海洋大氣波導的戰(zhàn)術運用*

(1.海軍指揮學院 南京 210006)(2.海軍司令部 北京 100036)

海洋大氣波導的戰(zhàn)術運用*

徐建忠1范磊2陳覺之1

(1.海軍指揮學院 南京 210006)(2.海軍司令部 北京 100036)

大氣波導是一種異常的折射現(xiàn)象,論文從大氣波導空間分布出發(fā),分析了大氣波導對輻射源和傳感器作用效能的影響,提出導彈制導系統(tǒng)、預警機雷達系統(tǒng)和艦艇編隊雷達與通信系統(tǒng)的戰(zhàn)術運用方法。

海洋;大氣波導;運用

ClassNumberTN92

1 引言

復雜電磁環(huán)境下的海上作戰(zhàn),電子對抗異常激烈。由于大氣波導會使電磁波的傳播路徑和有效覆蓋范圍與在正常折射條件下明顯不同,影響了雷達、通信等電子系統(tǒng)的作戰(zhàn)性能,從而對水面艦艇、潛艇、航空兵的反艦、防空和反艦作戰(zhàn)有著重大影響。根據(jù)戰(zhàn)場實際大氣環(huán)境和海洋環(huán)境數(shù)據(jù),分析大氣波導傳播現(xiàn)象,評估和預測大氣波導對電子系統(tǒng)作戰(zhàn)運用的影響,對于輔助指揮員進行正確戰(zhàn)術部署和選擇適當?shù)膽?zhàn)法,以獲取戰(zhàn)場信息優(yōu)勢,掌握戰(zhàn)場制信息權具有極其重要的意義[1]。

2 海洋大氣波導的形成條件及類型

大氣波導是一種特殊的傳播方式,必須在某些特殊的季節(jié)、海區(qū)、水溫、云底等條件綜合影響下,才可能形成不同類型的大氣波導。

2.1 大氣波導形成的必要條件

要實現(xiàn)在大氣波導傳播,必須先存在大氣波導,但是作戰(zhàn)海區(qū)大氣波導環(huán)境條件下傳播的電磁波不一定都能在大氣波導內(nèi)傳播。當大氣中出現(xiàn)陷獲折射時,電磁波會被限制在一定厚度的大氣層內(nèi)傳播,但因氣象條件而客觀產(chǎn)生的大氣波導能否將電磁波捕獲在波導內(nèi)傳播,還取決于發(fā)射源的其他特性,有關文獻[2]總結了電磁波形成大氣波導傳播要滿足四個條件:1)折射率滿足超折射條件,也就是折射率N隨高度h的變化關系滿足dN/dH<-157/km;2)電磁波頻率大于最低陷獲頻率;3)電磁波的入射角小于臨界角;4)輻射源的天線在波導層內(nèi)或距離波導層較近。

2.2 大氣波導的類型

在海洋大氣環(huán)境中,通常存在三類大氣波導[3]:表面波導、蒸發(fā)波導和抬升波導。

1)表面波導

表面波是在雨天或雪天后天晴時,暖空氣層處在冷空氣層上面,使過渡區(qū)的折射指數(shù)比正常情況下減小得更快而造成的波導。表面波導的下表面是地球表面,其最高高度就是陷獲層頂?shù)母叨?一般在300m以下。因此,表面波導將主要影響水面艦艇等平臺的低空探測器材的作戰(zhàn)使用、低空飛機的反潛、反艦和防空作戰(zhàn)行動過程中對低空目標的探測。

2)蒸發(fā)波導

一般情況下,海洋表面的大氣是飽和水汽,而表面以上幾米高度的水汽是不飽和水汽,因此,海洋表面往上存在水汽壓力差,這種因壓力差導致修正折射率隨高度遞減而造成的波導稱為蒸發(fā)波導,而對應的修正折射率最低點的高度就是蒸發(fā)波導的高度。在海上中低緯度地區(qū)蒸發(fā)波導出現(xiàn)概率較高,但其高度不僅隨地理緯度變化,而且還存在明顯的季節(jié)變化和日變化,相關文獻記載[3]蒸發(fā)波導平均高度只有13.6m,一般只對3GHz以上的超高頻電磁波產(chǎn)生影響。

3)抬升波導

在季風海域和海陸風環(huán)流盛行海域,由于高層大氣存在大范圍的強烈下沉運動,下沉增溫減濕而造成的干熱氣層覆蓋在下面相對濕且冷的海洋邊界層上,常常在該海域上空形成懸空信風逆溫,從而易于形成抬升波導。抬升波導形成的氣象條件與表面波導形成的氣象條件相似,但抬升波導的高度一般在數(shù)百米到上千米,比表面波高度要大很多,所以將嚴重影響空空偵察、監(jiān)視、通信、電子對抗等裝備和作戰(zhàn)行動的作戰(zhàn)效能。

3 大氣波導對雷達系統(tǒng)作戰(zhàn)運用的影響

當大氣環(huán)境中出現(xiàn)大氣波導時會顯著改變電磁波的傳播路徑和傳播范圍,從而影響雷達的探測距離、探測精度、探測盲區(qū)等戰(zhàn)術、技術性能。

3.1 大氣波導使雷達實現(xiàn)超視距探測

大氣波導可將電磁波部分捕獲在波導內(nèi)形成波導傳播,從而為實現(xiàn)超視距探測、偵察、電子干擾和反輻射打擊提供了有利條件,當存在大氣波導且雷達波形成波導傳播時,所探測到的目標的視距與實際距離相差很遠,有時可達數(shù)十公里至一、二百公里,從而形成超視距探測[4]。尤其是蒸發(fā)波導在幾乎所有海域、所有時間內(nèi)都可能存在,只是不同海域、不同季節(jié)、不同時間內(nèi)其強度有強有弱而已,這就給艦載超視距主動雷達實施超視距探測提供了條件,事實上,艦載主動超視距雷達也正是利用蒸發(fā)波導才實現(xiàn)超視距探測的。

3.2 使雷達形成大氣波導盲區(qū)

由于大氣波導能將雷達發(fā)射的電磁波部分地捕獲到波導層內(nèi)傳播,而波導頂部一定空域可能會因很少有電磁波輻射穿過而形成無線電信號較弱的區(qū)域,形成雷達盲區(qū)[5]。對于防御者而言,波導頂?shù)拿^(qū)是其防御的薄弱部位,應積極采取措施進行補盲,對于進攻者而言,敵方電子系統(tǒng)的盲區(qū)是隱蔽接敵、實施奇襲的最佳路徑。

3.3 增大雷達測量誤差

由于大氣折射引起的測角誤差,當雷達利用大氣波導實現(xiàn)超視距探測遠方的目標時,實際目標仰角和探測角存在雷達測角誤差[6]。同樣,測定目標徑向速度同樣會因波導傳播特性而形成測量誤差。

3.4 減弱雷達系統(tǒng)探測性能

在波導傳播狀態(tài)下,雷達正常探測條件下的不可能探測到的視距外的目標也能探測到,但是作用距離的延伸也意味著可能探測到較遠處的海雜波,從而使雷達系統(tǒng)的雜波增強[7],減弱雷達系統(tǒng)的探測性能。

4 基于海洋大氣波導的戰(zhàn)術運用

基于大氣波海空分布規(guī)律,處于不同類型大氣波導內(nèi)的武器裝備作戰(zhàn)效能所受影響也不同。發(fā)生于海面的表面波導主要影響海軍水面艦艇和潛艇的反艦、反潛與防空作戰(zhàn),以及低空飛機和巡航導彈等低空突防武器的作戰(zhàn)效能;蒸發(fā)波導發(fā)生在海面附近,主要影響海軍水面艦艇和潛艇的反艦、反潛與防空作戰(zhàn)以及巡航導彈等低空突防武器的作戰(zhàn)效能;抬升波導主要影響海軍航空兵、陸軍航空兵和空軍作戰(zhàn)。

4.1 基于大氣波導的導彈戰(zhàn)術運用

1)反輻射導彈波導外攻擊運用

通過對地空、空海ARM在不同海洋環(huán)境條件下作戰(zhàn)效能的分析,雖然波導能夠將部分電磁波陷獲在波導內(nèi)向前傳播,但尚有少量電磁能量泄漏在波導外部,這部分能量雖不能滿足雷達探測的要求,但還是能被動接受信號的反輻射導彈所截收[8]。因此,空空、空海RAM可以利用大氣波導頂?shù)臄撑炤d雷達盲區(qū)實施攻擊[9]。

2)艦載導彈超視距導彈攻擊

艦載反艦導彈攻擊主要依靠雷達對目標的發(fā)現(xiàn)距離,大氣波導對艦載雷達探測產(chǎn)生的超視距影響,使得艦載反艦導彈武器系統(tǒng)具有自主的超視距導彈攻擊能力,即雷達探測到目標就可以給導彈系統(tǒng)下達目標指示,進行超視距導彈攻擊。大氣波導在超視距導彈攻擊中的戰(zhàn)術運用包括兩個內(nèi)容[10]:一是選擇最佳的雷達開機時機,達到先機制敵的戰(zhàn)術目的,提高攻擊平臺的隱蔽性和海上生存能力;二是確定導彈飛行高度。當海面無大氣波導時,超低空、低空是一些雷達盲區(qū),導彈攻擊戰(zhàn)術高度應盡可能采用敵雷達探測低空盲區(qū)實施突防,以推遲被敵雷達發(fā)現(xiàn)的時間;當海面存在表面波導或蒸發(fā)波導時,如果導彈攻擊戰(zhàn)術高度仍采用超低空突防,那么,在視地平線之外就可能被敵艦載雷達發(fā)現(xiàn)。此時,大氣波導頂?shù)臄撑炤d雷達盲區(qū)則是反艦導彈實施突防的最佳戰(zhàn)術高度。

4.2 基于大氣波導的預警機戰(zhàn)術運用

預警機主要用于搜索、監(jiān)視空中或海上目標,并可指揮、引導己方飛機執(zhí)行作戰(zhàn)任務,在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中發(fā)揮著重要的作用。預警機機動性較差,且有明顯的雷達探測特性,機身裝載的預警雷達和各種電子設備輻射的電磁波極易被截獲,所以容易受到反輻射武器的攻擊。

在標準大氣條件下,受地球曲率的影響,高空預警機在遠距離低空區(qū)域的探測能力有限,且發(fā)射的電磁波不足以被ARM截收。當存在大氣波導時,由于其對電磁波的陷獲能力,在波導內(nèi)部以及泄露在波導外部的電磁波能夠滿足ARM檢測跟蹤要求,增大了ARM的作用范圍。

由于大氣波導的影響,預警機的部署位置應根據(jù)不同戰(zhàn)術意圖,選擇不同的預警高度以達到預期作戰(zhàn)效果。若預警機戰(zhàn)術目的是增大對海面目標的雷達探測距離,則預警機應盡可能在較高的高度上飛行,這樣既可以增大雷達視線距離又可避免波導產(chǎn)生的電磁波盲區(qū)和海雜波的影響;若其戰(zhàn)術目的是對高空目標物的探測和預警,則預警機應在低于高度最低的抬波導同時又高于表面波導的高度上飛行;若是為了對位于波導內(nèi)機載目標進行ESM探測,則預警機最好也部署在該波導之內(nèi);若是對海面目標進行ESM探測,則預警機應位于表面波導之內(nèi)或在較高的高度上飛行;若所要探測的目標所在的高度是未知的,則預警機應盡可能在較高的高度上飛行。

4.3 基于大氣波導的編隊雷達戰(zhàn)術運用

大氣環(huán)境中波導對參戰(zhàn)雙方電子戰(zhàn)裝備系統(tǒng)都有一定的影響,編隊指揮員要想趨利避害選擇正確的戰(zhàn)術,就必須了解海洋環(huán)境折射條件及其對電磁波傳播的影響,了解電磁波在實際大氣環(huán)境中的覆蓋狀況,使編隊指揮員將其各種武器裝備、傳感器部署于最佳位置以獲取最大的作戰(zhàn)效能,從而奪取海戰(zhàn)場制信息優(yōu)勢。

由于蒸發(fā)波導在世界大洋中出現(xiàn)的概率達到了50%,而其產(chǎn)生的波導條件使得大型艦艇與中小型艦艇相比,在戰(zhàn)術上更有利于中小型艦艇達到先機制敵的目的。根據(jù)統(tǒng)計,全球海洋平均蒸發(fā)波導高度為12m～16m[11]。大型艦船由于自身艦體的影響,其雷達天線普遍高于蒸發(fā)波導高度,而中小型艦艇雷達天線可以降至10m～15m。因此,中小型艦船有利于利用蒸發(fā)波導效應,先一步發(fā)現(xiàn)大型艦艇。同時,中小型艦艇自身又處于敵方艦艇由于大氣波導所產(chǎn)生的電磁盲區(qū)之內(nèi),既利于隱蔽自身,又利于先發(fā)制敵。

大氣波導能夠造成波導頂部盲區(qū)以及海表跳躍盲區(qū)。不同的雷達型號、不同的雷達天線高度,所產(chǎn)生的有盲區(qū)高度是不一樣的。因此,在一定大氣波導條件下,特別在艦艇編隊遂行作戰(zhàn)過程中,可以選擇不同類型的雷達進行優(yōu)化組合、合理配置以達到波導盲區(qū)之間的互補,最大限度地消除其帶來的不利影響,充分利用大氣波導優(yōu)勢奪得制電磁權。

5 結語

大氣波導是電磁波在海面?zhèn)鞑サ囊环N異常現(xiàn)象,對海戰(zhàn)場電磁對抗有著很強的制約作用,對現(xiàn)代海戰(zhàn)中的水面艦艇、潛艇與航空兵的反艦、反潛與防空作戰(zhàn)有重大影響,對于武器系統(tǒng)的使用效能與作戰(zhàn)效能的提高有重要意義。同時,預報與評估大氣波導效應對于指揮員在電子戰(zhàn)戰(zhàn)術選擇具有積極的指導意義,尤其是裝備相對落后的一方,更應充分利用大氣環(huán)境所創(chuàng)造的客觀條件,彌補裝備不足,力爭先機制敵。

[1]戴福山.大氣波導及其軍事應用[M].北京.解放軍出版社,2002,1:140-160.

[2]Bean B R, Dutton E J. Radio Meteorology[M]. New York:Dover Publications, Inc.,1968:435.

[3]張永剛.軍事海洋學概論[M].北京.海潮出版社,2006,8:172-179.

[4]廖波濤.海洋大氣波導效應雷達的超視距作用分析[J].現(xiàn)代導航,2012(3):202-204.

[5]柯濤,劉國華,呂琳琳.大氣波導對雷達作用距離的影響[J].艦船電子對抗,2009(4):68-20.

[6]戎華,曲曉飛,高東華.大氣波導對電子系統(tǒng)作戰(zhàn)性能的影響[J].現(xiàn)代雷達,2005(2):15-17.

[7]吳亮,于瑩,程鵬.艦載雷達對大氣波導效應的利用[J].艦船電子工程,2008(12):83-84.

[8]戎華,曲曉飛,吳秀琴.大氣波導對電子偵察裝備的影響[J].現(xiàn)代防御技術,2007(1):92-95.

[9]曾國棟,鄧亮,李曉陽,等.大氣波導對反輻射導彈作戰(zhàn)的影響[J].氣象水文裝備,2009(1):45-48.

[10]左雷,涂擁軍,姚燦,等.海上大氣波導環(huán)境下艦載超視距雷達盲區(qū)研究[J].火力與指揮控制,2011(10):165-168.

[11]趙宏杰,王為,萬波,等.大氣波導對現(xiàn)代海軍作戰(zhàn)的影響[J].大連艦艇學院學報,2007(10):48-51.

TacticsApplicationofOceanicAtmosphereDucting

XU Jianzhong1FAN Lei2CHEN Juezhi1

(1. Naval Command Academy, Nanjing 211800)(2. Navy Command Department, Beijing 100036)

Atmosphere ducting is an abnormity refraction phenomenon. After analyzing the distributing types of atmosphere ducting in the space and the influences of atmosphere ducting on the working efficiency of radiant points and sensors, some novel tactics methods about control and guide system of missile, radar system of pre-alerting plane, radar and communication system of ship formation are presented in this paper.

ocean, atmosphere ducting, application

2013年11月1日,

:2013年12月7日

徐建忠,男,講師,研究方向:軍事海洋學。范磊,男,碩士,研究方向:軍事海洋學。陳覺之,男,碩士,講師,研究方向:通信與信息系統(tǒng)。

TN92DOI:10.3969/j.issn1672-9730.2014.05.041