基于多源信息的舷外有源+煙幕協同干擾研究*

智存，呂明山，王龍濤

(海軍大連艦艇學院 信息系統系，遼寧 大連 116018)

0 引言

舷外有源+煙幕干擾是一種新型的復合干擾方式，綜合利用舷外有源干擾機可造成較大的角度欺騙以及煙幕干擾可隱藏我方紅外特征的原理，對反艦導彈的雷達和紅外2種制導方式同時產生干擾。當舷外有源誘餌的干擾策略確定時，煙幕干擾彈與舷外有源干擾機的協同決策對干擾成功有著重要的影響。

文獻[1]基于工程化定性分析和分類思想，對煙幕干擾以及艦艇機動決策進行了仿真分析，得出的結論可在一定程度上對復合干擾提供依據。文獻[2]對舷外有源干擾機的干擾方式進行了分析，舷外有源干擾機采取復制轉發的原理進行干擾，因此舷外有源干擾機的布設決策就較為固定[3]。對于復合干擾來說，舷外有源干擾機布設決策與煙幕彈的布設決策之間的協同方案尤為重要。目前針對雷達+紅外復合制導反艦導彈使用較多的干擾方法是箔條+煙幕干擾[4]，艦載箔條和煙幕分別可對反艦導彈的末制導雷達及紅外制導進行干擾，但是箔條的使用與艦艇機動決策存在沖突，且隨著反艦導彈抗干擾技術的發展，箔條的干擾效果下降[5]。文獻[6]對舷外有源干擾+煙幕干擾復合決策做出了定性分析，但是沒有對決策進行定量仿真，沒有提出精確具體的協同決策，不能很好地運用在實際作戰之中。

本文基于雷達和電子戰信息建立復合干擾決策模型，對來襲反艦導彈攻擊艦艇的過程進行建模仿真，著重分析了舷外有源干擾機與煙幕干擾之間的最佳協同決策，仿真結果對實際戰場中制定舷外有源+煙幕復合干擾決策具有一定的指導意義。

1 對雷達+紅外復合制導的干擾分析

雷達+紅外復合制導主要有轉換式以及同控式2種工作模式[7-8]。轉換式是早期的工作方式，在距離目標較近時從雷達制導轉換為精度更高的紅外制導，轉換式制導工作模式固定，無法同時使用 2種制導方式，本質上還是通過單一的制導手段對目標進行跟蹤，難以產生很好的抗干擾效果。同控式可以同時使用2種制導方式，對捕捉到的目標信息進行處理融合，提高抗干擾能力。由于轉換式復合制導較易被干擾，實際使用較少，因此著重對同控式復合制導進行研究。

干擾基本原理：利用舷外有源干擾機對反艦導彈末制導雷達的跟蹤狀態進行破壞，即通過更大的雷達回波信號使導彈飛行軌跡偏向舷外有源干擾機[9]。借助雷達所提供的距離信息精確協同舷外有源干擾機的布設決策以及煙幕干擾彈的發射決策，確保反艦導彈開啟紅外制導時煙幕干擾已經布設完畢且覆蓋艦艇與舷外有源干擾機，從而實現對我方目標在紅外制導模式下的“隱真”[10-12]。當反艦導彈紅外制導受到干擾后，反艦導彈會改變跟蹤策略，選擇依靠末制導雷達進行跟蹤搜索，艦艇通過舷外有源干擾機進行足夠的角度誘騙后，快速機動離開反艦導彈的打擊范圍，從而實現舷外有源+煙幕的復合干擾，如圖1所示。

圖1 舷外有源+煙幕干擾示意圖Fig.1 Schematic diagram of outboard active+smoke screen jamming

2 舷外有源+煙幕干擾成功條件

2.1 舷外有源干擾機的布設位置模型

艦艇電子戰偵察設備是依靠搜索反艦導彈的末制導雷達信號來進行預警的。一般情況下當艦艇發現反艦導彈時，反艦導彈已經進入末制導階段，舷外有源干擾機首先要完成對反艦導彈的破鎖，然后才能對其進行誘騙[13]。舷外有源干擾機通過復制轉發形成能量大于艦艇回波能量的方式來完成對反艦導彈的質心干擾。假設反艦導彈跟蹤上艦艇時，艦艇處于跟蹤波門的中心位置，為了保證有源假目標和艦艇處于反艦導彈同一雷達跟蹤波門內，舷外有源干擾機的布設角度不能大于雷達波束寬度的一半，舷外有源干擾機與反艦導彈之間的距離應當與轉發時延相匹配，通過控制有源干擾機轉發信號的時延，使得舷外有源干擾機形成的假目標與艦艇處于同一雷達跟蹤波門內[14]。其布設位置如圖2所示。

圖2 舷外有源干擾機布設決策Fig.2 Layout decision of outboard active jammer

(1)

(2)

式中：Dmm為導彈到舷外有源干擾機的距離；Dms為導彈到艦艇的距離；θsf為艦艇與導彈連線和舷外有源干擾機與導彈連線的夾角；c為光速；J為雷達波束寬度；τ為舷外有源干擾機轉發延時。

通過分析可知，舷外干擾機的布設位置隨著反艦導彈的距離不同而產生變化，因此具體確定舷外干擾機布設位置需要融合電子戰偵察設備提供的方位、雷達波束寬度、雷達脈沖寬度信息以及雷達所提供的距離信息作綜合判斷。

2.2 煙幕彈的發射時機要求

煙幕彈的發射時機Tsmoke主要取決于反艦導彈開啟紅外制導的時刻T0和煙幕彈的準備時間t，其發射時間可表示為

Tsmoke=T0-t，

(3)

t表示從準備發射煙幕干擾彈到煙幕干擾彈形成煙幕的時間，可表示為

t=Dsmoke/vsmoke+Tb,

(4)

式中：Dsmoke為煙幕彈的發射距離;vsmoke為煙幕彈的飛行速度；Tb為煙幕彈形成干擾煙幕的時間。

當T0>t時，可以先進行舷外有源干擾，當開啟紅外制導后再進行煙幕干擾；

當T0≤t時，應當先進行煙幕墻的布設，當煙幕墻形成時再進行舷外有源干擾。

2.3 煙幕墻大小要求

煙幕干擾是通過布設煙幕墻來吸收、散射艦艇與舷外有源干擾機的紅外輻射信號，同時阻隔紅外輻射路徑，使反艦導彈的紅外制導無法對目標進行識別。根據煙幕干擾的作戰要求，紅外彈在發射數量上要保證能夠對艦艇與舷外有源干擾機同時進行遮蔽。

傳統煙幕干擾布設決策主要是對艦艇進行遮蔽，舷外有源干擾機不在煙幕墻的遮蔽之下，當反艦導彈開啟紅外制導后會很快對舷外有源干擾機進行識別，導致干擾失效[15]。基于雷達和電子戰的信息，提出一種新的煙幕布設方式。在布設煙幕時，根據電子戰設備的方位信息和雷達提供的距離信息精確計算艦艇、舷外有源干擾機和反艦導彈三者之間的相對位置，在舷外有源干擾機與反艦導彈垂直方向上布設煙幕，考慮到艦艇的機動以及艦艇本身長度問題，煙幕長度應當適當沿著艦艇機動方向延伸，一般至少增加vsT1+Lship，因此煙幕大小可表示為

(5)

式中：Lsmoke為煙幕墻的長度；Ls為艦艇到導彈與舷外有源干擾機連線的距離；Ssmoke為煙幕墻到導彈的距離；Lms為導彈與艦艇在導彈與舷外有源干擾機連線方向上投影的距離；vs為艦艇機動速度；T1為從煙幕干擾開始布設到反艦導彈跟蹤上舷外有源干擾機的時間；Lship為艦艇長度。

煙幕墻長度示意圖如圖3所示。

圖3 煙幕墻長度示意圖Fig.3 Schematic diagram of the length of the smoke wall

2.4 煙幕墻布放位置模型

以海面為Oxy平面，艦艇發現導彈時導彈位置為坐標原點，以正北方向為x軸建立仿真坐標系，艦艇以vs勻速機動。為了對艦艇與舷外有源干擾機進行有效遮蔽，煙幕墻應當保證艦艇、舷外有源干擾機及反艦導彈在運動過程中，能一直對艦艇與舷外有源干擾機進行遮蓋[14]。假設煙幕墻起點為Sb，距離舷外有源干擾機100 m，布設示意圖如圖4所示。

圖4 煙幕墻布設起點示意圖Fig.4 Schematic diagram of the starting point of the smoke wall

(6)

YSb=Ym+(Dmm-100)sinα，

(7)

式中：α為反艦導彈來襲方向；(XSb,YSb)為煙幕墻起點Sb的坐標位置；(Xg,Yg)為舷外有源干擾機的布設位置；(Xs,Ys)為艦艇位置；(Xm,Ym)為導彈位置。

當確定煙幕墻起點后，通過式(5)可以得到具體的煙幕墻長度，同時根據導彈的來襲方向，確定煙幕墻的布設方向，通過多枚煙幕彈，形成可以同時遮蔽艦艇和舷外有源干擾機的煙幕墻。

3 仿真分析

舷外有源干擾+煙幕干擾主要分為如下幾個階段：

階段1： 來襲導彈發現并鎖定艦船。

階段2： 我艦發現并對來襲導彈進行跟蹤，結合距離信息布設舷外有源干擾。

階段3： 根據來襲導彈方位和距離信息，布設煙幕干擾。

階段4： 結合戰場態勢信息，艦艇持續進行機動并反饋干擾效果。

在研究舷外有源+煙幕復合干擾時，導彈、艦艇、舷外干擾機和煙幕可近似看在同一平面，可將三維空間簡化到二維平面來研究，忽略高度信息。

假設艦艇發現并開始對導彈進行干擾的時刻為開始時刻，此時導彈所處位置為目標原點。以東西方向為x軸，南北方向為y軸建立平面直角坐標系。

3.1 參數設定

仿真中以海面為Oxy平面，假設艦艇初始位置(20 000,20 000) m，艦艇長度為100 m，艦艇航速15 m/s，艦艇航向135°；舷外有源干擾機轉發延時2 μs；反艦導彈飛行速度300 m/s，來襲方向225°，其末制導雷達脈沖寬度2 μs，波束寬度4°；導彈在距離艦艇10 000 m處開啟紅外制導，紅外制導識別目標時間為2 s。根據距離信息布設舷外有源干擾機以及發射煙幕彈，煙幕彈從發射到起效時間約為5 s，煙幕彈持續時間為30 s，不考慮煙幕散開過程，仿真步長為1 s。

上述信息可知，舷外有源干擾機的布設距離相較于反艦導彈到艦艇的距離小300 m，反艦導彈距離分辨精度為75 m。

3.2 仿真輸出

圖5～7分別表示反艦導彈與艦艇相距15,11和8 km時布設舷外有源干擾機，艦艇采取直線機動下不同的導彈跟蹤波門狀態圖，通過分析可以得到以下信息：

(1) 按照協同決策制定舷外有源干擾機與煙幕墻布設方案，在反艦導彈紅外制導工作時可完全遮蔽艦艇和舷外有源干擾機，提高復合干擾的成功率。

(2) 對于來襲方向相同的反艦導彈，在不同距離下開始復合干擾其干擾決策不同。當開始復合干擾的距離大于11 km時可先進行舷外有源干擾，當距離小于11 km時，應當先進行煙幕墻的布設，然后再進行舷外有源干擾。

圖5 在艦艇距離反艦導彈15 km時進行復合干擾示意圖Fig.5 Schematic diagram of composite interference when the ship is 15 km away from the anti-ship missile

(2) 開始干擾的距離越遠，煙幕墻的距離越長，一般可認為反艦導彈距離艦艇20 km以外時，煙幕墻布設所需煙幕彈過多，因此可以考慮分別對艦艇和舷外有源干擾機進行遮蔽，節省煙幕彈資源。

(3) 舷外有源干擾機布設時，艦艇與反艦導彈越近，角度欺騙干擾效果越差，要注意當反艦導彈距離艦艇過近時，一般可認為5 km以內時，舷外有源+煙幕復合干擾手段來不及布設完畢，導致無法對來襲反艦導彈進行干擾，此時應考慮其他末端防空反導手段。

4 結束語

本文基于雷達和電子戰信息，制定舷外有源+煙幕干擾決策，通過仿真建模的手段，證明了舷外有源+煙幕干擾對抗雷達+紅外制導反艦導彈的可行性。隨著綜合射頻系統的發展，多源信息的使用成為可能，未來基于多源自動化、精確化的干擾決策能大大提高水面艦艇的海上生存能力。本文仿真中沒有考慮氣象、海況等環境因素，下一步將繼續增加相關變量，制定更加完善的復合干擾決策。