防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)復(fù)雜電磁干擾環(huán)境構(gòu)建方法*

康一丁，張振伍，毛瑩

(北京電子工程總體研究所， 北京 100854)

0 引言

未來戰(zhàn)爭是高技術(shù)條件下信息化的體系作戰(zhàn)，導(dǎo)彈武器系統(tǒng)是體系作戰(zhàn)中實施精確打擊的關(guān)鍵物質(zhì)基礎(chǔ)，在現(xiàn)代化局部戰(zhàn)爭中發(fā)揮了重要作用。自高新武器裝備建設(shè)工程實施以來，我國的導(dǎo)彈武器裝備得到了快速發(fā)展，并在國防與軍隊現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮了重大作用。然而，隨著信息技術(shù)的發(fā)展和戰(zhàn)場環(huán)境的日益復(fù)雜，防空導(dǎo)彈武器裝備建設(shè)面臨越來越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。各類新型機(jī)載干擾設(shè)備的出現(xiàn)，使得未來的戰(zhàn)場復(fù)雜電磁干擾環(huán)境呈現(xiàn)干擾樣式多、占用頻譜寬、組合形式豐富、使用模式多變、時空特性變化快、技術(shù)發(fā)展快等特點，對導(dǎo)彈武器系統(tǒng)研制及其抗干擾能力、適應(yīng)能力及作戰(zhàn)效能具有重大影響[1]。復(fù)雜電磁環(huán)境適應(yīng)能力的高低已成為導(dǎo)彈武器裝備設(shè)計、研制、定型及其使用的重要依據(jù)。因此，必須在導(dǎo)彈武器裝備研制過程中，加強(qiáng)貼近實戰(zhàn)的逼真復(fù)雜電磁干擾環(huán)境構(gòu)建的研究；加強(qiáng)復(fù)雜電磁環(huán)境對導(dǎo)彈武器裝備及其關(guān)鍵電子設(shè)備的影響研究；加強(qiáng)武器系統(tǒng)及其關(guān)鍵設(shè)備性能設(shè)計及試驗驗證[2-3]。

1 防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)面臨的電磁干擾威脅環(huán)境

1.1 總體分析

電子攻擊是現(xiàn)代戰(zhàn)場上重要的作戰(zhàn)手段，正是電子攻擊武器裝備的更多參戰(zhàn)，形成現(xiàn)代戰(zhàn)場上愈加嚴(yán)重、復(fù)雜的電磁環(huán)境。武器系統(tǒng)在這種對抗的電磁環(huán)境作戰(zhàn)中，其威力的發(fā)揮和生存受到最大的威脅。由于復(fù)雜電磁環(huán)境主要由參戰(zhàn)的電子攻擊武器裝備產(chǎn)生、形成。因而，可用電子攻擊裝備的作戰(zhàn)功能、技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)性能參數(shù)，描述和表征電磁威脅環(huán)境[4-6]。

1.2 防空作戰(zhàn)面臨的空襲電磁干擾環(huán)境

電磁干擾威脅環(huán)境總體描述：

(1) 遠(yuǎn)距支援干擾

遠(yuǎn)距離通信和雷達(dá)支援干擾飛機(jī)在防空導(dǎo)彈殺傷空域以外，形成大功率的噪聲壓制干擾，由于電子偵測能力提升，可以采用更有針對性的噪聲壓制，干擾功率密度提升。

(2) 隨隊支援干擾

與進(jìn)攻機(jī)群一起編隊飛行，主要干擾方式是噪聲壓制、欺騙類干擾和箔條走廊干擾。

(3) 自衛(wèi)式干擾

主要干擾方式是噪聲壓制、欺騙類干擾、機(jī)載拖曳式干擾、箔條云團(tuán)、曳光彈，由于數(shù)字儲頻技術(shù)的應(yīng)用，干擾模式增加了復(fù)合干擾等作戰(zhàn)模式。

(4) 投擲式干擾

使用單模被動導(dǎo)引頭的反輻射導(dǎo)彈的硬殺傷。

(5) 小型空射誘餌彈(miniature air launched decog,MALD)

能夠產(chǎn)生各種飛機(jī)的雷達(dá)特征信號和作戰(zhàn)飛行包線特征，也可以釋放干擾信號，誤導(dǎo)和誘騙綜合防空系統(tǒng)，消耗防空導(dǎo)彈[7-8]。

電磁干擾威脅場景想定：

防空作戰(zhàn)面臨著空襲電子戰(zhàn)體系威脅，如圖1 所示，遠(yuǎn)距支援干擾機(jī)對防空雷達(dá)進(jìn)行壓制，隨隊干擾飛機(jī)攜帶干擾機(jī)掩護(hù)作戰(zhàn)飛機(jī)編隊突防，作戰(zhàn)飛機(jī)攜帶自衛(wèi)式干擾機(jī)和拖曳式誘餌以及無源箔條彈施放有源與無源干擾進(jìn)行自衛(wèi)[9]。

圖1 防空作戰(zhàn)面臨的空襲電磁干擾環(huán)境Fig.1 Air defense operations faced the electromagnetic interference environment

2 電磁干擾環(huán)境構(gòu)建逼真性定量指標(biāo)

2.1 干擾場景等效模擬

根據(jù)想定作戰(zhàn)場景中的作戰(zhàn)規(guī)模、作戰(zhàn)對象和干擾裝備，明確試驗場景的縮比要求、模擬設(shè)備的布設(shè)方式等。干擾場景的等效模擬要求試驗電磁環(huán)境中的設(shè)備類型、數(shù)量、布設(shè)位置等與想定作戰(zhàn)環(huán)境相一致。干擾場景符合性是指作戰(zhàn)場景及其各平臺運動變化趨勢與實際作戰(zhàn)規(guī)模、作戰(zhàn)對象、干擾裝備等要素的一致性程度，其對比表見表1。

表1 干擾場景符合性對比表Table 1 Comparison table of interference scene compliance

當(dāng)構(gòu)建場景中作戰(zhàn)規(guī)模、作戰(zhàn)對象、干擾裝備的所有對比項目均與想定場景一致時，判定試驗電磁干擾環(huán)境構(gòu)建的干擾場景符合性合格。

2.2 干擾技術(shù)等效模擬

在干擾場景符合性滿足要求的情況下，應(yīng)考慮干擾技術(shù)的逼真度，即模擬設(shè)備與干擾裝備在干擾技術(shù)性能上的等效近似程度。設(shè)置模擬設(shè)備的干擾技術(shù)體制和性能參數(shù)，產(chǎn)生與想定作戰(zhàn)場景中相同的干擾技術(shù)，包括干擾技術(shù)的種類、數(shù)量及相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。

干擾裝備的種類及代表性技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 干擾裝備的技術(shù)指標(biāo)Table 2 Qualification of jamming equipment

假設(shè)想定作戰(zhàn)場景中包含X個干擾裝備，每個干擾裝備具有M個干擾技術(shù)指標(biāo)，按式(1)計算模擬設(shè)備與干擾裝備之間的技術(shù)逼真度：

(1)

(2)

當(dāng)X個模擬設(shè)備的技術(shù)逼真度均大于試驗大綱中的要求值時，判定試驗電磁干擾環(huán)境構(gòu)建的干擾技術(shù)逼真度合格[10-11]。

2.3 干擾戰(zhàn)術(shù)等效模擬

在干擾技術(shù)逼真度滿足要求的情況下，應(yīng)考慮干擾戰(zhàn)術(shù)的逼真度，即模擬設(shè)備與干擾裝備在干擾實施過程中的戰(zhàn)術(shù)運用等效近似程度。根據(jù)想定作戰(zhàn)場景中的干擾戰(zhàn)術(shù)，選擇并明確干擾技術(shù)運用的組合方式，設(shè)置模擬設(shè)備施放干擾的時機(jī)，通過對天線陣列分系統(tǒng)中不同天線施放的電磁信號，調(diào)整天線角度和電磁信號強(qiáng)度，模擬被試導(dǎo)彈武器面臨的整個作戰(zhàn)過程。作戰(zhàn)中常用的干擾戰(zhàn)術(shù)包括：

遠(yuǎn)距支援干擾(stand off jamming,SOJ)：干擾機(jī)遠(yuǎn)離導(dǎo)彈和目標(biāo)，一般位于火力威脅范圍以外，通過發(fā)射強(qiáng)干擾信號掩護(hù)目標(biāo)，干擾信號主要從天線的旁瓣進(jìn)入接收機(jī)，一般由專用的大功率干擾發(fā)射機(jī)執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)，主要采用壓制干擾或密集假目標(biāo)干擾方式。

近距支援干擾(stand forward jamming,SFJ)：干擾機(jī)到導(dǎo)彈的距離近于彈目距離，基于接收到射頻信號，快速引導(dǎo)和發(fā)射干擾信號掩護(hù)后續(xù)目標(biāo)，一般由投擲式干擾機(jī)和無人機(jī)執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)，主要采用壓制干擾或密集假目標(biāo)干擾方式。

隨隊支援干擾(escort jamming,ESJ)：干擾機(jī)位于被保護(hù)目標(biāo)附近，隨目標(biāo)運動，通過輻射強(qiáng)干擾信號掩護(hù)目標(biāo)，干擾信號主要從天線的主瓣進(jìn)入接收機(jī)。一般通過改造作戰(zhàn)平臺裝載隨隊干擾電子戰(zhàn)裝備，以便具有與原平臺相同的戰(zhàn)術(shù)行動能力，主要采用壓制干擾或密集假目標(biāo)干擾方式。

自衛(wèi)干擾(SSJ)：干擾機(jī)位于被保護(hù)目標(biāo)上，使目標(biāo)免遭敵方的威脅和攻擊，干擾信號始終從天線主瓣進(jìn)入接收機(jī)。一般采用固定安裝、可切換掛載、可即時投放拖曳和隨行等多種配置形式，主要采用欺騙干擾方式，或結(jié)合壓制干擾使用[12-13]。

將導(dǎo)彈武器的作戰(zhàn)過程分解成目標(biāo)監(jiān)視、目標(biāo)瞄準(zhǔn)、導(dǎo)彈發(fā)射、導(dǎo)引頭捕獲目標(biāo)、穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)、命中目標(biāo)等Y個作戰(zhàn)階段，各作戰(zhàn)階段中包含N個敵方的干擾裝備，按式(3)計算不同作戰(zhàn)階段的戰(zhàn)術(shù)逼真度

(3)

按式(4)計算導(dǎo)彈武器整個作戰(zhàn)過程模擬的戰(zhàn)術(shù)逼真度

(4)

(5)

式中：δ為導(dǎo)彈武器整個作戰(zhàn)過程模擬的戰(zhàn)術(shù)逼真度；νi為第i個作戰(zhàn)階段對整個作戰(zhàn)過程影響的權(quán)重。νi的具體取值根據(jù)已有實測試驗數(shù)據(jù)分析確定，若無先驗信息支撐，可取νi=1/Y。

當(dāng)導(dǎo)彈武器整個作戰(zhàn)過程模擬的戰(zhàn)術(shù)逼真度δ大于試驗大綱中的要求值時，判定內(nèi)場試驗電磁干擾環(huán)境構(gòu)建的干擾戰(zhàn)術(shù)逼真度合格[14]。

2.4 干擾強(qiáng)度等效模擬

在干擾戰(zhàn)術(shù)逼真度滿足要求的情況下，通過電磁環(huán)境監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，測量導(dǎo)彈武器導(dǎo)引頭天線口面處的干擾強(qiáng)度表征指標(biāo)，并與想定作戰(zhàn)場景中干擾強(qiáng)度的理論計算值作對比，分析內(nèi)場模擬過程中導(dǎo)彈武器感受到的干擾強(qiáng)度與想定作戰(zhàn)過程中的等效近似程度[15]。

一般噪聲壓制類干擾強(qiáng)度用功率譜密度和干擾帶寬表征；

欺騙類干擾強(qiáng)度用干信比J/S和假目標(biāo)個數(shù)m及時間域參量t表征；

組合類干擾除用上述參量表征外，需要用參與組合的干擾樣式種類n以及組合干擾的切換時間t表征。

將導(dǎo)彈武器的作戰(zhàn)過程分解成目標(biāo)監(jiān)視、目標(biāo)瞄準(zhǔn)、導(dǎo)彈發(fā)射、導(dǎo)引頭捕獲目標(biāo)、穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)、命中目標(biāo)等Y個作戰(zhàn)階段，在每個階段中選取K個關(guān)鍵時間點，測量各時刻導(dǎo)彈武器天線口面處的干擾強(qiáng)度表征指標(biāo)實際值，并計算理論值，按式(6)～(8)計算不同作戰(zhàn)階段的強(qiáng)度逼真度：

(6)

(7)

(8)

經(jīng)計算得出導(dǎo)彈武器整個作戰(zhàn)過程模擬的強(qiáng)度逼真度

(9)

式中：ρ為導(dǎo)彈武器整個作戰(zhàn)過程模擬的強(qiáng)度逼真度；ρi為第i個作戰(zhàn)階段模擬的強(qiáng)度逼真度，其值等于該階段所有表征指標(biāo)強(qiáng)度逼真度的平均值;μi為第i個作戰(zhàn)階段模擬的強(qiáng)度對整個作戰(zhàn)過程影響的權(quán)重。μi的具體取值根據(jù)已有實測試驗數(shù)據(jù)分析確定，若無先驗信息支撐，可取μi=1/Y。

當(dāng)導(dǎo)彈武器整個作戰(zhàn)過程模擬的強(qiáng)度逼真度ρ大于試驗大綱中的要求值時，判定試驗電磁干擾環(huán)境構(gòu)建的干擾強(qiáng)度逼真度合格。

3 結(jié)束語

本文在對防空導(dǎo)彈武器面臨的復(fù)雜電磁環(huán)境的分析基礎(chǔ)上,提出了從干擾場景等效、干擾戰(zhàn)術(shù)等效、干擾技術(shù)等效、干擾強(qiáng)度等效的復(fù)雜電磁環(huán)境定性和定量化的逼真評估方法,相信對于防空導(dǎo)彈武器的試驗驗證工作將具有很強(qiáng)的借鑒意義。