一種用于母港防御的新型通信對抗系統設想

李大超，馬 珂，崔 凱

（海軍駐上海地區電子設備軍代室，上海200233）

0 引 言

21世紀是海洋的世紀，無論資源利用，還是戰略發展都關系到國家安全和國計民生，獲得制海權已經成為現代高技術戰爭中的一個重要環節。母港作為各國海上主要力量機動、疏散、技術保障和整補的基地，是海岸防御和保障海軍基地安全的第一線空間。

隨著現代高科技在軍事領域的廣泛應用，各種高、精、尖武器層出不窮，作為奪取制海權重要設施的母港將面臨前所未有的挑戰，遠程精確打擊武器對軍港安全構成了嚴重的威脅。未來的瀕海作戰模式對母港防御提出了更高的要求，世界各國若想在海洋戰略上立于不敗之地，就必須認真研究母港的防御模式，發展相應的技術和裝備，以確保自身的基地海防安全。

目前戰略母港或沿海重要軍事地區仍缺乏有效的防御手段應對來自敵方來襲平臺和遠程精確打擊武器的威脅，尤其是在“軟殺傷”領域存在空白。當敵方目標使用掠海飛行方式隱藏在海雜波中，穿過機載和艦載預警雷達組成的第一道警戒線、而內陸預警雷達也失去有效探測功能時，由母港電子對抗體系形成的偵察和防護作用將彌足珍貴。

硬殺傷武器主要以導彈防空系統為主，雖然性能優良但是數量有限，而且對付低空掠海飛行目標效果不明顯。如果每一個要地均配置相應的防空導彈部隊，不但財力物力無法承擔，而且費效比低，極易造成作戰資源的浪費。

母港通信對抗系統是一種網絡化電子防御設施，它在對抗來襲平臺和精確制導武器時，具有硬武器攔截所不具備的優點：

第一，抗飽和攻擊能力強，只要敵方接收終端被對抗設備有效干擾，其命中精度都將大打折扣，失去其精確制導的功能；

第二，一套設備可以連續工作，不存在硬武器的消耗問題；

第三，系統可起到輔助預警作用，特別是在預警雷達受到敵方強烈電子干擾、無法發現敵方掠海飛行的武器或者小型武器時，該系統可準確偵測敵方來襲武器，發揮臨時預警功能；

第四，擴展能力強，軟硬配置可靈活搭配，成本較為低廉。

1 系統組成與工作原理

母港通信對抗系統基本配置包括3個通信信號偵測干擾一體化終端、3個可調節直角／三角反射器以及與指揮中心相連的以太網絡，如圖1所示。其中一體化終端完成對重點頻段通信信號的偵收測向，并根據來自指揮中心的命令或自主實施對來襲平臺、包括導彈和載機的GPS及通信鏈路的定向干擾，反射器用于形成對入射波束的多次反射，其位置和角度控制由防衛中心統一設定并實時調整。指揮中心通過以太網統一控制下屬各設備，并與母港的雷達預警網絡聯網，以便交換敵方來襲平臺的位置信息。

圖1 新型通信對抗系統組成與工作原理

一體化終端由全向偵察天線、測向天線陣、高指向干擾天線、接收前端、信號處理機、干擾激勵器和高效功放組成。終端發現重點信號后應立即完成對信號樣式的識別以及重要參數的提取等工作，3個一體化終端可使用時差或者交叉定位方式確定目標所在區域，最后引導3個一體化終端或根據指揮中心指令選擇干擾樣式向指定區域實施必要的干擾。

直角／三角反射器最為重要的特性就是可以將直射波沿反方向反射回去從而達到“鏡面反射”的效果，作為雷達被動干擾源十分有效，其反射強度與反射器尺寸、材料特性等有關。干擾波束經一體化終端的定向天線發出，傳播至角反射器后經一次反射形成強烈回波并沿原傳播方向返回，如圖1所示。

與安裝主動干擾源相比，使用角反射器的好處在于：反射器成本低廉，僅需要材料和轉向控制等費用，即使被敵方反輻射武器摧毀，也易于安裝維護。這樣入射波束、反射波束共同覆蓋了一個線性干擾區域，而且反射信號是經過反射器調制的干擾信號，如果敵方平臺裝有自適應調零天線，將面對來自2個方向上的3個干擾信號。理論上n個通道自適應調零天線可形成n－1個零陷，因此系統產生的6個干擾信號理論上可應付6個通道的自適應調零天線。

指揮中心事先計算整個系統的發射波束和多次反射波束的覆蓋區域，包括發射波束方向、角反射器角度等，然后計算核對覆蓋區域內的場強，以此制定干擾策略。發現目標后可由上報的信號樣式選擇干擾樣式，然后根據目標所在區域迅速下達預置參數。

2 對抗場景仿真

對抗場景主要模擬防御區域內的場強分布，某典型母港面積約1 000 000m2，港口內主要攻擊目標有指揮調度與辦公樓、碼頭（含停泊艦艇）、彈藥庫和油庫4個主要目標區域［1］。指揮中心、一體化偵擾終端和角反射器可作以下簡化：指揮中心地理位置坐標（0，0）；終端1地理位置坐標（－7 000，－4 200），角 反 射 器 1′地 理 位 置 坐 標 （7 000，－4 500）；終端2地理位置坐標（6 500，－3 000），角反射器2′地理位置坐標（－1 000，－7 000）；終端3地理位置坐標（7 500，－4 000），角反射器3′地理位置坐標（－1 500，－5 000），單位為m。其中終端1和角反射器1′構成了鏡面反射關系，類似地有終端2和角反射器2′、終端3和角反射器3′。指揮中心、一體化偵擾終端、角發射器以及波束交叉點大致區域位置如圖3（以上數據僅為仿真用途，并不代表實際情況）。角反射器尺寸見圖4。

圖2 母港與系統布置平面圖

角反射器是眾多反射器中的一種，是由2個或者3個相互垂直的金屬面組成的剛性結構，根據形狀可分為三角形、扇形和方形結構。角反射器的散射強度與入射波波長的平方成反比，與尺寸的4次方成正比。角反射器由于多次反射，在立體空間內的散射圖形很寬。3種角反射器在中心軸上的反射最大，軸長相同的情況下，三角形角反射器的反射強度最小，矩形的最大。但是矩形角反射器面積大、邊緣長，對角度偏差和板面平整度的要求更高，而且不如三角形堅固，遇到碰撞容易變形。三角形角反射器水平方向圖最寬，約40°，扇形次之，矩形最窄［2］。實際應用以三角形角反射器為主，但是敵方來襲平臺以掠海飛行方式為主，對角反射器而言相當于垂直軸入射，即φ＝0，相當于三角形反射器的一面失去了作用，反射強度與兩面角反射器效果相同，甚至更低，因此矩形兩面直角反射器更適用于實際情況。

圖3 各設備坐標圖

圖4 角反射器尺寸

分析二面角反射器的反射機理，忽略棱邊繞射，可以認為其反射強度為4個單獨散射貢獻的相干和，包括組成角反射器的2個平板的回波貢獻，以及平板間的雙重反射貢獻。單獨貢獻可由下面公式計算［3－4］：

式中：k＝2π／λ＝2πf／c，f為入射頻率，λ為波長；β為角反射器間1／2夾角，本文中β＝45°；φ為入射角；a、b、l可見圖4。

當入射極化為水平極化或垂直極化時，S1和S2沒有變化，但對S12和S21來說，2種極化方式的表達式有所不同，式中為垂直極化的結果，對水平極化而言，可將S12和S21里的－sin（β?φ）用sin（3β±φ）代替。

由式（1）～（6）可以得到角反射器雷達散射截面，角反射器對自由空間某點的散射強度由雙基地雷達方程確定［5］：

空間某個位置上的場強應當為入射波和反射波的矢量和，在敵方來襲平臺位置處某個方向上的干擾功率可由下式得到：

式中：An為第n個輻射源輻射經過傳播到達某處的衰減后電場強度值；k為自由空間波數；Rn為傳播距離；Ln為相應的路徑損耗，高頻段可用Ln＝32.45＋20lgd＋20lgf簡化，d為干擾距離（km），f為工作頻率。

一體化終端設置仿真參數如下：發射GPS連續波干擾，工作頻率1 575MHz（L1），垂直極化，波束寬度6°，增益Gt＝17dB，發射功率Pt＝2 000W；角反射器為直角反射器，尺寸為a＝b＝l＝8m，介質參數設為理想金屬。根據計算，如果3個入射波束為6°，在交叉點（4 300，－4 350）處最小覆蓋區域大約為270m×340m，足以將敵方來襲導彈或平臺覆蓋。直角反射器的覆蓋反射角與反射強度如圖5所示，經反射后波束展寬為30°，覆蓋區域變為1 420m×3 000m。

經過仿真，入射波束與多次反射波束在覆蓋區域處的功率分布仿真效果如圖6所示。

圖5 兩面角反射器散射特性圖（垂直極化）

圖6 入射波束與多次反射波束在覆蓋區域功率分布仿真圖

以干擾帶有GPS的自適應調零天線為例，到達地面的GPS信號電平不會大于－155dBW，采用壓制干擾時所需到達接收機端口處等效干擾功率為：

式中：Kj為壓制系數，取Kj＝0dB；Gp為GPS接收機的抗干擾裕度，取Gp＝25dB；C為附加損耗，包括空間傳輸附加損耗、極化損耗和GPS接收機的天線指向增益。

GPS接收機天線方向向上，干擾信號只能從天線副瓣進入，取－15dB，把有關參數代入等效干擾功率公式，可得對GPS信號干擾時所需干擾功率：

從圖5可知，對敵方自適應調零天線干擾時，直接入射所造成的干擾功率遠遠超出了所需干擾功率，多出約71dB左右，但是如果自適應調零天線零陷深度足夠的話，完全可以過濾直接入射波束的干擾。對于多次反射形成的功率，比所需功率多出3dB左右，即使自適應調零天線濾除3個直接入射波束干擾＋1個多次反射波束干擾，仍有2個多次反射形成的功率可以達到有效干擾的目的。

3 結束語

本文在分布式干擾的基礎上提出了一種新型通信對抗系統設想，目的在于對抗精確打擊武器平臺，降低其打擊效能，盡最大可能保護系統自身安全。與傳統分布式干擾系統相比，該系統利用了角反射器形成的多次反射作為干擾源，增加了被動干擾源的比重，減少了主動干擾源的數量，從而降低了成本，并且有利于安裝維護。經過仿真和分析，結果表明本系統具備可行的干擾性能和工程應用價值。

［1］吳建華.遙感圖像中港口識別與毀傷分析研究［D］.南京：南京理工大學，2005.

［2］柴剛，陸益敏，陳曉明.角反射器在海軍中的戰術使用［J］.艦船電子對抗，2006，29（5）：11－14.

［3］范菊紅，王月清.二面角反射器的RCS特性分析［J］.艦船電子工程，2006，26（2）：148－150.

［4］周力行.二面角反射器的RCS預估［J］.長沙電力學院學報（自然科學版），1997，12（3）：276－279.

［5］張明友，汪學剛.雷達系統［M］.北京：電子工業出版社，2006.