機載干擾訓練裝備等效映射方法

王柏杉

(解放軍91404部隊,河北 秦皇島 066001)

機載電子進攻裝備是未來海戰的主要空中電磁威脅源,也是電子對抗訓練的重點裝備。EA-18G電子戰飛機掛載AN/ALQ-99F干擾吊艙作為遠距離支援干擾裝備,是目前美軍機載干擾功能最強的電子進攻武器。利用EA-18G電子戰飛機模擬機載電子進攻是實戰化訓練的重要內容。然而,EA-18G電子戰飛機全武器系統非常龐大,要想等比模擬難度非常大。因此,本文利用訓練先驗信息,采用非對稱設計和戰場位移轉換等技術手段,運用機載電子進攻訓練裝備等效模擬EA-18G電子戰飛機在不同距離上的干擾能力,為真實模擬敵方機載電子進攻裝備干擾效能提供一條途徑。

1 機載電子進攻訓練裝備模擬的技術難題

1.1 EA-18G電子戰飛機進攻能力

EA-18G電子戰飛機是在F/A-18E/F“超級大黃蜂”戰斗攻擊機的基礎上為美國海軍改裝研制的艦載電子戰飛機,主要用于電子戰支援和空中電子攻擊,可執行雷達干擾、通信干擾、敵防空摧毀、電子監視和信號情報偵察等任務,同時保留了F/A-18F戰斗攻擊機的全部作戰能力[1]。

EA-18G電子戰飛機具有十分強大的電磁攻擊能力。憑借AN/ALQ-218(V)2戰術接收機和新型AN/ALQ-99F干擾吊艙,EA-18G電子戰飛機可以高效地執行對地空導彈雷達系統的壓制任務。通過分析干擾對象的跳頻圖譜自動追蹤干擾對象的發射頻率,對輻射源進行精確定位,實現電磁頻譜領域的“精確打擊”。EA-18G電子戰飛機可以有效干擾160 km外的雷達和其他電子設施,超過任何現役防空火力的打擊范圍。

1.2 機載電子進攻訓練裝備模擬EA-18G電子戰飛機的技術難度

EA-18G電子戰飛機電子進攻能力十分強大,因此很難利用機載電子進攻訓練裝備完全模擬該飛機的電子進攻能力。具體表現在以下幾個方面:

(1) 飛機平臺不兼容

EA-18G電子戰飛機采用美軍F/A-18E/F艦載多功能戰斗機,具有11個掛點,有很強的隱身性能。目前國內還沒有類似的飛機平臺,因此機載電子進攻訓練裝備在平臺選型上很難實現等比模擬。

(2) 干擾吊艙頻段寬廣

AN/ALQ-99F干擾吊艙覆蓋的通信、雷達頻段的干擾范圍為0.064～18.000 GHz,全頻段干擾時可同時掛5個干擾吊艙,翼尖還掛2個AN/ALQ-218(V)2戰術接收機吊艙,裝備數量龐大,在訓練裝備上要想全功能模擬實現難度很大。

(3) EA-18G電子戰飛機裝載的AN/ALQ-218(V)2戰術接收機偵察系統具有“透視”功能

該偵察系統在實施全頻段干擾時仍能進行電子監聽(包括雷達和通信),是目前世界上唯一具備此項功能的裝備,因此在機載電子進攻訓練裝備上很難模擬此功能。

(4) 干擾機發射功率大

AN/ALQ-99F干擾吊艙有效輻射功率達到100 kW,主要用于隨隊干擾和遠距離支援干擾。機載電子進改訓練裝備受空間以及供電能力的限制,很難達到此功率水平。

由此可見,要想一比一地模擬EA-18G電子戰飛機的全部干擾能力是不現實的。對于電子對抗干擾訓練受訓方來說,關注點在于訓練裝備最終實現的干擾效果,至于采用何種技術手段都是次要的。因此,在訓練裝備保障上采取一系列措施和手段實現EA-18G電子戰飛機的干擾效果即可,而不必拘泥于完全采用EA-18G電子戰飛機的技術手段。

2 偵察干擾能力的非對稱設計

機載電子進攻裝備的雷達干擾能力主要體現在偵察的準確性和干擾效果的時效性上。對EA-18G電子戰飛機來說,主要取決于AN/ALQ-218(V)2戰術接收機和AN/ALQ-99F干擾吊艙的技術性能。由于在訓練裝備上無法完全采用原型裝備的技術手段,因此可以嘗試采用基于先驗信息和戰場位移轉換的非對稱設計手段來真實模擬EA-18G電子戰飛機的干擾能力。

2.1 偵察能力等效的解決措施

2.1.1威脅目標信息參數提前預裝訂

EA-18G電子戰飛機采用獨立的AN/ALQ-218(V)2戰術接收機進行信息情報偵察,通過分析干擾對象的跳頻圖譜自動追蹤干擾對象的發射頻率[2]。此外,美軍具有強大的信息情報資源,使得EA-18G電子戰飛機對干擾對象信息參數掌握十分準確。在電子對抗干擾訓練中只憑訓練裝備自身性能完成威脅目標信息參數的偵察和測量任務,是很難達到EA-18G電子戰飛機技術水準的。因此,在對抗訓練中可以充分利用導演部的已知信息,把干擾對象的具體參數信息直接預裝訂到訓練裝備數據庫中,在動態測量時再進行針對性地動態調整。利用威脅目標信息參數的預裝訂功能,可以模擬AN/ALQ-218(V)2戰術接收機的精確測量和美軍強大的情報收集能力。

2.1.2偵察距離動態調整

EA-18G電子戰飛機可有效干擾160 km外的雷達裝備,尤其在防區外壓制性支援干擾時,干擾距離會更遠。訓練裝備偵察機系統靈敏度的映射問題可以采取以下2種方案來解決:

(1)縮短訓練裝備偵察距離。根據EA-18G電子戰飛機的干擾距離計算出映射的訓練裝備偵察距離,當小于EA-18G電子戰飛機的干擾距離時,就可以在對抗訓練航路規劃時縮短偵察距離,以彌補偵察系統靈敏度低的問題。

(2)威脅目標信息參數直接裝訂引導。當映射的訓練裝備偵察距離大于EA-18G電子戰飛機的干擾距離時,就無法采取縮短距離的方式來解決。此時,在訓練裝備上可以采取強制干擾的方式,充分利用導演部的調節功能,將威脅目標信息人工裝訂來引導干擾裝備,利用導演部先驗信息模擬訓練裝備的偵察引導功能。

2.1.3威脅方位及時引導

EA-18G電子戰飛機采用“長基線干涉儀測量法”對輻射源進行精確定位,實現了電磁頻譜領域的“精確打擊”[2]。訓練裝備一般采取區域扇面測向,干擾波束很難對準威脅目標,導致干擾精準性差。為充分發揮干擾資源,在干擾訓練時可以利用導演部的已知信息,將干擾目標的位置信息實時傳輸給干擾訓練裝備,利用位置信息來引導干擾指向,達到精準干擾的目的。

2.2 干擾手段等效解決措施

(1) 干擾參數預裝訂

EA-18G電子戰飛機作戰方式主要采取防區外支援干擾和隨隊伴隨干擾,干擾樣式主要有瞄準式干擾、雙頻干擾、掃頻干擾和噪聲干擾等。從干擾樣式角度,訓練裝備可以模擬AN/ALQ-99F干擾吊艙功能樣式,針對不同的干擾對象,在訓練前將相應的干擾樣式預裝訂到訓練裝備上。為檢驗不同樣式的干擾效果,還可以隨時進行干擾樣式動態調整。

(2) 戰場位移轉換

EA-18G電子戰飛機主要做防區外支援干擾,對160 km外的雷達目標實施壓制性干擾。在進行干擾訓練時,由于訓練裝備的干擾有效輻射功率以及載機的雷達散射截面積與EA-18G電子戰飛機不同,導致在同等戰場空間兩者形成的干擾效果并不一致。干擾訓練追求的是等效映射的同等干擾效果,因此可以采用戰場位移轉換的方法,利用空間的變換來抵消干擾有效輻射功率和雷達散射截面積不同造成的影響,最終達到干擾效果等效的目的。

3 仿真驗證

對于機載電子進攻訓練裝備,采用非對稱設計進行EA-18G電子戰飛機干擾效果等效。由于影響干擾效果的因素很多,因此采取控制變量法進行仿真驗證。

通過導演部的干預,訓練裝備的偵察識別、靈敏度控制、方位引導以及干擾參數預裝訂等功能與EA-18G電子戰飛機一致。由于2套裝備的干擾有效輻射功率以及載機雷達散射截面積不同,因此需要進行戰場空間轉換。

通過雷達干擾方程[3]可知

(1)

式中:Pj為干擾機功率;Gj為干擾機天線增益;Pt為雷達發射峰值功率;Gt為雷達天線增益;R為載機平臺(掛干擾源)與雷達目標之間的距離;A為載機雷達散射截面積;γ為極化損耗系數;ΔBr/ΔBj為雷達接收機帶寬與干擾信號帶寬之比;Ka為干信比,即雷達接收到的干擾信號功率和目標回波信號功率的比值;kt為雷達壓縮處理增益。

由式(1)可推導出不同干信比時所對應的干擾距離,如下所示:

(2)

假設,EA-18G電子戰飛機采取一系列措施降低雷達反射面積,前向雷達散射截面積為3 m2,掛載的AN/ALQ-99F干擾吊艙有效輻射功率為100 kW。

干擾訓練時,假設被干擾的雷達目標采用全相參、數字脈沖壓縮體制,發射機的功率為53 kW,天線增益為37 dB,接收信號帶寬為10 MHz,脈沖壓縮比為40。

機載電子進攻訓練裝備載機前向雷達散射截面積為20 m2,干擾吊艙有效輻射功率為50 kW。

在計算干擾距離時,假設干擾信號全部進入雷達接收機帶寬,即ΔBr/ΔBj值取1,極化系數γ取0.5。

通過式(2)可以推導出相同干信比時,2個干擾機所對應的干擾距離,如圖1所示。

圖1 干擾距離與干信比關系Fig.1 Relationship between jamming distance and jamming-to-signal ratio

EA-18G電子戰飛機形成的干信比

(3)

訓練裝備形成的干信比

(4)

當2個干擾機形成的干信比相同(Ka18=Kax)時,即此時2個干擾機形成的干擾效果等效,2個干擾機的干擾距離對應關系為

(5)

當2個干擾機的有效輻射功率以及搭載平臺確定后,干擾距離對應關系也就確定。

例如,EA-18G電子戰飛機AN/ALQ-99F干擾吊艙有效輻射功率為100 kW,飛機前向雷達散射截面積為3 m2,載機電子進攻訓練干擾吊艙有效輻射功率為50 kW,載機前向雷達散射截面積為20 m2,由此可計算出2個干擾機的干擾距離對應關系為

Rx=3.65R18

(6)

2個干擾機干擾距離對應關系如圖2所示。

圖2 EA-18G電子戰飛機和訓練裝備干擾距離映射關系Fig.2 Mapping relationship of jamming distance between EA-18G aircraft and training equipment

從式(5)可以看出,2個干擾機相對同一個雷達目標的干擾距離映射關系只與干擾有效輻射功率和載機雷達散射截面積有關,而與干擾對象無特定對應關系。當訓練裝備確定后,對應關系也就確定了。從式(6)和圖2可以看出,EA-18G電子戰飛機和訓練裝備干擾距離之間成線性關系,當想模擬EA-18G電子戰飛機在122 km的干擾效果時,訓練裝備就要將航路規劃到411 km處。映射距離偏遠是由訓練裝備干擾有效輻射功率偏小和載機雷達散射截面積過大造成的,要想縮短距離,就要增大干擾有效輻射功率,因此選擇雷達散射截面積特性偏小的載機。

4 結語

在進行戰場位移轉換仿真驗證時采用控制變量法,假設除干擾有效輻射功率和載機雷達散射截面積變化外,訓練裝備和EA-18G電子戰飛機的其他因素都相同。在實際應用中,EA-18G電子戰飛機的干擾機理尤其是干擾參數無法準確掌握,造成訓練裝備模擬時只是近似等同,但細微差別不會影響最終結果,可在映射推導時加以修正。通過非對稱設計,為EA-18G電子戰飛機的干擾效果映射模擬提供了一條新的思路。

參考文獻:

[1] 《世界飛機手冊》編寫組.世界飛機手冊[M].北京:航空工業出版社,2011.

Editing Group for World Aircraft Handbook.World aircraft handbook[M].Beijing:Aviation Industrial Publishing House,2011.

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QIU Shulin.Modern USA’s military weaponry and equipment[M].Beijing:National Defense University Press,2013.

[3] 林象平.雷達對抗原理[M].西安:西北電訊工程學院出版社,1985.

LIN Xiangping.Theory of radar countermeasure[M].Xi’an:Northwest Telecommunication Engineering College Press,1985.