機載雷達箔條彈投放及載機機動策略研究

張鐵軍，范 彬，李 娟

(1.陸軍裝備部駐上海地區航空軍代室，上海 200230；2.南京科瑞達有限責任公司，南京 211106)

0 引 言

雷達通過對目標回波的檢測和分析發現目標并確定其性質[1-2]，但是在實際使用中，雷達會面臨多樣式的復雜干擾環境，需要提高針對性的抗干擾能力，以保障雷達的性能。雷達干擾主要包括有源干擾和無源干擾，其中無源干擾在某些方面較有源干擾有更明顯的優勢，如能夠干擾各種體制的雷達，干擾空域大，頻帶寬，制造簡單，價格便宜，干擾可靠，研制周期短等。箔條是雷達無源干擾技術中應用最早且效果最好的干擾器材。

本文給出了多種體制雷達的檢測過程，給出了不同體制雷達不同的箔條投放及機動策略，最后分析特定場景下的箔條投放解算過程，驗證了箔條投放及機動策略的有效性。

1 機載箔條干擾原理

1.1 雷達檢測原理

近程防空系統的制導雷達常用的信號處理體制為脈沖多普勒體制雷達或動目標檢測體制雷達[3]，并伴隨目標丟失后一定時間的外推功能。脈沖多普勒雷達的信號處理及檢測原理如圖1、圖2所示，動目標檢測雷達的信號處理及檢測原理如圖3、圖4所示。

圖1 脈沖多普勒信號處理

圖2 二維CFAR檢測

圖3 動目標檢測

圖4 一維CFAR檢測

1.2 箔條干擾原理

箔條用于飛機自衛是利用箔條對雷達信號的強反射，將雷達對飛機的跟蹤吸引到對箔條的跟蹤上。由圖1～4可知，雷達檢測為質心檢測，為了達到電子干擾目的，箔條必須在寬頻帶上具有比被保護飛機大的有效反射面積，必須保證雷達的每個分辨單元至少有一組箔條，其箔條干擾過程如圖5所示。

圖5 箔條干擾過程

在徑向方向，箔條的投放時間間隔ti應小于飛機飛過距離分辨單元的時間τ，即

(1)

其中，α為飛機飛行方向與徑向方向的夾角。

在切向方向，箔條的投放時間間隔應小于飛機飛過雷達角度分辨單元的時間，即

(2)

飛機在箔條投放中應保證箔條快速散開，并且在方向上作適當的機動，可以躲避雷達的跟蹤。這種箔條對飛機身后的雷達干擾更為有利，這時雷達的距離波門首先鎖定在距離雷達較近的箔條上。

2 箔條投放及機動策略

2.1 箔條投放參數概述

箔條投放參數[4-5]主要包括點射數、彈間隔、彈組數、彈組間隔4個參數，其參數含義如圖6所示。

圖6 箔條投放參數示意

箔條彈點射數是指在一組投放過程中所需要的箔條彈數量，主要由載機的有效反射面積、箔條彈的有效面積、雷達的檢測體制、風速等環境因素決定。

彈間隔是指在一組箔條彈的投放過程中箔條彈與箔條彈之間的投放時間間隔，主要由載機的運行速度、載機與雷達姿態、雷達的角度分辨率及距離分辨率等因素決定。

組間隔是指每組箔條彈之間的時間間隔，主要由雷達的搜索、截獲、跟蹤的轉換時間決定。

彈組數是指載機為了擺脫雷達跟蹤，箔條彈所需投放的組數。投放多組箔條彈是為了提供連續干擾，提高載機擺脫雷達跟蹤的概率，與雷達與載機的相對姿態、速度、雷達的工作時序相關。

2.2 箔條投放參數解算

(1)點射數

載機單組投放箔條彈[6-8]的點射數N由本機RCS(σS)、單發箔條彈RCS(σC)、想要達到的掩護概率P1(或單組箔條彈的壓制比γ)、雷達信號的處理體制以及雷達對箔條信號的抑制能力η等多個因素共同決定。

雷達對箔條的處理衰減系數η與箔條多普勒頻率的頻率寬度Δf和雷達的脈沖重復頻率fPRF有關。對于直升機來說，箔條多普勒頻率的頻率寬度Δf為

(3)

其中，λ為雷達波的波長；vac為直升機旋翼引起的箔條速度偏差，一般取8 m/s；vw為直升機所處高度的平均風速。

脈沖重復頻率為fPRF的雷達對多普勒頻率寬度為Δf箔條的處理衰減系數為

(4)

(2)彈間隔

箔條的彈間隔主要是由雷達和載機的相對姿態、載機相對于雷達徑向速度、載機速度、箔條散開大小及散開速度、雷達的距離分辨率、點射數、雷達的方位及俯仰波束寬度等量值決定。因為雷達的檢測機制為質心檢測，為了減少能量分散，箔條的打彈效果不應該跨雷達角度及距離分辨率。

由箔條干擾原理可知，在徑向方向，每組箔條的投放時間間隔tdis應小于飛機飛過距離分辨單元的時間τ，即

(5)

其中，α為飛機飛行方向與徑向方向的夾角。

在切向方向，箔條的投放時間間隔tangle應小于飛機飛過雷達角度分辨單元的時間，即

(6)

每組箔條彈的持續時間為

tgroup=min(tdis,tangle)

(7)

設每組箔條彈的點射數為N，則箔條弾間隔為

tcp=tgroup/N

(8)

(3)組間隔

箔條彈組間隔主要是由雷達從跟蹤轉為搜索狀態再次捕獲并跟蹤目標的時間，即雷達搜索轉為跟蹤的時間。箔條組間隔的計算公式如下：

Tcg=T1+T2+T3

(9)

式中，T1為箔條彈打出后雷達由跟蹤轉為搜索的時間；T2為雷達在搜索狀態截獲到目標的時間；T3為截獲到目標并確認目標的時間。

(4)彈組數

箔條彈投放組數由載機與威脅源干擾一次的時間和需要達到的掩護概率決定。以單組掩護概率為P1的箔條彈為例，M組箔條彈的掩護概率為

PM=1-(1-P1)M

(10)

2.3 機動策略

為了考慮地形的優勢，機動策略利用地雜波或海雜波來增加雷達檢測的難度，一般在逃逸時利用向下俯沖的動作；雷達一般擁有航跡外推的功能，為了破解雷達外推功能，目標機動策略采用大機動逃逸。

3 實例分析

設某制導雷達的工作頻率為fa=10 GHz、重復頻率為fPRF=5 kHz，風速vw=10 m/s，雷達與載機的距離為R=15 km，雷達等效脈寬為τ=0.3 μs，波束寬度為θ=1.5°，載機的運動速度為v=50 m/s，與徑向夾角為α=60°，載機的有效反射面積為σS=10 m2，箔條散開后的有效反射面積為σC=10 m2，若單組掩護概率達到P1=75%以上，則箔條彈投放參數計算過程如下。

箔條的多普勒頻率寬度為

(11)

由于多普勒頻率造成的處理衰減為

(12)

要達到75%以上的掩護概率所需的點射數為

(13)

徑向飛過距離分辨率的時間為

(14)

切向方飛機飛過雷達角度分辨單元的時間為

(15)

因此弾間隔為

(16)

以一組掩護概率P1=75%計算，2組箔條彈的掩護概率為93.75%，3組箔條彈的掩護概率達到98.5%。考慮到平臺載彈量有限，2～3組已經有足夠大的干擾成功概率，因此可以將投放組數設定為2～3組。

組間隔的計算方式比較復雜，和雷達資源調度密切相關，由文獻[8]可知組間隔為3 s。

4 結束語

箔條質心干擾是干擾跟蹤制導雷達一種有效的無源干擾方式[9]，配合載機機動，可以對大部分的制導跟蹤雷達和導彈起到有效的干擾效果。本文通過分析雷達的檢測原理和箔條干擾原理，給出箔條投放的參數計算公式及載機機動策略，通過具體的實例給出了在雷達參數已知條件下箔條投放的計算過程，是一種可實現的無源干擾策略。箔條干擾彈投放策略研究不僅可為雷達針對性的抗干擾能力提升提供參考，并對提高載機的作戰使用效能具有重要意義。