對(duì)空射誘餌的分布式反電子干擾技術(shù)研究

周天宇,黃 華,王 堅(jiān)

(中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司第七二三研究所,江蘇 揚(yáng)州 225101)

0 引 言

空射誘餌是一種由敵方載機(jī)發(fā)射,用于欺騙我方戰(zhàn)斗機(jī)或地面雷達(dá),誘偏我方導(dǎo)彈攻擊,提高敵方戰(zhàn)機(jī)生存力和戰(zhàn)斗力的新型武器。這種空射誘餌為空中作戰(zhàn)平臺(tái)對(duì)抗防空和機(jī)載武器系統(tǒng)的攻擊以及協(xié)助奪取制空權(quán)開(kāi)辟了一條新途徑[1-2]。

為了對(duì)抗以高逼真假目標(biāo)航跡為主要干擾手段的新一代空射誘餌目標(biāo),本文通過(guò)對(duì)分布式協(xié)同干擾總體架構(gòu)技術(shù)的研究,依托現(xiàn)有干擾設(shè)備的能力資源,通過(guò)合理規(guī)劃與設(shè)計(jì)多個(gè)節(jié)點(diǎn)的干擾策略,配合被掩護(hù)雷達(dá)工作模式、頻段及脈沖時(shí)序,對(duì)疑似誘餌的作戰(zhàn)目標(biāo)提供雷達(dá)探測(cè)波形的掩護(hù)脈沖,以針對(duì)性地構(gòu)建復(fù)雜電磁環(huán)境的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)空射誘餌偵察鏈路的阻塞、破壞,最終完成對(duì)空射誘餌的識(shí)別、稀釋等作戰(zhàn)任務(wù),實(shí)現(xiàn)降低誘餌威脅、節(jié)省防空資源的作戰(zhàn)目的[3-5]。

1 空射誘餌工作原理

空射誘餌能通過(guò)模擬戰(zhàn)機(jī)雷達(dá)信號(hào),擾亂對(duì)方雷達(dá),削弱敵方防空雷達(dá)的作戰(zhàn)效能,從而保護(hù)己方戰(zhàn)機(jī),支持空地打擊任務(wù)和奪取制空權(quán)等任務(wù)。空射誘餌因具有以下優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛應(yīng)用:

(1) 空射誘餌導(dǎo)彈尺寸小,具有較小的雷達(dá)散射截面積,使得它難以被地面雷達(dá)探測(cè)到。

(2) 采用空對(duì)地投放方式,具備比有人駕駛飛機(jī)或較大無(wú)人機(jī)更容易接近目標(biāo)而不被雷達(dá)發(fā)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)。

(3) 兼有“軟硬殺傷”功能,可依據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)瞬時(shí)變化的特點(diǎn),選擇欺騙、壓制或摧毀等任務(wù)模式。

空射誘餌具有低成本、高技術(shù)、模塊化、空中發(fā)射以及可編程等特點(diǎn),具備以下典型作戰(zhàn)用途:

(1) 模擬目標(biāo)引誘敵方防空雷達(dá)開(kāi)機(jī),誘騙敵方雷達(dá)情報(bào)信息;

(2) 進(jìn)行防區(qū)內(nèi)干擾,掩護(hù)作戰(zhàn)飛機(jī),緩解專(zhuān)用電子戰(zhàn)飛機(jī)不足的壓力;

(3) 引誘來(lái)襲地空導(dǎo)彈、空空導(dǎo)彈,為作戰(zhàn)飛機(jī)提供自衛(wèi)保護(hù)。

空射誘餌干擾系統(tǒng)是指將無(wú)人機(jī)作為誘餌/干擾載荷設(shè)備的攜帶平臺(tái),由空中載體平臺(tái)對(duì)空射誘餌進(jìn)行空基發(fā)射,然后對(duì)地面或空中目標(biāo)進(jìn)行誘餌和干擾的技術(shù),其主要用于產(chǎn)生源自空中的雷達(dá)干擾信號(hào),是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)抗的有效平臺(tái)。空射誘餌不僅具有載機(jī)的雷達(dá)反射截面和運(yùn)動(dòng)特性,還能夠根據(jù)不同的作戰(zhàn)任務(wù)需求攜帶干擾設(shè)備、偵察設(shè)備或具有打擊能力的戰(zhàn)斗部和導(dǎo)引頭等多種任務(wù)載荷。空射誘餌加裝了干擾設(shè)備,因此在戰(zhàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)鏈的支持下可以完成更加靈活多樣的任務(wù)。空射誘餌系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、作戰(zhàn)功能多、使用維護(hù)方便等優(yōu)勢(shì),適用于空基批量發(fā)射使用,是未來(lái)電子戰(zhàn)作戰(zhàn)中實(shí)現(xiàn)電子欺騙、電子干擾、電子壓制、反輻射任務(wù)的重要手段。

2 分布式反空射誘餌電子干擾技術(shù)

空射誘餌以其靈活、低成本的特點(diǎn)被廣泛使用,具有遠(yuǎn)程施放欺騙式干擾、近程施放壓制式干擾的功能,但是其對(duì)應(yīng)攜帶硬件資源及信號(hào)處理能力有限,故硬件資源與信號(hào)處理能力對(duì)其性能有極大影響。因此,可采用多種干擾對(duì)空射誘餌進(jìn)行反制,以飽和其資源,減弱其干擾產(chǎn)生、施放能力。

本文以雷達(dá)設(shè)備作為掩護(hù)對(duì)象,通過(guò)無(wú)線通訊方式發(fā)送波束指向信息,調(diào)度分布式多節(jié)點(diǎn)干擾設(shè)備向指定空域定向輻射無(wú)嚴(yán)格時(shí)間同步的高密度干擾脈沖波形,構(gòu)建復(fù)雜電磁環(huán)境以提升誘餌信號(hào)分選與轉(zhuǎn)發(fā)難度,稀釋其干擾資源。原則上每個(gè)節(jié)點(diǎn)處均包含探測(cè)、干擾2種設(shè)備,在滿足電磁兼容性的前提下,通過(guò)制定不同節(jié)點(diǎn)間雷達(dá)-干擾設(shè)備的工作狀態(tài)組合模式,探究其對(duì)空射誘餌識(shí)別正確率、干擾稀釋度的影響情況,逐步優(yōu)化得到對(duì)抗效果最佳的分布式多節(jié)點(diǎn)干擾策略。

2.1 總體思路

為了對(duì)抗以高逼真假目標(biāo)航跡為主要干擾手段的新一代空射誘餌目標(biāo),可利用節(jié)點(diǎn)的探測(cè)、干擾設(shè)備與資源,通過(guò)針對(duì)性設(shè)計(jì)干擾樣式,并合理安排多節(jié)點(diǎn)干擾設(shè)備之間的作戰(zhàn)策略,完成分布式反空射誘餌的電子干擾作戰(zhàn)任務(wù),如圖1所示。

圖1 分布式反空射誘餌電子干擾示意圖

分布式系統(tǒng)主要依托分布式節(jié)點(diǎn)雷達(dá)與干擾設(shè)備的探測(cè)、電子對(duì)抗資源。各個(gè)節(jié)點(diǎn)以被掩護(hù)雷達(dá)為中心,干擾設(shè)備通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸通道共享空射誘餌的探測(cè)方位、俯仰波束指向以及雷達(dá)發(fā)射脈沖的同步信號(hào)。在雷達(dá)引導(dǎo)下,其他節(jié)點(diǎn)多個(gè)干擾機(jī)向誘餌所在空域同時(shí)發(fā)射干擾波束。誘餌在偵收探測(cè)波束與干擾波束的疊加態(tài)后將大量轉(zhuǎn)發(fā)與真實(shí)探測(cè)波形相似但有區(qū)別的回波,稀釋自身的能量、時(shí)域資源,最終雷達(dá)顯示界面上假航跡出現(xiàn)缺點(diǎn),從而便于識(shí)別出誘餌特征,降低對(duì)我方防空系統(tǒng)的威脅。

為了提升對(duì)抗成功率,組織不同節(jié)點(diǎn)平臺(tái)上雷達(dá)、干擾設(shè)備從不同方位對(duì)空射誘餌進(jìn)行協(xié)同探測(cè)、協(xié)同干擾,一方面更容易造成誘餌分選算法的增批,另一方面通過(guò)多個(gè)節(jié)點(diǎn)處雷達(dá)對(duì)假航跡的交叉驗(yàn)證能夠更加快速、準(zhǔn)確地識(shí)別出誘餌,并引導(dǎo)后續(xù)的干擾任務(wù)。

2.2 工作流程

分布式反空射誘餌電子干擾系統(tǒng)工作流程如圖2所示。

圖2 分布式反空射誘餌電子干擾工作流程

為了實(shí)現(xiàn)分布式多節(jié)點(diǎn)完整的空射誘餌干擾策略與對(duì)抗流程,首先需要實(shí)現(xiàn)分布式多節(jié)點(diǎn)完整的空射誘餌干擾策略與對(duì)抗流程,合理分配各個(gè)節(jié)點(diǎn)的具體功能模式。具體分為2種:探測(cè)節(jié)點(diǎn)和干擾節(jié)點(diǎn)。探測(cè)節(jié)點(diǎn)所在平臺(tái)的雷達(dá)設(shè)備開(kāi)機(jī),負(fù)責(zé)對(duì)疑似的空射誘餌進(jìn)行跟蹤,當(dāng)航跡穩(wěn)定后需要通過(guò)無(wú)線通信鏈路把目標(biāo)的波束空域指向、雷達(dá)信號(hào)頻段、調(diào)制方式等信息共享給各個(gè)干擾節(jié)點(diǎn)。干擾節(jié)點(diǎn)所在平臺(tái)的干擾設(shè)備開(kāi)機(jī),得到信息輸入后共同對(duì)制定空域輻射具有針對(duì)性樣式的干擾信號(hào)脈沖。

在干擾節(jié)點(diǎn)實(shí)施任務(wù)后,探測(cè)節(jié)點(diǎn)持續(xù)關(guān)注疑似誘餌目標(biāo)的航跡,若其中有節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)目標(biāo)點(diǎn)閃爍或航跡缺點(diǎn)、斷續(xù)等探測(cè)結(jié)果無(wú)法自洽的現(xiàn)象,則證明干擾有效,且可以完成誘餌目標(biāo)的識(shí)別與標(biāo)定;若所有探測(cè)節(jié)點(diǎn)的結(jié)果均未出現(xiàn)異常,則提高干擾節(jié)點(diǎn)的數(shù)量或比例,或改變干擾波形參數(shù)設(shè)置(比如提高脈沖密度等),重復(fù)上述流程繼續(xù)判斷,直至出現(xiàn)誘餌干擾成功的現(xiàn)象,形成空射誘餌電子對(duì)抗流程的閉環(huán)。

2.3 干擾策略

分布式協(xié)同干擾對(duì)空射誘餌的干擾效果,主要取決于基于干擾機(jī)自身性能的干擾機(jī)引導(dǎo)時(shí)間、基于干擾功率的探測(cè)面積、基于干擾頻率的干擾頻率對(duì)準(zhǔn)度和基于干擾機(jī)的干擾樣式。

干擾策略分配算法不僅關(guān)注對(duì)現(xiàn)有干擾資源的分配,還要關(guān)注對(duì)干擾樣式的分配。分配過(guò)程為:假設(shè)整個(gè)干擾系統(tǒng)有N個(gè)干擾機(jī),接收到M個(gè)空射誘餌目標(biāo)。首先將接收到的M個(gè)空射誘餌目標(biāo)的參數(shù)代入威脅等級(jí)模型公式,對(duì)每個(gè)目標(biāo)的威脅等級(jí)進(jìn)行判定求值,按照威脅等級(jí)由高到低的順序,在干擾分配過(guò)程中將資源向?qū)δ繕?biāo)威脅程度最大的空射誘餌傾斜,其次將剩余資源分配給相對(duì)威脅較小的空射誘餌,直到所有的干擾資源分配完畢。

為了取得最佳干擾效果,需要對(duì)分布式協(xié)同干擾機(jī)組網(wǎng)的干擾資源進(jìn)行優(yōu)化分配,這一問(wèn)題可轉(zhuǎn)化為在干擾效益矩陣中選取最佳的干擾組合以使得該干擾組合下的總干擾效益值最大。干擾組網(wǎng)有源干擾最佳效益值的求解方式如下:

(1)

式中:xij為決策變量,xij=1表明第i(i=1,2,3,…,m)部干擾機(jī)干擾第j(j=1,2,3,…,n)部空射誘餌,xij=0表明第i(i=1,2,3,…,m)部干擾機(jī)不會(huì)干擾第j(j=1,2,3,…,n)部空射誘餌;wij為權(quán)值系數(shù),表示各部空射誘餌的重要程度,默認(rèn)各部空射誘餌的重要程度相同,取值wij=0。

在干擾機(jī)組網(wǎng)的有源干擾研究中,同一部干擾機(jī)可干擾多枚空射誘餌,而1枚空射誘餌可以在某同一時(shí)刻受到多部干擾機(jī)的干擾。因此,公式(1)的約束條件為:

(2)

在實(shí)戰(zhàn)中進(jìn)行資源分配時(shí),當(dāng)干擾機(jī)數(shù)量和空射誘餌數(shù)量正好相等時(shí),應(yīng)用“1vs1”的分配方式,即1部干擾機(jī)去干擾其中的1枚空射誘餌,本文可直接求取干擾機(jī)組網(wǎng)的有源干擾效益矩陣;但是如果干擾機(jī)數(shù)量與空射誘餌數(shù)量不相等,就需要先進(jìn)行多輪分配。通過(guò)多輪分配,無(wú)論干擾機(jī)的數(shù)量和空射誘餌的數(shù)量是否相等,都可以轉(zhuǎn)換為相同數(shù)量的干擾機(jī)和空射誘餌的“1vs1”的分配方式。

3 仿真分析

3.1 空射誘餌作用效果

采用雷達(dá)的典型工作參數(shù)和空射誘餌干擾系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行仿真,模擬敵方空射誘餌對(duì)我方雷達(dá)實(shí)施干擾的作用效果。

單枚空射誘餌和3枚空射誘餌的作用效果仿真結(jié)果如圖3所示,外部圓形曲線所圍區(qū)域?yàn)槲曳嚼走_(dá)的探測(cè)區(qū)域,內(nèi)部類(lèi)心形曲線所圍區(qū)域?yàn)槲曳嚼走_(dá)受到空射誘餌干擾之后的探測(cè)區(qū)域。當(dāng)空射誘餌對(duì)我方雷達(dá)進(jìn)行主瓣干擾時(shí),可有效降低我方雷達(dá)在主瓣方向的探測(cè)距離,干擾效果明顯,從而有效掩護(hù)敵方戰(zhàn)機(jī)突防。

圖3 空射誘餌作用效果圖

3.2 反空射誘餌干擾效果

對(duì)反空射誘餌干擾進(jìn)行仿真分析,仿真結(jié)果如圖4所示。虛線為我方雷達(dá)信號(hào),為防止敵方空射誘餌收到我方雷達(dá)信號(hào),對(duì)我方雷達(dá)成功實(shí)施干擾,需要對(duì)空射誘餌進(jìn)行反制干擾;實(shí)線為干擾信號(hào),幅度遠(yuǎn)大于我方雷達(dá)信號(hào),可以對(duì)我方雷達(dá)提供探測(cè)波形的掩護(hù),實(shí)現(xiàn)對(duì)敵方空射誘餌的有效干擾。

圖4 反空射誘餌干擾效果圖

圖5為對(duì)敵方一枚空射誘餌進(jìn)行反制干擾前后,我方雷達(dá)探測(cè)區(qū)域前后對(duì)比仿真圖。內(nèi)部類(lèi)心形曲線所圍區(qū)域?yàn)槲曳嚼走_(dá)受到空射誘餌干擾之后的探測(cè)區(qū)域,外部圓形曲線所圍區(qū)域?yàn)閷?duì)空射誘餌進(jìn)行反制干擾之后我方雷達(dá)的探測(cè)區(qū)域,可見(jiàn)干擾有效,敵方空射誘餌無(wú)法對(duì)我方雷達(dá)實(shí)施干擾。

圖5 對(duì)空射誘餌反制干擾前后對(duì)比圖

當(dāng)敵方發(fā)射多枚空射誘餌時(shí),通過(guò)對(duì)分布式協(xié)同干擾機(jī)組網(wǎng)的干擾資源進(jìn)行優(yōu)化分配,合理安排多節(jié)點(diǎn)干擾設(shè)備之間的作戰(zhàn)策略,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)空射誘餌的有效干擾,取得最佳干擾效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

空射誘餌通過(guò)模擬戰(zhàn)機(jī)雷達(dá)信號(hào),擾亂敵方雷達(dá),削弱防空雷達(dá)的作戰(zhàn)效能,支持空地打擊任務(wù)和奪取制空權(quán)等任務(wù),受到廣泛應(yīng)用。本文分析了空射誘餌特點(diǎn)和工作模式,從主動(dòng)實(shí)施電子干擾的角度,提出了一種分布式反制電子干擾方法,對(duì)空射誘餌進(jìn)行反制,以飽和其資源,減弱其干擾產(chǎn)生、施放能力。