直升機(jī)射頻隱蔽突防方法研究

曾小東，芮 錫

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十研究所，四川 成都 610036)

0 引言

當(dāng)前戰(zhàn)爭(zhēng)的形式正在進(jìn)行大規(guī)模升級(jí)，地面部隊(duì)對(duì)直升機(jī)的依賴越來越強(qiáng)。小規(guī)模裝甲突擊群需要直升機(jī)的不間斷掩護(hù)，未來的建設(shè)目標(biāo)是能“飛”起來作戰(zhàn)，這就需要有更多的直升機(jī)。直升機(jī)具有超低空貼地飛行、強(qiáng)大的火力攻擊和卓越的機(jī)動(dòng)性能等優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)Ω鞣N地面目標(biāo)和超低空目標(biāo)實(shí)施精確有效的打擊，獨(dú)立執(zhí)行戰(zhàn)術(shù)級(jí)任務(wù)，在聯(lián)合作戰(zhàn)體系中扮演著不可取代的重要角色。然而，隨著現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)對(duì)抗的日益激烈，各種精確的雷達(dá)、光學(xué)、聲學(xué)和無源探測(cè)設(shè)備相繼出現(xiàn)[1-3]，直升機(jī)的作戰(zhàn)環(huán)境變得更加嚴(yán)酷復(fù)雜。實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)證明，先進(jìn)的LPD(低可探測(cè))技術(shù)是提高其生存能力和作戰(zhàn)效能最有效的手段之一，因此受到世界各國(guó)的高度重視。

1 可探測(cè)平衡

與各種探測(cè)方法相對(duì)應(yīng)，直升機(jī)的低可探測(cè)技術(shù)主要包括針對(duì)雷達(dá)探測(cè)信號(hào)的低可探測(cè)[4]、針對(duì)紅外信號(hào)的低可探測(cè)[5]、針對(duì)聲學(xué)信號(hào)的低可探測(cè)[6]以及針對(duì)射頻主動(dòng)輻射信號(hào)的低可探測(cè)[7]等。目前，在國(guó)內(nèi)外的直升機(jī)低可探測(cè)技術(shù)研究中，已廣泛開展了針對(duì)雷達(dá)探測(cè)信號(hào)的低可探測(cè)、針對(duì)紅外信號(hào)的低可探測(cè)以及針對(duì)聲學(xué)信號(hào)的低可探測(cè)等研究，而在針對(duì)射頻主動(dòng)輻射信號(hào)的低可探測(cè)方面，研究相對(duì)滯后，公開資料顯示毫米波火控雷達(dá)采取了有限的低可探測(cè)設(shè)計(jì)。依據(jù)可探測(cè)平衡原則[8-9]，各種低可探測(cè)技術(shù)之間應(yīng)平衡發(fā)展，各種低可探測(cè)應(yīng)有大致相近的被發(fā)現(xiàn)距離，不能出現(xiàn)明顯的短板，否則就會(huì)破壞直升機(jī)的整體低可探測(cè)能力。因此，直升機(jī)的低可探測(cè)應(yīng)符合綜合平衡、協(xié)調(diào)發(fā)展的要求。

當(dāng)前的作戰(zhàn)環(huán)境下，直升機(jī)由于飛行高度低，視距近，雷達(dá)的發(fā)現(xiàn)距離受限。但是機(jī)載射頻輻射信號(hào)，尤其是短波、超短波信號(hào)，在城市建筑、山體、樹林等復(fù)雜地形環(huán)境下，依然有很強(qiáng)的繞射和透射能量。因此，針對(duì)射頻信號(hào)的低可探測(cè)需求將更加迫切[10]。

2 射頻隱蔽突防時(shí)的LPD技術(shù)考慮

2.1 威脅分析

從作戰(zhàn)模式看，直升機(jī)在隱蔽突防時(shí)，通常貼地飛行，隱蔽接敵，突然攻擊后馬上機(jī)動(dòng)規(guī)避。在此過程中，直升機(jī)由于飛行高度低，具有低可探測(cè)的先天優(yōu)勢(shì)。對(duì)于陸基和海基無源探測(cè)系統(tǒng)，受限于地球曲率，其威脅范圍大大縮小[11-12]。距離在L1以外的無源探測(cè)系統(tǒng)，無法偵收到直升機(jī)有源射頻傳感器發(fā)射的輻射信號(hào)，如圖1所示。典型L1值如表1所示。

表1 典型值

然而，對(duì)于空基無源探測(cè)系統(tǒng)而言，如預(yù)警機(jī)、偵察機(jī)等平臺(tái)，這種低可探測(cè)優(yōu)勢(shì)將不復(fù)存在。在L2距離以內(nèi)的所有空基無源探測(cè)系統(tǒng)，只要其接收機(jī)靈敏度足夠高，都將以很大的概率截獲直升機(jī)的有源射頻傳感器輻射信號(hào)，如圖2所示。假定直升機(jī)以飛行高度200m實(shí)現(xiàn)隱蔽突防，對(duì)于不同高度的空基無源探測(cè)系統(tǒng)，典型的L2值如表2所示。

表2 典型L2值

由表2可以看出，高度在8000m的空基無源探測(cè)系統(tǒng)，只要其無源探測(cè)系統(tǒng)的接收機(jī)靈敏度足夠高，對(duì)直升機(jī)平臺(tái)的截獲距離即可到達(dá)400km以上。

2.2 LPD措施分析

由以上威脅分析可知，直升機(jī)在隱蔽突防時(shí)面臨嚴(yán)重的無源探測(cè)威脅，需要從以下幾個(gè)方面采取LPD措施，以滿足高生存能力和隱蔽接敵的要求。

1)輻射時(shí)間管理技術(shù)

采用編隊(duì)協(xié)同的LPD技術(shù)，減少編隊(duì)有源射頻傳感器的輻射時(shí)間，提高LPD性能。作戰(zhàn)飛行時(shí)直升機(jī)長(zhǎng)機(jī)雷達(dá)開機(jī)，存儲(chǔ)探測(cè)到的目標(biāo)數(shù)據(jù)并加以分析，確定目標(biāo)類型、位置等數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)不但可顯示在本機(jī)的多功能顯示器上，而且可通過數(shù)據(jù)鏈傳給直升機(jī)僚機(jī)，僚機(jī)雷達(dá)靜默。長(zhǎng)機(jī)根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)分布情況將目標(biāo)數(shù)據(jù)分配給僚機(jī)，然后同時(shí)發(fā)起攻擊。

2)窄波束、超低副瓣天線技術(shù)

采用窄波束、超低副瓣天線技術(shù)，可以將輻射能量集中在主瓣內(nèi)，大大減小天線副瓣輻射的功率，從而大大減小被敵方截獲的空間范圍。為了避免被陸基/海基無源探測(cè)系統(tǒng)偵收到主瓣信號(hào)，通信的波束寬度應(yīng)盡可能窄。在不被陸基/?；鶡o源探測(cè)系統(tǒng)偵收到的情況下，主瓣允許的最大寬度與直升機(jī)的飛行高度、編隊(duì)距離等有關(guān)，如圖3所示。

圖3 窄波束、超低副瓣天線技術(shù)

對(duì)于遠(yuǎn)距離通信，主瓣寬度需要比近距離通信更窄，以避免陸基/海基無源探測(cè)系統(tǒng)的偵收。直升機(jī)的飛行高度越低，對(duì)主瓣寬度的要求越高。對(duì)于直升機(jī)低空隱蔽突防，則要求波束寬度相對(duì)更窄。

3)功率控制技術(shù)

偵察裝備對(duì)直升機(jī)輻射信號(hào)的最大截獲距離R1與輻射功率的1/2次方成正比。

(1)

式中，Pt為輻射功率，Gt為天線增益，λ為信號(hào)波長(zhǎng)，SI為偵察裝備的系統(tǒng)靈敏度。

由上式可以看出，在偵察裝備的系統(tǒng)靈敏度不變的情況下，當(dāng)直升機(jī)的發(fā)射功率降低時(shí)，最大截獲距離RI減小。

4)LPD波形設(shè)計(jì)技術(shù)

采用LPD波形并結(jié)合與之相應(yīng)的信號(hào)處理技術(shù)，可以獲得信噪比增益，使電子裝備在性能不受影響的情況下減小輻射功率，一方面減小了被敵方無源探測(cè)系統(tǒng)截獲的距離，另一方面對(duì)于非協(xié)作的無源探測(cè)系統(tǒng)來說，由于信噪比的降低，其偵察參數(shù)的精度也會(huì)有所下降，從而影響偵察后端的分選、識(shí)別、定位等。此外，LPD波形還能降低信號(hào)被截獲的概率，例如通信中的跳頻技術(shù)。

3 LPD技術(shù)對(duì)隱蔽突防的效能提升

(2)

表3分析了不同LPD措施對(duì)無源探測(cè)系統(tǒng)截獲距離的影響。

表3 不同飛行段的截獲距離

直升機(jī)可以在各飛行段中管控各射頻傳感器的開關(guān)狀態(tài)、工作模式以及工作參數(shù)等，使得無源探測(cè)系統(tǒng)截獲距離大大縮短，為突破敵方的防空系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件。從圖4和圖5的對(duì)比可以看出，直升機(jī)采用LPD措施后，在突防中的生存力明顯提高。

圖4 采取LPD措施前的突防示意

圖5 采取LPD措施后的突防示意

4 結(jié)論

通過直升機(jī)LPD與突防能力的關(guān)系分析，可以看出LPD對(duì)于直升機(jī)的生存力提升具有重要意義。無論是從反LPD的視角，還是LPD技術(shù)發(fā)展的需要，對(duì)于直升機(jī)射頻輻射特征的分析以及射頻輻射抑制技術(shù)的研究均具有十分重要的學(xué)術(shù)和應(yīng)用價(jià)值。另外，以上的分析方法也為建立直升機(jī)的LPD性能指標(biāo)體系提供了初步理論依據(jù)。