī)的最大探測距離為150 km，當(dāng)干擾距離為150 km時，對準(zhǔn)主瓣和第1旁瓣能夠產(chǎn)生假目標(biāo)的最近距離，如表2所示。

圖8 干擾機(jī)對準(zhǔn)主瓣實施欺騙干擾

圖9 干擾機(jī)對準(zhǔn)第1旁瓣實施欺騙干擾

表2 干擾機(jī)ERP為200 W時產(chǎn)生假目標(biāo)最近距離

當(dāng)干擾機(jī)的等效輻射功率較大時，無人機(jī)可以與掩護(hù)攻擊機(jī)群不在同一方向，只要保持一定角度，可以使敵方雷達(dá)發(fā)現(xiàn)攻擊機(jī)群的時間更長。

3 結(jié)束語

通過對電子戰(zhàn)無人機(jī)實施壓制干擾和欺騙干擾進(jìn)行建模分析，得出在電子戰(zhàn)無人機(jī)實施壓制干擾時，在方位上根據(jù)敵方雷達(dá)的情報參數(shù)間隔布放，以增加壓制干擾時的干擾扇面，分布式輻射信號可從雷達(dá)天線主瓣進(jìn)入，信號不會受到低副瓣天線、副瓣匿影或副瓣對消的抑制，因而其干擾效率可比副瓣干擾機(jī)高。實施欺騙干擾時增大干擾機(jī)的等效輻射功率，能夠使無人機(jī)支援干擾戰(zhàn)術(shù)更加靈活。

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