艦載舷外有源誘餌干擾效果研究與分析

鄧杏松

（船舶重工集團公司723所，揚州225001）

0 引 言

艦載舷外有源誘餌作為一種有效的艦艇自衛反導防御手段，是傳統有源、無源干擾手段［1］的重要補充。與無源彈相比，有源誘餌可產生多種干擾，從而使反艦導彈不能識別目標信號，誘騙導彈偏離真實目標。本文運用仿真的方法，以質心干擾［2］方式為例，構建仿真實驗環境［3］，為在實戰中使用有源誘餌技術提供了有效的參考。

1 反艦導彈與誘餌仿真模型

1.1 反艦導彈與誘餌作戰方式

反艦導彈飛行過程一般分為助推、下降、拉起、低空保持、躍升和俯沖等幾個階段［4－6］。反艦導彈由平臺發射并指向行進中的艦艇，至一段距離后，末制導雷達開機，對目標進行搜索、捕獲和跟蹤。從導引頭開啟末制導至正確鎖定目標為止是導引頭的搜索階段，導引頭對預定區域同時進行角度和距離上的搜索，若波門內判斷有目標回波信號時，即被末制導雷達鎖定，進入跟蹤階段。

當艦載電子偵察設備探測到有高速逼近的目標時，根據作戰準則，選擇合適時機，發射誘餌彈，誘餌飛行至設定地點開傘，進行干擾。若誘餌彈處于雷達波束范圍內，導彈將跟蹤目標艦艇和誘餌的雷達回波能量中心（質心點）［7］，從而偏離艦艇方向。

1.2 反艦導彈、艦艇和誘餌質心干擾仿真模型

1.2.1 反艦導彈運動模型

對于反導電子對抗仿真，其關鍵在于研究導彈質心點位置的變化，通過運動學方程，利用導彈和目標質心運動的有關信息描繪導彈與目標間的關系［8－10］。相關的模型如飛行控制系統、動力學模型［11］等可做相應的簡化，在此基礎上將過載引入導彈質心運動的動力學方程未作考慮。

由于距離、速度等因素，導彈航向與其切線方向相對變化率較小，可近似認為導彈實際指向為其切線方向。

綜上所述，假定反艦導彈以恒定速率飛行，則t時刻反艦導彈質心點坐標為：

式中：vd為反艦導彈的速率；α為反艦導彈的跟蹤航向角；t－1時刻表示當前時刻t的上一個仿真步長時間。

1.2.2 艦艇運動模型

為簡化計算，對艦艇模型做如下處理：（1）不考慮其高度、寬度和長度，將其位置簡化為質心所對應的點；（2）不考慮導彈不同來襲方向所對應的艦艇雷達反射面積（RCS）［13－15］的不同，并且假定雷達反射面積為定值。則t時刻艦艇的運動方程為：

式中：vj為反艦導彈的速率；β為艦艇的運動航向角；（xj0，yj0）為艦艇初始位置坐標。

1.2.3 誘餌模型

誘餌模型主要由誘餌的等效雷達反射面積、反應時間等特征參數描述。

雷達末制導頭的峰值功率一般為30～50kW，天線增益為30dB左右。水面艦艇的RCS較大，在艦艇正橫方向和艏艉方向RCS可達到數萬平方米。需要最大輻射功率的情況是在末制導已鎖住本艦，將誘餌發射至離艦合適位置進行質心干擾，末制導雷達截獲誘餌的信號功率為

式中：Pd為誘餌發射脈沖功率；Gd為誘餌天線的增益；Gt為末制導雷達天線的增益；Rd為末制導雷達與誘餌的距離。

同時，末制導雷達截獲軍艦反射信號功率為：

式中：Pt為雷達發射脈沖功率；Gt為雷達天線增益；σ為目標反射面積；Rt為末制導雷達與艦艇的距離。

又由公式（3）、（4）得：

由此求得誘餌的等效RCS值：

圖1所示為誘餌隨距離變化的等效RCS值。

圖1 誘餌等效RCS計算

誘餌反應時間主要包括艦艇偵察到威脅信號的時間、誘餌彈發射到箭彈分離的飛行時間、分離時間、開傘到穩定干擾時間。

1.2.4 誘餌質心干擾模型

誘餌應布放在導彈末制導雷達跟蹤波束范圍以內，誘餌質心干擾成功的約束條件如圖2所示。

圖2 質心干擾模型

假定反艦導彈處于圖2中的o點處，將末制導雷達照射波束近似看成為圓錐體［16－19］，其頂角大小等于雷達波束寬度θ0.5，艦艇發射誘餌的雷達反射面積為σ1，艦艇的雷達反射面積為σ2，導彈的跟蹤點為P點（質心點），則誘餌與質心點的角度θ1為：

艦艇與質心點的角度θ2為：

利用公式（7）、（8），可以評判艦艇或誘餌是否處于雷達照射范圍內，如圖2所示。導彈在o點處，艦艇與誘餌同處雷達波束范圍內，隨著反艦導彈逐漸接近目標以及艦艇可能的橫向運動，θ將不斷增大，艦艇和誘餌中的一個將脫離雷達波束范圍，導彈將轉向未脫離波束照射的目標。若艦艇與誘餌之間距離較近，誘餌與艦艇在導彈逼近過程中始終處于末制導跟蹤波束范圍之內，基于質心干擾原理，導彈將指向誘餌與艦艇的反射回波能量中心點。

仿真時，假定反艦導彈無識別假目標能力，且反艦導彈在抵近目標1km后攻擊方位不再變化。

1.3 質心干擾仿真流程

在上述模型和假設的前提下，將仿真的相關變量賦初值。根據艦艇、誘餌、導彈的動態位置和設定參數，計算導引頭天線的跟蹤角（瞄準真假目標的質心點），選擇合適的計算步長Δt，通過質心干擾數學模型，算出經過Δt時間后的導彈跟蹤角和位移，繼而標定Δt時間后導彈的位置，從而逐一繪制導彈的運動軌跡，同時，繪制艦艇、誘餌的軌跡。仿真流程如圖3所示。

式中:dIJ為目標回波的間隔距離;i,j=1,2,…,N;I=1,2,…,N;J=1,2,…,N。在目標回波中，若dIJ≤α，|H(Ai)-H(Aj)|

2 舷外有源誘餌干擾效果分析

2.1 干擾效果分析

圖3 誘餌質心干擾仿真流程

依據上述數學模型編制計算機軟件，將仿真實驗的導彈飛行速度、末制導雷達波束角、開機距離、目標艦艇機動速度和角度以及誘餌反應時間等變量分別賦值。通過比較，直觀地說明誘餌對抗反艦導彈的干擾特性，表1列出了某次仿真中的各種初始狀態和參數值。

表1 典型參數值表

由于誘餌角度欺騙的干擾距離比較近，末制導開機距離通常為8～12km，所以仿真時彈目起始距離設為20km，能基本反映攻防雙方的對抗情況。

圖4為在未施加誘餌干擾情況下導彈擊中艦艇的攻擊彈道。

以下通過改變誘餌的布放距離、有效發射功率2種主要參數來分析誘餌對抗反艦導彈干擾的成功率。

如圖5～圖7所示，導彈航跡有3個明顯的變軌過程，分別為：

（1）在點A處末制導開機；

（2）在點B處誘餌開始工作；

（3）誘餌或艦艇脫離波束的距離位置點C。

圖4 無干擾情況下導彈擊中目標

2.1.1 不同的布放距離對誘餌掩護艦艇干擾成功率的影響

如圖5所示，導彈末制導雷達在離目標10km處跟蹤目標，假定誘餌反應時間為5s，誘餌等效發射功率為8kW，誘餌與艦艇橫向距離約為100m，艦艇作12m／s橫向機動。從對抗試驗結果分析，在等效發射功率為8kW時，誘餌掩護1×105m2以下水面艦艇的干擾成功率較高。

圖5 發射功率為8kW時，末制導開機距離為10km，誘餌反應時間為5s的干擾仿真結果

如圖6所示，導彈末制導雷達在離目標10km處跟蹤目標，誘餌反應時間為5s，在目標艦艇靜止條件下的干擾仿真結果。在相同等效發射功率條件下，誘餌能掩護2.5×104m2的目標。

圖6 誘餌等效發射功率為8kW時艦艇靜態干擾仿真結果

圖7為末制導開機距離為12km，誘餌反應時間為10s時的干擾仿真結果圖。從對抗試驗結果分析，在等效發射功率為8kW時，誘餌能掩護7×104m2以下水面艦艇。

圖5、圖6、圖7分別通過3個對抗場景計算仿真了誘餌的干擾過程。從導彈航跡以及對抗三者的不同位置態勢分析，此3類情況，可基本歸結為誘餌不同橫向布放距離對干擾效果的影響，即在導彈距離較遠時，若能將誘餌及時布放在導引頭的波束內，較遠的橫向布放距離有利于提高誘餌干擾能力。

圖7 發射功率為8kW時，末制導開機距離為12km，誘餌反應時間為10s的干擾仿真結果

圖8 誘餌發射功率2kW時，末制導開機距離為10km，誘餌反應時間為5s的干擾仿真結果

2.1.2 不同的誘餌發射功率對干擾成功率的影響

如圖8所示，末制導開機距離為10km，誘餌反應時間為5s，誘餌的等效發射功率為2kW時，從對抗結果分析，只能掩護1×104m2以下水面艦艇。比較圖5與圖8可知：誘餌具有較高的等效發射功率，顯然有利于干擾效果。

2.2 影響誘餌干擾效果的主要因素

誘餌橫向布放距離較遠時，由于有源干擾的特點，誘餌在質心對抗過程中能獲得較大的優勢，從而干擾效果較好；誘餌橫向布放距離較近時，隨著彈目距離的減小，誘餌的等效散射截面下降較快，在質心對抗過程中并不占優勢，從而掩護目標面積也相對減小較多。但是，以上仿真是基于導彈無目標識別能力的前提下進行的，若誘餌布放距離過遠，過早形成導彈跟蹤誘餌單一目標的情況，導彈可能重新搜捕真目標。因此，誘餌的橫向布放距離并不是越遠越好。

干擾功率對誘餌的干擾效果影響是直接的，但是考慮到性價比和一系列技術問題，也不能無限提高發射功率。因此，誘餌干擾戰術、技術參數的設計將是一個需要不斷研究的課題。

3 結 論

有源誘餌是對抗反艦導彈新的技術手段，其戰術使用是一個新的領域，代表了艦艇電子對抗的一個重要發展方向。本文所建立的動態仿真流程較為真實地反映了反艦導彈攻擊目標，以及目標實施有源誘餌干擾的過程，為今后更深層次的戰術效果系統仿真和應用打下了良好的基礎。

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