舷外有源誘餌空間布放條件和多路徑效應(yīng)研究

傅 榮，王 斌，黃樂天，張 昀

（船舶重工集團(tuán)公司723所，揚州225001）

0 引 言

艦載舷外有源誘餌彈作為一種針對反艦導(dǎo)彈的新型高效對抗手段，其可在舷外設(shè)置干擾機(jī)，模擬我方艦船的雷達(dá)回波，誘使來襲導(dǎo)彈捕獲、跟蹤進(jìn)而命中假目標(biāo)，提供我方艦船的生存概率。

舷外有源誘餌彈具有無源彈所不能匹敵的優(yōu)勢。首先，由于舷外誘餌彈與被保護(hù)艦船有一定距離間隔，易于形成質(zhì)心干擾，可誘騙導(dǎo)彈偏離真實目標(biāo)，并且還避免了傳統(tǒng)艦載干擾機(jī)易被導(dǎo)彈跟蹤為雜波源而受到攻擊的情況發(fā)生。其次，作為有源對抗手段，雖然在成本上不及傳統(tǒng)無源干擾彈有優(yōu)勢，但在現(xiàn)代主力艦艇的噸位不斷增大的情況下（如航母級別的艦艇其雷達(dá)橫截面積（RCS）已經(jīng)達(dá)到數(shù)萬平方米），通過輻射大功率電磁波，一至兩枚有源干擾彈就可模擬大型艦船的高保真度回波信號，產(chǎn)生虛擬假目標(biāo)，還能實時修正工作參數(shù)及調(diào)整對抗策略，可獲得數(shù)枚無源彈所不能達(dá)到的誘偏效果。因此，舷外有源誘餌彈能夠有效實現(xiàn)對反艦導(dǎo)彈的防御［1－4］。

由于屬于一次性消耗品，舷外有源誘餌彈在海空環(huán)境中的合理戰(zhàn)術(shù)使用也很有必要，怎樣在較短的工作時間內(nèi)發(fā)揮最大的效能值得研究［5］。本文主要分析了誘餌彈在空間的有效布放條件，并且研究了海面多路徑效應(yīng)對誘餌彈干擾效果的影響。

1 對抗態(tài)勢描述

反艦導(dǎo)彈經(jīng)過中段制導(dǎo)過程后，便進(jìn)入末制導(dǎo)階段。導(dǎo)引頭開機(jī)搜尋到目標(biāo)后，導(dǎo)彈下降到戰(zhàn)斗高度并處于低空掠海飛行狀態(tài)。舷外誘餌彈就在導(dǎo)彈末制導(dǎo)階段對其施加舷外有源干擾，從而保護(hù)我方艦船。

舷外有源誘餌彈的實戰(zhàn)態(tài)勢如圖1所示，其中A′B′C′表示海平面。設(shè)某時刻，導(dǎo)彈位于A 點，A′為其在海平面的垂直投影，掠海高度為Hm。我方艦船位于海平面B′點，彈目距離為R，由于距離較遠(yuǎn)，艦船視為質(zhì)點。導(dǎo)彈此時已經(jīng)鎖定我方艦船，沿平行于海平面的AB方向以速度Vm向我方飛行，導(dǎo)引頭跟蹤軸已指向艦船，其中∠B′A′C′＝β。同時有源誘餌也已布放到位，其工作初始高度為Hd，在海平面的投影為C′，與我方艦船水平投影距離為R1，偏離導(dǎo)彈與艦船連線的方位角為∠A′B′C′＝α，誘餌傘降速度為Vd。三者初始相對位置確定后即可對誘餌布放條件和多路徑效應(yīng)進(jìn)行分析。

圖1 對抗態(tài)勢圖

2 布放位置

艦載投擲傘降技術(shù)在無源彈中已經(jīng)廣泛使用，技術(shù)較為成熟，如改裝成有源誘餌彈，易于較快形成戰(zhàn)斗力，故本文采用投擲傘降式誘餌彈進(jìn)行分析，并且均基于1枚誘餌彈干擾1枚反艦導(dǎo)彈的情況，假設(shè)艦船處于靜止?fàn)顟B(tài)。

2.1 高度布放

誘餌的開傘高度既要保證有足夠的留空時間來實施干擾，又要維持較高的有效干擾時間，這些與誘餌的下落速度、導(dǎo)彈的飛行速度、導(dǎo)引頭的波束寬度密切相關(guān)。誘餌只有在下降過程中始終處于導(dǎo)彈導(dǎo)引頭的俯仰波束范圍內(nèi)才能成功實施干擾。

如圖2所示，設(shè)導(dǎo)引頭波束中心指向艦船，直線bc、ac分別表示導(dǎo)引頭3dB、6dB波束范圍內(nèi)在垂直于海平面方向上的覆蓋范圍隨時間的變化關(guān)系。顯然如果在3dB波束范圍內(nèi)實施干擾會取得較好的效果。T0時刻表示為圖1中開始對抗時刻，而Tc時刻表示導(dǎo)彈在無干擾狀態(tài)下?lián)糁心繕?biāo)，由于導(dǎo)彈是掠海飛行，故暫不考慮其飛行高度，此時波束覆蓋范圍變?yōu)?。Tn時刻表示導(dǎo)彈在距離目標(biāo)很近（設(shè)此時導(dǎo)彈與艦船的距離為R′）時，便鎖定目標(biāo)不再重新捕捉目標(biāo)，此時干擾對其無效。

圖2 導(dǎo)引頭俯仰波束覆蓋范圍、誘餌布放高度隨時間變化直線

在T0時，初始高度H0＜Hb（即誘餌布放到導(dǎo)引頭的3dB波束范圍內(nèi)）的前提下，直線dk、ej、fn把誘餌隨時間變化的高度分為了4個區(qū)間：（1）H0≥Hd時，誘餌雖然有較長的留空時間，但在Tg時刻后便一直處在6dB波束范圍內(nèi)，干擾效果不會理想；（2）He≤H0＜Hd時，誘餌在Tn時刻前仍有一段時間處于6dB波束范圍內(nèi)，干擾效果仍然不夠理想；（3）Hf≤H0＜He時，誘餌在Tn時刻前一直處在3dB波束范圍內(nèi)，能夠取得較好的干擾效果；（4）H0＜Hf時，雖然誘餌始終在3dB波束范圍內(nèi)，但由于其留空過短，同樣難以保證較好的干擾效果。

綜合以上分析可知，按照情況（3）設(shè)置初始布放高度時較為合理。當(dāng)誘餌初始布放高度Hf≤H0≤He且He≤Hb時，誘餌一直處在導(dǎo)引頭的3dB俯仰波束寬度內(nèi)，有充足的留空時間實施干擾，能夠取得較好的干擾效果。

2.2 水平布放

誘餌布放角度和布放距離是誘餌布放的另外2個重要參數(shù)，需遵循以下幾個條件：（1）誘餌布放到位后，其實際位置仍必須與艦船處于導(dǎo)引頭同一波束范圍內(nèi)，這是顯而易見的；（2）由于誘餌從接收到導(dǎo)引頭信號到發(fā)出干擾電磁波會產(chǎn)生一定的硬件延時，故誘餌在水平距離上應(yīng)較艦船略接近導(dǎo)彈，以此消除延時帶來的回波滯后，對一些可以前沿跟蹤的導(dǎo)引頭也可起到較好的干擾效果；（3）誘餌、導(dǎo)彈、艦船三者不能處在同一條直線上，否則無法開展質(zhì)心干擾；（4）盡可能得使誘餌和艦船處于導(dǎo)引頭的同一距離分辨單元內(nèi)，使導(dǎo)彈無法跟蹤真實目標(biāo)，保證我方安全［6－7］。

由圖1對抗態(tài)勢可近一步細(xì)化得到圖3的水平位置示意圖。設(shè)艦船所在B′點為坐標(biāo)原點，導(dǎo)彈在A′點，誘餌在C′點，導(dǎo)彈沿A′B′方向飛行。艦船與誘餌導(dǎo)彈之間的夾角∠A′B′C′＝α，導(dǎo)引頭水平方向3dB波束寬度為θ，其與誘餌艦船的夾角∠C′A′B′＝β。

圖3 艦船、導(dǎo)彈、誘餌水平位置示意圖

由于導(dǎo)引頭波束中心指向艦船，為了保證誘餌處在導(dǎo)引頭水平波束范圍內(nèi)，β的最大取值即為0.5θ，過Y 軸 D 點 作 A′D ＝A′B′＝R，且 有∠D′A′B′＝βmax＝0.5θ，A′E 為其角平分線。從圖3可以看出，C′只有位于A′D的下方以及Y軸的右側(cè)時，才能滿足條件（1）和條件（2）。

設(shè)導(dǎo)引頭的距離分辨單元為S，過B′、H 分別作A′B′的垂線B′J、HG，可以認(rèn)為處在直線B′J、HG之間區(qū)域即位于最小分辨單元內(nèi)，且有B′H＝S。為了使能量質(zhì)心盡量遠(yuǎn)離艦船，認(rèn)為取直線EF上方的區(qū)域較為合理。這樣條件（3）和條件（4）也能滿足了。

綜合可知，四邊形DEFG內(nèi)的區(qū)域為較為理想的水平布放區(qū)域。需要指出的是，隨著導(dǎo)彈飛近目標(biāo)，其3dB波束覆蓋范圍是不斷變小的，為了爭取盡可能多的干擾時間，故選取四邊形DEFG中靠近EF邊的區(qū)域布放更為實際有效。

3 多路徑效應(yīng)

當(dāng)反艦導(dǎo)彈進(jìn)入末段制導(dǎo)階段后，一般會采用掠海飛行方式。同時舷外誘餌被投射后也處在低空傘降，并向?qū)梺硪u方向的低空海面輻射大功率電磁波，直射波與海面反射波易在導(dǎo)引頭處產(chǎn)生干涉，這樣的工作模式就與多路徑效應(yīng)的模型十分吻合，下面就具體模型來分析。

如圖4所示，假設(shè)海面處在較為平穩(wěn)的鏡面狀態(tài)，反艦導(dǎo)彈位于A點，距離海平面高度為Hm，沿水平方向AD飛行。而舷外有源誘餌此時已被布放到C點，高度為Hd，與導(dǎo)彈的水平距離為R。誘餌在接收到導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)信號后發(fā)出干擾電磁波，其中直射波的傳播路徑為L，反射波的路徑則為L1＋L2，M點為海面反射點，入射角為θ。

圖4 導(dǎo)彈和誘餌的多路徑示意圖

設(shè)導(dǎo)彈距離目標(biāo)10km時鎖定目標(biāo)，此時誘餌布放到海平面以上200m的空中，在此條件下計算｜F｜2的變化值。由圖5可以看出，｜F｜2總體是呈現(xiàn)振蕩變化趨勢。對于低工作頻率，其初始變化頻率較小，而隨著導(dǎo)彈與目標(biāo)距離的縮小以及誘餌傘降高度的降低（如圖6所示），各工作頻率｜F｜2的取值變化頻率都將逐漸加大。

圖5 ｜F｜2取值變化圖

圖6 導(dǎo)彈與誘餌的位置關(guān)系

由雷達(dá)對抗原理可知，導(dǎo)引頭接收到的誘餌信號與彈目距離R－2成正比，而其接收到的真實目標(biāo)回波與R－4成正比，因此在距離R較大時，通過較小的誘餌回波便可獲得較大的功率壓制比，這也彌補(bǔ)了在遠(yuǎn)距離時由于｜F｜2取值振蕩較慢造成實際某段時間內(nèi)到達(dá)導(dǎo)引頭處誘餌功率減小的劣勢。而隨著彈目距離的減小，｜F｜2取值的振蕩頻率增大，誘餌所輻射出的電磁波對與導(dǎo)引頭呈現(xiàn)“閃爍”照射，干擾效果接近于始終照射的狀態(tài)。

綜上可看出，在較理想海況下，多路徑效應(yīng)對誘餌的工作狀態(tài)影響不是很顯著。

4 結(jié)束語

舷外有源誘餌的使用方法對其是否能夠成功干擾反艦導(dǎo)彈至關(guān)重要。

本文從誘餌應(yīng)始終處于導(dǎo)引頭3dB波束范圍內(nèi)的角度出發(fā)，結(jié)合對抗態(tài)勢模型，分別給出了其在高度和方位上的布放區(qū)間和要求。進(jìn)而又分析了海面多路徑效應(yīng)對干擾功率的影響，在理想海況下，誘餌工作狀態(tài)基本不受多路徑效應(yīng)的影響。

下一步的工作將建立更接近實際的對抗態(tài)勢和海況模型，進(jìn)一步分析復(fù)雜環(huán)境下舷外有源誘餌的干擾能力。

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