基于艦船目標的海戰(zhàn)場電磁干擾量化表征方法研究?

謝澤峰 羅華鋒

（中國人民解放軍92941部隊 葫蘆島 125000）

1 引言

海戰(zhàn)場電磁干擾包括箔條干擾、角反射器干擾、弦外有源干擾和艦載有源干擾等。表征干擾特性的技術指標和戰(zhàn)術指標有很多，能夠完整地表征每種干擾自身的物理特性和電磁特性，例如：表征箔條干擾的參量有頻率特性、散開時間、留空時間、RCS等；表征弦外有源干擾的參量有反應時間、干擾樣式、持續(xù)時間和干擾功率等［1～2］。但是，從反艦導彈作戰(zhàn)應用來看，表征干擾的指標體系或方法都存在一定的局限性：一是難以描述同一種干擾在不同使用方式下或環(huán)境條件下對導彈干擾的強弱程度；二是干擾的技術指標沒有與目標關聯(lián)，反艦導彈打擊的是艦船目標，離開目標孤立地談干擾環(huán)境對反艦導彈的強弱是不準確的［3］。

因此，本文將結(jié)合艦船目標，從反艦導彈雷達制導的視角來討論電磁干擾量化表征。分析海戰(zhàn)場電磁干擾環(huán)境構成要素，提出干擾強度體現(xiàn)在空域、時域、頻域反艦導彈分辨干擾與目標的可分辨程度，建立海戰(zhàn)場干擾相似度、干信比、復雜度量化表征方法，并對無源干擾、有源干擾及組合干擾進行量化表征，為反艦導彈的研制和試驗鑒定提供依據(jù)，以提高精確制導武器在戰(zhàn)場電磁環(huán)境下的作戰(zhàn)使用效能。

2 海戰(zhàn)場電磁干擾環(huán)境構成要素

海戰(zhàn)場電磁干擾環(huán)境可分為自然電磁干擾和人為電磁干擾兩類。自然電磁干擾普遍存在，主要包括自然電磁輻射和海雜波。其中，自然電磁輻射是自然界自發(fā)電磁輻射所引起的干擾，海雜波是雷達電磁信號經(jīng)海面散射而形成的電磁波，對反艦導彈雷達導引頭具有一定的影響。人為電磁干擾是指由人制造的各種有源或無源電子設備輻射或反輻射的電磁干擾，它是海戰(zhàn)場電磁干擾環(huán)境最主要的構成要素，主要包括箔條、角反射器、弦外有源干擾和艦載有源干擾等［4～5］。

海戰(zhàn)場電磁干擾環(huán)境還可以分為有源干擾和無源干擾兩大類［6］。有源干擾是主動輻射的電磁干擾信號，主要包括自然電磁輻射和雷達干擾機主動輻射的射頻信號，列如雷電、空間輻射、弦外有源干擾和艦載有源干擾等；無源干擾是指自身并不直接產(chǎn)生干擾信號，而是通過散射雷達照射信號而形成的電磁干擾，主要包括海雜波、箔條和角反射器干擾等。

海戰(zhàn)場中對反艦導彈雷達導引頭構成嚴重威脅的常見干擾主要包括箔條、角反射器、弦外有源干擾和艦載有源干擾等，如圖1所示。箔條和角反射器屬于弦外無源干擾，主要通過欺騙雷達導引頭誘偏反艦導彈；弦外有源干擾以欺騙式干擾為主，與箔條和角反射器相似；艦載有源干擾包括壓制干擾、欺騙干擾等，壓制干擾利用大功率噪聲或密集假目標淹沒艦船回波信號，降低雷達導引頭截獲艦船的概率，欺騙干擾利用假目標信號作用與雷達導引頭接收機，誘使雷達導引頭跟蹤虛假目標，阻止反艦導彈對目標的打擊。

圖1 反艦導彈海戰(zhàn)場電磁干擾環(huán)境構成要素示意圖

3 海戰(zhàn)場電磁干擾要素量化表征方法

戰(zhàn)場環(huán)境干擾強度的表征方法就是按照戰(zhàn)場環(huán)境中電磁干擾對精確制導系統(tǒng)的影響程度，對電磁干擾環(huán)境強度進行描述。電磁干擾對精確制導系統(tǒng)的影響主要體現(xiàn)在檢測、識別和跟蹤方面。在搜索階段，電磁干擾在目標周圍形成假目標，進而影響或干擾精確制導系統(tǒng)的識別性能，降低目標選擇概率，其影響程度取決于假目標與真實目標之間特征的相似程度；在跟蹤階段，電磁干擾主要是采用較大功率干擾壓制，淹沒真實目標信號，并通過機動規(guī)避，使跟蹤點偏移，進而影響精確制導系統(tǒng)的檢測性能和跟蹤性能，其影響程度取決于干擾與目標的干信比。

從干擾對精確制導系統(tǒng)影響程度分析，理論上任何干擾均可由干信比和相似性兩個指標進行量化表征，然而作戰(zhàn)使用中往往同時釋放多種樣式的干擾構成復雜的戰(zhàn)場干擾環(huán)境，干擾復雜度也是一個重要影響因素［7］。因此，本文從反艦導彈雷達制導的視角出發(fā)，抓住主要影響因素以及對在戰(zhàn)術使用過程中于擾與目標之間的關聯(lián)性，提出干擾環(huán)境強度的量化表征方法。采用相似性、干信比、復雜度三個指標構成一個三維坐標系，來描述戰(zhàn)場環(huán)境干擾強度的量化表征［8］，如圖2所示。

圖2 電磁干擾強度量化示意圖

4 海戰(zhàn)場電磁干擾要素量化表征

4.1 無源干擾量化表征方法

無源干擾主要包括角反射器、箔條干擾等，在干擾環(huán)境等級表征時，角反射器干擾與箔條干擾是相同的。本文以角反射器干擾為例進行環(huán)境等級表征。無論是拖曳式單個角反射器干擾，還是投放到海面或空中的陣列角反射器干擾，在空域上根據(jù)角反射器干擾與艦船目標的角度或距離關系，將角反射器干擾分為質(zhì)心式干擾和沖淡式干擾［9～10］。如圖3所示，三個角反射器串聯(lián)起來模擬艦船的面目目標特征，如果投放的角反射器干擾距離艦船較遠，反艦導彈在橫向角度上可以將角反射器干擾與艦船分離開來，或者角反射器干擾與艦船目標在同一個角度分辨率單元內(nèi)，徑向距離上二者在距離檢測波門外，則形成沖淡式干擾、反之，角反射器干擾與艦船目標混合在一起，形成質(zhì)心式干擾。

4.1.1 空域特性量化表征

以角度分辨單元和距離檢測波門為條件，角反射器干擾在空域內(nèi)可以表征為

式中：Sjf為角反射器干擾空域特征表征，當Sjf=1時為質(zhì)心式角反射器干擾，Sjf=0時為沖淡式角反射器干擾；θ為角反射器與艦船的方位夾角；b為雷達導引頭的天線波束寬度；r為角反射器與艦船相對反艦導彈的徑向距離差；r0為雷達導引頭距離檢測波門對應的空間距離。

圖3 角反射器與艦船回波示意圖

4.1.2 時域特性量化表征

當角反射器干擾與艦船目標均為點目標時，質(zhì)心式角反射器干擾與艦船目標回波信號重疊在一起，仍是一個點目標信號，反艦導彈跟蹤混合點目標能量中心；若角反射器干擾與艦船目標為面目標，兩個信號在時域上有一定重疊時，重疊部分改變了艦船目標的回波特征，保留了重疊部分以外的艦船特征，理論上通過識別信號特征，反艦導彈可以檢測到艦船。因此，角反射器干擾對艦船目標回波的重疊程度是量化表征角反射器干擾環(huán)境的重要特征，如圖4所示，角反射器干擾對艦船信號的覆蓋程度。

圖4 角反射器干擾與目標時域覆蓋特性示意圖

對于陣列角反射器干擾形式，利用角反射器與艦船回波信號的重疊部分占艦船信號的多少來量化干擾環(huán)境，即徑向尺寸重合度，它反映了角反射器干擾對雷達導引頭目標檢測的影響程度。因此，質(zhì)心式角反射器干擾環(huán)境信號重合度的量化表征式為

式中，Jjch為角反射器干擾徑向尺寸重合度，Δc表示雷達導引頭檢測的角反射器與艦船回波信號的重合部分，ct表示雷達導引頭檢測的艦船回波信號徑向尺寸。

在量化表征沖淡式角反射器的干擾環(huán)境時，角反射器干擾模擬的面目標尺寸與艦船尺寸的接近程度是最能表征干擾環(huán)境強度的特征量，角反射器干擾特征與艦船特征一致時，雷達導引頭可能將角反射器識別為艦船，則降低了正確截獲艦船的概率，從而達到?jīng)_淡干擾的效果。因此，可以采用雷達導引頭檢測到的角反射器干擾與艦船的徑向尺寸相似度表征干擾環(huán)境強度，即

式中，Jjcx為角反射器干擾徑向尺寸相似度；cjj為雷達導引頭檢測的角反射器徑向尺寸；ct為雷達導引頭檢測的艦船徑向尺寸。

4.1.3 頻域特性量化表征

隨著角反射器在海面的漂移或空中風向、風速，產(chǎn)生相應的多普勒頻率，陣列角反射器之間的相對運動較小，僅產(chǎn)生一定的多普勒頻率帶寬；而艦面目標機動規(guī)避過程中，產(chǎn)生的多普勒中心頻率與角反射器干擾可能存在較大的差異，在頻域范圍內(nèi)，理論上很高反艦導彈可以根據(jù)多普勒頻域差異，識別艦船目標回波信號。可以采用角反射器干擾與艦船目標回波信號的多普勒頻率比表征角反射器干擾的頻率特征差異，即

式中：ft0為雷達導引頭檢測的艦船信號多普勒中心頻率；fj0為雷達導引頭檢測的干擾信號多普勒中心頻率；Δft為雷達導引頭檢測的艦船信號多普勒頻率帶寬；Δfj為雷達導引頭檢測的干擾信號多普勒頻率帶寬。

綜上空域、時域和頻域分析，由于角反射器干擾的頻譜特性變化較小，使量化表征質(zhì)心式角反射器干擾的頻譜比是相對固定的，質(zhì)心式角反射器干擾使用過程中，與艦船回波信號混合程度在不同使用條件是較大的，功率比僅僅是混合部分能量中心的偏移程度，只有質(zhì)心式角反射器干擾與艦船回波信號重疊多少是信號特征識別的關鍵，因此，角反射器干擾與艦船的徑向尺寸重合度是最能代表質(zhì)心式角反射器干擾環(huán)境強度的參量，徑向尺寸重合度越大干擾強度就越強。

4.2 有源干擾量化表征方法

有源干擾主要包括舷外有源干擾、艦載有源干擾等，有源干擾通過釋放較大功率信號進行壓制干擾，或在轉(zhuǎn)發(fā)的假目標信號中調(diào)制特征信息，模擬艦船特征進行欺騙干擾。由于艦載有源干擾安裝在艦船上不受電源、質(zhì)量、體積的限制，其干擾信號等效輻射功率大小，信號處理速度較快，干擾樣式多樣，并且可以與艦船上其他電子對抗系統(tǒng)實現(xiàn)信息交互，作戰(zhàn)使用靈活。因此，艦載有源干擾成為反艦導彈的主要有源干擾樣式。艦載有源干擾分為艦載有源壓制干擾和艦載有源欺騙干擾。

4.2.1 艦載有源壓制干擾量化表征

艦載有源壓制干擾采用較強的噪聲或類似噪聲的干擾信號壓制目標信號，使雷達上導引頭信噪比降低而難以檢測出目標信號，甚至使雷達導引頭接收機飽和。艦載有源大功率的噪聲壓制將艦船回波信號完全淹沒，使反艦導彈目標丟失，艦載有源壓制干擾等效輻射功率與艦船回波功率之比是衡量干擾程度的重要指標。由于艦船目標回波信號的能量不僅與艦船的RCS有關，還與雷達導引頭自身的等效輻射功率、作用距離等參數(shù)有關。

因此，為了便于描述有源干擾環(huán)境的復雜程度，客觀表征艦載有源干擾與艦船構成的作戰(zhàn)場景，采用艦載有源干擾等效輻射功率與艦船RCS的比值量化表征艦載有源壓制干擾環(huán)境。等效功率面積比的定義是艦載有源干擾的等效輻射功率與艦船的RCS之比，單位dBW/m2。則艦載有源壓制干擾可量化表征為

式中，Jzpxb為艦載有源干擾等效功率面積比；Ej為艦載有源干擾等效輻射功率；σt為等效面積。

4.2.2 艦載有源欺騙干擾量化表征

圖5 拖引干擾起始階段

艦載有源干擾機通過轉(zhuǎn)發(fā)雷達信號模擬假目標實施距離拖引，每個假目標在信號特征上模擬艦船特征，實施欺騙干擾，使反艦導彈跟蹤虛假目標信號［11～12］。艦載有源干擾機轉(zhuǎn)發(fā)的脈沖信號功率高于艦船目標信號功率，干擾信號在實施距離拖引的初始階段，如圖5和6所示，艦船目標信號被淹沒在干擾信號中，反艦導彈基本跟蹤干擾信號，隨著艦載有源干擾在距離上的拖引，跟蹤波門逐漸偏移，最后使真實艦船目標信號移出跟蹤波門。

圖6 假目標實施拖引

從艦船的角度來看，應以較快速度航行盡快駛離危險區(qū)域范圍。當艦載有源干擾拖引速度與艦船徑向航行速度相等，且方向相反時，跟蹤波門相當于靜止，此時，艦船的航行速度越大，艦船目標信號回波就能夠以較快的速度從跟蹤波門中移出，形成的干擾環(huán)境強度就不同，則跟蹤波門移動速度與虛假信號拖引速度或艦船航行速度的對比是描述艦載有源欺騙干擾環(huán)境強弱的重要特征參量，可描述為

式中，vbm=vg-vt為雷達導引頭的跟蹤波門移動的速度即拖引速度；vg為艦載有源轉(zhuǎn)發(fā)假目標的拖引速度；vt為雷達導引頭探測的艦船航行速度。

當艦載有源干擾的拖引速度方向與艦載機動方向相同時，虛假目標的拖引速度越接近于艦船速度，艦載有源欺騙干擾特征與艦船特征月相似，從信號特征識別的角度來看，艦載有源欺騙干擾環(huán)境就越殘酷；當虛假目標的拖引速度遠大于或遠小于艦船速度時，艦載有源欺騙干擾特征與艦船特征差異就越大，艦船有源欺騙干擾環(huán)境就越簡單，則采用速度相似比表示有源干擾拖引速度的相似性，即

因此，量化艦載有源距離拖引干擾環(huán)境時，需要考慮拖引方向與艦船機動規(guī)避方向的差異，則艦船有源欺騙干擾環(huán)境可量化表征為

4.3 組合干擾量化表征方法

4.3.1 組合干擾互補性和增強性

組合干擾的互補性和增強性是指兩種以上干擾樣式組合使用時，不僅能夠彌補單一干擾的不足，相互配合，充分發(fā)揮各干擾的優(yōu)勢，實現(xiàn)組合干擾的“1+1＞2”的作用；而且能夠大大提高單一干擾的強度，在干擾信號迷你特征相似性或壓制性干擾強度上增強干擾效果。例如艦載有源欺騙干擾和沖淡式箔條干擾組合使用時，艦載有源干擾模擬多個虛假目標，在實施距離拖引時，將雷達導引頭跟蹤點拖引至箔條干擾位置，沖淡式箔條模擬的虛假目標實施了欺騙，提高了拖引效果，同時艦載有源欺騙干擾轉(zhuǎn)發(fā)的多個虛假目標，干擾環(huán)境中虛假目標數(shù)較多，提高干擾環(huán)境下目標識別和選擇的難度。

無論是無源干擾的質(zhì)心式干擾或沖淡式干擾，還是有源干擾的壓制式干擾或欺騙式干擾，不同干擾樣式的干擾機理不同，其干擾信號的壓制比和特征相似性也各有特點，因此在戰(zhàn)術運用中如何使用組合干擾、使用哪幾種干擾樣式進行組合對抗，需要結(jié)合具體的戰(zhàn)情，各干擾之間戰(zhàn)術使用相互配合，選用有效的干擾組合樣式，提高干擾效果。

4.3.2 組合干擾量化表征

在海戰(zhàn)場電磁干擾環(huán)境中，不同的干擾樣式組合使用，在戰(zhàn)術上互相配合，使干擾效果增強，但不同的組合干擾樣式之間配合對反艦導彈的影響機理不同，其綜合的干擾效果存在差異，難以評價某種干擾組合效果就一定優(yōu)于另一種干擾組合樣式，因此組合干擾之間不具有可比性。

在構建組合干擾環(huán)境時，組合干擾沒有改變單一干擾的干擾特征，各種干擾只是在戰(zhàn)術上相互配合，干擾與目標之間的影響特征不變。因此，在單一干擾量化表征分析中，針對雷達導引頭的主要影響參數(shù)量，確定了量化表征參數(shù)，兩種干擾樣式組合時其干擾特征沒有改變，量化表征組合干擾環(huán)境時，按照單一干擾的量化表征參數(shù)進行表征組合干擾環(huán)境。

如沖淡式角反射器的干擾與艦載有源欺騙干擾組合干擾環(huán)境，采用徑向尺寸相似度表征沖淡式角反射器干擾環(huán)境，用拖引速度相似比表征弦外有源欺騙干擾環(huán)境，即該組合干擾的量化表征為

5 結(jié)語

基于艦船目標的海戰(zhàn)場電磁環(huán)境越來越復雜，海戰(zhàn)場中的電磁干擾逐漸成為影響反艦導彈雷達導引頭作戰(zhàn)效能的主要因素。本文分析了雷達導引頭面臨的電磁干擾環(huán)境構成要素，建立了海戰(zhàn)場干擾強度量化表征方法，并對無源干擾、有源干擾及組合干擾進行量化表征，可以更有效，更有針對性地開展試驗鑒定和作戰(zhàn)訓練，對武器系統(tǒng)的研制和作戰(zhàn)運用等具有重要意義。