基于分布式協同干擾的彈道導彈突防技術

趙穎

（中國電子科技集團第十研究所四川成都610036）

基于分布式協同干擾的彈道導彈突防技術

趙穎

（中國電子科技集團第十研究所四川成都610036）

本文在分布式干擾技術的基礎上，分析了干擾彈組網和協同干擾的作戰需求，提出一種基于無線傳感器網絡的干擾彈組網方案以及基于主從式任務分配的干擾資源協同配置方案，通過采用組網通信技術和協同干擾技術，將分布式干擾機組建為有機整體，協同作戰，發揮分布式干擾的集群優勢，達到高效掩護彈道導彈突防的目的。

無線傳感器網絡，跳時跳頻，協同偵察，組網協同干擾

在現代彈道導彈突防技術中，彈道導彈加裝前拋式有源電子干擾機，利用有源電子干擾對敵彈道導彈防御系統多功能制導雷達和攔截彈實施壓制或欺騙干擾，正在成為越來越重要的彈道導彈突防手段。然而，彈道導彈防御系統多功能制導雷達，廣泛采用了低副瓣天線、副瓣匿隱、副瓣對消、波瓣自適應零點控制等許多抗干擾措施，而且大多應用多雷達冗余覆蓋或多雷達組網工作，傳統的點狀集中式干擾已無法有效削弱、破壞敵方雷達的作戰效能［2］。

為更好地掩護彈道導彈突防，分布式的電子干擾技術日益成為彈道導彈突防中雷達對抗技術的重要發展方向之一。彈道導彈加裝一定數量的有源電子干擾機，通過彈射拋灑的方式在不同的地域、空域對敵雷達系統形成分布式干擾［3］。通過分布式干擾機的多方向主瓣干擾扇面組合可形成大區域的壓制性干擾，直接導致多功能制導雷達的諸多空域抗干擾效能下降［5］。

然而，隨著多雷達組網應用的發展，許多新的聯合抗干擾方法又對分布式干擾的應用效能形成了極大挑戰。例如，組網雷達可使用部份雷達對分布式干擾機進行誘騙，誘使分布式干擾機集中針對部分雷達進行干擾，而其余雷達則可對彈道導彈進行正常探測及跟蹤攔截，從而直接導致分布式干擾失效［4］。因此，分布式電子干擾機系統應朝著網絡化、“智能”化、協同化的方向發展，基于分布式協同干擾技術正是重要手段之一。

1　分布式協同干擾技術概述

彈道導彈突防中的分布式協同干擾技術，主要包括干擾彈組網通信技術和協同干擾技術，利用穩定可靠的通信網絡將空域分布的大量電子干擾機關聯起來，通過偵察信息共享、干擾策略和干擾資源統一配置，實現分布式干擾機的自主協同工作。利用分布式干擾的整體協同作戰優勢，對敵反導防御系統雷達網形成強大壓制性干擾。

文中分析了干擾彈組網和協同干擾的作戰需求，提出一種基于無線傳感器網絡的干擾彈組網方案以及基于主從式任務分配的干擾資源協同配置方案。

2　干擾彈組網技術研究

2.1組網通信作戰需求

組網通信鏈路應具有較低的通信時延。導彈飛行全程，面臨敵反導防御系統雷達網的探測、識別、制導攔截威脅，雷達信號樣式復雜多樣且雷達信號參數快速變化。為了及時跟蹤目標雷達參數變化，需在分布式干擾機之間快速完成信息交互，提高干擾機實時調整干擾策略以對抗敵雷達參數捷變的能力，降低彈道導彈暴露概率。

組網通信鏈路應具備抗干擾能力，以應對分布式干擾機面臨的極為復雜的電磁環境，保證組網通信鏈路在強干擾環境下的通信效率和可靠性［6］。

通信網絡應具備自適應組網能力。分布式干擾機與載具分離后，分布于不同空域，相對速度、相對位置不斷變化，網絡拓撲不斷分解與重構，網絡連通特性不斷變化。分布式干擾機網絡必須具有自組織能力，自動感知網絡變化并進行自適應組網，最大程度保證分布式干擾機作戰過程中的互聯互通。

圖1　組網協同干擾工作示意圖

2.2無線傳感器網絡協議

無線傳感器網絡中沒有嚴格的控制中心，所有節點地位平等，可以隨時加入或離開網絡，任何節點的故障不會影響整個網絡的運行，具有很強的抗毀性［1］。節點開機后通過分層協議和分布式算法協調各自的行為，可以快速、自動地組成網絡，非常適合分布式干擾機的自適應組網。

2.3低時延抗干擾無線通信鏈路

無線傳感器網絡面向分布式傳感器數據采集應用發展起來，由于硬件能力的限制，其通信效率和可靠性較低，因此，需對其物理層和鏈路層進行抗干擾和低時延改造，以滿足協同作戰的組網通信需求。

分布式干擾機通信網絡共享通信帶寬，采用跳頻跳時通信技術，根據跳時跳頻圖案進行信號解調，防止通信碰撞。網絡中允許多條鏈路并行通信，采用基于信道統計的接入控制協議（SPMA），提高通信吞吐量，降低數據交換時延。

2.3.1通信抗干擾設計

每個網絡節點的傳輸和接收如圖2和圖3所示，隨著用戶數的增多，通信子小包可能存在時頻域碰撞。分布式干擾機網絡中存在多條并行通信鏈路，需要設計特殊的信道編解碼及合理的跳時跳頻序列，通過在時_頻空間的離散分布，在低時延傳輸的同時盡可能的避免傳輸干擾。

圖2　某用戶的傳輸示意

圖3　接收端物理信道狀態示意

信道編碼采用多維循環網格編碼技術，解碼由循環疊代軟判決實現。該編碼整合了循環碼、網格碼和Turbo解碼的優點，具有較大的編碼增益和獨特的抗阻塞能力。信道編碼前后BER性能比較如圖4所示，該編碼增益達到11.6 dB。

圖4　信道編碼前后BER性能比較

二維時頻序列采用基于Bent函數的跳頻序列和基于同余理論的跳時序列，降低并行用戶通信間的脈沖干擾，經優化設計的跳時跳頻圖案如圖5所示。用戶間通過發送異步跳頻跳時脈沖串來實現低時延的通信。由于各個用戶為獨立隨機發送，在自由空間中看到的將是雜亂無序、甚至存在彼此相互重疊的斷續脈沖流，相對于傳統的單一跳頻、跳時和同步通信系統來看，敵方無法判斷各個時頻數據塊分別隸屬于那些用戶，更難從接收信號中得到用戶的信息規律，因此無法進行有效的干擾和竊聽。

2.3.2快速接入控制

分布式干擾機網絡的物理波形支持多個用戶并行發送消息幀，采用基于信道統計的接入控制協議（SPMA）。SPMA協議精確地統計當前信道占用情況，并設計與波形能力相匹配的接入策略。干擾機根據實時統計的信道使用狀態選擇接入時機，保持網絡并發用戶數低于最大值，進而避免網絡沖突。

SPMA協議支持分布式地共享無線信道，無需提前規劃信道資源。所有干擾機根據信道狀態實時地自動調整接入策略，可隨時隨地加入或離開網絡。SPMA協議實現流量自動控制并按優先級分配信道資源，從而自動適應不同規模、不同流量負載的網絡。

圖5　跳頻跳時圖案示意圖

3　協同干擾技術研究

3.1協同干擾作戰需求

協同干擾，包括協同偵察和協同干擾，在協同偵察的基礎上實現干擾資源的協同。充分發揮分布式干擾機的整體優勢，實現干擾目標的全網快速偵察，并對偵察的雷達信號參數進行綜合分析及分選，有效識別干擾目標的數量、種類、參數變換規律等；綜合考慮目標對象的時域、頻域、數量、雷達體制等參數情況以及分布式干擾機的干擾能力，優化干擾資源配置，對作戰目標實施快速高效的協同干擾，以應對敵雷達系統作戰模式的快速變換。

本文提出一種基于主從式任務配置的協同干擾作戰方式，通過網絡自主協商產生業務層面的主控節點，由主控節點控制干擾機網絡執行協同偵察干擾策略，對目標實施協同干擾；協同偵察干擾策略由偵察干擾切換、協同偵察以及協同干擾策略組成。

3.2協同偵察干擾切換策略

在協同干擾過程中，隨著分布式干擾機相對目標雷達的方位、姿態變化，以及目標雷達工作模式的調整，接收的目標雷達信號參數會發生不斷變化，為保證各干擾機快速應對目標參數變化并形成有效干擾，干擾策略需根據目標雷達參數變化情況進行實時調整，實現對目標雷達的跟蹤干擾。因此，持續干擾一段時間后，分布式干擾機應停止干擾轉入偵察，實時更新目標雷達信號參數。

分布式干擾機定時偵察干擾切換如圖6所示：分布式干擾機開機工作后，距離目標雷達較遠，時間裕度較大，可首先對目標雷達進行較詳細的偵察和參數分析，獲得目標雷達的詳細參數并進行分選，為后續的偵察干擾過程提供詳細的基礎參考數據；隨著干擾機與目標雷達的距離逐漸縮短，時間裕度逐漸減小，且目標雷達參數可能處于快速切換狀態，因此為保證干擾時間，將開窗偵察時間逐漸縮短，但將偵察頻率逐漸提高以應對目標雷達參數的快速變化。

圖6　偵察干擾定時切換示意圖

3.3協同偵察策略

主控干擾機通過偵察控制命令，根據協同偵察策略為各臺分布式干擾機分配偵察任務，協同全網節點完成全頻段雷達信號的快速偵察，獲取目標雷達的綜合態勢。

1）距離分配策略：距離目標雷達較遠時，可進行長時間的目標雷達信號詳細偵察，完成時頻域參數偵察及信號分選；距離目標雷達距離較近時，由于有效干擾時間進一步縮短，通常進行短時開窗偵察，只進行目標雷達脈沖時域參數檢測，并根據時域參數進行雷達信號分選。

2）數量分配策略：分布式干擾機面臨的目標雷達數量少時，雷達信號在全頻段內分布稀疏時，可利用部分干擾機進行全頻段雷達信號搜索及詳細偵察，而其余干擾機繼續執行干擾任務。

3）頻率分配策略：偵察信道協同分配，聯合多臺干擾機實現對全頻段的同時偵察，縮短全頻段搜索偵察時間。

3.4協同干擾策略

分布式干擾機網絡獲得彈道導彈突防過程中的干擾目標參數情況后，根據目標在頻率、調制方式、脈沖寬度、到達時間、脈沖重頻等參數方面的差異，綜合各干擾機節點的干擾能力，為各干擾機成員分配協同干擾任務，以對干擾目標形成最優干擾資源配置。

1）頻率分配策略：頻率接近，且位于干擾機同一收發通道的目標雷達集中分配給同一干擾機進行干擾；避免干擾機對不同通道內的目標雷達形成干擾時，由于頻繁切換通道而減少有效干擾時間。

2）數量分配策略：考慮干擾機收發切換時間和干擾功率需求，一部干擾機分配的同一通道內的目標雷達數量原則上不超過4部。

3）脈沖寬度分配策略：同一干擾機分配的干擾目標，脈沖寬度盡量相近。

4）體制分配策略：當常規體制雷達和捷變頻雷達同時存在時，部分干擾機干擾捷變頻雷達，部分干擾機集中干擾常規體制雷達。

5）干擾樣式分配策略：主要根據目標雷達信號的能量域和調制域特征，分配合適的干擾樣式，保證各干擾機對不同目標采用效率最高的干擾信號樣式。

4　結束語

彈道導彈突防中，隨著新型分布式干擾作戰方式投入應用，如何充分發揮分布式干擾機的整體作戰效能，將成為未來重要的研究方向。在分布式協同干擾的突防技術領域應投入資源進行持續研究，以應對導彈防御系統中雷達協同作戰的發展，確保在未來彈道導彈突防作戰中取得雷達對抗作戰優勢，掩護彈道導彈成功突防。

［1］孫利民，李建中，陳渝，等.無線傳感器網絡［M］.清華大學出版社，2005.

［2］湯文輝，程周.彈道導彈的突防手段與突防策略研究［J］.導彈與航天運載技術，2009（2）：17_19.

［3］田波，張永順.發展中的分布式干擾技術［J］.航天電子對抗，2004（1）：41_43.

［4］張錫祥，肖開奇，顧杰.新體制雷達對抗導論［M］.北京：北京理工大學出版社，2010.

［5］蔡小勇，蔣興舟，賈興江，等.分布式電子干擾系統干擾效能分析與仿真［J］.海軍工程大學學報，2006，18（3）：47_51.

［6］董暉.分布式干擾的組網技術［D］.西安：西安電子科技大學，2009.

Balllstlc mlsslle defense Penetratlon technology based on dlstrlbuted cooPeratlVe jammlng

ZHAO Ying
（Southwest China Institute of Electronic Technology，Chengdu 610036，China）

This paper ana1yzes the operationa1 requirements for jamming ammunition networking and cooperative jamming on the basis of distributed jamming techno1ogy，and proposes a jamming ammunition networking scheme based on wire1ess sensor network and a jamming resource coordination configuration scheme based on Master/S1ave tasking，which integrates distributed jamming units into an organic who1e by adopting networked communication and cooperative jamming techno1ogies，so as to operate cooperative1y and make fu11 use of group advantage of distributed jamming，for efficient1y covering ba11istic missi1e penetrating.

wire1ess sensor network；time_frequency hopping；cooperative reconnaissance；cooperative jamming

TN97

A

1674_6236（2016）10_0159_04

2015_06_19稿件編號：201506193

趙穎（1972—），女，四川成都人，碩士，工程師。研究方向：電子對抗。