噪聲干擾對(duì)飛機(jī)生存力貢獻(xiàn)

高飛 周旭 陳林元 俞仁兆

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十九研究所 四川省成都市 610036）

1 引言

軍用飛機(jī)在威脅作戰(zhàn)場(chǎng)景的生存力，已經(jīng)成為在飛機(jī)四性設(shè)計(jì)（負(fù)擔(dān)力、殺傷力、保障力、生存力）中最優(yōu)先考慮的指標(biāo)之一，并構(gòu)建了一套指標(biāo)體系引導(dǎo)設(shè)計(jì)。生存力分析與設(shè)計(jì)問(wèn)題的研究受到了各國(guó)軍方和學(xué)者的廣泛重視。以美國(guó)為例，建立了陸、海、空三軍的統(tǒng)一生存力信息分析中心（Survivability/Vulnerability Information Analysis Center）[1]，簡(jiǎn)稱(chēng)SURVIAC，建立了多個(gè)試驗(yàn)基地和靶場(chǎng)，頒布了多種軍用指南與規(guī)范，同時(shí)我國(guó)也頒布了GJB5551-2006《飛機(jī)非核生存力通用準(zhǔn)則》與GJB/Z202-2001《飛機(jī)非核生存力通用指南》等多份軍用標(biāo)準(zhǔn)。但我國(guó)目前相關(guān)生存力的研究主要集中在載機(jī)自身的生產(chǎn)力指標(biāo)提升上，較少研究告警、電子偵察、自衛(wèi)、支援干擾等電子對(duì)抗設(shè)備對(duì)生存力的貢獻(xiàn)，本文僅在電子對(duì)抗的自衛(wèi)干擾領(lǐng)域中分析噪聲干擾對(duì)生存力的定量貢獻(xiàn)。

2 飛機(jī)生存力指標(biāo)

在《美國(guó)空軍生存力計(jì)劃管理?xiàng)l例AFR80-38》中飛機(jī)生存力被定義為“飛機(jī)避免和經(jīng)受人工敵對(duì)環(huán)境且中途不損失并完成規(guī)定任務(wù)的能力。”即飛機(jī)在作戰(zhàn)環(huán)境中，被敵方武器威脅的條件下，應(yīng)當(dāng)具有盡可能不被敵方發(fā)現(xiàn)的能力（低敏感性）和在遭到敵方武器攻擊的條件下，能減少遭受致命性損傷的能力（低易損性）。所以軍用飛機(jī)生存力指標(biāo)體現(xiàn)在敏感性和易損性?xún)蓚€(gè)方面，一架飛機(jī)在敵對(duì)環(huán)境中被敵方武器殺傷的容易性由飛機(jī)被殺傷的概率來(lái)表示。飛機(jī)被殺傷的概率是由敵武器的擊中概率（敏感性）和給定一次命中后飛機(jī)被擊毀的概率（易損性）的乘積來(lái)表示，即：

式中：Pk為飛機(jī)被殺傷概率，Ph為敵武器的擊中概率（飛機(jī)敏感性），Pk/h為在給定擊中條件下的擊毀概率（飛機(jī)易損性）。

飛機(jī)在敵對(duì)環(huán)境下的生存力Ps是由生存概率來(lái)度量，它與殺傷概率的關(guān)系由下式表示：

2.1 易損性指標(biāo)

易損性用飛機(jī)在給定擊中條件下的被擊毀的概率Pk/h來(lái)度量。易損性受以下因素影響：致命性部件在經(jīng)受給定的一次命中后能繼續(xù)工作的能力（例如，直升機(jī)傳動(dòng)裝置在失去潤(rùn)滑油后可持續(xù)工作一段時(shí)間）；可以避免和抑制對(duì)致命性部件損傷的設(shè)計(jì)手段和裝置（例如：兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)有效分開(kāi)，使單發(fā)命中不致于同時(shí)損壞兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)）等。

2.2 敏感性指標(biāo)

敏感性用飛機(jī)被敵武器擊中的概率Ph來(lái)度量。敏感性涉及飛機(jī)面臨的非直接威脅（例如武器發(fā)射與雷達(dá)/紅外探測(cè)、跟蹤等），研究雷達(dá)的探測(cè)、跟蹤、識(shí)別、火力或武器的控制、導(dǎo)彈制導(dǎo)、引信起爆、彈頭命中等一系列事件。低敏感性主要體現(xiàn)為：在威脅環(huán)境中不易被敵方發(fā)現(xiàn)；即使被發(fā)現(xiàn)，也能通過(guò)自身機(jī)動(dòng)以及對(duì)抗手段躲避威脅的攻擊。敏感性可以由下式表示：

式中：Pd為飛機(jī)在威脅環(huán)境中被敵方探測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的概率；Ph/d 為飛機(jī)被敵方探測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的條件下，被敵方威脅系統(tǒng)擊中的概率。

聯(lián)合式（1）～式（3），可以得到生存力Ps為：

3 電子對(duì)抗與敏感性關(guān)系

與飛機(jī)敏感性相關(guān)的因素可歸結(jié)為三個(gè)方面：威脅、環(huán)境、和飛機(jī)。威脅的特征是威脅的工作狀況、性能和殺傷力。環(huán)境包括作戰(zhàn)時(shí)的自然環(huán)境、作戰(zhàn)兵力部署和活動(dòng)、飛機(jī)的飛行航線和戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作、護(hù)航支援力量等。飛機(jī)因素包括對(duì)威脅的探測(cè)手段、告警、自衛(wèi)干擾手段的使用、飛機(jī)機(jī)動(dòng)性能等。

對(duì)飛機(jī)生存力設(shè)計(jì)者而言，更關(guān)心三方面因素中的飛機(jī)因素，這是因?yàn)榄h(huán)境和威脅因素雖然要考慮，但屬于不可控制和改變的因素。比如對(duì)自然環(huán)境（天氣情況、地形等）或威脅體（雷達(dá)、導(dǎo)彈、高炮等）。而飛機(jī)因素是飛機(jī)生存力設(shè)計(jì)者可以掌控的，因此更值得飛機(jī)生存力設(shè)計(jì)者關(guān)注。在飛機(jī)因素的研究中，飛機(jī)特征信號(hào)和電子對(duì)抗（ECM）是目前研究的核心領(lǐng)域。

電子對(duì)抗技術(shù)在第二次世界大戰(zhàn)中開(kāi)始被飛機(jī)方面用于對(duì)抗威脅系統(tǒng)，其后不斷發(fā)展進(jìn)步，今天依然是主要的飛機(jī)敏感性縮減手段，尤其是對(duì)于不能大量采用隱形技術(shù)的飛機(jī)，電子對(duì)抗技術(shù)有著更為重要的作用。電子對(duì)抗技術(shù)通過(guò)向雷達(dá)發(fā)射干擾電磁波，形成虛假目標(biāo)，破壞雷達(dá)對(duì)真實(shí)目標(biāo)回波的檢測(cè)，掩蓋真實(shí)目標(biāo)的電磁波，降低自身被雷達(dá)感知的概率。

4 噪聲干擾與生存力關(guān)系

噪聲干擾作為電子對(duì)抗技術(shù)中的基礎(chǔ)干擾技術(shù)，通過(guò)干擾機(jī)發(fā)射同頻率大功率的寬窄帶噪聲信號(hào)以阻塞雷達(dá)信號(hào)頻帶，使敵方雷達(dá)接收機(jī)降低或完全失去正常工作能力，噪聲干擾效果通常由雷達(dá)接收口面的信干比（信號(hào)與干擾的功率比）決定，信干比越大，說(shuō)明雷達(dá)接收到信號(hào)質(zhì)量越好，受干擾強(qiáng)度越小，信干比越小，說(shuō)明雷達(dá)接收到的干擾越強(qiáng)，受干擾強(qiáng)度越大。由經(jīng)典雷達(dá)方程可知，雷達(dá)信號(hào)的衰減量與距離的4 次方成正比，由干擾方程可知，干擾信號(hào)的衰減與距離的2 次方成正比，那么目標(biāo)距離越遠(yuǎn)信干比就越小，雷達(dá)受干擾越強(qiáng)，檢測(cè)概率越小；目標(biāo)距離越近信干比越大，雷達(dá)受干擾越弱，檢測(cè)概率越大。下面定量分析噪聲干擾的距離與檢測(cè)概率的關(guān)系。

無(wú)干擾時(shí)，雷達(dá)接收的目標(biāo)反射功率為Pr：

式中：σ 為目標(biāo)RCS，λ 為雷達(dá)電磁波波長(zhǎng)，Gt為雷達(dá)天線增益，Pt為雷達(dá)發(fā)射機(jī)功率，L(R)為大氣損耗因子，Lrf為目標(biāo)起伏損耗因子，R 為雷達(dá)與目標(biāo)的距離，Lrs為雷達(dá)損耗因子。

噪聲干擾時(shí)，雷達(dá)接收到的干擾功率為Pj：

式中：Rj為雷達(dá)與干擾機(jī)的距離，Lrsj為干擾機(jī)損耗因子，Lj(R)為大氣損耗因子，Pjt為干擾機(jī)發(fā)射功率，Gj為干擾機(jī)天線增益，Gt為雷達(dá)天線增益。

不考慮脈沖積累和大氣衰減損耗時(shí)，信干比SJR=Pr/Pj

只有噪聲干擾條件下的SJR 與雷達(dá)檢測(cè)概率Pd，雷達(dá)虛警概率Pfa之間的經(jīng)驗(yàn)公式為[2]：

式中：m 為脈沖積累數(shù)，A=ln(0.62/Pfa)，B= ln(Pd/(1-Pd))。Pfa典型值為10-6。

式中：C 為中間變量，有

根據(jù)式（10）和（12），在已知脈沖積累數(shù)的情況下，通過(guò)干擾源與雷達(dá)的距離變化改變SJR，可以計(jì)算出雷達(dá)檢測(cè)概率Pd與干擾源距離之間的關(guān)系，然后通過(guò)式（4）可得到裝備噪聲干擾源飛機(jī)的生存力與干擾距離之間關(guān)系。

5 仿真結(jié)果

下面按照雷達(dá)功率10kW，天線增益35dB，雷達(dá)頻率10Ghz，干擾源目標(biāo)RCS 為50m2，干擾功率500W，導(dǎo)彈擊中概率Ph/d為90%，殺傷概率Pk/h為70%的條件進(jìn)行仿真，可得到雷達(dá)探測(cè)概率Pd與干擾源距離的關(guān)系如圖1。

再根據(jù)公式（5），可得出飛機(jī)雷達(dá)距離與生存力的關(guān)系如圖2。

圖1：雷達(dá)探測(cè)概率仿真結(jié)果

圖2：生存力仿真結(jié)果

根據(jù)圖2的仿真結(jié)果可以看出，在上述條件下，干擾距離較近時(shí)生存力較低只有0.37，隨著飛機(jī)與雷達(dá)的距離增大，生存力開(kāi)始提升，在干擾距離大于80km 時(shí)，生存力能夠達(dá)到0.95 以上。

6 小結(jié)

飛機(jī)生存力問(wèn)題已經(jīng)作為飛機(jī)設(shè)計(jì)的優(yōu)先指標(biāo)之一，在飛機(jī)上裝備電子對(duì)抗系統(tǒng)，通過(guò)噪聲干擾、角度欺騙、拖距拖速、假目標(biāo)等干擾效果均能夠有效提升飛機(jī)的生存力。同時(shí)由于各種面空，空空武器的快速發(fā)展，目標(biāo)指示雷達(dá)，火控雷達(dá)的作用距離增大，空空面空導(dǎo)彈的攻擊范圍增大，對(duì)飛機(jī)的生存力提升提出了更高的要求，同樣也是對(duì)告警、電子偵察、自衛(wèi)、支援干擾等電子對(duì)抗設(shè)備提出了更高的要求，牽引電子對(duì)抗裝備向著集成化，智能化，體系化的方向發(fā)展。