艦載分布式無人機電子干擾系統研究

崔積豐，徐紅青

(解放軍91404部隊,秦皇島 066001)

艦載分布式無人機電子干擾系統研究

崔積豐，徐紅青

(解放軍91404部隊,秦皇島 066001)

隨著反艦導彈雷達抗干擾技術的快速發展，傳統艦載集中式大功率干擾裝備的作戰效能受到嚴峻考驗，分布式無人機電子干擾系統以其靈活的作戰使用和有效干擾，將在艦艇防空反導中發揮重要作用。詳細闡述了艦載分布式無人機電子干擾系統的組成原理和作戰使用流程，并提出了效能評估指標。

艦載無人機；電子干擾；效能評估

0 引 言

雷達抗干擾技術快速發展，預警雷達、火控雷達、反艦導彈制導雷達等不同類型雷達在復雜電磁環境中的適應能力越來越高，抗干擾能力越來越強。艦載自衛式大功率干擾裝備的作戰效能隨著雷達作戰能力的提升而降低，而分布式多點協同干擾正得到廣泛的應用[1]。

由于無人機具有質量輕、體積小、價格低等諸多優點，基于機載無人機的艦載分布式無人機電子干擾系統正逐漸引起廣泛的關注。艦載分布式無人機電子干擾系統是通過將數量眾多的無人機載干擾機安置在欲干擾目標的區域附近，遠程遙控或者基于板載程序自主地對欲干擾目標進行電子干擾，從而達到在一定區域內制造假的進攻態勢以欺騙敵方電子偵察設備或者掩護己方特定區域群目標的目的。

艦載分布式無人機電子干擾系統由于其無人機機載干擾機安置于欲干擾目標區域的附近，位于敵方縱深處遠離我方作戰陣地，較好地解決了電子對抗系統中電磁兼容的難題，且干擾功率分散，敵方難以偵察我方位置。同時,由于傳統的大功率集中式干擾裝備發射干擾信號時功率較大，容易對己方電子設備造成干擾并暴露我方位置，所以艦載分布式無人機電子系統在整個干擾過程中具有明顯的距離和功率優勢。此外,由于分布式無人機各分機可以同時產生不同的干擾樣式作用于目標雷達，從而達到更好的干擾效果，因此艦載分布式無人機電子干擾系統是一種優勢明顯的干擾系統。

隨著現代電子對抗技術的迅猛發展和多元化，干擾裝備的作戰效能面臨著嚴峻的挑戰。艦載分布式無人機電子干擾系統通過無人機在特定區域造成假的進攻態勢以欺騙敵方電子偵察；對敵后陣地進行偵察以獲得敵方目標分布情況；對敵方通信鏈路實施電子干擾使得敵方通信指揮系統癱瘓。由于機載無人機干擾在電子對抗中發揮了較大的作戰效能及特有的優勢，因此開展艦載分布式無人機電子干擾系統的研究頗具軍事意義。

1 艦載分布式電子對抗系統研究現狀

從軍事需求和技術發展的角度來看，電子對抗技術主要有2個重要的發展趨勢[2]：一是由大功率向超大功率發展，可造成電子信息系統前端燒毀或性能下降；另一個是采用小功率分布式干擾機，利用空間分布特性和距離優勢對敵方雷達、通信等實現有效干擾。

小功率分布式干擾系統的典型代表首推美軍的“狼群”電子戰系統，它已于2010年正式裝備部隊，近年來技術已趨于成熟?！袄侨骸彪娮討鹣到y通過使用分布式網絡結構來進行數據交換[3]，大量的小型干擾機相互協作工作，采用聯網技術，以分布式干擾方式來實施對敵方雷達、通信指揮系統的干擾。傳統的采用集中式大功率對敵威脅目標實施噪聲壓制干擾或欺騙干擾的艦載電子戰系統，由于其發射功率較大，存在電磁兼容性差與易被“反跟蹤”等現實問題，而分布式干擾功率較小，多方位布設，遠離我方艦艇，具備距離、空間分布優勢。艦載舷外有源誘餌作用時間短，對抗資源數量有限。文獻[2]、[4]分析了分布式干擾相對傳統單干擾機對雷達低旁瓣天線、“寬-限-窄”等技術有較好的干擾效能；文獻[5]、[6]理論證明單部大功率干擾機效果可等效為一定數量分布式干擾機的干擾效果疊加；文獻[7]則討論了利用干擾群來等效空域內單個大功率的干擾機是合理的；文獻[8]研究了艦載無人機搭載轉發干擾載荷可有效干擾敵雷達。綜上分析，艦載分布式無人機干擾將成為未來海戰中有效的電子戰方式。

2 艦載分布式無人機電子干擾系統

艦載分布式無人機電子干擾系統由多架無人機干擾系統組成，其中每架無人機是一個智能化程度很高的干擾系統，都具有與母艦通訊及彼此間通訊的協同工作能力。無人機干擾系統與母艦艦載電子戰系統是一個有機整體，平時部署在母艦上，戰時可迅速將多架無人機投放到母艦周圍，產生多層次、多方向的干擾以達到保護海上艦艇的目的。無人機干擾系統作戰使用方式主要有3種：一是母艦電子戰系統將偵察到的威脅雷達參數信息預置或發送到無人機載荷中，兩者協同對威脅目標進行干擾；二是由1架無人機對威脅雷達進行偵察并協同其它無人機實施干擾；三是母艦電子戰系統與無人機或多架無人機之間采用多點定位，及時獲取敵方目標位置信息，引導我方精確武器實施打擊。

2.1 單機分系統組成

每套艦載分布式無人機電子干擾系統由任務載荷平臺(無人機)、雷達偵察干擾載荷、控制分系統、通信分系統等組成。系統組成框圖如圖1所示。

圖1 單套無人機電子干擾系統組成框圖

2.1.1 任務載荷平臺

任務載荷平臺一般選擇小型戰術無人機，可從大中型水面艦艇甲板上發射和回收。美軍1艘巡洋艦或驅逐艦的水面作戰艦,可以配備13～15架的小型艦載無人機[9]。無人機的智能性、機動性、滯空性以及全天候飛行能力的提高，使其成為艦載分布式干擾單元的投放運載平臺。

2.1.2 偵察干擾載荷

雷達偵察干擾載荷承擔著對敵方威脅雷達的偵察干擾任務，主要包括天線單元、接收處理單元、偵察干擾控制單元、干擾產生單元、功率放大單元與供電單元。雷達偵察干擾載荷分系統組成原理框圖如圖2所示。

圖2 雷達偵察干擾載荷組成原理框圖

天線單元由天線伺服、定向天線組成。天線伺服控制定向天線最大增益方向始終對準被干擾對象；定向天線可增大干擾功率，減小電磁兼容影響。接收處理單元完成射頻信號的頻率、脈寬、到達時間等參數測量和威脅告警，同時向引導干擾產生單元提供射頻信號；在電子尋北儀與定位單元和平臺通訊分系統的協助下，對威脅目標進行多站協同定位，以便引導艦載或機載精確武器對敵威脅目標實施硬打擊。偵察干擾控制單元是控制分系統的組成部分，主要對偵察干擾分系統的工作狀態、工作流程、干擾決策等進行管理控制。干擾產生單元根據母艦電子戰系統引導信息與干擾策略或本平臺的偵察引導信息產生噪聲壓制或欺騙干擾，對威脅目標實施干擾。供電單元具有對偵察干擾載荷、通訊分系統、控制分系統的供電功能；電源來源可選擇無人機平臺發電或蓄電池等方式實現；電源選擇應考慮電壓、電流、功率以及電源體積大小、能量重量比、持續供電時間和分布式干擾單元工作時間要求等因素。

2.1.3 通信分系統

通信分系統包含2個功能單元：第1個功能是實現無人機平臺內部通訊，實現無人機平臺與偵察干擾載荷、定位單元等平臺內部間的信息交互和協同；第2個功能是實現平臺之間的外部通訊，實現母艦與各無人機或不同無人機之間的指揮、控制與協同。

2.1.4 控制分系統

控制分系統分為飛行控制單元和偵察干擾控制單元，飛行控制單元是根據作戰任務需求控制無人機按照規定的航路、高度和姿態飛行，是無人機完成使命任務的關鍵保障能力；偵察干擾控制單元根據作戰流程控制偵察干擾分系統的工作狀態，實現多架無人機之間的協同干擾，是充分發揮分布式干擾的優勢使單站較小功率合成達到較大干擾效能的前提條件。

2.1.5 單機作戰典型應用

遠程無人機機載干擾機是無人機電子對抗系統典型的單機作戰形式，其主要作戰任務是實現對欲干擾目標的快速偵察定位和實時跟蹤，其系統組成框圖如圖3所示。由于無人機在偵察干擾過程中飛行速度較快，為實現無人機的高精度定位、快速測量和有效干擾的目標，需要研究無人機在高速飛行過程中的快速、高精度測向定位技術和多部無人機分系統協同工作、信息融合技術等關鍵技術。在實際作戰過程中，無人機機載干擾機主要完成2個任務：一個是對重點區域內無線通訊信號的偵察、測向和定位；另一個是實時監測作戰區域內的電磁頻譜活動情況，并將頻譜參數回報給指揮中心進行分析，繪制戰場電磁頻譜態勢圖，為干擾決策提供準確、實時的信息基礎。

圖3 遠程電子對抗無人機偵察干擾系統組成框圖

通信系統是雙方交戰時指揮控制系統的神經中樞，為達到使敵方指揮系統癱瘓，必須集中力量破壞敵方的通信系統。通過使用這種無人機進行電子作戰，選擇敵方通信鏈路的關鍵節點實施破壞，達到使敵方通信系統癱瘓的目的。

2.2 艦載分布式無人機協同電子對抗系統

為快速、高精度地確定目標輻射源的位置，艦載分布式無人機電子干擾系統通過使用多部無人機分機組成無人機協同網絡，協同工作完成上述任務。同時上述協同網絡為后續實施高效干擾或者引導火力對敵方高價值軍事目標進行精確打擊提供了技術保障。因此，多部無人機組成協同網絡共同作戰將是未來艦載分布式無人機作戰應用的一個重要研究方向。

2.2.1 多協同偵察

通過多部無人機分系統組成協同網絡協同工作，可快速、高精度地測量輻射源的位置。將每個無人機分系統實時獲取的數據進行數據融合處理，為繪制實時戰場電磁波態勢圖、監測、跟蹤和對抗敵方目標提供數據基礎。

通過多部無人機分系統間的協同網絡來實現對敵方重點目標的高精度定位是艦載分布式無人機協同電子對抗的一個典型應用系統，如圖4所示。多機協同網絡高精度定位系統主要包括以下幾個模塊：1個地面指揮處理中心，3個偵察站。3個偵察站之間通過數據鏈路與指揮處理中心實現數據交互。偵察站接收地面指揮處理中心通過上行數據鏈路發送的控制指令，同時偵察站通過下行鏈路將信號數據、導航數據和時標信號打包發送給地面指揮處理中心。為實現3個偵察站之間精確的時間同步，偵察站之間存在測距授時鏈路來保證時間同步。地面指揮處理中心是多機協同網絡高精度定位系統的控制和數據處理中心，接收來自偵察站的回送數據，完成信號的偵察、測向、定位、時差估計、時差頻差聯合估計和系統標校。

圖4 多平臺組網高精度定位系統組成框圖

2.2.2 多機協同作戰

如圖5所示，下面介紹一種破壞敵方指揮通信系統的艦載分布式無人機協同作戰的作戰應用。

圖5 多機協同作戰示意圖

對敵作戰時，多機協同作戰主要完成3個任務：第1個是多部無人機分系統組成一個協同網絡按照預定航跡對敵方目標區域進行抵近偵察，判斷敵方作戰區域內的通信網絡組成、電磁波環境及雷達屬性，最后經過地面指揮處理中心將回送的數據進行綜合處理，繪制出整個敵方陣地區域的電磁波態勢圖分布情況；第2個是無人機協同網絡完成對敵方重要輻射源的高精度定位，尋找敵方高價值軍事目標以及敵方通信網絡重要節點的位置，引導我方火力進行精確火力打擊；第3個是針對敵方的通信鏈路、數據鏈路、導航系統和敵我識別系統實施電子打擊，使得敵方誤判軍情，通信系統癱瘓，預警機偵察情報無法傳遞。

艦載分布式無人機協同作戰是一個較為復雜的應用系統。它涉及單平臺偵察的快速測向和高精度定位技術，多機組網協同偵察、定位等技術，以及多機構型技術。多部無人機分系統對敵方目標的偵察測向、定位精度、干擾效果與多機間的構型以及多機構型與目標之間的相對位置有關。為進一步提升無人機協同作戰能力，有必要深入研究基于作戰應用需求的無人機協同組網最佳編隊構型。

2.3 艦載分布式無人機發展趨勢

隨著雷達在復雜電磁環境中的適應能力越來越高，抗干擾能力也越來越強。

分布式無人機電子干擾系統以其靈活的作戰使用和有效干擾，將在艦艇防空反導中發揮重要作用。為了能夠勝任在未來戰爭中所承擔的任務，電子對抗無人機的發展方向將主要集中在如下幾個方面：

(1) 偵察干擾一體化

目前的艦載分布式無人機一般不具備同時擁有偵察和干擾的能力，這使得在作戰過程中指揮控制系統的設計較為復雜。而同時具有偵察和干擾的艦載分布式無人機無論在實施偵察和干擾的反應速度上，還是在控制系統程序的設計上都能得到較大的提升，更適應現代戰爭快速性和全面性的特點。由于無人機機動靈活的特點，精確制導武器的快速發展使其成為理想的載荷平臺。在未來的戰爭中，艦載分布式無人機將能夠同時具有偵察、干擾一體化和火力打擊的能力，成為未來電子對抗戰爭中一股不可或缺的力量。

(2) 智能化

目前的分布式無人機的運動和戰術決策主要是基于指揮中心遙控無人機完成的，分布式無人機本身不具有自主能力。通過提高分布式無人機的信息化程度和智能化處理，可提高無人機的自主飛行、偵察、干擾和自主決策能力，提高無人機的作戰反應速度和作戰效能。

(3) 小型化

電子對抗載荷較重，功耗較大，制約著分布式無人機系統的發展。在作戰過程中，分布式無人機單平臺無法搭載大功率電子對抗載荷對敵重點目標進行有效的偵察干擾。因此，電子對抗載荷設備的小型化是實現單平臺電子對抗無人機高效完成各種任務的必由之路。

3 系統作戰使用流程

電子戰無人機已經成功應用于對敵防空壓制、電子偵察、電子干擾等現代戰場的各個方面。伊拉克戰爭中,美軍在海灣地區共部署了大約39架無人機[10]，執行了包括偵察、電子干擾和監視等作戰任務。在利比亞戰爭中，無人機不僅完成偵察、監視、電子干擾等作戰任務，還完成了對地攻擊任務。艦載分布式無人機電子干擾系統作戰使用包括以下3個方面：一是對敵方反艦導彈實施干擾，降低末制導雷達對水面艦艇目標搜捕概率或誘騙導彈偏離攻擊目標；二是對敵方作戰飛機實施干擾，破壞機載火控雷達對我方艦艇的探測跟蹤，使其無法進行導彈攻擊；三是對敵方預警機實施干擾，破壞敵方預警雷達對我水面艦艇的搜索探測。系統的作戰流程圖如圖6所示，作戰使用流程如下：

(1) 無人機投放階段：根據其它作戰平臺的數據鏈信息或母艦雷達探測的目標距離方位信息以及電子戰系統(全頻段偵察、高截獲概率、高靈敏度和正確的威脅識別)偵察的雷達參數信息投放一定數量的無人機，無人機根據預設航路飛行至預定作戰空域盤旋待機。位于主攻擊方位的無人機通信單元開始工作，與母艦、其它無人機之間建立有效通信，其偵察干擾載荷開機進行偵察；其它無人機雷達偵察干擾載荷保持待機，只保持必須的通訊監聽功能。

(2) 偵察定位階段：位于主攻擊方位的無人機執行雷達偵察任務，并與母艦保持實時通信，當接收到母艦威脅目標引導信息或偵察到威脅雷達目標時，協同不同位置上的多架無人機工作，偵察威脅雷達的方位、信號參數等信息，對敵方雷達進行實時位置解算，以便引導母艦或其它作戰平臺的精確武器對敵方威脅目標實施硬摧毀。

(3) 干擾實施階段：每架無人機雷達偵察干擾系統使用智能組網技術按照預編程序一起進行分布式有源干擾，以小功率分布式有源干擾達到大功率干擾的作戰效能。

(4) 無人機回收階段：在完成母艦的防空反導任務后，根據戰場作戰任務需求，由母艦執行無人機的回收。

圖6 艦載分布式無人機電子對抗系統流程圖

4 電子對抗條件下的無人機系統效能評估

指標體系直接關系到效能評估的結果，科學、合理的指標體系是效能評估的基礎。

4.1 無人機效能評估的特點

效能評估是反映所要評估對象的本質屬性基礎上抽象的結果。無人機效能評估的特點，主要包括以下4個方面：

(1) 不確定性。性能和效能是2個完全不同的概念，無人機的性能可以用精確的數字進行描述，而其效能卻很難精確描述。

(2) 相對性。評估無人機的效能往往是在與其他型號飛機進行比較的基礎上得出的結果，所以評估出來的效能只能是相對值。

(3) 時效性。無人機的性能在其使用壽命期間一般變化不大。但由于一些機型數據不能在第一時間精確掌握，那么以此計算出的評估結果往往會與真實結果存在偏差。

(4) 局限性。能效評估的方法多種多樣，采用不同的評估方法會得到不同的評估結果，不同方法也適用于不同的評估對象。

4.2 指標分析

無人機系統在開始執行任務時的狀態，在執行任務過程中的狀態以及最后完成給定任務的程度，這三者共同構成了系統的效能。以此為基礎構建了無人機效能評估指標體系，如圖 7所示。

圖7 無人機系統指標體系

(1) 可用性

無人機的可用性指標是對開始執行任務時狀態的描述，指任一時刻系統處于正常工作的程度，常常用可用度來表示，該指標直接與飛機的效能有關，且可用度的衡量指標稱為良好率。其主要包括：無人機系統的維修性以及可靠性。

(2) 可信性

無人機的可信性是對無人機作戰過程中狀態的描述，指在執行任務過程中系統處于正常工作狀態的概率。對于需要長時間執行飛行任務的無人機，可信度對無人機的效能評估影響至關重要。對于在執行任務過程中可修復的系統，系統的可信性依賴于系統的可靠性和可維修性；對于在執行任務過程中不可修復的系統，系統的可信性僅僅依賴于系統的可靠性。其主要包括：無人機發生故障的概率和發生故障的平均時間。

(3) 功能性

無人機的功能性是對無人機作戰過程中系統最后完成任務程度狀態的描述，指系統在最后階段完成給定任務的能力，是無人機系統的固有屬性，依賴于分配給它的任務。在電子對抗環境下，無人機的個性能都有可能發生改變，從而影響整個系統的效能。通過采用特爾斐咨詢法等方法，確定能力指標，主要有飛行能力指標、作戰任務能力指標、任務控制能力指標、電子攻擊能力指標。

5 結束語

由于現代雷達技術及抗干擾技術的迅速發展，使得傳統的大功率集中式干擾機的作戰效能大大降低，傳統的點源干擾失效[1]。艦載電子戰作戰對象和作戰需求不斷發展，研究適應未來戰場的電子戰新裝備已成為信息戰勝負的關鍵。分布式無人機電子干擾系統解決了干擾功率大、電磁兼容性差與易被“反跟蹤”等問題。戰時及時投放艦載分布式無人機電子干擾系統，部署在被保護艦艇周圍，能對敵末制導雷達實施有效干擾，保護艦艇免受導彈攻擊。在未來的海上作戰中,艦載分布式無人機電子干擾系統作戰效能得以發揮，必將極大增強我海上艦艇的電子戰能力。

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Research into Electronic Jamming System of Shipborne Distributed UAV

CUI Ji-feng,XU Hong-qing

(Unit 91404of PLA,Qinhuangdao 066001,China)

Along with the rapid development of the anti-jamming technology for anti-ship missile radar,the campaign efficiency of traditional shipborne centralized high-power jamming equipment suffers severe trial.Distributed electronic jamming system of unmanned aerial vehicle (UAV) will play an important role in the ship air defence anti-missile for the flexible operation usage and effective jamming.This paper expatiates the composition principle and operation usage flow of shipborne distributed UAV electronic jamming system in detail,and puts forward the index of efficiency evaluation.

ship-bone unmanned aerial vehicle;electronic jamming;efficiency evaluation

2016-10-21

TN972

A

CN32-1413(2016)06-0013-06

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.06.003