無人機編隊協(xié)同干擾對預(yù)警機壓制效果研究

于家傲，彭世蕤，孫經(jīng)蛟，胡繪斌

(1.空軍預(yù)警學(xué)院，武漢 430019；2.解放軍94860部隊，南京 210018)

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無人機編隊協(xié)同干擾對預(yù)警機壓制效果研究

于家傲1，彭世蕤1，孫經(jīng)蛟1，胡繪斌2

(1.空軍預(yù)警學(xué)院，武漢 430019；2.解放軍94860部隊，南京 210018)

摘要：研究了遠距離支援干擾條件下，無人機編隊對預(yù)警機的壓制效果。建立了無人機編隊與預(yù)警機的對抗模型，提出了干擾效果評估的量化指標。仿真分析了不同干擾無人機編隊對預(yù)警機探測效能的影響，給出了壓制扇面的變化情況，對某固定區(qū)域內(nèi)壓制效果進行評估，并通過仿真對無人機編隊航跡進行優(yōu)化。研究結(jié)果對干擾無人機作戰(zhàn)運用具有重要意義。

關(guān)鍵詞：無人機；預(yù)警機；干擾效果

0引言

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，預(yù)警機作為高機動空中警戒裝備，可對低空目標實現(xiàn)有效的遠距離預(yù)警，在局部戰(zhàn)爭中發(fā)揮重要作用。通過電子對抗手段對預(yù)警機進行干擾壓制，在一定區(qū)域建立一段時間的保護空域，是遂行突防和摧毀任務(wù)的關(guān)鍵手段。

文獻[1]給出了遠距離干擾機對地面警戒雷達的干擾效果研究，但現(xiàn)代雷達抗干擾技術(shù)使主要靠旁瓣起作用的遠距離支援干擾受到了很大抑制。文獻[2]給出了分布式干擾條件下雷達探測范圍的仿真分析，但需要在靠近雷達區(qū)域內(nèi)分布大量小型干擾機。文獻[3]給出了遠距離支援干擾對預(yù)警機的對抗模型，但沒有考慮預(yù)警機的高機動移動因素。

本文在地面遠距離壓制干擾的基礎(chǔ)上，協(xié)同多部干擾無人機編隊，對預(yù)警機進行壓制干擾，并對一定區(qū)域形成有效的保護，建立了相應(yīng)對抗模型，提出了干擾效能量化評估指標，對干擾效果進行量化評估，并對無人機編隊航跡進行了優(yōu)化。研究所得結(jié)論可以支援部隊雷達對抗作戰(zhàn)需求，對干擾無人機作戰(zhàn)運用具有指導(dǎo)意義。

1干擾無人機編隊與預(yù)警機的對抗模型

1.1干擾條件下預(yù)警機探測距離

由于干擾無人機和預(yù)警機在空域中機動飛行，因此引入時間參數(shù)t對干擾效果實時分析。在t時刻進入預(yù)警機雷達接收機的目標回波信號功率為：

(1)

一般情況下，中近距離干擾機主要采用密集假目標干擾或靈巧噪聲干擾。為了便于描述，同時兼顧考慮遠程干擾機的干擾效果，這里借用噪聲壓制干擾的概念。假設(shè)干擾機進入雷達接收機的干擾信號不相干，即干擾信號的功率能夠無損疊加，在t時刻n部干擾機進入雷達接收機的干擾總功率為[4]：

(2)

對雷達造成干擾所需的壓制系數(shù)為[5]:

(3)

將式(1)、(2)代入式(3)，可求得干擾條件下，預(yù)警機在t時刻、θ方向上的最大探測距離為:

(4)

通過對全向最大探測距離的計算，可以得出預(yù)警機在干擾條件下的有效探測范圍。

1.2對抗模型設(shè)計及干擾效果評估指標

干擾無人機編隊與預(yù)警機的對抗態(tài)勢如圖1所示。根據(jù)遠距離和中近距離支援干擾特點，在地面遠距離干擾的基礎(chǔ)上，協(xié)同中近距離干擾無人機編隊對預(yù)警機進行壓制干擾。圖1中，設(shè)定一保護區(qū)域，其面積為90×160 km2；地面遠距離干擾機、保護區(qū)域和預(yù)警機航跡中心位置在同一直線上，干擾無人機沿該直線對稱分布。設(shè)置1、2、3、4號干擾無人機，其干擾波束朝向預(yù)警機所在方向，沿固定航向做平行往復(fù)飛行，各無人機間距50 km，其飛行路線如圖1中實線所示[6]。為簡化計算，各無人機各項性能參數(shù)相同，無人機和預(yù)警機按給定航線勻速飛行，忽略預(yù)警機雷達波束掃描時間對干擾效果的影響。

圖1　干擾無人機與預(yù)警機對抗模型

為對不同干擾無人機編隊干擾效果進行評估，定義區(qū)域有效保護率作為干擾效果量化評估指標。其中，在壓制系數(shù)為K的干擾條件下，對雷達截面積為σ的目標無法進行有效探測和識別的區(qū)域，為有效保護區(qū)域。在劃定的保護區(qū)域內(nèi)，通過蒙特卡羅積分算法[7]，對該區(qū)域中有效保護區(qū)域面積進行積分，其中有效保護區(qū)域占所劃定區(qū)域的面積比，定義為區(qū)域有效保護率:

(5)

式中：Sy為有效保護區(qū)域面積；Sh為劃定保護區(qū)域面積。

2仿真結(jié)果分析

預(yù)警機雷達接收機參數(shù)設(shè)為：工作頻率2 GHz，對反射截面積σ=2m2目標的最大探測距離為400 km，Pt=500 kW，Gt=30 dB，Lt=8 dB，Δfr=100 MHz，K=10，主瓣寬度為4°，副瓣為-40 dB。遠距離干擾機參數(shù)設(shè)為：Rj≈300 km，Pj=50 kW，Gj=10 dB，Lj=5 dB，Δfj=500 MHz，γj=0.5。1～4號中近距離干擾無人機參數(shù)設(shè)為：Rji<150 km，Pji=15 W，Gji=3 dB，Lji=3 dB，Δfji=200 MHz，γji=0.5，干擾波束寬度90°。

當(dāng)僅采用地面遠距離支援干擾時，干擾效果如圖2所示，其中矩形區(qū)域為保護區(qū)域。隨著預(yù)警機的運動，所形成的壓制扇區(qū)面積不變，但其壓制扇區(qū)位置隨著預(yù)警機運動而變化。在劃定的保護區(qū)域內(nèi)，有效保護區(qū)域也隨之變化。當(dāng)遠距離干擾機、保護區(qū)域和預(yù)警機三者在同一直線上時，區(qū)域有效保護率η取最大值。

圖2　僅遠距離干擾機干擾時壓制效果

當(dāng)采用1、2號無人機按平行航跡協(xié)同干擾時，干擾效果如圖3所示，隨著預(yù)警機的移動到較遠點時，有部分區(qū)域未能被壓制扇區(qū)覆蓋。當(dāng)采用1、2、3、4號無人機按平行航跡協(xié)同干擾時，干擾效果如圖4所示，雖然壓制扇區(qū)面積變大，但隨著無人機向預(yù)警機抵近，保護區(qū)域內(nèi)仍殘留部分有效探測區(qū)。干擾無人機與預(yù)警機距離的減小，干擾能量從預(yù)警機雷達天線副瓣進入，所形成的干擾扇面逐漸變大。

圖3　1、2號無人機按平行航跡協(xié)同干擾時壓制效果

圖4　1、2、3、4號無人機按平行航跡協(xié)同干擾時壓制效果

為進一步提高對預(yù)警機的壓制效果，將無人機編隊航跡進行優(yōu)化，使其航向相對預(yù)警機航跡中心位置偏航一定角度，如圖1中虛線所示。通過仿真和干擾效果評估指標的優(yōu)化，得到優(yōu)化航跡為：1、2號無人機分別向中心偏航8.1°，3、4號無人機分別向中心偏航18.9°。當(dāng)采用1、2、3、4號無人機沿優(yōu)化航跡協(xié)同干擾時，干擾效果如圖5所示，即使在保護區(qū)域內(nèi)存在某些較窄的“縫隙”時，雷達也不能對其中的目標進行正常處理，仍然保持該區(qū)域的干擾效果。圖2～圖5中各時刻區(qū)域有效保護率見表1。

圖5　1、2、3、4號無人機按優(yōu)化航跡協(xié)同干擾時壓制效果

表1　t=20,40,80 min時刻區(qū)域有效保護率

圖6　區(qū)域有效保護率η隨時間變化曲線

3結(jié)束語

遠距離支援干擾和中近程無人機編隊干擾是電子對抗的重要手段。本文結(jié)合2種干擾手段，對預(yù)警機干擾效果進行了研究，通過建立的對抗干擾模型仿真分析了不同無人機編隊協(xié)同干擾對預(yù)警機探測性能的影響程度和對劃定區(qū)域的保護效果。當(dāng)僅采用地面遠距離支援干擾時，基本無法對劃定區(qū)域形成有效保護；當(dāng)采用無人機編隊按水平航跡協(xié)同

干擾時，可對劃定區(qū)域形成一定保護，保護區(qū)域內(nèi)仍存在有效探測區(qū)域；最后采用無人機編隊按優(yōu)化航跡協(xié)同干擾時，該區(qū)域的有效保護率提高到99.6%，可在一定時間內(nèi)對劃定區(qū)域形成有效保護，研究結(jié)果對干擾無人機編隊飛行具有參考意義。

參考文獻

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Research into The Suppression Effect of Cooperative Jamming of UAV Formation on Early-warning Aircraft

YU Jia-ao1,PENG Shi-rui1,SUN Jing-jiao1,HU Hui-bin2

(1.Air Force Early-warning College,Wuhan 430019,China;2.Unit 94860 of PLA,Nanjing 210018,China)

Abstract:This paper studies the suppression effect of unmanned air vehicle (UAV) formation jamming on early-warning aircraft under the condition of stand-off jamming (SOJ),sets up the countermeasure model of UAV formation to early-arning aircraft,puts forward the quantized index to estimate the jamming effect,simulates and analyzes the influence of different jamming UAV formation on the detection performance of early-warning aircraft,gives the change state of suppression fan area,estimates the suppression effect of a certain fixed region,and optimizes the track of UAV formation through simulation.The research result is of important meaning for the campaign application of UAV jamming.

Key words:unmanned air vehicle;early-warning aircraft;jamming effect

DOI:10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.01.005

中圖分類號：TN972

文獻標識碼：A

文章編號：CN32-1413(2016)01-0026-05

收稿日期:2015-09-24