對抗新型反艦導彈箔條質心干擾策略研究?

張凱娜 吳 上 張軍周

（中國船舶工業系統工程研究院 北京 100094）

1 引言

箔條質心干擾是艦艇防御反艦導彈的重要手段。箔條質心干擾效果與箔條發射方向、艦船規避策略以及風速風向密切相關?，F代新型反艦導彈末制導雷達大部分采用相參工作體制，具有高距離分辨率和低截獲概率的特點。本文針對箔條質心干擾對抗新型反艦導彈進行了干擾對抗全過程的箔條質心干擾策略研究，建立了高分辨率相參雷達的艦船模型和箔條干擾模型，給出了最佳箔條發射策略和艦船機動策略，并進行了干擾效能評估，通過仿真驗證了箔條質心干擾策略的有效性。

2 箔條質心干擾原理

箔條質心干擾是作戰艦艇被敵方反艦導彈主動末制導雷達鎖定后實施干擾對抗的一種的重要作戰手段。箔條質心干擾原理是在導彈跟蹤階段打出箔條干擾彈，在末制導雷達波束范圍內形成箔條干擾目標，使導彈跟蹤艦船目標與箔條干擾目標的能量中心（質心），在一定條件下，使末制導雷達逐漸偏離艦船目標，轉向跟蹤箔條干擾目標［1～3］。箔條質心干擾示意圖如圖1所示。

圖1 箔條質心干擾示意圖

圖1中，A點是艦船能量中心，B點是箔條干擾能量中心，C點是艦船和箔條干擾的能量中心，D點是導彈位置。由于進行箔條質心干擾時，雷達的跟蹤點位于其分辨單元的能量中心上，因此為了形成質心干擾，箔條干擾目標需在導彈和艦船能量中心連線的同距離弧上且在圖中FEGH扇形區域內［4］。

箔條質心干擾包括“質心干擾形成”和“干擾轉移”兩個階段?！百|心干擾形成”可使反艦導彈由跟蹤艦船目標，轉為跟蹤艦船目標和箔條干擾目標的能量中心，即圖1中的質心?！案蓴_轉移”通過箔條運動、艦船運動，以及導彈末制導雷達的視線變化等，使導彈跟蹤點逐漸遠離艦船目標，直至艦船目標處于導彈末制導雷達波束外，導彈完全跟蹤箔條干擾目標［5］。

3 仿真模型

由于現代新型反艦導彈末制導雷達大部分采用基于脈沖壓縮的相參工作體制。當前主動相參雷達的距離分辨率已經達到2m～5m的量級，所以艦船目標回波和箔條干擾目標回波已經呈現出明顯的面目標特征，即由一組強散射點組成，在時域上存在多個強散射點，在頻域上每個強散射點之間的速度也存在一定的差異，因此需要進行精細化目標建模，將艦船目標和箔條干擾目標建模為多個強散射點，使雷達回波具有更多目標特征信息。箔條質心干擾策略包含箔條發射策略和艦船規避策略，建立干擾決策模型尋優得到最佳箔條質心干擾策略。

3.1 艦船模型

艦船目標建模［6］主要和雷達距離分辨率，艦船強散射點個數，強散射點RCS幅度大?。ú煌丈浣嵌认拢?，強散射點分布特征以及起伏特征等多種因素關聯。由于新型反艦導彈末制導雷達的距離分辨率高，艦船目標目標已經不再是點目標，而是由一組強散射點組成。高分辨率相參雷達的艦船回波分布在多個距離單元和多普勒頻率單元。

建立艦船面目標模型時，根據艦船的長寬和反艦導彈末制導雷達距離分辨率計算艦船散射點。設艦船的長為L，寬為W，導彈末制導雷達的距離分辨率為?r，則艦船散射點的個數為K=round表示四舍五入取整運算。

建立坐標系，設第k個艦船散射點的坐標為（xsk，ysk），k是艦船散射點的序號，k=1，2，…，K。設反艦導彈末制導雷達的坐標為（xm，ym），第k個艦船散射點與末制導雷達的初始徑向距離為

第k個艦船散射點與末制導雷達視線的夾角為

設艦船直線運動速度為vs，艦船運動方向為α，當艦船沿x軸正方向直線運動時，α=0°，α沿逆時針旋轉，0°≤α<360°，第k個艦船散射點相對于末制導雷達的徑向速度為

以上是艦船面目標建模過程，對每個艦船散射點根據上述速度和位置分別進行點目標回波建模。

3.2 箔條干擾模型

箔條目標由大量的強散射點組成，在時域上和頻域均占有很大的帶寬。相對于艦船目標來說，箔條目標距離像更寬，多普勒向包含的速度散布范圍也更大。箔條干擾目標建模是必須考慮海況的影響，即風速、風向的影響。箔條面目標示意圖如圖2所示。

圖2 箔條面目標示意圖

建立箔條面目標模型時，根據箔條炸點個數、箔條擴散半徑、箔條炸點間距和反艦導彈末制導雷達距離分辨率等綜合計算箔條散射點。

建立坐標系，設一發箔條干擾彈的炸點個數為N，第n個箔條炸點中心的坐標為（xcn，ycn），其中1≤n≤N。設反艦導彈末制導雷達的坐標為（xm，ym），第n個箔條炸點中心和末制導雷達的初始徑向距離為

第n個箔條炸點中心和末制導雷達視線的夾角為

設風速為vw，風向為β，當風向為x軸正方向時，β=0°，β沿逆時針旋轉，0°≤β<360°，第n個箔條炸點中心相對于末制導雷達的徑向速度為

其中，i是脈沖序號，i=0，1，…M-1，M是末制導雷達相參積累的脈沖數。

以上是箔條面目標建模過程，對每個箔條散射點根據上述速度和位置分別進行點目標回波建模。

3.3 干擾決策模型

箔條質心干擾戰術決策需綜合考慮來襲導彈方向、作戰海區的風速風向、艦船的目標特性以及艦船機動特性等因素。當艦船判明導彈末制導雷達信號后，根據導彈來襲方向、風速風向和艦船當前運動狀態，確定箔條干擾彈的發射舷角、彈種和數量，實施干擾。同時應根據戰場態勢，實施艦船機動規避，實現有效的箔條質心干擾。

1）箔條發射戰術決策策略

以艦船運動方向為艦船正前方，當導彈來襲方向為艦船左前方時，箔條左舷發射，艦船向右機動；當導彈來襲方向為艦船右前方時，箔條右舷發射，艦船向左機動；當導彈來襲方向為艦船左后方時，箔條右舷發射，艦船向左機動；當導彈來襲方向為艦船右后方時，箔條左舷發射，艦船向右機動［7］。

2）艦船機動規避策略

艦船根據導彈來襲方向和箔條干擾發射方向確定機動規避策略。新型反艦導彈大部分采用相參雷達，相參雷達具有距離維和多普勒兩維信息，因此需要在距離維和多普勒維均形成質心干擾。箔條的運動速度大小和方向與風速風向密切相關，箔條的多普勒帶寬較寬，而艦船的多普勒帶寬較窄，因此除了在距離維形成質心干擾外，艦船機動規避時使其速度范圍與箔條的速度范圍接近［8～9］。

3）箔條質心干擾策略

目標識別和對抗貫穿在末制導雷達工作的始終，艦船的運動、箔條的運動、導彈的運動都是動態、快速變化的過程。在導彈逼近艦船的過程中，需要實時判斷當前干擾效果以及整個干擾對抗過程中干擾的有效性。箔條質心干擾策略需結合箔條發射戰術決策策略和艦船機動規避策略，在箔條發射后一定時間內艦船開始機動規避，直至干擾對抗過程結束。

最佳箔條質心干擾策略通過大量實驗統計不同海況級別，風向、艦船航行狀態和導彈來襲方向時的最佳箔條發射策略和艦船機動策略，得到不同環境條件、不同艦船運動狀態和不同導彈參數下的最佳箔條質心干擾策略，并定量地給出箔條質心干擾的干擾效果、有效干擾時長以及在整個干擾過程中有效干擾的時間占比。

由于箔條質心干擾是一個動態的過程，艦船的徑向速度，箔條的徑向速度都會隨雷達視角的變化而變化，若簡單考慮當前時刻形成質心干擾，在動態變化過程中艦船和箔條會分離最終導致干擾失敗，因此本文的箔條質心干擾策略是在整個對抗過程中的最佳干擾策略。最佳箔條質心干擾策略基于有效干擾時長和最終的干擾效果，對干擾對抗全過程進行干擾效能評估。即使干擾初期未能形成有效的質心干擾，但在后期可形成箔條質心干擾，進而實現干擾轉移，最終干擾成功［10～11］。

4 仿真分析

本節根據上一節的艦船模型、箔條干擾模型以及干擾決策模型進行仿真實驗。仿真參數設置如下：末制導雷達采用線性調頻（LFM）信號，信號瞬時帶寬為80MHz，信號時寬為5us；艦船長150m，艦船寬20m，艦船運動速度30節；風速6m/s，風向+30°；導彈運動速度280m/s；箔條干擾彈發射數量與艦船RCS有關，箔條干擾總能量大于艦船能量6dB以上。

對艦船和箔條干擾目標進行信息處理以及干擾效果的仿真。雷達信息處理流程圖如圖3所示。根據導彈位置坐標，艦船位置坐標，箔條位置坐標實時生成艦船回波和箔條回波后進行脈沖壓縮、相參積累、恒虛警檢測和時域、頻域點跡聚類處理，判斷回波信號中的目標數量，經過目標特征提取（徑向尺寸、多普勒帶寬）和屬性識別（艦船，干擾），確定跟蹤目標，進行導彈跟蹤點計算（距離跟蹤點、角度跟蹤點），最后輸出計算結果，更新導彈跟蹤狀態。

圖3 雷達信息處理流程圖

1）艦船回波

隨著脈沖壓縮技術在末制導雷達上的廣泛應用，雷達的距離分辨率也越來越高，艦船目標在脈壓后已具有擴展目標特性。本仿真中艦船模型為艦船面目標模型，圖4是艦船回波相參積累后結果，艦船目標回波為多個強散射點回波，艦船目標回波在距離維和多普勒維均占據多個分辨單元，在距離維分布較寬，在多普勒維分布較窄。

圖4 艦船回波相參積累后結果

2）艦船+箔條干擾回波

本仿真中箔條模型為箔條面目標模型，圖5是艦船+箔條回波相參積累后結果，艦船目標和箔條干擾目標均為多個強散射點回波。相比于艦船回波，箔條干擾回波占據的距離單元和多普勒單元更多。根據箔條質心干擾決策模型進行干擾后，箔條干擾目標和艦船目標在距離維形成質心干擾。在干擾過程中，隨著箔條干擾目標運動和艦船運動，艦船目標和箔條干擾目標導彈末制導雷達視線上的速度相近，在多普勒維也形成了質心干擾。

圖5 艦船+箔條干擾回波相參積累結果

3）干擾效能評估

干擾效能評估是對干擾對抗全過程的干擾效能評估。雷達通過對目標（艦船、箔條干擾）的回波信號進行信息處理，根據艦船和箔條目標位置坐標以及回波信號特征，判斷導彈跟蹤點（艦船、箔條、艦船箔條混合體質心），實時計算雷達的距離跟蹤位置和角度跟蹤位置，對跟蹤點目標進行跟蹤，實時計算導彈和跟蹤點的距離、導彈飛行方向。箔條質心干擾過程導彈跟蹤點變化如圖6所示。

圖6中展示了箔條質心干擾過程中艦船的運動軌跡、箔條的運動軌跡，導彈跟蹤點的變化過程以及導彈和跟蹤目標的連線，其中A部分導彈跟蹤點為艦船，B部分導彈跟蹤點為艦船和箔條干擾的質心，C部分導彈跟蹤點是箔條干擾。在整個干擾對抗的過程中，反艦導彈從跟蹤艦船目標到跟蹤艦船和箔條干擾目標的質心，最終跟蹤箔條干擾目標，完成了“質心干擾形成”和“干擾轉移”兩個階段。

圖6 箔條質心干擾過程導彈跟蹤點變化圖

對箔條質心干擾過程進行干擾對抗全過程的干擾效能評估，圖7是箔條質心干擾效能評估結果圖，-2表示未檢測到箔條回波，-1表示在雷達視角上箔條在前艦船在后，0表示形成質心效應，+1表示在雷達視角上艦船在前箔條在后，+2表示未檢測到艦船回波。

在圖7所示的整個干擾對抗過程中，AB段箔條干擾目標能量較小，導彈末制導雷達未檢測到箔條干擾回波，BC段由于箔條干擾和艦船速度差異較大，未能形成有效的質心干擾，因此AB段和BC段導彈跟蹤艦船目標。隨著箔條和艦船的運動以及箔條和艦船對于末制導雷達視角的變化，CD段形成質心干擾，導彈跟蹤艦船和箔條干擾目標的質心。艦船機動規避及箔條運動使導彈跟蹤點逐漸偏離艦船目標，DE段導彈末制導雷達未檢測到艦船目標，完成了干擾轉移，導彈跟蹤箔條干擾目標，干擾成功，有效干擾時長為（CD+DE）段時長，因此在整個干擾過程中，有效干擾的時間占比為（CD+DE）/（AB+BC+CD+DE）［12］。

圖7 箔條質心干擾效能評估

5 仿真結論

通過上述仿真可知，面對新型反艦導彈末制導系統的威脅，傳統的箔條干擾策略難以精確給出干擾效能評估，箔條干擾散布面積大，容易在時域上和艦船形成質心干擾，但箔條干擾在雷達回波頻域上的位置主要由風速、風向及其在雷達視線上的夾角決定，因此艦船機動規避策略需配合箔條干擾發射策略。箔條質心干擾是一個動態的過程，干擾效果的評估需考慮干擾對抗全過程，綜合評價干擾效能。

6 結語

本文研究了對抗新型反艦導彈箔條質心干擾策略，建立了艦船模型、箔條干擾模型和干擾決策模型。箔條質心干擾的效果與箔條發射策略、艦船機動策略、風速風向、導彈視角等密切相關。干擾對抗的過程是一個動態變化的過程，因此干擾效果的評估需考慮干擾對抗全過程，本文仿真分析了干擾對抗全過程的最佳箔條質心干擾策略。干擾對抗全過程的最佳箔條質心干擾策略可為箔條質心干擾的戰術使用提供重要技術支持。