基于作戰(zhàn)場景的箔條走廊信號衰減能力分析

呂明山，王 振

（海軍大連艦艇學(xué)院信息系統(tǒng)系，遼寧 大連 116018）

0 引言

箔條走廊是航空兵對海、對岸突擊時經(jīng)常采用的電子對抗手段，其目的是使對方雷達系統(tǒng)無法獲取箔條走廊中攻擊飛機的任何信息。傳統(tǒng)上認(rèn)為只要在雷達分辨單元內(nèi)的箔條RCS 大于攻擊機的RCS，則箔條走廊對雷達的屏障作用是有效的。但隨著MTI 等相參技術(shù)在雷達系統(tǒng)中的運用，箔條走廊的信號衰減任務(wù)成為另一個重要的考慮因素。

為了評估箔條走廊的作戰(zhàn)效能，目前兩種常用的評估方法有：一是壓制系數(shù)方法［1-2］，即計算雷達接收箔條回波信號和經(jīng)過箔條走廊衰減后的目標(biāo)回波信號的比值。二是雷達最大距離法［3-4］，即利用雷達自身參數(shù)和經(jīng)過箔條走廊衰減后的目標(biāo)回波信號大小，計算雷達的最大作用距離的方法。上述文獻把箔條走廊對電磁波的衰減能力作為干擾走廊效果評估的核心，但不足是缺乏對多基地雷達威脅、箔條運動模型以及作戰(zhàn)場景的綜合考慮，從而忽略箔條走廊干擾效果的非均勻和動態(tài)的特性。

1 箔條云電磁波衰減模型

箔條云對雷達電磁波的衰減是通過兩次散射完成的：第1 次，當(dāng)雷達入射波通過箔條云時，由于箔條云的散射使電磁波受到衰減，從而照射到目標(biāo)的電磁波減弱；第2 次，目標(biāo)反射的電磁波，再次進入箔條云，電磁波輻射功率進一步受到了衰減。假設(shè)P0為衰減前的電磁波功率，P 為經(jīng)衰減后的電磁波功率，如定義箔條云對電磁波的衰減系數(shù)A=P/P0，則A 可表示為［3］：

式中，n 為箔條云密度；x 為雷達電磁波穿過箔條走廊的厚度。

2 箔條走廊衰減能力分析

根據(jù)式（1）可知，箔條云對電磁波的衰減系數(shù)主要取決于箔條云密度和雷達電磁波穿過箔條走廊的厚度。在實際作戰(zhàn)中，箔條走廊面臨不同位置不同性能的多部雷達威脅、箔條運動以及不同的作戰(zhàn)場景，因此，箔條云對電磁波的衰減能力將呈現(xiàn)一定的非均勻和動態(tài)的特性。根據(jù)箔條走廊戰(zhàn)術(shù)以及箔條特性［5-8］，現(xiàn)作如下假設(shè)：

1）采用單箔條干擾走廊戰(zhàn)術(shù)，進攻目標(biāo)方向為R1，箔條走廊從A 到B 點，如圖1 所示，箔條拋撒機飛行速度為Vpm/s，t0時刻開始拋撒。

2）箔條拋撒機直線飛行，在ti時刻Hi高度投放箔條量為Ni根，ti時刻滿足箔條布設(shè)間隔要求。

3）攻擊機滯后拋撒機Tds 進入，在箔條走廊上方沿軸線飛行，飛行速度為Vgm/s，攻擊距離Da；

4）拋撒后在短時間形成橫截面為橢圓的柱體箔條云，其主軸向是與拋撒飛機的航向平行，箔條云長度dim，寬度wim，在垂直面上的投影厚度him；具體尺寸要取決于箔條投放器的設(shè)計、類型、發(fā)射箔條飛機的氣動力特性，以及飛機上的投放點位置。

5）橢圓體形箔條云整體下降速度為V0m/s，該速度由布設(shè)高度、空氣密度、氣壓等因素決定。

6）水平擴散速度為VWm/s，上層箔條下降的速度Vu、下層箔條下降速度Vd。

2.1 箔條拋撒間隔

很多文獻在仿真計算時都采用了等速投放箔條的假設(shè)，這有可能造成箔條的浪費或不足。一種合適的箔條走廊布撒策略是在徑向即距離方向上，以分隔最小的雷達立體分辨單元的距離逐一投放箔條彈，這能夠保證航路上每個雷達分辨單元都含有一個最初投放的初始箔條包。但是箔條拋撤飛機面臨的是多部不同位置不同性能的雷達，因此，間隔的考慮必須進一步分析計算。

為了分析一般情況，以R1為原點建立如圖2 坐標(biāo)系，分析該態(tài)勢下箔條拋撒機相對雷達Ri的箔條拋撒間隔的要求。

圖1 箔條走廊布設(shè)示意圖

圖2 箔條拋撒間隔需求示意圖

根據(jù)箔條拋撒機的位置，雷達天線的俯仰角可表示為：

箔條走廊徑向相對于攻擊機Pj與雷達Ri連線的夾角為：

雷達Ri相對于攻擊機Pj的距離為：

通過分析可以看出，投放間隔EF 是雷達分辨單元ABCD 的函數(shù)，拋撒機相對雷達Ri箔條拋撒間隔可表示為：

當(dāng)拋撒機同時面臨n 部雷達時，其拋撒間隔可表是為：

如圖1 所示，AB 段航路的拋撒間隔取決R1雷達的性能參數(shù)以及位置，而BC 段航路的拋撒間隔，則需要共同考慮R1，Ri雷達性能參數(shù)以及位置。

2.2 攻擊機飛行至T 時刻時的箔條走廊密度

當(dāng)攻擊機飛行至T 時刻時，根據(jù)上述假設(shè)，可以得到該處拋撒機拋撒箔條的時刻ti和數(shù)量Ni：

根據(jù)假設(shè)，當(dāng)箔條走廊形成后，其形體基本可看成是橫截面為橢圓的錐體。為了便于分析，可把某一段認(rèn)為是橫截面為橢圓的柱體，因此，ti時刻拋撒形成的箔條云體積為：

式中，WT表示T 時刻箔條云的寬度，hT表示T 時刻箔條云的厚度，dT表示T 時刻箔條云的長度，并分別表示為：

此時此處箔條云的密度為：

2.3 攻擊機飛行至T 時刻時的雷達電磁波穿越走廊的厚度

與式（8）相同，為了便于分析，把某一段箔條云體認(rèn)為是橫截面為橢圓的柱體，如圖3 所示。Ri雷達電磁波從B 點穿入箔條云照射飛機，即A 點，因此，雷達電磁波穿過箔條云的厚度為AB。由圖可見，其厚度是隨著飛機位置的變化、箔條云體積的變化而變化的。即AB 長度是T 時刻箔條云高度HT，箔條云厚度hT、寬度WT及γ，β 的函數(shù)。

圖3 箔條云厚度示意圖

根據(jù)橢圓特點及幾何關(guān)系，可知：

根據(jù)上面公式，進一步得到電磁波穿過箔條走廊的厚度為：

3 仿真分析

3.1 場景及參數(shù)設(shè)定

以圖1 為基本態(tài)勢，采用單干擾走廊戰(zhàn)術(shù)；箔條拋撒機飛行速度為200 m/s，拋撒高度12 000 m，在徑向方向上以分隔最小的雷達立體分辨單元的距離逐一投放箔條，數(shù)量為5 000 000 根；拋撒后箔條云初始寬度為10 m，厚度為2 m，整體下降速度為0.5 m/s，上層箔條云下降速度為0.3 m/s，下層箔條云下降速度為0.7 m/s，橫向擴散速度為0.5 m/s；攻擊飛機以不同的飛行速度、不同的滯后時間進入走廊，其武器有效作用距離為80 km。攻擊航路上雷達的位置和參數(shù)如表1 所示。

表1 雷達位置與參數(shù)表

3.2 仿真輸出

下頁圖4 表示隨著箔條拋撒機接近攻擊目標(biāo)R1時，其箔條拋撒間隔要求的變化情況。圖5 表示當(dāng)攻擊機以不同飛行速度、不同滯后時間進入走廊條件下，不同距離下箔條走廊密度分布情況。圖6表示當(dāng)攻擊機以不同飛行速度、不同滯后時間進入走廊條件下，不同距離下的R2雷達電磁波穿過箔條走廊的長度情況；圖7 表示當(dāng)攻擊機以不同飛行速度、不同滯后時間進入走廊條件下，不同距離下的箔條走廊對R2雷達的衰減系數(shù)變化情況。

圖4 箔條拋撒間隔要求示意圖

圖5 箔條密度變化示意圖

圖6 相對雷達R2 的厚度變化示意圖

圖7 相對雷達R2 箔條衰減系數(shù)變化示意圖

3.3 建議

1）對多基地雷達來講，箔條布設(shè)間隔具有不同的要求。圖5 的AB 段僅僅考慮對雷達R2的要求，隨著箔條拋撒機與R1雷達距離的接近，間隔要求越來越大；BC 段則同時考慮了R1、R2雷達的要求，不僅出現(xiàn)間隔要求的突然變小，而且隨著與R1雷達距離的接近，間隔要求越來越小。

2）從整個作戰(zhàn)過程來看，在拋撒量一定的前提下，箔條密度主要還是取決于箔條擴散特性和擴散時間。圖5 中，攻擊機延遲拋撒機900 s 以200 m/s 速度進入箔條走廊，箔條走廊的密度已基本趨于穩(wěn)定。

3）在多基地雷達背景下，箔條走廊的寬度必須得到保證。隨著攻擊機接近攻擊目標(biāo)，對于在非箔條走廊徑向上的雷達，其電磁波穿過箔條走廊的厚度是影響衰減效果的重要因素，圖6 曲線遞增和圖7 曲線遞減正好說明了上述現(xiàn)象。

4）攻擊機的飛行速度往往比拋撒機更快，攻擊機進入箔條走廊的延遲時間必須與攻擊飛行速度、箔條走廊部署長度統(tǒng)一考慮。在圖6、圖7 中，攻擊機延遲拋撒機300 s 以250 m/s 速度進入箔條走廊，當(dāng)其距R1雷達170 000 m 處時，無仿真數(shù)據(jù)出現(xiàn)，其原因是箔條走廊尚未布設(shè)完成；而攻擊機延遲拋撒機900 s 以200 m/s 速度進入箔條走廊時，箔條走廊相對雷達R2的衰減能力已大大下降。

4 結(jié)論

在多部雷達、箔條運動以及不同作戰(zhàn)場景下，干擾走廊的效能都是非均勻的、動態(tài)的。因此，勻速、等量的拋撒箔條并非是合理的布設(shè)方法。而相對箔條走廊長度，寬度更是需要重點考慮的一個戰(zhàn)術(shù)問題，它不僅和攻擊機隊形有關(guān)，也與敵方雷達的布設(shè)位置、性能相關(guān)。另外，攻擊機速度、滯后箔條拋撒機進入走廊的時機都是影響走廊效能的因素，在作戰(zhàn)籌劃時必須統(tǒng)一考慮分析。