無人機機載拋投式有源誘餌效能分析

導讀：無人機機載拋投式有源誘餌是一種新型自衛式有源干擾系統。通過拋投有源誘餌，可在一定時間內模擬載機的運動特性，利用全向天線接收雷達信號，對雷達信號進行存儲調制、放大轉發，產生射頻干擾，使雷達無法穩定地跟蹤無人機，提高了無人機的生存能力。在分析機載拋投式有源誘餌系統的組成、工作原理的基礎上，對干擾信號儲頻調制轉發效能進行了仿真，可對后續系統的研制提供一定的參考和借鑒。

現代空戰環境中敵我雙方在電磁空間中展開激烈的斗爭，雷達對抗已然成為主角。隨著先進雷達技術的迅速發展，傳統的雷達對抗手段效能日趨下降，對無人機的戰場生存力帶來了巨大的威脅。在雷達對抗與反對抗激烈博弈的背景下，需要進一步提高無人機電子對抗能力。

如果雷達對飛機實現跟蹤，意味著已經滿足了導彈的發射條件，具有了對無人機摧毀性殺傷威脅。因此破壞敵方雷達對無人機的穩定跟蹤可提高無人機的生存力。

目前針對雷達與導彈跟蹤的對抗手段主要包括有源干擾、無源干擾以及機動手段，這些現有手段在對抗新體制雷達以及雷達制導導彈時存在很大的局限性：

(1) 機載有源干擾的局限性。隨著各種新體制雷達的快速發展，雷達信號波形復雜多變，干擾設備難以偵測到雷達信號；同時雷達采用相參信號處理，對于干擾信號具有很好的抑制作用；另外，雷達具有主動被動跟蹤工作模式，當檢測到大功率干擾信號時，雷達將采用被動跟蹤模式，實現對干擾源的穩定跟蹤；并且采用單脈沖測角體制，使得單點源的有源干擾難以形成角度欺騙，因此機載有源干擾系統難以對雷達實施有效干擾。

(2) 機載無源干擾的局限性。目前，機載無源干擾主要是箔條干擾。箔條干擾只是被動的反射雷達輻射的電磁波，在投放后箔條運動特性與飛機差異較大，雷達能夠輕易地將箔條干擾信號與戰機回波信號區分開，實現對目標的穩定跟蹤。

由此可見，傳統的雷達對抗手段難以破壞先進體制雷達對飛機的跟蹤，拋投式有源誘餌是一種新型雷達對抗手段，能夠有效破壞雷達對無人機的穩定跟蹤，大幅度提高無人機的戰場生存能力。

系統組成

誘餌彈采用模組化設計，由前向天線、環向天線、誘餌體、折疊尾翼、后向天線等五部分組成，誘餌彈內部包含了射頻信號收發模塊、射頻信號存儲器、干擾產生器、電池等部分。

誘餌彈

誘餌彈飛行穩定裝置采用尾翼穩定結構，當誘餌彈放入彈倉時，其尾翼收攏。當誘餌彈出倉后，尾翼依靠材料彈性展開。對于尾翼穩定的誘餌彈，質心在前，阻心在后，因空氣阻力產生的穩定力矩會使誘餌的姿態趨于水平。誘餌彈在飛行過程，自動對來襲導彈雷達導引頭實施有源誘偏干擾，使得來襲導彈偏離載機，以實現載機的自衛。誘餌彈體外形結構如圖1所示。

為提高誘餌彈內部的結構空間利用效率，增強結構強度，誘餌彈內部模塊采用圓餅狀疊層設計模式。誘餌彈體內部由干擾產生模塊、射頻接收模塊、射頻發射模塊、儲頻模塊、電池模塊等五部分組成。

圖1 誘餌彈體外形結構示意圖

射頻接收、發射模塊

彈射式自衛有源誘餌彈在干擾技術上，擬采用有源干擾體制，通過誘餌彈的收發天線偵收敵導引頭信號，將信號進行有源復制，通過信號調制及功率放大后通過天線輻射出去，形成目標點跡，對敵來襲導彈雷達導引頭實施有源干擾，擾亂其正常方位探測，阻止其對目標的跟蹤捕獲。

誘餌彈的射頻接收模塊主要接收前向、環向、向后天線的射頻信號，經方位選通器進行收發信號方位選取，通過限幅放大、濾波、增益控制、功分等處理形成進入儲頻模塊前的基準射頻信號，一路用于射頻信號存儲，一路形成檢波信號用于干擾波形控制產生電路。

誘餌彈的射頻發射模塊主要接收儲頻送出的干擾射頻信號，經濾波、放大、功分等電路形成一路反饋延時信號及一路干擾發射信號，反饋延時信號通過單刀雙擲開關再次進入接收通道形成基準射頻信號，干擾發射信號則通過功率放大器及單刀三擲開關送入相應的發射天線，其組成框圖如圖3。

圖2 射頻收、發模塊框圖

天線模塊

天線模塊主要由前向天線、環向天線、后向天線組成，接收360°方位、俯仰空間內威脅信號，發射干擾信號。其方向圖仿真結果如圖3所示。

圖3 天線方向圈

工作原理

拋投式有源誘餌的工作過程如圖4所示。拋投式有源誘餌利用載機的干擾彈發射裝置發射，利用誘餌的飛行能力模擬載機的運動特性，對雷達回波信號進行接收儲頻調制，實現有源欺騙干擾。

性能分析

飛行特性分析

為使誘餌彈具有良好的飛行穩定性，其穩定儲備量必須至少在10%～30%，穩定儲備量計算公式如下：

圖4 機載拋投式有源誘餌工作過程

式中，xp為彈體阻力中心至彈頂的絕對距離；xs為彈體質心至彈頂的絕對距離；l為彈體的全長。

xp的計算公式如式(3) 所示：

式中，Yk為彈體引起的升力；xpw為尾翼引起的升力；xpw為尾翼中點至彈頂的絕對距離，依照誘餌彈結構，有xpw=19.32cm；Y為全彈的升力。

Yk、Ypw、Y的計算公式如方程組(3) 所示：

式中，Ck為彈體的空氣阻力系數；Cpw為尾翼的空氣阻力系數，；Sk為彈體的特征面積；Spw為尾翼的特征面積。

根據上述公式，在穩定儲備量為25%時，計算得尾翼長度為18cm，誘餌彈具有更高的穩定儲備量，在高空飛行中更加穩定。

當誘餌被釋放后，可對誘餌的飛行距離進行估算。

在水平方向，誘餌受空氣阻力的影響，其運動方程如式(4) ：

空氣阻力計算公式如下：

在豎直方向，誘餌受空氣阻力和重力的影響，其運動方程如下 ：

取戰斗機的飛行速度為320m/s，誘餌的發射速度為40m/s，空氣密度為0.2265kg/m3，空氣阻力系數Cx為1.0，Cy為0.8，誘餌質量為1kg。積分得：

橫向距離差為

圖5 誘餌與載機的總距離z隨時間的變化關系

干擾效能分析

光纖儲頻的信號存儲方式可分為三種：全脈沖儲頻、示樣脈沖儲頻和準示樣脈沖儲頻。

全脈沖儲頻方式是當輸入信號脈沖寬度小于儲頻電路的最大可儲頻信號長度時，儲頻電路將輸入信號的所有信息完整的儲頻下來，可以達到輸入與輸出直接的頻率誤差接近為零，保證輸入與輸出信號之間的相干性。但是全脈沖儲頻方式在建立儲頻階段，需要覆蓋輸入雷達信號的最大脈寬，因此其所需的儲頻時間非常長，在希望及時發射干擾信號時，很難做到收發隔離。

圖6 示樣及準示樣儲頻模式圖

示樣脈沖儲頻方式是當存在雷達信號輸入時，系統對其進行截取一段并儲存的儲頻方式。由于對輸入信號進行了截取，因此用于存儲的信號長度較短，但是由于截取得到的信號寬度很難做到同輸入信號周期成整倍關系，所以被截取的脈沖首尾相位很難連續，這將造成系統輸出產生相位差。另外，示樣脈沖儲頻方式往往只能用于頻率恒定的信號，當輸入信號是調制過的信號(如線性調頻信號或相位編碼信號等) 時，截取得到的信號會丟失一部分原信號的調制信息，此時儲頻電路輸出的信號同原雷達信號有較大差別，敵方雷達很容易識別出干擾信號。

準示樣儲頻方式是通過對輸入信號的間歇采樣及間歇發射信號，有效地避免了全脈沖儲頻中收發無法隔離的問題。儲頻電路接收信號時，將設備的發射端斷開，接收天線同儲頻電路相連，這樣可以有效地避免發射端的旁路對接收信號的影響；當電路發射時，將設備的發射端同接收天線相連，并與儲頻電路斷開，防止高功率的發射信號對儲頻信號產生影響。光纖儲頻在使用這種方式時，將儲存幾段時間內的輸入信號，提高了儲頻信號及后期的干擾信號同接收到的敵方雷達信號的相干性，而且可以通過調節矩形窗的寬度來控制每次的采樣時間，來保證儲頻信號可以獲得較小的延遲時間。

圖7 雷達脈沖壓縮結果和干擾信號壓縮結果

圖8 雷達信號與干擾信號疊加后的脈壓結果

拋投式有源誘餌采用以儲頻為核心的相參干擾技術，通過對雷達信號的接收、儲頻、調制轉發，對雷達形成有源欺騙干擾。信號儲頻調制轉發效果仿真分析如圖7和圖8所示。

結束語

拋投式有源誘餌是一種先進的雷達對抗手段，成本低、體積小，可在箔條彈的位置進行原位替換，對載機平臺的改裝簡單，可迅速形成干擾能力，有效破壞導彈雷達導引頭對無人機的穩定跟蹤，大幅度提高無人機的戰場生存力。