無人機編隊協同干擾對預警機壓制效果研究

于家傲，彭世蕤，孫經蛟，胡繪斌

(1.空軍預警學院，武漢 430019；2.解放軍94860部隊，南京 210018)

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無人機編隊協同干擾對預警機壓制效果研究

于家傲1，彭世蕤1，孫經蛟1，胡繪斌2

(1.空軍預警學院，武漢 430019；2.解放軍94860部隊，南京 210018)

摘要：研究了遠距離支援干擾條件下，無人機編隊對預警機的壓制效果。建立了無人機編隊與預警機的對抗模型，提出了干擾效果評估的量化指標。仿真分析了不同干擾無人機編隊對預警機探測效能的影響，給出了壓制扇面的變化情況，對某固定區域內壓制效果進行評估，并通過仿真對無人機編隊航跡進行優化。研究結果對干擾無人機作戰運用具有重要意義。

關鍵詞：無人機；預警機；干擾效果

0引言

在現代戰爭中，預警機作為高機動空中警戒裝備，可對低空目標實現有效的遠距離預警，在局部戰爭中發揮重要作用。通過電子對抗手段對預警機進行干擾壓制，在一定區域建立一段時間的保護空域，是遂行突防和摧毀任務的關鍵手段。

文獻[1]給出了遠距離干擾機對地面警戒雷達的干擾效果研究，但現代雷達抗干擾技術使主要靠旁瓣起作用的遠距離支援干擾受到了很大抑制。文獻[2]給出了分布式干擾條件下雷達探測范圍的仿真分析，但需要在靠近雷達區域內分布大量小型干擾機。文獻[3]給出了遠距離支援干擾對預警機的對抗模型，但沒有考慮預警機的高機動移動因素。

本文在地面遠距離壓制干擾的基礎上，協同多部干擾無人機編隊，對預警機進行壓制干擾，并對一定區域形成有效的保護，建立了相應對抗模型，提出了干擾效能量化評估指標，對干擾效果進行量化評估，并對無人機編隊航跡進行了優化。研究所得結論可以支援部隊雷達對抗作戰需求，對干擾無人機作戰運用具有指導意義。

1干擾無人機編隊與預警機的對抗模型

1.1干擾條件下預警機探測距離

由于干擾無人機和預警機在空域中機動飛行，因此引入時間參數t對干擾效果實時分析。在t時刻進入預警機雷達接收機的目標回波信號功率為：

(1)

一般情況下，中近距離干擾機主要采用密集假目標干擾或靈巧噪聲干擾。為了便于描述，同時兼顧考慮遠程干擾機的干擾效果，這里借用噪聲壓制干擾的概念。假設干擾機進入雷達接收機的干擾信號不相干，即干擾信號的功率能夠無損疊加，在t時刻n部干擾機進入雷達接收機的干擾總功率為[4]：

(2)

對雷達造成干擾所需的壓制系數為[5]:

(3)

將式(1)、(2)代入式(3)，可求得干擾條件下，預警機在t時刻、θ方向上的最大探測距離為:

(4)

通過對全向最大探測距離的計算，可以得出預警機在干擾條件下的有效探測范圍。

1.2對抗模型設計及干擾效果評估指標

干擾無人機編隊與預警機的對抗態勢如圖1所示。根據遠距離和中近距離支援干擾特點，在地面遠距離干擾的基礎上，協同中近距離干擾無人機編隊對預警機進行壓制干擾。圖1中，設定一保護區域，其面積為90×160 km2；地面遠距離干擾機、保護區域和預警機航跡中心位置在同一直線上，干擾無人機沿該直線對稱分布。設置1、2、3、4號干擾無人機，其干擾波束朝向預警機所在方向，沿固定航向做平行往復飛行，各無人機間距50 km，其飛行路線如圖1中實線所示[6]。為簡化計算，各無人機各項性能參數相同，無人機和預警機按給定航線勻速飛行，忽略預警機雷達波束掃描時間對干擾效果的影響。

圖1　干擾無人機與預警機對抗模型

為對不同干擾無人機編隊干擾效果進行評估，定義區域有效保護率作為干擾效果量化評估指標。其中，在壓制系數為K的干擾條件下，對雷達截面積為σ的目標無法進行有效探測和識別的區域，為有效保護區域。在劃定的保護區域內，通過蒙特卡羅積分算法[7]，對該區域中有效保護區域面積進行積分，其中有效保護區域占所劃定區域的面積比，定義為區域有效保護率:

(5)

式中：Sy為有效保護區域面積；Sh為劃定保護區域面積。

2仿真結果分析

預警機雷達接收機參數設為：工作頻率2 GHz，對反射截面積σ=2m2目標的最大探測距離為400 km，Pt=500 kW，Gt=30 dB，Lt=8 dB，Δfr=100 MHz，K=10，主瓣寬度為4°，副瓣為-40 dB。遠距離干擾機參數設為：Rj≈300 km，Pj=50 kW，Gj=10 dB，Lj=5 dB，Δfj=500 MHz，γj=0.5。1～4號中近距離干擾無人機參數設為：Rji<150 km，Pji=15 W，Gji=3 dB，Lji=3 dB，Δfji=200 MHz，γji=0.5，干擾波束寬度90°。

當僅采用地面遠距離支援干擾時，干擾效果如圖2所示，其中矩形區域為保護區域。隨著預警機的運動，所形成的壓制扇區面積不變，但其壓制扇區位置隨著預警機運動而變化。在劃定的保護區域內，有效保護區域也隨之變化。當遠距離干擾機、保護區域和預警機三者在同一直線上時，區域有效保護率η取最大值。

圖2　僅遠距離干擾機干擾時壓制效果

當采用1、2號無人機按平行航跡協同干擾時，干擾效果如圖3所示，隨著預警機的移動到較遠點時，有部分區域未能被壓制扇區覆蓋。當采用1、2、3、4號無人機按平行航跡協同干擾時，干擾效果如圖4所示，雖然壓制扇區面積變大，但隨著無人機向預警機抵近，保護區域內仍殘留部分有效探測區。干擾無人機與預警機距離的減小，干擾能量從預警機雷達天線副瓣進入，所形成的干擾扇面逐漸變大。

圖3　1、2號無人機按平行航跡協同干擾時壓制效果

圖4　1、2、3、4號無人機按平行航跡協同干擾時壓制效果

為進一步提高對預警機的壓制效果，將無人機編隊航跡進行優化，使其航向相對預警機航跡中心位置偏航一定角度，如圖1中虛線所示。通過仿真和干擾效果評估指標的優化，得到優化航跡為：1、2號無人機分別向中心偏航8.1°，3、4號無人機分別向中心偏航18.9°。當采用1、2、3、4號無人機沿優化航跡協同干擾時，干擾效果如圖5所示，即使在保護區域內存在某些較窄的“縫隙”時，雷達也不能對其中的目標進行正常處理，仍然保持該區域的干擾效果。圖2～圖5中各時刻區域有效保護率見表1。

圖5　1、2、3、4號無人機按優化航跡協同干擾時壓制效果

表1　t=20,40,80 min時刻區域有效保護率

圖6　區域有效保護率η隨時間變化曲線

3結束語

遠距離支援干擾和中近程無人機編隊干擾是電子對抗的重要手段。本文結合2種干擾手段，對預警機干擾效果進行了研究，通過建立的對抗干擾模型仿真分析了不同無人機編隊協同干擾對預警機探測性能的影響程度和對劃定區域的保護效果。當僅采用地面遠距離支援干擾時，基本無法對劃定區域形成有效保護；當采用無人機編隊按水平航跡協同

干擾時，可對劃定區域形成一定保護，保護區域內仍存在有效探測區域；最后采用無人機編隊按優化航跡協同干擾時，該區域的有效保護率提高到99.6%，可在一定時間內對劃定區域形成有效保護，研究結果對干擾無人機編隊飛行具有參考意義。

參考文獻

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[5]趙國慶.雷達電子對抗原理[M].西安:西安電子科技大學出版社,1999.

[6]周武,董文鋒.無人機掩護突防時對雷達的分布式干擾策略[J].電子信息對抗技術,2013,28(11):63-67.

[7]馬海云,齊小軍.蒙特卡羅仿真機及其應用[J].電腦與信息技術,2006,14(6):8-10.

Research into The Suppression Effect of Cooperative Jamming of UAV Formation on Early-warning Aircraft

YU Jia-ao1,PENG Shi-rui1,SUN Jing-jiao1,HU Hui-bin2

(1.Air Force Early-warning College,Wuhan 430019,China;2.Unit 94860 of PLA,Nanjing 210018,China)

Abstract:This paper studies the suppression effect of unmanned air vehicle (UAV) formation jamming on early-warning aircraft under the condition of stand-off jamming (SOJ),sets up the countermeasure model of UAV formation to early-arning aircraft,puts forward the quantized index to estimate the jamming effect,simulates and analyzes the influence of different jamming UAV formation on the detection performance of early-warning aircraft,gives the change state of suppression fan area,estimates the suppression effect of a certain fixed region,and optimizes the track of UAV formation through simulation.The research result is of important meaning for the campaign application of UAV jamming.

Key words:unmanned air vehicle;early-warning aircraft;jamming effect

DOI:10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.01.005

中圖分類號：TN972

文獻標識碼：A

文章編號：CN32-1413(2016)01-0026-05

收稿日期:2015-09-24