電子戰無人機干擾固定站雷達的時間規劃研究

張新宇，張友兵，李仙茂，甘厚吉

(海軍工程大學，湖北 武漢 430033)

0 引 言

現代化戰爭中，戰場環境復雜多變，威脅來源多，相對于傳統的干擾方式，無人機干擾具有明顯的優勢，其扮演的角色也越來越重要，將是決定未來戰爭勝利的關鍵因素之一[1]。無人機的生存能力強，紅外特征小，雷達截面積(RCS)很小，自身隱蔽性好，反應快，操作靈活。由于無人機可以采取“抵近式”干擾，無人機上的雷達干擾機能以較小的干擾功率達到較好的干擾效果，同時干擾機接收到的雷達信號功率強，靈敏度要求不高，這些都簡化了對干擾設備的要求。無人機可以無人值守自主飛行，對重點目標持續干擾時，終端用戶只需要編程來完成任務，然后分批次輪流執行任務，做到不間斷對重點目標進行干擾。無人機主要執行的是“抵近式”干擾任務，遠離己方的其他電子設備，不對己方的電子設備正常工作產生干擾。當無人機用于干擾岸基固定站雷達時，可掩護作戰飛機突防，無人機與作戰飛機的配合中涉及到起飛時間、干擾時間和撤回時間等問題。因此，有必要深入研究滿足戰場限制條件下的無人機運用的時間規劃問題[2]。

1 無人機起飛時間規劃

無人機干擾的目的是掩護已方作戰機群成功突防對方的警戒雷達[2]，假設已方作戰飛機距離對方警戒雷達的水平距離為Dt，飛行高度為Ht，無人機距離對方警戒雷達為Dj，突防飛機在干擾無人機方向上的暴露距離為R0，無人機、警戒雷達、作戰機群在同一直線上，作戰場景如圖1所示。

圖1 作戰場景平面示意圖突防飛機的飛行速度(勻速)

作戰飛機速度v1=800 km/h，飛行高度Ht=6 000 m，RCS值σ=40 m2，無人機飛行速度v2=150 km/h，飛行高度Hj=600 m，可回收航程(單向航程)S=200 km，警戒雷達的天線增益為Gt，雷達發射機輸出功率為Pt，被探測目標的雷達散射截面積為σ，雷達的工作波長λ=0.3 m。

雷達的作用距離公式[3]為：

(1)

式中：Prmin為雷達的最小可檢測信號功率，即雷達接收機的靈敏度，在實際應用中常常用最小輸出信號噪聲功率比(S/N)min來表示，即：

(2)

式中：k為玻爾茲曼常數；T為以絕對溫度表示的接收機噪聲溫度；Δf為接收機的通頻帶；F為噪聲系數。

對于岸基警戒雷達，其接收機靈敏度[4]Prmin=-90 dBm。由式(1)可以得到警戒距離Rmax與作戰機群RCS的關系，如圖2所示。

圖2 警戒雷達探測距離與目標RCS值的關系

由圖2可知，當突防機群的RCS值增大時，警戒雷達的探測距離不斷增加，增長率逐漸降低。當突防機群的RCS值為40 m2時，警戒雷達可探測的距離Rmax約為380 km。由雷達方程計算可知無人機的安全距離約為4 km，考慮到光電裝備對無人機的觀察能力，將無人機布置到距警戒雷達20 km的距離上實施掩護，要求干擾無人機在突防機群到達警戒距離前2 min到達指定干擾距離，對敵警戒雷達實施干擾。假設突防機群起飛時間為T0=0時刻，干擾無人機從t時刻起飛，得到：

(3)

設定突防機群從距離警戒雷達600 km的位置起飛，Dj取[50 km，220 km]，可以得到無人機起飛時刻t和無人機與警戒雷達距離Dj的變化關系如圖3所示。

圖3 干擾無人機起飛時刻t和自身距警戒 雷達距離Dj的關系圖

由圖3可知：干擾無人機離警戒雷達越遠，起飛時間越早。在以上給定的條件下，當干擾無人機與警戒雷達距離為50 km時，干擾無人機與突防機群同時起飛剛好可以完成任務；但是由于無人機的可回收航程為s=200 km，布置在距警戒雷達20 km處進行干擾，所以最遠起飛距離smax=220 km，這就簡單地解決了干擾無人機何時起飛能最大效益地完成作戰任務的問題。

2 無人機干擾時機規劃

無人機形成干擾壓制效果應該滿足幾點要求：(1)在攻擊編隊進入對方預警探測范圍前，無人機就已經到達有效實施干擾的位置，可正常遂行干擾壓制任務。(2)在攻擊編隊返航，脫離對方預警探測范圍后，無人機才能終止干擾壓制任務[5]。在干擾技術有效的前提下，對雷達的有效干擾時間主要由無人機的飛行性能來保證。無人機以不同的飛行速度飛行時，所能達到的飛行航程和飛行時間是不相同的。

要形成對雷達的有效干擾，干擾能量需要滿足下式：

(4)

或寫為：

(5)

接下來，根據不同的干擾目的討論雷達對抗無人機干擾的時機[6]。

(6)

(7)

(2) 當θ0.5/2<|θ|<90°時，有：

(8)

(3) 當90°≤|θ|≤180°時，有：

(9)

式中：C=K(θ0.5/90)2，為常數。

以雷達為極點，雷達與干擾機的連線為極軸，建立極坐標系。根據上述討論，以θ為自變量，代入不同的數值，繪出Dt所滿足的區域以及Dt所對應的曲線。由曲線可知，它是以干擾無人機和雷達的連線為軸、兩邊對稱于此線的一個心形曲線。于是壓制區為該心形曲線之外的區域，而該心形曲線之內的區域為暴露區，突防機群飛入暴露區內將被警戒雷達發現[7]。示意圖如圖4所示，其中Pt=100 kW，Gt=40 dB，Kj=4，σ=40 m2，Pj=100 W，Gj=10 dB，Vj=0.5，K=0.05，Ht=6 000 m。

圖4 突防機群的暴露區示意圖

由式(6)，當干擾無人機在20 km處實施干擾時，根據自衛干擾的方程可求得R0=16 km，所以干擾無人機有效干擾時間：

tyx=(Rmax-R0)/v1·60+2

(10)

代入Rmax=380 km、v1=800 km/h、R0=

16 km，得tyx≈30 min。綜上可以看出，最大暴露半徑在90°≤|θ|≤180°，最小暴露半徑在|θ|≤θ0.5/2的范圍內。暴露半徑受Dj的影響很大，干擾無人機距離雷達越近，暴露區越小，掩護時間越長。突防機群高度Ht對Dt也有較大的影響，當目標高度增加時，暴露區縮小，也就是壓制區增大了，此時在無人機的掩護時間相應增加。這是因為此時雷達至目標的距離增大了，而干擾無人機到雷達的距離沒有變。

3 結束語

在現有的研究里，對于雷達干擾無人機的研究非常少，針對雷達干擾無人機在作戰場景中規劃的研究更少，基本沒有深入的研究。本文就結合具體的作戰場景深入研究2架雷達干擾無人機運用中的時間規劃問題，為軍事訓練提供思路，為以后的研究提供參考，為電子戰無人機戰術運用提供理論支持[8]。