分布式干擾系統(tǒng)對(duì)雷達(dá)干擾的布陣方法

馬亞濤，曹星江，李德權(quán)

（中國(guó)洛陽(yáng)電子裝備試驗(yàn)中心，洛陽(yáng)471003）

0 引 言

分布式干擾系統(tǒng)一般使用一定數(shù)量以小型無(wú)人機(jī)、炮彈、氣球等為載體的電子干擾機(jī)臨近敵方陣地，自動(dòng)或受控地對(duì)選定的敵方雷達(dá)或組網(wǎng)雷達(dá)進(jìn)行主瓣干擾的對(duì)抗措施。這種干擾體制采用逼近的分布式網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)，是對(duì)抗低／超低副瓣雷達(dá)、組網(wǎng)雷達(dá)等先進(jìn)預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)的有效技術(shù)途徑［1－2］。

傳統(tǒng)的遠(yuǎn)距離支援干擾發(fā)射大功率干擾信號(hào)對(duì)敵方實(shí)施干擾，同時(shí)又不可避免地對(duì)己方電子設(shè)備造成一定的影響。而分布式干擾機(jī)通常配置在靠近敵方電子設(shè)備、遠(yuǎn)離己方陣地的位置，對(duì)己方電子設(shè)備影響較小，不用考慮對(duì)己方電子設(shè)備的電磁兼容性問(wèn)題。在離敵方電子設(shè)備較近的同時(shí)，由于分布式干擾機(jī)數(shù)量大，相對(duì)遠(yuǎn)距離支援干擾等干擾方式，具有很大的距離優(yōu)勢(shì)和功率優(yōu)勢(shì)。在對(duì)組網(wǎng)雷達(dá)進(jìn)行干擾時(shí)，如果采用分布式干擾，實(shí)現(xiàn)多干擾機(jī)對(duì)多雷達(dá)進(jìn)行干擾，甚至組網(wǎng)干擾機(jī)（即“狼群戰(zhàn)術(shù)”）對(duì)組網(wǎng)雷達(dá)干擾，則能取得單個(gè)干擾設(shè)備所不能達(dá)到的干擾效果。分布式干擾還可以通過(guò)適當(dāng)布陣，采取靈活多變的信號(hào)樣式，對(duì)敵方電子設(shè)備進(jìn)行大扇面的主瓣干擾。

本文以采用小型無(wú)人機(jī)為載體的分布式干擾系統(tǒng)為例，研究分析其對(duì)單部雷達(dá)及組網(wǎng)雷達(dá)干擾時(shí)的布陣方法。

在實(shí)際使用中，需根據(jù)所要求的目標(biāo)掩護(hù)區(qū)域或佯攻區(qū)域，考慮被干擾雷達(dá)性能及無(wú)人機(jī)飛行性能及對(duì)其有影響的天氣、干擾機(jī)性能等條件，合理計(jì)算干擾機(jī)數(shù)量、規(guī)劃干擾機(jī)的布陣及飛行航線等，使干擾信號(hào)總有部分能從雷達(dá)主瓣進(jìn)入，并保證產(chǎn)生的主瓣干擾扇面覆蓋所要求的目標(biāo)掩護(hù)區(qū)域或佯攻區(qū)域。如果所需要掩護(hù)的目標(biāo)為飛機(jī)或突防導(dǎo)彈等飛行目標(biāo)時(shí)，還需讓干擾信號(hào)所覆蓋的區(qū)域能夠包含被掩護(hù)目標(biāo)所要求的活動(dòng)區(qū)域。

1 影響布陣的主要因素

1.1 布陣距離

無(wú)人機(jī)陣的布陣距離R與最小干擾距離Lmin、無(wú)人機(jī)和敵方雷達(dá)（以下簡(jiǎn)稱“雷達(dá)”）的海拔高度差h、無(wú)人機(jī)上的干擾機(jī)俯仰方向有效干擾角度ψ、雷達(dá)和干擾機(jī)性能及戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用有關(guān)。

假設(shè)被掩護(hù)空域與雷達(dá)距離為Rs，滿足被掩護(hù)空域要求的無(wú)人機(jī)陣與雷達(dá)的最大距離為Rj。

抗干擾改善因子的雷達(dá)干擾方程如下［3－4］：

式中：Kj為雷達(dá)信息處理設(shè)備輸入端干信比（即干擾壓制系數(shù)）；PjGj為干擾等效輻射功率；PtGt為雷達(dá)等效輻射功率；σ為被保護(hù)目標(biāo)的雷達(dá)反射面積；Lj為干擾信號(hào)的極化損失和機(jī)內(nèi)傳輸損耗；Lr為目標(biāo)回波信號(hào)在雷達(dá)內(nèi)的傳輸損耗；Gr（θ）為雷達(dá)天線接收干擾信號(hào)的增益；Gr為雷達(dá)天線接收目標(biāo)回波信號(hào)的增益；Δfo為雷達(dá)中放帶寬；Δfj為干擾信號(hào)帶寬；Daj為干擾信號(hào)通過(guò)雷達(dá)脈沖壓縮后的處理增益；Da為雷達(dá)信號(hào)通過(guò)雷達(dá)脈沖壓縮后的處理增益；Dbj為干擾信號(hào)通過(guò)雷達(dá)多普勒濾波器后的相干積累系數(shù)；Db為雷達(dá)回波信號(hào)通過(guò)雷達(dá)多普勒濾波器后的相干積累系數(shù)；Dcj為干擾信號(hào)通過(guò)雷達(dá)其它信號(hào)處理措施后的系數(shù)；Dc為雷達(dá)回波信號(hào)通過(guò)雷達(dá)其它信號(hào)處理措施后的系數(shù)。

由式（1）可以得到Rj：

Gr（θ）的計(jì)算由經(jīng)驗(yàn)公式給出：

式中：θ0.5為雷達(dá)主瓣3dB波束寬度；常數(shù)K通常取0.04～0.10，對(duì)于高增益方向性天線，K 取0.07～0.10，對(duì)于波束較寬、增益較低的天線，取0.04～0.06。

具體情況如圖1所示。

由圖1可知：

其中：

另外，根據(jù)戰(zhàn)術(shù)需要，有時(shí)還要考慮將無(wú)人機(jī)陣布置在敵大部分火炮、高炮、近程地空導(dǎo)彈的有效射程之外。

圖1 影響布陣距離的因素示意圖

1.2 使用高度

無(wú)人機(jī)可實(shí)現(xiàn)在一定高度范圍內(nèi)的定高飛行，在遂行干擾任務(wù)時(shí)的使用高度與掩護(hù)通道的空域范圍有關(guān)。分布式干擾機(jī)在其方位面、俯仰面形成一定角度的干擾扇面，干擾扇面的覆蓋要求和方位覆蓋的計(jì)算方法相同。分布式干擾機(jī)的分布既要滿足方位面覆蓋的需要，同時(shí)也要滿足俯仰面覆蓋的需要，否則就可能暴露我方突防飛機(jī)。

一般情況下，較遠(yuǎn)距離處，允許攻擊飛機(jī)以較大高度突防；如采取近距高空突防方式，則需干擾機(jī)分層布置，否則不能兼顧遠(yuǎn)距或起飛、爬升階段的掩護(hù)要求。

1.3 有效干擾時(shí)間

分布式無(wú)人機(jī)干擾系統(tǒng)形成干擾壓制效果的前提是干擾陣列的形成。支援航空兵進(jìn)攻作戰(zhàn)的時(shí)序要求：

（1）在攻擊編隊(duì)進(jìn)入敵方預(yù)警探測(cè)范圍前，分布式無(wú)人機(jī)干擾系統(tǒng)干擾陣列必須形成，可正常遂行干擾壓制任務(wù)；

（2）在攻擊編隊(duì)返航，脫離敵方預(yù)警探測(cè)范圍后，分布式無(wú)人機(jī)干擾系統(tǒng)才可終止干擾壓制任務(wù)。

在干擾技術(shù)有效的前提下，對(duì)雷達(dá)的有效干擾時(shí)間主要由無(wú)人機(jī)的飛行性能來(lái)保證。無(wú)人機(jī)在不同飛行高度上可以有一個(gè)飛行速度的范圍。當(dāng)無(wú)人機(jī)以不同飛行速度飛行時(shí)，所能達(dá)到的飛行航程和飛行時(shí)間是不相同的。

1.4 電磁兼容性

分布式無(wú)人機(jī)必須保證在作戰(zhàn)使用時(shí)，無(wú)人機(jī)陣列內(nèi)不互相干擾。由于欺騙干擾機(jī)要接收微弱的雷達(dá)信號(hào)，并將相近頻率的干擾信號(hào)進(jìn)行功率放大輸出，就必然存在收發(fā)隔離問(wèn)題。如果系統(tǒng)增益大于收發(fā)之間的隔離度，將使發(fā)射的干擾信號(hào)進(jìn)入接收通道，引起系統(tǒng)自激。當(dāng)多個(gè)無(wú)人機(jī)同時(shí)在干擾區(qū)巡航飛行干擾時(shí)，如果相互之間的距離太近，將造成多個(gè)欺騙干擾機(jī)互相轉(zhuǎn)發(fā)干擾信號(hào)，在一定程度上將造成設(shè)備不能正常工作。為避免同頻段干擾機(jī)之間相互轉(zhuǎn)發(fā)，同頻段干擾機(jī)應(yīng)保持一定的空間隔離。

在作戰(zhàn)使用過(guò)程中，分布式無(wú)人機(jī)需與我方作戰(zhàn)飛機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)，分布式無(wú)人機(jī)分布在靠近敵前沿陣地區(qū)域，遠(yuǎn)離我方雷達(dá)和遠(yuǎn)距離支援干擾飛機(jī)，同時(shí)，由于分布式干擾功率較小且指向敵方，不會(huì)干擾己方雷達(dá)正常工作。

1.5 干擾機(jī)的數(shù)量

一般分布式干擾系統(tǒng)的干擾機(jī)功率較小，只能干擾雷達(dá)主瓣。如果水平向上相鄰2部干擾機(jī)與被干擾雷達(dá)連線的夾角大于該雷達(dá)主瓣水平波束寬度，則最小暴露距離變大（即壓制效果變差）；如果該夾角小于雷達(dá)主瓣水平波束寬度，則最小暴露距離略有變小，與該夾角等于雷達(dá)主瓣水平波束寬度時(shí)的干擾效果相比，改善并不顯著。因此，水平向上相鄰2部干擾機(jī)與被干擾雷達(dá)連線的最優(yōu)夾角應(yīng)等于雷達(dá)主瓣水平波束寬度。俯仰向上同理［4］。

設(shè)干擾要求的空域的水平角和俯仰角（均是相對(duì)雷達(dá)而言）分別為θJ和ψJ，所需的最少干擾機(jī)數(shù)量mθ。

如干擾機(jī)只干擾主瓣，則mθ可由下式?jīng)Q定：

式中：ΔθsΔψs為被干擾雷達(dá)的角度單元。

其為兩坐標(biāo)雷達(dá)時(shí)，令Δψs＝ψJ＝1后，按式（6）計(jì)算即可。

例如，干擾所要求的空域?yàn)?0°×30°，干擾機(jī)只干擾主瓣，被干擾雷達(dá)是1部米波警戒雷達(dá)，其角度單元為ΔθsΔψs＝5°×30°，則：

如被干擾雷達(dá)是1部厘米波三坐標(biāo)雷達(dá)，其角度單元ΔθsΔψs＝1°×5°，則：

由此可見(jiàn)，干擾1部大信息容量的雷達(dá)比干擾1部小信息容量的雷達(dá)，對(duì)于同樣的空域要多很多倍的干擾機(jī)［4］。

2 對(duì)單部雷達(dá)干擾的布陣分析

如上所述，實(shí)施分布式干擾需要一定數(shù)量的分布式無(wú)人機(jī)才能起作用，而且干擾機(jī)的空間分布必須滿足一定的要求。干擾機(jī)的數(shù)量及分布與被干擾雷達(dá)站的分布情況、所需掩護(hù)的通道、單個(gè)干擾機(jī)的干擾能力、配置距離、干擾機(jī)的定位誤差等因素有關(guān)。多數(shù)分布式干擾系統(tǒng)的干擾機(jī)只能干擾同波段的雷達(dá)，如果在同一方向上有2部不同波段的雷達(dá)，則需采用2組對(duì)應(yīng)波段的干擾機(jī)在空中分層排列。

下面，只考慮同波段不同位置雷達(dá)的情況，尋求最佳布陣方式和最佳效能，其方法也可推廣到分層排列中。

分布式無(wú)人機(jī)布陣的示意圖如圖2所示。

圖2 干擾機(jī)的布陣示意圖

假設(shè)單部干擾機(jī)的空域覆蓋范圍為θs×ψs，（即以無(wú)人機(jī)為位置標(biāo)準(zhǔn)，水平覆蓋角度為θs，俯仰覆蓋角度為ψs），如果分布式干擾機(jī)飛行航線互相平行，則可以看到，分布式干擾機(jī)對(duì)雷達(dá)可以造成θs的最大干擾扇面。此時(shí)如果再往第n部與第n＋1部干擾機(jī)旁再增加干擾機(jī)，被干擾雷達(dá)將不能被增加的干擾機(jī)的干擾所覆蓋。如果需要對(duì)雷達(dá)造成的干擾扇面超過(guò)θs，則需要改變新增加的干擾機(jī)航線的方向，使其盡量靠近其與雷達(dá)的連線方向，呈現(xiàn)扇形布陣，使雷達(dá)可被干擾機(jī)的干擾所覆蓋（如第n＋2部、第n＋3部干擾機(jī)所示）。

如果對(duì)單部雷達(dá)進(jìn)行干擾，干擾機(jī)陣距離雷達(dá)陣面x，則1組無(wú)人干擾機(jī)覆蓋寬度為：2x·tan（θs／2）。

如果對(duì)分布較寬且雷達(dá)之間間距較大的雷達(dá)陣面，分布式干擾機(jī)最好采取分段布置的布陣方式，即分別在各雷達(dá)陣面形成干擾陣，得到所需的有效掩護(hù)區(qū)域。

為了避免在轉(zhuǎn)彎時(shí)出現(xiàn)干擾縫隙，應(yīng)合理安排無(wú)人機(jī)的發(fā)射時(shí)間和發(fā)射次序，使對(duì)同一作戰(zhàn)目標(biāo)干擾的無(wú)人機(jī)在規(guī)劃航線上前后錯(cuò)開(kāi)。

3 對(duì)組網(wǎng)雷達(dá)干擾的布陣分析

3.1 干擾機(jī)對(duì)組網(wǎng)雷達(dá)干擾的掩護(hù)區(qū)

如圖3所示，組網(wǎng)雷達(dá)的探測(cè)區(qū)定義為網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)探測(cè)區(qū)的并集，表示為：

式中：Anet為組網(wǎng)雷達(dá)合成探測(cè)區(qū)域；Ai為第i部雷達(dá)的探測(cè)區(qū)域；n為網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)數(shù)目。

圖3 組網(wǎng)雷達(dá)探測(cè)區(qū)域示意圖（粗線內(nèi)區(qū)域?yàn)锳net）

同理，組網(wǎng)雷達(dá)干擾暴露區(qū)定義為網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)暴露區(qū)的并集，表示為［5］：

式中：Bnet為組網(wǎng)雷達(dá)合成干擾暴露區(qū)；Bi為第i部雷達(dá)的暴露區(qū)；n為網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)數(shù)目。

干擾機(jī)對(duì)組網(wǎng)雷達(dá)干擾的掩護(hù)區(qū)定義為干擾機(jī)對(duì)網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)干擾掩護(hù)區(qū)的交集，表示為：

式中，Cjnet為干擾機(jī)對(duì)組網(wǎng)雷達(dá)干擾的合成掩護(hù)區(qū)；Cji為干擾機(jī)對(duì)第i部雷達(dá)干擾的掩護(hù)區(qū)；n為網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)數(shù)目。

3.2 布陣方法

設(shè)預(yù)定掩護(hù)空域?yàn)镸，則必須保證M?Cjnet。這樣，暴露區(qū)不包含M的網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)不需干擾，暴露區(qū)包含M的網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)則需分布式無(wú)人機(jī)分別對(duì)其合理布陣并進(jìn)行干擾。

這樣，問(wèn)題演化為分布式干擾機(jī)對(duì)單部雷達(dá)進(jìn)行干擾的布陣分析。結(jié)合以上部分的研究，使預(yù)定掩護(hù)空域M包含在干擾機(jī)對(duì)各個(gè)雷達(dá)干擾的合成掩護(hù)區(qū)內(nèi)即可。

假設(shè)網(wǎng)內(nèi)需干擾的雷達(dá)為3部，布陣方法如圖4所示。

圖4 對(duì)組網(wǎng)雷達(dá)干擾的布陣演示

3.3 仿真

設(shè)分布式無(wú)人機(jī)需對(duì)敵方網(wǎng)內(nèi)2部雷達(dá)進(jìn)行多假目標(biāo)干擾。干擾空域?yàn)橐粓A形區(qū)域，圓心坐標(biāo)為（0，0），半徑為20km；敵方2部雷達(dá)主瓣寬度分別為1.20°、3°，坐標(biāo)分別為（－50，－100）、（60，－80）。

取典型雷達(dá)、被掩護(hù)目標(biāo)及干擾機(jī)參數(shù)進(jìn)行仿真：Pt＝600kW，Pj＝15W，Gt＝Gr＝33dB，Gj＝9 dB，σ＝5m2，θ0.5＝3°，K＝0.05，△fj／△fo＝Da／Daj＝Db／Dbj＝Dc／Dcj＝1＝0dB，Lj／Lr＝－8dB，Kj＝6dB。

無(wú)人機(jī)采用扇形布陣，航線距雷達(dá)最遠(yuǎn)端和最近端分別為60km、30km，對(duì)2部雷達(dá)干擾的無(wú)人機(jī)分別為18部和8部，仿真結(jié)果如圖5所示。

圖5 對(duì)雷達(dá)組網(wǎng)干擾的仿真

通過(guò)以上研究及仿真可以看出分布式無(wú)人機(jī)干擾系統(tǒng)對(duì)雷達(dá)干擾的布陣方法受多種因素的影響。如文中所述，無(wú)人機(jī)飛行性能及對(duì)其有影響的天氣條件、干擾機(jī)性能、被掩護(hù)區(qū)域的位置和戰(zhàn)術(shù)要求等條件可被我方掌握，但被干擾雷達(dá)的位置、性能及與其相關(guān)的一些參數(shù)也應(yīng)明確，這樣才能對(duì)無(wú)人機(jī)陣的布置及其航線的設(shè)定做出有效的分析和判斷。

4 結(jié)束語(yǔ)

分布式干擾依靠著自身的優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)代電子戰(zhàn)中倍受重視。本文對(duì)影響分布式干擾機(jī)布陣的主要因素進(jìn)行了分析說(shuō)明，并分別對(duì)其干擾單部雷達(dá)和組網(wǎng)雷達(dá)的布陣方法進(jìn)行了分析研究，并做出了一些建議，對(duì)分布式干擾機(jī)的作戰(zhàn)應(yīng)用具有一定意義。

［1］蔡小勇，蔣興周，賈興江，等.分布式電子干擾系統(tǒng)干擾效能分析與仿真［J］.海軍工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，18（3）：47－51.

［2］高軍輝.分布式干擾技術(shù)研究［D］.成都：電子科技大學(xué)，2006.

［3］丁鷺飛，耿富錄.雷達(dá)原理［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2001.

［4］馬亞濤，許金萍，彭燕.分布式干擾系統(tǒng)對(duì)單部雷達(dá)干擾暴露區(qū)的算法及相關(guān)研究［J］.艦船電子對(duì)抗，2009，32（3）：14－17.

［5］陳永光，李修和，沈陽(yáng).組網(wǎng)雷達(dá)作戰(zhàn)能力分析與評(píng)估［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2003.