有源通信干擾彈的現狀及研究重點分析

張 杰,陳 棟

(陸軍炮兵防空兵學院高過載彈藥制導控制與信息感知實驗室,安徽合肥 230031)

有源干擾彈是用常規火炮、火箭炮發射,以彈藥作為運載工具,將干擾機快速運載到敵目標區域,完成通信干擾任務的特種炮彈,分為扎地式和滯空式兩種。其中滯空式干擾彈的簡要工作流程圖如圖1所示[1]。

圖1 滯空式干擾彈簡要工作流程

滯空式干擾彈能懸浮在敵目標上空,對目標進行升空抵近干擾,不受地形限制,與扎地式干擾相比可獲得距離優勢和升空增益,實現以較小的功率獲得較大的干擾范圍和強度,同時由于彈丸體積小且高速飛行,敵方無法攔截,突防能力和生存能力強,和同類干擾裝備相比,便于大量裝備使用,并且無人操作,可避免人員傷亡,符合現代戰爭理念[1]。

1 通信干擾彈的發展現狀

20世紀70年代,美國仙童韋斯頓系統公司與美陸軍通信電子局共同研制了XM867式155 mm寬頻帶阻塞式通信干擾彈[2],頻率覆蓋范圍為2 MHz～1 000 MHz。當母彈到達目標區上空一定高度時,干擾機依次被拋出,借消旋翼片和飄帶作用垂直下降,以一定的速度和適當的角度定向著落,鉆地之后天線沿地面展開,幾秒后干擾機接電工作,開始對敵無線電通信設備實施阻塞式干擾。俄羅斯研制并外售的3HC30式152 mm高頻/甚高頻通信干擾彈為扎地式通信干擾彈[3],每個彈丸內裝有1個無線電干擾機,每個干擾機分別工作在不同的頻段內,總計覆蓋1.5 MHz～120 MHz的頻率范圍,可在數百米的有效作用半徑內工作60 min。

保加利亞目前已生產了多種口徑的炮射扎地式通信干擾彈。其中,BPC-542高頻/甚高頻無線電干擾彈,由152 mm加榴炮發射。該干擾彈內裝1個干擾機,每個干擾機覆蓋一定的頻率范圍,總計頻率覆蓋范圍為1.5 MHz～120 MHz,工作持續時間60 min,有效干擾半徑大于700 m;另外還有保加利亞生產的LiLiA型干擾彈,干擾半徑大于700 m,干擾范圍為1.5 MHz～120 MHz。

2 通信干擾彈現狀存在的問題分析

現有針對通信干擾彈研究領域的文獻資料中,主要涉及三大類:一是干擾彈作戰效能的評估與計算問題[4-5];二是干擾彈的最優分布求解問題[6-8];三是干擾彈具體研制技術方案的總結概括[9-12]。

結合通信干擾彈的發展現狀,可以看出:

一是現有的通信干擾彈的干擾頻段主要集中于1.5 MHz～120 MHz,對于120 MHz～300 MHz的超短波頻段無法干擾；二是總的來看,現有的一發通信干擾彈均是對應一套干擾機,每副干擾機對應一個頻段,且含有一根天線,要想覆蓋全頻段需多發彈丸拋射多套干擾機才能完成,容易貽誤戰機,實用性大打折扣,導致使用效率不高；三是干擾手段主要以干擾信息內容為主,對功耗要求較高,缺乏更為有效的干擾手段；四是干擾樣式以噪聲為主,缺乏干擾效率更高的干擾樣式,如采用噪聲與某種信號組合形式的干擾樣式。

3 通信干擾彈的發展方向

3.1 拓寬工作頻段

將通信干擾彈的干擾頻段拓寬至120 MHz～300 MHz,在拓寬工作頻段的同時,如何不減弱現有干擾效果而對現有彈載通信干擾機改進設計,包括減少頻段分組數量,干擾機天線結構優化,干擾方法和干擾樣式的選取論證等。具體包括如下方面。

3.1.1 干擾源的設計和性能仿真

相同的接收方式下,不同干信比所引起的誤信率(對語音信號來說)和誤碼率(對數字信號來說)是不一樣的,則達到的干擾等級也是不一樣的。根據通信干擾理論,圍繞干信比公式,針對如何有效地干擾3-300 MHz的跳頻電臺,從干擾方法的選取、干擾信號的選擇等方面進行分析驗證。

1)干擾功率對干擾效果的影響。在信號電平一定的情況下,干擾是否奏效主要取決于接收機輸入端干擾功率的大小。干擾功率主要受干擾發射機輸出功率、發射天線增益、天線方向性及電波傳播損耗的影響。彈載通信干擾機的發射功率不是越大越好,如果仿照車載式通信干擾機的功率指標參數去研制,寸土寸金的彈載空間無法滿足大功率發射要求。

2)干擾在頻率上與目標信號的重合程度。即要求干擾信號與目標信號必須頻率一致。否則,干擾信號會受到目標接收機通帶的抑制而導致干擾效果嚴重下降。時間上干擾與目標信號同時存在才能產生有效干擾,因此,從目標信號出現或變化到干擾作出反應的快慢也直接影響著干擾的效果。

對于瞄準式干擾來說,要想完成對目標的干擾,從瞄準式干擾中的引導接收機截獲到目標信號開始到干擾機發射出干擾的這段時間越短越好,尤其是對干擾跳頻電臺來說,反應時間不能超過每一跳的駐留時間的1/2[13],否則干擾無效;但是如果彈載通信干擾機采用瞄準式干擾的話,無論是軟硬件本身發展水平,還是轉瞬即逝的炮彈空中飛行時間都是勉為其難的事。

3)干擾信號樣式的影響。不同的干擾樣式壓制同一目標信號所需的壓制系數是不相同的,應盡可能選擇壓制系數小的干擾信號樣式以提高干擾效率。以掃頻攔阻式干擾為例[14],一種噪聲源和鋸齒波產生器經壓控振蕩器調制產生的干擾信號如圖2所示。

圖2 掃頻攔阻式干擾機框圖

針對以上問題,根據目標接收特性,針對不同干擾種類條件下對不同接收特性的目標接收機的干擾性能進行仿真,通過對比擇優選取干擾種類,即干擾方法和干擾樣式,例如是否使用窄帶瞄準式干擾,干擾信號是否選取高斯白噪聲和其他信號的組合樣式等。這里是擇優選取,不是選取最佳干擾,因為最佳干擾是針對已知信號形式及給定接收方式下有效干擾功率最小的干擾。因此需要對絕對最佳干擾進行分析研究(指對于已知信號形式的所有可能的接收方式,都有比較小的壓制系數的干擾),以此得出一個相對全面的干擾源設計方案。

3.1.2 寬帶彈載發射天線的優化設計

彈載通信干擾機天線應滿足以下基本要求。

1)天線設備與饋電設備匹配,保證天線由饋電設備得到最大的功率;

2)天線的效率要高,能有效地將高頻電流能量轉換為電磁波的能量;

3)天線的工作頻帶要寬，各種電參數隨頻率的變化應盡量小;

4)天線尺寸小型化,材質輕柔,便于彈體裝載。

目前廣泛應用的天線有鞭形天線、雙極天線、對數周期天線等,具體如表1所示。

結合3 MHz～300 MHz波段的彈載式通信干擾機天線設計需求,在研究過程中保證相對于現有彈載通信干擾機發射天線發射效率不減弱的情況下,重點分析論證鞭形天線、雙極天線、對數周期天線等在彈載條件下的天線效率、方向系數、增益系數等電參數,擇優選取天線種類或改進設計已有天線的結構尺寸。

同時,如果一個干擾機采用兩根天線的方式,實現一個干擾機對兩個不同頻段范圍的電臺進行干擾,那么就可以實現一發通信干擾彈干擾全頻段的可能。

表1 不同種類天線對比

3.2 干擾手段的創新

一是通過對同步信號的偵收、分析,實施瞄準式干擾,來破壞跳頻通信的同步建立,從而使跳頻通信系統徹底癱瘓,這是對跳頻通信干擾的一種捷徑,一旦實現對跳頻通信同步系統的有效干擾,狀能以最小的代價,達到最大的干擾效果[15];二是通過對復雜電磁環境中無線電信號進行偵收,然后利用深度學習對偵收信號進行分析,“定位”需要干擾的信號,進行針對性干擾。當然,創新干擾手段的同時也對彈載干擾器件的性能提出了更高要求。

3.3 發射平臺多元化

隨著技術的不斷進步和成熟,有源通信干擾彈彈載平臺將由單一的152 mm口徑的加榴炮,逐漸拓展到多元化的122 mm口徑的火箭炮、155 mm口徑榴彈炮、300 mm火箭炮,使有源通信干擾彈的型號系列得到進一步豐富和完善。

4 結束語

如何將彈載通信干擾機與發射平臺無縫銜接,保證干擾機能順利、安全到達受擾方附近區域,需要從彈藥結構設計、彈體工作姿態控制、彈載干擾機抗高過載設計、彈載干擾機供電電源設計等各個方面做深入細致的工作,才能將理論變成現實。