拖曳式誘餌對抗方法分析

張兵，白渭雄，付孝龍

(空軍工程大學 防空反導學院，陜西 西安 710051)

0 引言

隨著精確制導武器的不斷發展，作戰飛機的安全受到嚴重威脅。為了提高作戰飛機的自衛能力，拖曳式誘餌( towed radar decoy，TRD)的研究受到普遍關注，并被應用于保護載機平臺的安全。在科索沃戰爭中，美軍首次將拖曳式有源雷達誘餌裝備到戰斗機上，成功誘騙了敵方10枚防空導彈[1-4]。作為一種典型的雙點源干擾，目前，拖曳式誘餌的研究主要集中在干擾問題上，如干擾原理、干擾性能以及干擾的有效性評估等，而關于拖曳式誘餌的存在性檢測以及對抗方法的研究少之又少。近幾年國內雙點源對抗技術的研究主要體現在反輻射導彈抗誘餌技術、有源雷達誘餌對抗技術和雷達光電對抗技術，而國外關于雙點源技術的研究文獻主要集中在作用機理、系統設計、仿真分析等方面，關于其對抗方法的研究通常都未作深入的討論，只是點到即止。所以，尋求拖曳式誘餌的有效對抗方法是目前亟待解決的問題。

1 拖曳式誘餌

1.1 干擾機理分析

拖曳式誘餌干擾主要用來保護機載平臺，當飛機遭到導彈襲擊時，載機發射誘餌，誘餌通過拖曳線與載機相連，形成雙點源干擾，欺騙敵方雷達，從而保護己方飛機安全。拖曳式誘餌作為一種典型的非相干雙點源干擾[5]，工作示意圖如圖1所示，其干擾過程主要包括4個階段[6]。

圖1 拖曳式誘餌工作示意圖Fig.1 Working schematic diagram of TRD

(1) 雷達告警，載機釋放誘餌

當機載雷達告警器發現受到導彈威脅時，載機釋放誘餌。通過截獲彈上導引頭發射的信號，形成干擾信號，誘餌通過轉發或者應答模式發射干擾信號。開始階段，載機距雷達較遠，加之誘餌與載機的運動特性基本一致，雷達無法從距離、速度和角度上分辨出誘餌。

(2) 載機機動，形成三角態勢

機動的目的有2個，其一是避免載機與誘餌形成無效錐區；其二是拉大了彈目連線與彈誘連線之間的夾角θ，得到更好的角度欺騙效果。

(3) 夾角θ增大，導引頭被誘騙

隨著導彈與目標的距離減小，夾角θ逐漸增大。因為拖曳式誘餌干擾信號的功率一般比目標回波功率大，根據雙點源干擾的原則，導彈導引頭的跟蹤角將位于目標與誘餌之間，且靠近功率較大的誘餌。隨著載機的機動，載機將會向雷達波束的邊緣移動。

(4) 載機逃離，精確打擊失敗

當目標與誘餌的夾角大于雷達導引頭波束寬度一半時，載機逃離雷達波束，只剩下拖曳式誘餌在雷達波束內。在這種情況下，導彈丟失目標，跟蹤并擊中誘餌，精確打擊失敗。

1.2 關鍵參數分析[2,7-8]

(1) 拖曳線長度

拖曳線長度L是拖曳式誘餌的關鍵參數之一，其長度選取一般考慮以下因素：導彈殺傷半徑、導引頭跟蹤特性、對飛機機動的影響、誘餌等效干擾功率。

為了保證載機的安全，一般誘餌與載機之間的距離應大于導彈殺傷半徑的2倍[2]。若誘餌的干擾功率與目標的回波功率的比值(干信比)為1，拖曳線長度應大于導彈殺傷半徑的2倍；若干信比大于1，導引頭波束中心偏向誘餌，拖曳線長度可適當縮短。但是，拖曳線又不能太長。一方面，導引頭角度跟蹤系統對誘餌相對于載機的最大橫向距離和最大縱向距離提出了限制，如果超過限制， 導引頭可以從角度和距離上對誘餌和載機進行識別。另一方面，拖曳線太長，當載機機動時，誘餌會危及載機的安全，所以拖曳線長度也不能過長。

綜合以上因素，拖曳線長度一般選取為90～150 m。實際中，運輸機的拖曳線長度是90～120 m，戰斗機的拖曳線長度是100 m左右[7]。

(2) 無效錐角區

當導彈以小角度攻擊目標時，存在一個錐角范圍，誘餌不能發揮對導彈的干擾作用。當導彈攻擊目標時，導彈受到誘騙朝點O來襲，追尾攻擊時，由于誘餌體積較小，通常不會引爆導彈，這樣導彈將會從目標與誘餌間穿越，當導彈經過目標附近時近炸引信引爆導彈，目標位于導彈的殺傷半徑之內，導彈將擊傷目標；導彈迎頭攻擊時，由于導彈和目標的相對速度很高，加之導彈的攻擊距離有不可能很遠，多數情況下目標很難快速形成有效的“三角態勢”，目標比較容易被擊落或擊退。因此，如圖2所示，在以飛機與誘餌的連線為軸，以誘餌為頂點的立體錐形區域內，誘餌不能保護飛機。該錐體的張角為

β=arcsin(kRk/L)，

(1)

圖2 無效錐角區示意圖Fig.2 Schematic diagram of invalid cone angle area

式中：Rk為導彈的殺傷半徑；k為安全系數，一般取1.5～2；L為目標與誘餌之間的距離。這個區域就是誘餌的無效錐角區。

(3) 誘餌等效干擾功率

為了使導彈瞄準的“質心”位于載機與誘餌連線的中點或者更加靠近誘餌，則要求誘餌的干擾功率Pg等于或大于目標的回波功率Pm，即干信比K=Pg/Pm≥1，一般取2～10。

(4) 脫離距離

隨著導彈與目標的距離減小，彈目連線與彈誘連線之間的夾角逐步增大，目標將會向雷達波束的邊緣移動，最終逃離雷達主瓣波束。定義目標的脫離距離為：目標剛要逃離雷達的主瓣波束時所對應的最大的臨界逃逸距離RE[8]，如圖3所示。

RE=L/sin(θB/2).

(2)

脫離距離與拖曳線長度和雷達主瓣波束寬度有關，拖曳線越短，波束越寬，脫離距離越近。

圖3 脫離距離示意圖Fig.3 Schematic diagram of escaping distance

1.3 技術特點

(1) 回波信號和干擾信號之間存在延遲

新型拖曳式誘餌，如AN/ALE-55，其接收和發射系統分別位于載機和誘餌上，這樣既有效改善了收發隔離的問題，又減小了誘餌的質量和體積[3]。由于拖曳線的存在，誘餌的干擾信號相對于載機回波信號的延時為

(3)

(2) 實現角度欺騙

當目標和誘餌同時處于雷達的瞬時波束范圍內，兩者形成非相干雙點源干擾，對雷達導引頭造成角度欺騙，雷達始終跟蹤在雙點源之間，且偏向信號能量大的點源。

(3) 在速度和角度上不可分辨

由于誘餌是被載機拖曳著飛行，兩者具有相同的運動特性，加之誘餌與目標共處于雷達的半功率波束寬度內，所以無法在速度和角度上分辨目標和誘餌。

(4) 對光學探測系統沒有干擾作用

由于光學探測系統與誘餌工作在不同譜段，因此拖曳式誘餌對激光、紅外或者可見光電視等構成的光學探測系統沒有任何干擾能力。

2 拖曳式誘餌的對抗方法

從拖曳式誘餌的技術特點出發，目前研究中提出的一些對抗方法主要有以下幾種：脈沖前沿切割、脈沖壓縮技術、光學探測等方法，但是這些方法都存在一定缺陷。比如，脈沖前沿切割法和脈沖壓縮技術都存在脈寬能否滿足角度測量系統測量時間的問題；光學探測作用距離存在與雷達作用距離的匹配問題。因此，尋求更為有效的對抗方法是亟待解決的問題。

(1) 高分辨體制

由于拖曳線的存在，誘餌與載機在速度和距離上總存在微小的差異。通過提高雷達信號的測距、測速分辨力，比如利用具有較好距離或速度分辨力的線性調頻信號和相位編碼脈沖壓縮信號，對載機和誘餌在距離和速度上存在的微小差異進行分離，從而達到目標識別的目的。另外，文獻[9]提出了一種超分辨波達方向估計方法，它是基于噪聲子空間不變性的改進MUSIC算法，對于目標和非相干雷達誘餌具有很好的角度分辨力。可見，使用高分辨體制對抗拖曳式誘餌具有一定的可行性。

(2) 發射特殊雷達信號[10]

拖曳式誘餌通過對雷達探測信號進行放大轉發，對雷達形成雙點源干擾，達到角度欺騙的目的。可以考慮增強雷達的主動“進攻”意識，在發射雷達信號時附加噪聲干擾信號，使敵方無法獲得己方雷達信號的參數信息，誘餌也就失去了干擾作用。作為一種主動防御手段，這種方法還有待進一步驗證。

(3) 極化抗干擾

極化是電磁波的基本屬性之一，目標在反射電磁波的同時會改變電磁波的極化狀態，其變極化效應蘊含了目標的特征信息，極化信息能夠反映出目標結構、材料、形狀、姿態取向等特征，是完整刻畫目標屬性不可或缺的重要特征，充分利用極化信息可以有效提高雷達系統的目標識別和抗干擾性能。

文獻[11～13]從不同方面分析了極化信息在彈道導彈突防和彈道導彈目標識別中的應用，通過理論分析和實驗仿真，證實了這些方法的可行性和有效性。拖曳式誘餌作為一種典型的雙點源干擾，可以對雷達在速度、角度和距離上進行欺騙，但雷達可以通過回波信號和干擾信號在極化信息上存在的較大差異實現對目標和誘餌的區分。從目前的研究來看，利用極化信息進行真假目標識別的方法較多，如何將其更好地應用于對抗雙點源干擾具有一定的研究意義。

(4) 信息融合復合制導技術

考慮到拖曳式誘餌對激光、紅外或者可見光電視等構成的光學探測系統沒有任何干擾能力，可以用激光測距儀對目標進行測距，用紅外熱像儀或光學電視對目標進行角度探測和跟蹤[7]。但是，由于光學探測設備作用距離與雷達作用距離的匹配問題,光學探測設備無法對遠距離的目標和誘餌進行探測和識別。為了更好地對抗拖曳式誘餌，采取雷達加光電的復合制導方式。遠距離時采用雷達對目標進行探測和跟蹤，近距離時轉入光學探測系統對目標和誘餌進行分辨和跟蹤，進行紅外成像制導，對目標進行打擊，從而解決作用距離不匹配和抗干擾的問題。

文獻[14]研究了基于數據融合技術的誘餌鑒別方法，該方法基于雷達誘餌無法干擾紅外導引頭的基本原理，研究了導彈采用微波和紅外成像雙模復合制導導引頭后，利用數據融合技術實現對拖曳式誘餌的干擾判定，這一方法對于抗其他雙點源干擾也是有效的，但是由于采用了雙模制導使得導引頭設備復雜度增加，同時也帶來了在紅外譜段的對抗問題。

關于紅外譜段的對抗問題，這就要考慮紅外熱像儀的角度分辨率了。影響熱像儀角度分辨率的因素主要有2個：①由探測器陣元的量化作用而造成的對熱像儀空間角度分辨能力的限制；②由于光學衍射而形成的彌散斑而造成的對熱像儀空間角度分辨能力的影響。顯然，熱像儀的分辨率取決于兩者中較好的一個。假設熱像儀的參數指標為：其大視場為7.20°×5.40°，小視場為2.40°×1.80°。對工作于λ=8～12 μm的熱像儀，其由于光學衍射而引起的角分辨率為0.11 mrad。而當視場為2.4°×1.8°時，陣元數為288×4、并經80次水平掃描后，則在水平方向的角分辨率為2.4°/320=0.13 mrad，在垂直方向的角分辨率為1.8°/288=0.11 mrad；而當視場為7.2°×5.4°時，則在水平方向的角分辨率為7.2°/320=0.39 mrad，在垂直方向的角分辨率為5.4°/288=0.326 mrad。在對目標的跟蹤過程中，為了提高探測距離，熱像儀通常工作于小視場狀態，從上面的分析中可知，此時其角度分辨率為0.13 mrad×0.11 mrad(0.45′×0.375′)，比制導雷達的角度分辨率(通常在1°左右)高出130多倍以上。這樣，在距熱像儀35 km遠，與熱像儀的視線方向垂直、間距5 m的兩紅外點源，就可被熱像儀分辨。因此，紅外誘餌不會對熱像儀造成角度欺騙，需要做的是在目標和誘餌中如何識別真目標，當然這種情況下，可以發揮跟蹤操作員的作用，根據目標運動特征識別并跟蹤真正的目標。可以看出，采取雷達加光電的復合制導方式對抗拖曳式誘餌具有一定的可行性和研究價值。

(5) 多角度攻擊模式[9]

從前面的分析中可以看出，當導彈以小角度攻擊目標時，存在一個無效錐角區，誘餌將不能保護載機。因此，可以利用該無效錐角區，采取多角度攻擊模式，使導彈在多角度下形成迎頭或追尾攻擊模式，就算敵機機動也無法很好地脫離無效錐角區，從而達到擊落或擊退敵機的目的，如圖4所示。但這種模式下為了攻擊一架敵機需發射3枚甚至更多導彈，導致這種“圍追堵截”的戰術費效比太低，在實戰應用中會受到極大的限制。

圖4 多角度攻擊模式Fig.4 Multi-angle attack pattern

3 結束語

目前，拖曳式誘餌已經發展成為一種極其有效的干擾方式，對于地空導彈武器系統產生了極大地威脅和挑戰，如何更有效地識別和對抗拖曳式誘餌則成為目前亟待解決的問題。本文通過分析拖曳式誘餌的工作原理和技術特點，在總結目前研究的基礎上，提出了一些對抗方法和新思路，也許無法從根本上解決拖曳式誘餌的抗干擾問題，但能夠對拖曳式誘餌的對抗技術研究提供一些思路，具有一定的參考價值。

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