基于信息衰減的無源干擾作戰效能研究*

張樹森 王騰飛 杜曉寧

(海軍航空工程學院 煙臺 264001)

基于信息衰減的無源干擾作戰效能研究*

張樹森 王騰飛 杜曉寧

(海軍航空工程學院 煙臺 264001)

針對箔條干擾云團的作戰效能問題,從信息衰減的角度出發,建立了基于雷達最大作用距離的衰減模型和基于發現概率的效費比模型,通過仿真實例驗證了箔條走廊密度對雷達最大作用距離的定量關系,提出了箔條走廊干擾取得最佳效費比的方法,結果表明,合理設計箔條走廊密度和拋撒箔條數量,可以取得最佳的效費比,對箔條的實際應用有很強的實用價值。

干擾走廊; 最大作用距離; 發現概率; 效費比

Class Number TP97

1 引言

箔條干擾技術作為最早被使用的無源干擾技術,以其干擾范圍廣、效果顯著、使用方便、成本低廉、研制周期短等多方面的優勢在現代戰爭中依然被大量的運用。

采用箔條對雷達進行無源干擾,一般在戰機航線的一定空域(一般在敵方雷達最大作用距離之前)、一定時間內拋撒大量箔條,形成箔條干擾走廊,對戰斗機群進行掩護。這時,在雷達的一個分辨單元中,箔條反射的回波功率遠大于目標反射的回波功率,雷達不能檢測和跟蹤目標,以此干擾敵方防空導彈的精確打擊,

本文針對箔條走廊干擾效能問題,從信息損失的角度出發提出一種基于雷達最大作用距離和雷達檢測概率的作戰效能評估方法,并進行了仿真實例驗證[1～4]。

2 箔條走廊對雷達干擾效能分析

對雷達干擾效果的評估,不同角度有不同的評估準則,有功率準則、概率準則、信息準則等。其中,信息準則是從信息損失的角度,通過比較雷達被干擾前后接收到目標回波信息變化量來衡量干擾效果。下面基于信息準則,從箔條走廊對雷達最大作用距離和發現概率的影響角度出發,對干擾效能進行分析[5～6]。

2.1 雷達最大作用距離模型

在沒有干擾的情況下,由雷達工作原理可知,雷達接收到的目標回波的功率為

(1)

式中,Pt為雷達最大發射功率;Gt為雷達天線增益;σ為目標的雷達截面積;λ為雷達工作波長;Lt為雷達發射機綜合損耗,Lr為雷達接收機綜合損耗,R為目標與雷達之間的距離。

由式(1)得到雷達最大作用距離方程為

(2)

式中,N0為在1MZ帶寬內產生4×10-15W的標準噪聲,BWr為雷達接收機帶寬,FN為雷達系統的噪聲指數,(S/N)min為接收機靈敏度[7]。

雷達發射的電磁波穿過箔條干擾走廊時,由于箔條的散射作用,信號的回波功率被衰減,大大縮短了雷達的探測距離。因此,箔條云對電磁波的衰減程度可以用來評估干擾效果。

由箔條云對雷達波的電磁衰減特性可以得到電磁波通過厚度為x的箔條云后的功率為

P=P0·e-n(0.17λ2)x

(3)

式中,P為經衰減后的電磁功率;P0為衰減前的電磁波功率;n為箔條云密度;x為箔條走廊厚度[7]。

對于主動式末制導雷達,電磁波為雙程衰減,二次衰減后雷達接收到的目標回波功率為

(4)

式中,β為箔條云團衰減系數,β=0.43n(0.17λ2)。

雷達可以接收到的目標回波功率Pr要求大于雷達天線可以接受到的最小信號功率(S/N)min,因此,經箔條云衰減后雷達最大作用距離方程為

(5)

從式(5)可以清楚的得到,隨著箔條密度的增加,雷達最大作用距離成指數趨勢下降,這一結果說明箔條對雷達最用距離干擾效果非常顯著。

2.2 檢測概率模型

根據Neyman-Pearson準則,雷達目標檢測概率為

(6)

末制導雷達的發現概率可以近似為

(7)

假設單根箔條的制作費用為m元,則箔條走廊單位制作成本為

M=m·n

(8)

由式(7)和式(8)相乘得到基于雷達發現概率的作戰效費比：

(9)

式(10)一定存在一個極值點,使效費比達到最高[9～10]。

3 仿真實例

仿真條件如下：雷達發射最大功率Pt為35KW;雷達天線增益Gt為40dB;目標雷達截面積σ為10m2;雷達工作波長為2cm;接收機靈敏度58dB;雷達系統的噪聲指數FN為3;脈沖積累為1000,箔條單價為0.2元。

圖1給出了箔條走廊厚度分別為200m,400m,800m時雷達最大作用距離與箔條云密度關系曲線：

圖1 箔條云密度與最大作用距離關系曲線圖

從圖中可以清楚地得到,隨著箔條云密度變大,雷達作用距離迅速下降,走廊厚度為800m時的飽和密度為2000(根/立方米),400m時的飽和密度為4000(根/立方米),而在相同箔條云密度情況下,箔條走廊厚度越大,雷達最大作用距離越小,干擾效果越顯著。

圖2為箔條走廊干擾條件下的發現概率曲線,理論上講,雷達從時開始有可能較低,因此我們把時當作零探測概率處理,從圖中可以得到,當拋撒箔條數量為7×105根時,可以認為雷達已經失去探測能力。

圖2 雷達發現概率曲線

圖3為箔條走廊干擾效費比曲線,可以看到,箔條拋撒數量在106根左右時,獲得最佳的效費比,此時形成的箔條云團(完全散開)有效反射面積約為

圖3 箔條走廊作戰效費比歸一化曲線

4 結語

本文從箔條干擾走廊對雷達信號功率衰減的角度,建立了箔雷達最大作用距離與箔條云密度關系模型以及干擾走廊效費比模型,并且通過仿真實例給出了具體的定量關系,對干擾走廊的研究及戰術應用有一定的實用價值。

雷達無源干擾效果評估是一項涉及多變量、多因素、多學科的復雜工程,信號功率衰減僅是針對信息準則對箔條走廊干擾效果進行評估,特征參數考慮較少,并不能全面地衡量箔條走廊的干擾效果。基于多參數、多角度的箔條走廊干擾效能評估將是下一步的研究工作。

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Operational Effectiveness of Passive Jamming Based on Information Attenuation

ZHANG Shusen WANG Tengfei DU Xiaoning

(Naval Aeronautical and Astronautical University, Yantai 264001)

Aiming at the operation efficiency of chaff corridor, the model of attenuation based on radar maximum range and the model of cost-effectiveness based on radar detection probability are set up. According to the simulation, the quantitative relationship between the chaff corridor density and the radar maximum range get proofed, at the same time, the method that uses the chaff corridor to gain optimum cost-effectiveness is put forward. The result indicates that the optimum cost-effectiveness would be gained when the chaff corridor density and number are designed reasonably,it is significant for the use of chaff.

chaff corridor, maximum range, detection probability, cost-effectiveness

2014年6月14日,

2014年7月29日

張樹森,男,教授,碩士生導師,研究方向:對抗與反對抗。王騰飛,男,碩士研究生,研究方向:精確制導。

TP97

10.3969/j.issn1672-9730.2014.12.035