浮空式角反射體質心干擾使用時機研究

王聘，胡生亮，張俊

(海軍工程大學 兵器工程學院，湖北 武漢 430033)

0 引言

隨著反艦導彈的攻擊速度越來越快，水面艦艇的近程防御手段可有效干擾的時間越來越短，而且受到發射裝置不能自動補彈等因素的制約，艦載無源干擾資源有限。因此，如何在有限的干擾時間和作戰資源內提高無源干擾效率，正確的干擾彈投放時機是一項重要影響因素。

無源干擾器材主要分為箔條和角反射體2種，但箔條云和艦船雷達回波在極化特性、散射點分布等方面存在一定的差異，且目前部分采用邏輯處理電路的新型反艦導彈利用時間、空間或極化特性已經可以有效識別箔條[1-3]，這對單一箔條的作戰能力提出了嚴峻的挑戰。與箔條相比，角反射體陣列在散射、頻寬、極化及抗相參性等方面都具有自身優勢，其在時域、頻域和空域上與雷達回波都沒有顯著差異，在理論上可以對多種體制、各個方向的雷達進行干擾[4-5]。

浮空式角反射體是近十幾年才發展起來的一種新型無源干擾器材，角反射體裝填在運載器(如通用箔條彈彈艙)中，利用通用無源發射裝置發射并飛至距載艦一定位置后，從運載器中脫離并展開成形，對來襲反艦導彈實施無源干擾。目前，以美國為代表的西方國家海軍的水面艦艇開始運用并裝備該型角反射體[6]，而國內關于浮空式角反射體的基礎理論研究特別是作戰使用研究方面基本處于空白。未來對海遠程精確打擊時，作戰對手使用浮空式角反射體干擾彈實施末端干擾的可能性極大，這對戰時反艦導彈的突防構成重大威脅。為提升反艦導彈對該型角反射體的突防能力，需盡快開展浮空式角反射體的電磁散射特性及作戰使用等研究。

考慮到篇幅限制，本文僅對浮空式角反射體的質心干擾使用時機展開研究。借用箔條的作戰經驗[7]，以有效干擾距離作為判斷干擾時機的依據，提出適用于浮空式角反射體質心干擾的有效干擾距離確定方法，然后以“亞聲速”和“超聲速”2類典型反艦導彈為干擾對象，以浮空式角反射體陣列為假目標進行質心干擾模擬對抗，將理論分析與仿真驗證相結合，給出某典型作戰環境下浮空式角反射體干擾彈的具體投放時機，從而為其未來實際作戰使用提供依據，也為反艦導彈對抗浮空式角反射體干擾提供理論參考。

1 浮空式角反射體概述

浮空式角反射體作為一種新型無源干擾器材，具有布放時間短、布放效率和精度較高的特點，且在空中有一定的滯空時間，便于與箔條等其他無源干擾器材配合使用，在對抗具備箔條識別能力的反艦導彈方面具有明顯優勢，是角反射體的重要發展方向之一。

目前，浮空式角反射體干擾彈作為一類重要的舷外無源干擾器材已經列裝于以法國、德國為代表的北約國家及其他盟國海軍水面艦艇。其典型代表有以色列“維扎德(Wizard)”反雷達假目標[8]、丹麥“PW216 Mod2”箔條/角反射體復合干擾彈[9]、法國“希爾蒙(Sealem)”角反射體誘餌[10]以及德國“舷外角反射體(OCR)” 誘餌[11]。其中，以色列“維扎德(Wizard)”反雷達假目標在2005年末首次海上試驗便取得圓滿成功，該假目標的特點是采用氣囊懸浮的方式實現在空中的飄浮。德國“舷外角反射器(OCR)”載荷于2014年在德國海軍K130級輕型護衛艦Magdeburg完成測試，并于2015年底完成鑒定，該誘餌的特征是應用降落傘，使下降的速度減慢，可以實現超過1 min的飛行狀態。“維扎德(Wizard)”和“舷外角反射器(OCR)”的展開效果如圖1所示。

圖1 “維扎德”和“舷外角反射器”展開效果圖Fig.1 Unfold effect of the “Wizard” and “OCR”

借鑒外軍研究經驗，國內浮空式角反射體以某型干擾彈作為運載器，在結構上采用框架式、傘降式結構。以剛性支撐桿為主要支撐部件，金屬反射面通過高強度金屬絲與支撐框架縫合，其最大的優點在于可以很好的保持反射面的平整度與面間垂直度。角反射體未展開時，支撐桿在外力作用下處于收縮折疊狀態，作為載荷裝填入彈艙；當角反射體在空中被拋射出艙后，利用氣動伸縮裝置使其迅速恢復伸展狀態，并在吊傘的作用下實現浮空。依據運載器空間推算出該浮空式角反射體主要技術參數如表1所示。

表1 浮空式角反射體主要技術參數

2 質心干擾成功基本條件

質心干擾是箔條干擾中的一種典型樣式，其理論研究已經非常充分[12-13]，本文不再詳細描述。從作戰效果角度來說，角反射體同為無源干擾器材，也可以達到質心干擾的效果，因此，本文借用箔條質心干擾基本理論對浮空式角反射體的質心干擾進行研究。其中，導彈、艦艇、浮空式角反射體陣列的質心干擾態勢圖如圖2所示。

圖2 質心干擾態勢圖Fig.2 Situation of centroid jamming

圖中，目標艦與浮空式角反射體陣列組成的假目標均在末制導雷達跟蹤波束內，目標艦雷達截面積為δ1，假目標雷達截面積為δ2。以導彈當前位置M點為基準，末制導雷達波束角寬度為θ，真假目標之間的夾角為θ1，導彈末制導雷達跟蹤真假目標形成的質心點Z與目標艦的夾角為θ2。則

(1)

由式(1)可知，假目標雷達截面積越大，質心點與目標艦的夾角就越大，導彈末制導雷達的跟蹤點就離目標艦越遠。

若使質心干擾成功，需滿足以下基本條件[14]：

(1) 假目標布放位置。為形成有效的質心效應，要求假目標必須布放在導彈末制導雷達距離和方位跟蹤波門內，并盡量拉開與水面艦艇的距離。

(2) 假目標反射能量。由圖2知，末制導雷達跟蹤點取決于假目標與水面艦艇的雷達有效反射面積之比。因此，為達到較好的質心干擾效果，即質心點Z偏向假目標，要求浮空式角反射體陣列的雷達有效反射面積δ2應大于水面艦艇的雷達有效反射面積δ1。

(3) 假目標在空中要有足夠的留空時間。假目標在末制導雷達跟蹤波門內要有足夠的留空時間，以滿足導彈跟蹤和控制的要求。

(4) 水面艦艇需進行合理的戰術機動。合理的戰術機動可以使水面艦艇在方位上能迅速拉開與假目標的距離，以提高質心干擾效果。

其中，條件(1)，(2)在戰術技術上均已得到解決，條件(4)需根據戰場環境態勢實時做出機動，該情況將在后續研究中作深入分析，本文不予考慮。條件(3)中由于浮空式角反射體采用吊傘技術使角反射體實現浮空，浮空時間有限，因此，開展有限浮空時間條件下如何在正確時機施放假目標的研究，是十分必要的。

3 質心干擾使用時機研究

現代雷達對目標探測時，可以直接獲取目標的距離、速度和方位信息[15]。根據這一特點，以反艦導彈與艦艇的距離作為判斷質心干擾時機的依據，并針對不同作戰環境做出有效干擾距離分析。

3.1 有效干擾距離分析

(1) 最小干擾距離

為使質心干擾有效，假目標在形成有效干擾時應處于末制導雷達分辨單元內，才能有效干擾雷達制導系統。以干擾形成時艦艇和假目標正好處于末制導雷達波束角的邊界為臨界情況，考慮艦艇逆風行駛，假目標隨風移動，且艦艇和假目標的行進路線與導彈攻擊方向垂直。并作如下假設：

設艦艇在T時刻發現導彈且與艦艇的距離為RM，導彈速度為vM,末制導雷達波束角為θ，系統反應時間為ΔT(包括系統決策時間、武器系統反應時間)，干擾彈發射到形成有效干擾時間為TF，假目標的發射距離為R0，艦艇航行速度為vS,戰場風速為vW，則根據質心干擾原理可得

(2)

即

(3)

在該種情況下，艦艇實施質心干擾的有效時間為0，因此定義此時艦艇與導彈的距離為最小干擾距離，即

(4)

式(4)表明，若導彈離艦艇的距離大于Rmin時實施質心干擾，則干擾有效，否則艦艇和角反射體陣列假目標不能同時處于末制導雷達波束角范圍內，質心干擾無效。

(2) 最大干擾距離

理論上，當艦艇目標接收到反艦導彈末制導雷達開機或跟蹤信號時應立即實施無源質心干擾。但考慮到目前遠距離反艦導彈其末制導距離一般在25 km以上且浮空式角反射體滯空時間有限，存在導彈尚未逼近艦艇，假目標便已經失效的情況。因此，本文具體從以下2方面討論最大干擾距離。

1) 當反艦導彈末制導雷達開機距離大于假目標滯空時間內的最大有效干擾距離時，應以假目標的滯空時間作為判斷最大干擾距離的依據。設假目標滯空時間為TZ，其他參數同上，則

(5)

(ΔT+TF+TZ)vM.

(6)

在該種情況下，艦艇實施質心干擾的有效時間為TZ，為保證反艦導彈末制導雷達開機時假目標始終滯留于空中，要求艦艇對導彈的干擾距離不能大于RM，定義此時RM為最大干擾距離，即

(ΔT+TF+TZ)vM.

(7)

2) 當反艦導彈末制導雷達開機距離小于假目標滯空時間內的最大有效干擾距離時，應以反艦導彈末制導雷達開機信號作為判斷最大干擾距離的依據。設末制導雷達開機距離為RK，其他參數保持不變，此時需滿足假目標形成時末制導雷達已開機的條件，質心干擾才能成功，則

RM-vM(ΔT+TF)≤Rk,

(8)

即

RM≤vM(ΔT+TF)+Rk.

(9)

將RM=vM(ΔT+TF)+RK定義為該種情況下質心干擾的最大有效干擾距離，即

Rmax2=vM(ΔT+TF)+Rk.

(10)

以上分析表明，在上述2種情況下，若在導彈距離艦艇的距離小于最大干擾距離時實施質心干擾，可對導彈進行有效干擾，否則干擾失效。

綜上所述，最小干擾距離和最大干擾距離在理論上分別給出了質心干擾的最晚及最早的使用時機，即只有導彈與艦艇的距離介于最小干擾距離和最大干擾距離之間時，實施質心干擾才可能有效。

3.2 不同作戰環境下質心干擾使用時機分析

以有效干擾距離為基礎，結合不同作戰背景條件，對質心干擾的使用時機進行具體分析：

(1) 來襲導彈距離信息明確時，質心干擾時機的確定

假設艦艇在T時刻發現導彈且與艦艇的距離為RM，根據RM與Rmin和Rmax1,Rmax2之間的關系來確定質心干擾的使用時機。

1) 當RM>Rmax1或RM>Rmax2時，此時應至少延遲ΔT1或ΔT2實施質心干擾，其中ΔT1=(RM-Rmax1)/vM,ΔT2=(RM-Rmax2)/vM。

2) 當Rmin

3) 當RM

(2) 來襲導彈距離信息未明確時，質心干擾時機的確定

若無法獲取T時刻艦艇與導彈的距離信息，可以末制導雷達開機信號為依據引導實施質心干擾。當艦艇接收到末制導雷達開機信號時，立即施放浮空式角反射體干擾彈進行干擾，若反艦導彈為超聲速反艦導彈或開機距離較近時，單次施放即可達成有效干擾；若偵測到反艦導彈為亞聲速或開機距離較遠時，在實施干擾一段時間后再補發相應的干擾彈。

4 浮空式角反射體質心干擾時機仿真驗證

由第3節可知，質心干擾時機由有效干擾距離決定，而確定有效干擾距離前首先要判斷假目標滯空時間內最大干擾距離與末制導雷達開機距離的大小關系，若假目標的最大干擾距離小于反艦導彈末制導雷達的開機距離，則以假目標的滯空時間作為判斷最大干擾距離的依據，否則以末制導雷達開機和跟蹤信號為依據。

為驗證上述理論，本文分別以某典型“亞聲速”反艦導彈和“超聲速”反艦導彈為干擾對象進行仿真。同時，為便于計算，本文假定浮空式角反射體的作用距離為150 m，有效浮空時間為50 s，具體分析如下：

4.1 干擾亞聲速反艦導彈仿真分析

以某典型亞音速反艦導彈為例，其飛行Ma數為0.75，末制導雷達開機距離為25～30 km，末制導雷達波束寬度為5°，風速為5 m/s，艦艇正常航速為15 kn(1 kn=0.514 m/s)，全速航行航速為25 kn，且假定系統反應時間為3 s，角反射體干擾彈自發射至假目標成形用時5 s。

根據以上戰場環境，利用本文提出的方法計算出浮空式角反射體滯空時間為50 s時不同作戰條件下的最小干擾距離和最大干擾距離，結果如表2所示。

表2干擾亞聲速反艦導彈有效距離

Table2Effectiveinterferencedistanceof
subsonicanti-shipmissile

干擾亞聲速反艦導彈Rk=25 km,vM=25 knRk=25 km,vM=15 knRk=30 km,vM=25 knRk=30 km,vM=15 kn最小干擾距離/km5.1784.8825.1784.882最大干擾距離/km26.26123.21726.26123.217

對比表2中數據可以發現，當導彈末制導雷達開機距離為25 km、艦艇航速為25 kn時，浮空式角反射體最大有效干擾距離為26.261 km，大于末制導雷達的開機距離，說明此時應以末制導雷達開機信號為依據判斷最大干擾距離，且該種情況下質心干擾的有效時間要小于50 s。而對于另外3種情況，其最大有效干擾距離均小于末制導雷達的開機距離，此時應以假目標滯空時間為依據判斷最大干擾距離，且其有效干擾時間均為50 s。

為驗證上述分析的正確性，仿真艦艇脫離亞聲速反艦導彈導引頭3 dB波束水平視場所需的時間，仿真結果如圖3所示。

圖3中，反艦導彈視場表示某一時刻末制導雷達的半功率點波瓣寬度，即3 dB波束寬度；艦艇誘餌分離曲線表示隨時間推進，艦艇誘餌拉開的距離；2條曲線的交匯點表示艦艇與誘餌的距離正好等于反艦導彈末制導雷達3dB波束寬度。反艦導彈視場從末制導雷達開機時刻(t=0)開始計時，隨時間推進逐漸減??；同時，由于系統反應時間為3 s，角反射體干擾彈自發射至假目標成形用時5 s，因此，艦艇誘餌分離曲線從t=8 s開始，其隨時間推進逐漸增大。

圖3 艦艇擺脫亞聲速反艦導彈跟蹤最小時間統計Fig.3 Minimum time for warship getting rid of the subsonic anti-ship missile′s tracking

由圖3可看出，當末制導雷達開機距離為25 km，艦艇航速為25 kn時，誘餌在末制導雷達開機后47 s時與艦艇分離為2個目標，不再滿足質心干擾的條件，其有效干擾時間為47 s；若艦艇航速為15 kn，誘餌在末制導雷達開機后53 s時與艦艇分離為2個目標，不再滿足質心干擾的條件。同理，當末制導雷達開機距離為30 km時，上述2種情況的分離時間變為57 s和64 s。對于后3種情況，雖然其艦艇誘餌分離時間大于50 s，但其有效干擾時間取決于假目標滯空時間，且均為50 s?？梢?，仿真結果與理論分析結果相吻合，驗證了本文所提出的方法的正確性。

4.2 干擾超聲速反艦導彈仿真分析

同理，以某典型超聲速反艦導彈為例，其飛行Ma數為2.3，其他參數同上，獲取浮空式角反射體滯空時間為50 s時不同作戰條件下的最小干擾距離和最大干擾距離，計算結果如表3所示。

表3 干擾超聲速反艦導彈有效距離

對比表3中數據可知，對于飛行Ma為2.3的超聲速反艦導彈而言，浮空式角反射體的最大有效干擾距離要遠大于反艦導彈的開機距離，因此，此時要以反艦導彈末制導雷達開機信號作為判斷最大干擾距離的依據，且在該條件下，其有效干擾時間要小于50 s。

為驗證上述分析的正確性，仿真艦艇脫離超聲速反艦導彈導引頭3 dB波束水平視場時所需的時間，仿真結果如圖4所示。

圖4 艦艇擺脫超聲速反艦導彈跟蹤最小時間統計Fig.4 Minimum time for warship getting rid of the supersonic anti-ship missile′s tracking

圖4中，當反艦導彈末制導雷達開機距離為25 km，艦艇航行速度為25 kn時，誘餌在末制導雷達開機后24 s時與艦艇分離為2個目標，不再滿足質心干擾的條件；若艦艇航速為15 kn，誘餌在末制導雷達開機后26 s時與艦艇分離為2個目標，不再滿足質心干擾的條件。同理，當反艦導彈末制導雷達開機距離為30 km時，上述2種情況的分離時間變為29 s和31 s。

由此可見，上述幾種條件下，艦艇擺脫反艦導彈跟蹤的最小時間均小于50 s，且其有效干擾時間分別為24，26，29和31 s。與理論分析結果相吻合，再次驗證了本文方法的正確性。

綜上所述，不同的作戰條件對浮空式角反射體質心干擾時機有很大的影響。在實際作戰使用中，艦艇首先需要獲取來襲導彈的距離、速度等信息，然后利用本文提出的方法快速推斷出有效干擾距離，并在有效干擾距離內及時投放浮空式角反射體干擾彈，實現對來襲導彈的有效質心干擾。

5 結束語

本文通過理論分析與仿真驗證相結合的方法對典型作戰背景下浮空式角反射體質心干擾使用時機進行了分析研究，研究結果與思路可為浮空式角反射體干擾彈的實際使用提供一定的理論參考。在實際干擾作戰中，留給艦艇做出反應的時間僅有數十秒，只有快速掌握敵方信息，準確把握投放時機，才能提高質心干擾的勝算。由于篇幅限制，本文只對干擾時機進行了研究，未來單艦反導作戰中，影響無源干擾成功率的因素還有很多，下一步將會綜合戰場環境、艦艇機動等因素作進一步研究。