炮射雷達(dá)誘餌遠(yuǎn)程干擾使用探討

王 濤，胡生亮，金嘉旺

(海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院，湖北武漢430033)

0 引言

隨著反艦導(dǎo)彈射程的增大、攻擊速度的提高以及末端抗干擾技術(shù)的發(fā)展，水面艦艇傳統(tǒng)意義上的近程軟硬對(duì)抗手段的使用條件越來(lái)越惡劣、有效使用空間越來(lái)越小。因此，中遠(yuǎn)程對(duì)抗手段就越發(fā)顯得重要。有源干擾存在“主動(dòng)暴露”的缺點(diǎn)，因此無(wú)源干擾得到越來(lái)越多的使用。

假目標(biāo)干擾方法是無(wú)源干擾的一種，是現(xiàn)代艦艇自衛(wèi)防御的一種重要干擾手段。對(duì)于水面艦艇防御作戰(zhàn)而言，干擾敵搜索和目標(biāo)指示雷達(dá)，降低艦艇目標(biāo)的被捕獲概率，仍然是目前防御來(lái)襲導(dǎo)彈的手段之一。雷達(dá)角反射器就是其中一種常見(jiàn)的無(wú)源干擾設(shè)備，它利用合理的幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和特殊材料將入射雷達(dá)信號(hào)反射回去，從而形成一個(gè)誘餌假目標(biāo)欺騙或干擾敵方空中平臺(tái)雷達(dá)和導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)。

目前，英美等國(guó)均已研制和列裝充氣式角反射器，如英國(guó)“橡皮鴨”系列舷外充氣式角反射體［1］。以色列拉斐爾公司開(kāi)發(fā)的“巫師”系列充氣式角反射體誘餌系統(tǒng)，采用115 mm口徑固體推進(jìn)火箭發(fā)射器發(fā)射［2］。如果使用艦炮將角反射器以彈丸形式發(fā)射 (炮射雷達(dá)誘餌)，將角反射器折疊于炮彈中，入水后利用自動(dòng)充氣裝置將其撐開(kāi)以形成雷達(dá)反射器漂浮在海面，用于欺騙敵方探測(cè)、制導(dǎo)系統(tǒng)，降低敵雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)的捕捉概率。與箔條相比，海上漂浮假目標(biāo)對(duì)海戰(zhàn)場(chǎng)自然環(huán)境 (速度、風(fēng)向等)適應(yīng)性強(qiáng)、反應(yīng)時(shí)間短、發(fā)射距離遠(yuǎn)、有效干擾時(shí)間長(zhǎng)、發(fā)射引導(dǎo)技術(shù)相對(duì)成熟、攻防兼?zhèn)涞纫幌盗袃?yōu)點(diǎn)，是水面艦艇反導(dǎo)作戰(zhàn)的有效干擾方式，具有廣泛的發(fā)展應(yīng)用前景［1］。本文就炮射雷達(dá)誘餌遠(yuǎn)程干擾的使用方法展開(kāi)探討。

1 概況

角反射體是由3個(gè)互相垂直相交的金屬平面構(gòu)成的反射體，可在一定的角度范圍內(nèi)將入射的電磁波經(jīng)過(guò)3次反射按原方向反射回去，可在較寬方向上具有很大的雷達(dá)截面積，是一類(lèi)非常重要的無(wú)源干擾器材。角反射體具有頻帶寬、對(duì)雷達(dá)適應(yīng)性強(qiáng)、作戰(zhàn)效能高、受風(fēng)速風(fēng)向等海戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境影響小、可對(duì)抗各種體制雷達(dá)等諸多優(yōu)點(diǎn)。

炮射雷達(dá)誘餌遠(yuǎn)程干擾是在敵搜索雷達(dá)和火控雷達(dá)開(kāi)機(jī)搜索目標(biāo)前，通過(guò)使用艦炮向艦艇周?chē)l(fā)射若干枚遠(yuǎn)程雷達(dá)誘餌彈，形成海上漂浮雷達(dá)角反射器假目標(biāo)，改變雷達(dá)顯示圖樣，對(duì)編隊(duì)目標(biāo)進(jìn)行防御支援和掩護(hù)，吸引敵對(duì)假目標(biāo)的注意力，降低其主動(dòng)雷達(dá)對(duì)真目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)概率、戰(zhàn)術(shù)選擇概率，提高艦艇目標(biāo)生存力和掩護(hù)攻擊行動(dòng)的一種電子對(duì)抗手段。

由于距離、時(shí)間上的擴(kuò)展，炮射雷達(dá)誘餌遠(yuǎn)程干擾擴(kuò)大了艦艇編隊(duì)電子戰(zhàn)的作戰(zhàn)空間，是現(xiàn)代水面艦艇作戰(zhàn)早期可采用的作戰(zhàn)對(duì)抗手段。艦艇編隊(duì)(單艦)在進(jìn)入作戰(zhàn)或威脅較大海區(qū)之前，可利用艦炮遠(yuǎn)程向主要作戰(zhàn)海區(qū)以典型戰(zhàn)術(shù)編隊(duì)?wèi)B(tài)勢(shì)遠(yuǎn)距離布設(shè)雷達(dá)誘餌群，形成編隊(duì) (群)假目標(biāo)，重點(diǎn)迷惑機(jī)載雷達(dá)搜索探測(cè)目標(biāo)和裝訂導(dǎo)彈參數(shù)，從而達(dá)到降低艦艇被發(fā)現(xiàn)的概率和受攻擊概率，提高水面艦艇干擾能力和防御縱深，提升戰(zhàn)場(chǎng)生存能力。角反射器假目標(biāo)的存在給敵取得有關(guān)編隊(duì) (單艦)真實(shí)位置和數(shù)量信息增加難度，其布設(shè)距離和坐標(biāo)應(yīng)符合艦艇編隊(duì)的典型隊(duì)形，使敵機(jī)載雷達(dá)無(wú)法區(qū)分真假目標(biāo)，從而干擾敵方對(duì)目標(biāo)的識(shí)別判定和火力分配，降低艦艇遭受敵火力攻擊的概率［3］。其干擾原理如圖1所示。

圖1 遠(yuǎn)程干擾示意圖Fig.1 Sketch map of long-distance jamming

通過(guò)以上分析可以看出，只要使用戰(zhàn)術(shù)合理，炮射雷達(dá)誘餌可以作為一種干擾手段擴(kuò)大電子戰(zhàn)的防御空間，增強(qiáng)艦艇的遠(yuǎn)程無(wú)源干擾能力，提高艦艇的作戰(zhàn)能力。

2 戰(zhàn)術(shù)使用探討

2.1 雷達(dá)誘餌與傳統(tǒng)箔條的區(qū)別

箔條是實(shí)施無(wú)源干擾的一種常見(jiàn)器材，具有成本低，效果好，使用簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，是艦艇反導(dǎo)作戰(zhàn)末端軟武器的核心手段之一，一般采用迫擊炮式或火箭彈式發(fā)射方式。但其使用受海戰(zhàn)場(chǎng)自然環(huán)境 (如風(fēng)速、風(fēng)向等)影響十分顯著，留空時(shí)間短，發(fā)射距離近，且采用人工方式填裝。當(dāng)面臨多枚導(dǎo)彈攻擊時(shí)，箔條干擾的持續(xù)作戰(zhàn)能力十分有限［4］。

炮射雷達(dá)誘餌采用艦炮發(fā)射，反應(yīng)時(shí)間短、射程遠(yuǎn)、發(fā)射距離可調(diào)、射擊精度高、發(fā)射速度快、可快速布設(shè)多種假目標(biāo)樣式，而且艦炮備彈量多、自動(dòng)裝填，可進(jìn)行多波次發(fā)射有效對(duì)抗飽和攻擊。誘餌彈充氣后漂浮在海面，持續(xù)干擾時(shí)間長(zhǎng)，受海況和風(fēng)向等環(huán)境因素影響相對(duì)較小。因此，炮射雷達(dá)誘餌相對(duì)傳統(tǒng)箔條具有發(fā)射距離遠(yuǎn)、發(fā)射時(shí)機(jī)相對(duì)寬松、戰(zhàn)術(shù)使用靈活、能增大艦載電子戰(zhàn)系統(tǒng)防御縱深等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代反導(dǎo)作戰(zhàn)中具有廣闊應(yīng)用前景。

2.2 戰(zhàn)術(shù)使用

遠(yuǎn)程干擾的主要作戰(zhàn)對(duì)象為敵方空中平臺(tái)雷達(dá)，這就要求炮射雷達(dá)誘餌在敵機(jī)載雷達(dá)開(kāi)機(jī)前形成有效雷達(dá)反射截面積并處于有利位置。根據(jù)其特點(diǎn)，總結(jié)出炮射雷達(dá)誘餌遠(yuǎn)程干擾在未來(lái)海戰(zhàn)中的戰(zhàn)術(shù)使用有以下幾種樣式:

1)遠(yuǎn)程干擾防御作戰(zhàn)。在對(duì)海防御作戰(zhàn)中，當(dāng)艦艇進(jìn)入威脅作戰(zhàn)海區(qū)，或發(fā)現(xiàn)敵海上編隊(duì)目標(biāo)時(shí)，通過(guò)發(fā)射雷達(dá)誘餌彈，在敵方雷達(dá)開(kāi)機(jī)搜索前形成一定數(shù)量的假目標(biāo)誘餌，降低敵方對(duì)編隊(duì)的搜索捕捉概率及戰(zhàn)術(shù)選擇概率 (見(jiàn)圖2)，掩護(hù)編隊(duì)完成作戰(zhàn)任務(wù)。此時(shí)，雷達(dá)對(duì)艦艇目標(biāo)的捕捉概率為

式中:P0為無(wú)干擾時(shí)雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率;M為艦艇數(shù)目;N為誘餌假目標(biāo)的數(shù)量。

由統(tǒng)計(jì)概率可以得出，當(dāng)存在有假目標(biāo)時(shí)，雷達(dá)對(duì)艦艇的捕捉概率將會(huì)下降，且假目標(biāo)數(shù)目愈多，其捕捉概率下降愈大。

圖2 遠(yuǎn)程干擾防御作戰(zhàn)Fig.2 Long-distance jamming defensive operation

2)遠(yuǎn)程干擾佯動(dòng)作戰(zhàn)。在小群多路作戰(zhàn)方式下，制造假目標(biāo)進(jìn)行電磁佯動(dòng)，掩護(hù)主攻方向、攻擊兵力群前出攻擊 (見(jiàn)圖3)。由防御能力較強(qiáng)的艦艇組成的掩護(hù)群從正面接敵，在特定的方向特定的時(shí)間內(nèi)發(fā)射誘餌干擾彈，在敵雷達(dá)搜索區(qū)域內(nèi)形成假目標(biāo)虛擬攻擊群，產(chǎn)生編隊(duì)多群佯動(dòng)的假象，其目的是將敵方的注意力吸引到虛擬攻擊群的方向上，掩護(hù)主攻方向的攻擊群，為攻擊群先敵發(fā)動(dòng)攻擊提供時(shí)間和空間上的優(yōu)勢(shì)。另一方面，由攻擊能力較強(qiáng)的艦艇組成的攻擊群迂回到敵編隊(duì)的側(cè)翼，對(duì)敵編隊(duì)進(jìn)行攻擊。當(dāng)敵方主動(dòng)雷達(dá)開(kāi)機(jī)進(jìn)行搜索時(shí)，在雷達(dá)顯示屏幕上出現(xiàn)多個(gè)假目標(biāo)，把敵方的注意力集中到假目標(biāo)的判斷上來(lái)，增加敵方對(duì)戰(zhàn)術(shù)意圖判斷的難度，增強(qiáng)戰(zhàn)場(chǎng)主動(dòng)權(quán)。

圖3 遠(yuǎn)程干擾佯動(dòng)作戰(zhàn)Fig.3 Long-distance jamming feint operation

3)編隊(duì)內(nèi)部無(wú)源支援干擾。當(dāng)敵方編隊(duì)攻擊能力較強(qiáng)，需要掩護(hù)編隊(duì)內(nèi)其他艦艇或者不具備遠(yuǎn)程干擾和電子對(duì)抗能力弱的艦艇時(shí)，可將編隊(duì)內(nèi)防御能力較強(qiáng)的艦船變?yōu)檠谧o(hù)群，來(lái)實(shí)施遠(yuǎn)程假目標(biāo)干擾對(duì)需保護(hù)艦船進(jìn)行支援 (見(jiàn)圖4)。

圖4 編隊(duì)內(nèi)支援作戰(zhàn)干擾樣式Fig.4 The interference pattern of formation internal support combat

3 發(fā)射決策

3.1 干擾實(shí)施時(shí)機(jī)

質(zhì)心式干擾常使用箔條彈來(lái)干擾導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)跟蹤段。箔條彈和炮射雷達(dá)誘餌同屬無(wú)源干擾手段，二者用于中遠(yuǎn)程干擾時(shí)，作戰(zhàn)對(duì)象和作戰(zhàn)目的基本相同，因此可參考箔條進(jìn)行遠(yuǎn)程干擾時(shí)的特征來(lái)對(duì)炮射雷達(dá)誘餌進(jìn)行分析。

炮射雷達(dá)誘餌主要用于迷惑干擾和沖淡干擾。迷惑干擾是干擾敵搜索警戒雷達(dá)，在敵搜索警戒雷達(dá)開(kāi)機(jī)搜索時(shí)就應(yīng)形成假目標(biāo);沖淡干擾是迷惑末制導(dǎo)雷達(dá)的搜索段，在末制導(dǎo)雷達(dá)開(kāi)機(jī)搜索時(shí)就應(yīng)形成假目標(biāo)［5］。

由于艦艇與雷達(dá)誘餌之間存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以何時(shí)發(fā)射雷達(dá)誘餌，使之在機(jī)載雷達(dá)開(kāi)機(jī)前完成布設(shè)，并處于有效位置，這是戰(zhàn)術(shù)上需要解決的問(wèn)題。通常掌握實(shí)施時(shí)機(jī)，引導(dǎo)干擾的實(shí)施，在戰(zhàn)術(shù)上可以有如下幾種方法:

1)在進(jìn)入危險(xiǎn)海區(qū)或作戰(zhàn)海區(qū)，按照戰(zhàn)術(shù)編隊(duì)?wèi)B(tài)勢(shì)布設(shè)，降低對(duì)方各類(lèi)雷達(dá)對(duì)高價(jià)值目標(biāo)探測(cè)概率;

2)本編隊(duì)或上級(jí)的電子偵察設(shè)備發(fā)現(xiàn)來(lái)襲偵察或預(yù)警飛機(jī)到達(dá)前布設(shè)遠(yuǎn)程干擾彈;

3)發(fā)現(xiàn)對(duì)方攻擊平臺(tái)的各種征兆。如攻擊機(jī)迫近，穩(wěn)定戰(zhàn)斗航向等;

4)在對(duì)方雷達(dá)已開(kāi)機(jī)發(fā)現(xiàn)編隊(duì)真實(shí)目標(biāo)情況下，通過(guò)有源干擾破壞其搜索狀態(tài)，使其重新進(jìn)入搜索狀態(tài)，并同時(shí)發(fā)射誘餌彈形成干擾樣式造成真假目標(biāo)同時(shí)存在，延誤對(duì)方識(shí)別真實(shí)目標(biāo)時(shí)間;

5)當(dāng)指揮員根據(jù)當(dāng)時(shí)的作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)、對(duì)方威脅程度或得到上級(jí)的引導(dǎo)以及戰(zhàn)術(shù)配合上的需要，認(rèn)為有必要布放干擾誘餌，也可進(jìn)行發(fā)射。

3.2 假目標(biāo)布設(shè)的基本要求

要使遠(yuǎn)程干擾有效，首先要使所布設(shè)的假目標(biāo)與艦船之間或者假目標(biāo)與假目標(biāo)之間處于雷達(dá)的不同分辨單元內(nèi)，使得雷達(dá)能區(qū)分艦船與假目標(biāo)或不同位置的假目標(biāo)是2個(gè)不同的目標(biāo)，要求假目標(biāo)與艦船或者假目標(biāo)之間的距離波門(mén)相同時(shí)處在不同的波束內(nèi)，在同一波束內(nèi)則要處于不同的距離波門(mén)中。

3.2.1 雷達(dá)距離分辨力對(duì)假目標(biāo)的布設(shè)要求

為使干擾有效，首先發(fā)射距離應(yīng)該大于機(jī)載雷達(dá)的距離分辨力，以便雷達(dá)顯示器上顯示為不同于艦艇的目標(biāo)。距離分辨力是指同一方向上2個(gè)大小相等點(diǎn)目標(biāo)之間的最小可區(qū)分距離［6］。在顯示器上測(cè)距時(shí)，分辨力主要取決于回波的脈沖寬度τ，同時(shí)也和光點(diǎn)直徑d所代表的距離有關(guān)。2個(gè)點(diǎn)目標(biāo)回波的矩形脈沖之間間隔為τ+d/vn，其中vn為掃掠速度，這是距離可分的臨界情況，這時(shí)定義距離分辨力為

式中:d為光點(diǎn)直徑;vn為光點(diǎn)掃掠速度，cm/μs。

3.2.2 雷達(dá)角度分辨力對(duì)假目標(biāo)的布設(shè)要求

角分辨力是指存在多目標(biāo)的情況下，雷達(dá)能在角度上把目標(biāo)分辨開(kāi)的能力，通常用雷達(dá)在可分辨條件下同距離的2個(gè)目標(biāo)間的最小角坐標(biāo)之差表示［6］。

通常有2種方式定義分辨力，一種是以天線方向性函數(shù)F(θ)的半功率寬度來(lái)定義;另一種是以F(θ)的2/π強(qiáng)度處的寬度來(lái)定義的，也稱(chēng)瑞利分辨力。

雷達(dá)采用實(shí)際孔徑天線時(shí)，設(shè)線陣天線長(zhǎng)度為L(zhǎng)，均勻加權(quán)。在遠(yuǎn)場(chǎng)條件下，發(fā)射和接受均認(rèn)為是平面波。若工作波長(zhǎng)為λb，來(lái)自偏離視軸 (垂直于陣面)方向的信號(hào)在天線端口處的相位是位置的函數(shù)。如果設(shè)目標(biāo)方向偏離視軸的角度為θ，則回波信號(hào)的單程相位差為

式中，x為接收點(diǎn)偏離相位基準(zhǔn)點(diǎn)的位置。

由此得到的橫向分辨力為

式中R為目標(biāo)距離。

3.3 仿真分析

以典型作戰(zhàn)平臺(tái)某型攻擊機(jī)為例，其機(jī)載火控雷達(dá)對(duì)海作戰(zhàn)時(shí)，主要用于控制導(dǎo)彈對(duì)艦艇目標(biāo)進(jìn)行有效攻擊［7］。

由機(jī)載火控雷達(dá)的參數(shù)可知，其脈沖寬度λ為0.286～8 μs，由式(2)可知其距離分辨力為42.9～1 200 m，不同的分辨力與雷達(dá)處于不同模式有關(guān)。因此，在同一波束內(nèi)，為滿足機(jī)載雷達(dá)距離分辨力的要求，則誘餌假目標(biāo)至少要被發(fā)射到距離艦艇1 200 m遠(yuǎn)的地方并且假目標(biāo)之間最少要相距1 200 m。

由機(jī)載火控雷達(dá)的參數(shù)可知，工作波長(zhǎng)λb≈0.03 m，線陣天線長(zhǎng)度L=0.74 m，則由式(4)可得機(jī)載火控雷達(dá)的單程半功率波束寬度為θ|3dB=0.035 7，若敵攻擊機(jī)對(duì)距其R=140 km的位置進(jìn)行搜索時(shí)，此時(shí)機(jī)載雷達(dá)的橫向分辨力為

因此，在攻擊機(jī)距離艦艇140 km時(shí)，假目標(biāo)與艦船或者假目標(biāo)之間的距離值相同時(shí)，為滿足機(jī)載雷達(dá)角度分辨力的要求，誘餌假目標(biāo)相對(duì)于攻擊機(jī)來(lái)襲方向至少要被發(fā)射到距離艦艇4 998 m遠(yuǎn)的地方。

綜上所述可以得出結(jié)論，對(duì)于某型機(jī)載火控雷達(dá)而言，當(dāng)艦艇與假目標(biāo)或者假目標(biāo)與假目標(biāo)之間處在機(jī)載雷達(dá)的同一波束內(nèi)，需要艦艇與假目標(biāo)間或者假目標(biāo)與假目標(biāo)之間的距離大于1 200 m;當(dāng)艦艇與假目標(biāo)或者假目標(biāo)與假目標(biāo)之間的距離波門(mén)相同時(shí)，需要艦艇與假目標(biāo)間或者假目標(biāo)與假目標(biāo)之間的距離相對(duì)于攻擊機(jī)來(lái)襲方向大于4 998 m。

4 結(jié)語(yǔ)

本文初步分析了炮射雷達(dá)誘餌與傳統(tǒng)箔條的區(qū)別，探討了遠(yuǎn)程干擾的使用方法，并結(jié)合典型作戰(zhàn)對(duì)象進(jìn)行研究，得出假目標(biāo)布設(shè)時(shí)的距離和角度要求。在具體作戰(zhàn)使用時(shí)，要充分了解雷達(dá)的主要性能和特點(diǎn)及戰(zhàn)術(shù)使用方法，掌握被防護(hù)艦艇其他干擾裝備器材的技術(shù)性能，以提高干擾和保護(hù)艦艇的能力。

炮射雷達(dá)誘餌的應(yīng)用，為艦艇電子對(duì)抗增加了新的方法和手段，有效增加了無(wú)源干擾的作戰(zhàn)縱深，增強(qiáng)了艦艇電子對(duì)抗的作戰(zhàn)能力。但其相關(guān)的作戰(zhàn)運(yùn)用研究才剛剛開(kāi)始，如何與其他無(wú)源干擾手段進(jìn)行有效銜接，與有源干擾手段配合使用還需要進(jìn)一步研究。

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