對艦船反導有源干擾的試驗效果評估準則研究*

李仙茂,林曉烘,甘厚吉,汪宏宇

(1.海軍工程大學 電子工程學院，湖北 武漢 430033；2. 中國人民解放軍31433部隊，遼寧 沈陽 110034)

0 引言

對艦船生存最大威脅的是反艦導彈，反艦導彈絕大部分都帶有雷達主/被動制導的導引頭，對這類反艦導彈實施有源干擾是提高艦船生存能力的關鍵。

通過研究效果評估準則，有利于建立起一套較為完整的艦船反導雷達有源干擾效果評估指標體系、相應指標的計算和試驗方法。這不僅可對雷達對抗裝備反導效果進行定量或定性評估，還可引導和規范反導雷達對抗裝備的設計研制、升級改造，指導裝備列裝的檢驗與驗收，還可輔助部隊在日常訓練或演習中科學布設模擬對抗目標，評估相應電子對抗作戰決策或行動的效果。近年來有學者提出了一些對反艦導彈末制導雷達干擾定量評估方法[1-8]，文獻[1]提出利用干擾前后的搜索時間和跟蹤誤差對比作為指標，評估干擾效果；文獻[2]提出以脫靶率、落點精度、單發命中率和毀傷程度作為干擾效果評估依據；文獻[3]提出基于引導時間、干擾功率、干擾頻率對準度、電磁信號環境及干擾樣式5項指標的模糊綜合評估方法；文獻[4]運用層次分析法和模糊綜合評判法相結合進行量化評估方法；文獻[8]受干擾后導彈偏離目標艦船的角度和距離作為干擾效果的指標。

文獻[9-11]分別研究了反艦導彈末制導雷達抗有源干擾陸上試驗規程和反艦導彈末制導雷達海上試驗規程，以及彈道導彈干擾效果的試驗和評估準則，對本文的研究具有一定的借鑒意義，但由于提出的年代較早，不能適應新體制、復合體制末制導雷達的情況。本文重點研究有源干擾效果評定的準則和評定方法，評定方法可分為舷內有源干擾、舷外有源干擾、舷內舷外組合有源干擾評定方法。

艦船有源干擾對抗反艦導彈可采用舷內有源干擾、舷外有源干擾和舷內舷外組合有源干擾3種方式。每種方式對抗效果的評估準則有很多類似之處，但也有差別，下文對艦船舷內、舷外2種干擾方式的干擾效果評定內容和評定方法進行分別的討論。

1 評定內容

評定內容用于確定3種干擾方式的評定準則。雷達末制導導彈在攻擊艦艇的過程中，主要分為主動雷達搜索、跟蹤和被動跟蹤干擾輻射源3種狀態。沒有反輻射跟蹤的末制導雷達只有搜索和跟蹤2種狀態。有源干擾反導的最終成功標準，從作戰的角度來說就是引偏導彈，使其不能在艦上爆炸或貼近艦艇爆炸。但作為試驗，為高效多次地計算和統計成功率，可以從典型狀態的改變來判斷當前干擾是否成功，而不需要的導引頭走完完整的攻擊過程才做一次成功與否的判斷。一定時間、一定狀態下的一個干擾過程完成，即可判斷此次干擾是否有效，單次干擾有效即單次干擾成功。通過多個干擾過程有效次數與試驗總次數關系的統計，形成干擾成功率。

1.1 舷內干擾效果評定

1.1.1 舷內干擾效果評定準則

舷內干擾效果可通過以下2種準則進行評定：

(1) 單次干擾有效準則；

(2) 干擾成功率準則。

1.1.2 單次干擾有效評定準則

末制導雷達工作的目標是跟蹤目標艦船，引導導彈打中目標艦船。因此，艦船舷內有源干擾的作用是使末制導雷達搜索狀態無法轉入跟蹤狀態，或跟蹤狀態不穩，或跟蹤狀態返回搜索狀態，或末制導雷達跟蹤誤差過大，使導彈不能被正確引導擊中目標，這些情況都表示干擾有效。跟蹤狀態包括被動跟蹤干擾輻射源，跟蹤誤差過大包括被動跟蹤干擾輻射源跟蹤誤差過大。

舷內雷達有源干擾設備對末制導雷達實施干擾，干擾效果滿足下列條件之一，判定為干擾有效，反之，判定為干擾無效：

(1) 當末制導雷達處于搜索狀態時，受到干擾后，在規定的時間內，末制導雷達無法由搜索狀態轉入跟蹤狀態(含主被動跟蹤)；

(2) 當末制導雷達處于主動模式下的穩定跟蹤狀態時，受到干擾后，在規定的時間內，末制導雷達對艦船目標的角度或距離跟蹤誤差大于其標稱誤差的3倍，或轉入搜索狀態；

(3) 當末制導雷達受到干擾后，末制導雷達轉入跟蹤干擾輻射源工作模式，在規定的時間內，末制導雷達對艦船目標的跟蹤誤差大于主動模式下標稱誤差的3倍；

(4) 當末制導雷達處于主動模式下的穩定跟蹤狀態時，受到干擾后，在規定的時間內，末制導雷達既沒有穩定跟蹤艦船目標，也沒有轉入跟蹤干擾輻射源工作模式(即被動模式)；

(5) 其他能夠明確判定干擾有效的情況。

1.1.3 干擾成功率評定準則

根據多次試驗獲得的干擾成功率對干擾效果進行評定。

1.1.4 干擾效果分級

干擾效果分級是為了對干擾效果有一個定量的分階。根據評定準則統計的干擾成功率將干擾效果分為A，B，C，D 4級，具體見表1。

表1 干擾效果分級表Table 1 Jamming effect clasification table

表1中的α1,α2,α3由行業的專家和部隊指揮員根據工程經驗和作戰需要共用確定。

1.2 舷外干擾效果評定

1.2.1 舷外干擾效果評定準則

舷外干擾效果可通過以下2種準則進行評定：

(1) 單次干擾有效準則；

(2) 干擾成功率準則。

1.2.2 單次干擾有效評定準則

艦船舷外有源干擾的作用是使末制導雷達對艦船的搜索狀態無法轉入跟蹤狀態，或跟蹤艦船狀態不穩，或末制導雷達跟蹤艦船誤差過大，或者末制導雷達跟蹤上舷外有源干擾設備(含假目標和干擾輻射源)，使導彈不能被正確引導并擊中目標艦船，這些情況都表示干擾有效。

舷外雷達有源干擾設備對制導雷達實施干擾，干擾效果滿足下列條件之一，判定為干擾有效，反之，判定為干擾無效：

(1) 當末制導雷達處于搜索狀態時，受到干擾后，在規定的時間內，末制導雷達無法轉入跟蹤艦船目標，或轉入跟蹤干擾生成的假目標或干擾輻射源；

(2) 當末制導雷達處于穩定跟蹤狀態時，受到干擾后，在規定的時間內，末制導雷達轉入跟蹤有源干擾生成的假目標或干擾輻射源；

(3) 當末制導雷達處于穩定跟蹤狀態時，受到干擾后，在規定的時間內，末制導雷達對艦船目標的跟蹤誤差大于其標稱誤差的3倍；

(4) 當末制導雷達處于穩定跟蹤狀態時，受到干擾后，在規定的時間內，末制導雷達沒有穩定跟蹤艦船目標；

(5) 當末制導雷達處于穩定跟蹤狀態時，受到干擾后，在規定的時間內，末制導雷達的跟蹤偏移量大于艦船安全距離；

(6) 其他能夠明確判定干擾有效的情況。

1.2.3 干擾成功率評定準則

根據多次試驗獲得的干擾成功率對干擾效果進行評定。

1.2.4 干擾效果分級

根據評定準則統計的干擾成功率將干擾效果分為A，B，C，D 4級，具體見表1。

2 舷內干擾效果評定方法

2.1 說明

本準則依據實施干擾前后末制導雷達工作狀態和對目標艦船跟蹤誤差的變化評定干擾效果。

2.2 評定試驗場景

評定試驗場景見圖1。

注：O—陪試艦船就位點；A—目標艦船位置；S—目標艦船航路起始點；E—目標艦船航路終點圖1 舷內干擾效果評定試驗場景Fig.1 Ship interior interference evaluation test scenario

評定試驗場景說明如下：

(1) 單次干擾試驗開始前，陪試末制導雷達天線波束指向目標艦船，試驗過程中，被試干擾設備天線波束對準末制導雷達；

(2) 陪試艦船漂泊于O點，目標艦船航路如圖1所示，目標艦船和陪試艦船之間的距離OA基本不變，OA取值由試驗大綱確定，一般地，OA可取2倍的最小干擾距離標稱值；

(3) 航路起點S和終點E由試驗大綱確定，目標艦船在行駛過程中按試驗大綱設定的時間點開啟和關閉末制導雷達；

(4) 干擾樣式和干擾信號功率按照研制總要求、產品合同、試驗大綱等要求設置。

2.3 評定試驗步驟

評定試驗步驟如下：

(1) 按圖1所示布設目標艦船和陪試艦船，完成末制導雷達機械軸和電軸一致性校準的零位標校；

(2) 目標艦船以規定航速航行，當目標艦船到達規定位置后，末制導雷達開機，被試干擾設備施放干擾，實時記錄末制導雷達的工作狀態、跟蹤距離和跟蹤角度，定位系統實時錄取陪試艦船和目標艦船位置；

(3) 當干擾持續到規定時間后，末制導雷達關機，被試干擾設備停止干擾，此次干擾即為單次干擾，由1.1.2規定的準則判定單次干擾的有效性；

(4) 重復步驟(2)～(3)，直至完成該航次規定的干擾次數；

(5) 重復步驟(2)～(4)，直至完成所有航次規定的干擾次數。

2.4 試驗記錄及數據處理

試驗記錄與數據處理如下：

(1) 將航向、航速、末制導雷達開關機時間、被試干擾設備施放干擾的開始和停止時間等記錄于干擾效果試驗情況記錄表。

(2) 將單次干擾試驗中被試干擾設備的干擾樣式、末制導雷達的工作狀態和跟蹤數據記錄于舷內干擾試驗跟蹤誤差記錄表。

(3) 按式(1)計算當前航次中的跟蹤角度均方誤差

(1)

式中：N為采集的數據樣本量；θZCi為單次干擾過程中末制導雷達跟蹤角測量值的第i個樣本點；θTi為單次干擾過程中末制導雷達與目標艦船相對方位角實際值的第i個樣本點。

按式(2)計算當前航次中的跟蹤距離均方誤差為

(2)

式中：RZCi為單次干擾過程中末制導雷達跟蹤距離測量值的第i個樣本點；RTi為單次干擾過程中末制導雷達與目標艦船相對距離實際值的第i個樣本點。

(4) 統計試驗次數和干擾成功次數，記錄于干擾效果試驗結果記錄表，根據規定置信度統計干擾成功率[12]。

2.5 試驗結果評定

根據1.1.2規定的準則進行單次干擾有效性判別，根據1.1.3規定的準則進行干擾成功率分級評定。

3 舷外干擾效果評定方法

3.1 說明

舷外干擾效果評定方法依據舷外有源干擾設備實施干擾前后末制導雷達工作狀態、對目標艦船的跟蹤誤差的變化和脫靶量評定干擾效果。

3.2 評定試驗場景

評定試驗場景見圖2。

注：O—陪試艦船就位點；A—目標艦船位置；D—舷外有源干擾設備位置圖2 舷外有源干擾效果評定試驗場景Fig.2 Ship exterior interference evaluation test scenario

評定試驗場景說明如下：

(1) 根據被試有源干擾設備的組成選擇干擾頻率的設置方式：若被試有源干擾設備包含雷達對抗偵察功能，則干擾頻率采用自引導的方式；若無雷達對抗偵察功能，干擾頻率采用預設置(或被動控制設置)的方式。

(2) 試驗開始前，陪試末制導雷達天線波束指向目標艦船。

(3) 陪試艦船就位點O、目標艦船位置A、不同類型的舷外有源干擾設備位置D由試驗大綱確定。

3.3 評定試驗步驟

評定試驗步驟如下：

(1) 按圖2所示布設目標艦船和陪試艦船，并完成末制導雷達零位標校；

(2) 目標艦船和陪試艦船就位后，末制導雷達開機跟蹤目標艦船；

(3) 目標艦船以規定航速航行，到達預定地點A后，有源干擾完成布放，并開始發射干擾信號，并按戰術決策確定的方案進行機動；

(4) 實時記錄末制導雷達的工作狀態和跟蹤數據；

(5) 當陪試艦船到達距離目標艦船最小處時(或小于等于艦艇間安全距離時)，一次航次結束，調頭沿直線返回起始點；

(6) 重復步驟(2)～(5)，直至完成規定的有效試驗航次。

3.4 試驗記錄及數據處理

(1) 將當前航次中末制導雷達的工作狀態和跟蹤數據記錄于舷外干擾試驗跟蹤誤差記錄表。

(2) 按式(1)和(2)分別計算當前航次中的角度跟蹤和距離跟蹤均方誤差。

(3) 如圖3所示，根據第i個采樣時刻末制導雷達跟蹤角度、目標艦船位置和目標艦船航向，計算出艦船中心到末制導雷達電軸的垂直距離Xi、目標艦船航向和末制導雷達電軸的垂直方向的夾角θi；根據式(3)計算保護目標艦船的安全距離

(3)

式中：Ximin為在第i個采樣時刻，保護目標艦船的安全距離，m；Lc為目標艦船艦長，m；Lk為目標艦船艦寬，m；Lw為導彈威力半徑，m。

(4) 在規定時間內，所有采樣時刻的Xi大于Ximin時，判定該次干擾有效。

(5) 統計試驗次數和干擾成功次數，記錄于干擾效果試驗結果記錄表，根據規定置信度統計干擾成功率[12]。

圖3 脫靶量計算示意圖Fig.3 Sketch map of miss distance calculation

3.5 試驗結果評定

根據1.2.2規定的準則進行單次干擾有效性判別，根據1.2.3規定的準則進行干擾成功率分級評定。

4 結束語

艦載電子對抗裝備是艦艇反導重要的手段，對其干擾效果的評估就顯得尤為重要[13]。艦船反導雷達有源干擾效果評估對于摸清艦船電子對抗裝備反導自衛效果，對于艦載電子對抗裝備檢驗、驗收，對于艦載電子對抗裝備發展方向的引導等都具有重要的意義[14]。由于反艦導彈末制導雷達體制的不斷發展，以及艦載電子對抗舷內、舷外有源干擾的發展，干擾、抗干擾的技術和運用越來越復雜[15]，因此，效果評定準則要適應未來發展的情況也是不易的。當這些效果評定準則不適應其發展變化時，應在遵循原有的指導思想的基礎上，對于具體的方法、算法可適應性的修改使用。