舰载舷外有源诱饵干扰效果研究与分析

邓杏松

（船舶重工集团公司723所，扬州225001）

0 引 言

舰载舷外有源诱饵作为一种有效的舰艇自卫反导防御手段，是传统有源、无源干扰手段［1］的重要补充。与无源弹相比，有源诱饵可产生多种干扰，从而使反舰导弹不能识别目标信号，诱骗导弹偏离真实目标。本文运用仿真的方法，以质心干扰［2］方式为例，构建仿真实验环境［3］，为在实战中使用有源诱饵技术提供了有效的参考。

1 反舰导弹与诱饵仿真模型

1.1 反舰导弹与诱饵作战方式

反舰导弹飞行过程一般分为助推、下降、拉起、低空保持、跃升和俯冲等几个阶段［4－6］。反舰导弹由平台发射并指向行进中的舰艇，至一段距离后，末制导雷达开机，对目标进行搜索、捕获和跟踪。从导引头开启末制导至正确锁定目标为止是导引头的搜索阶段，导引头对预定区域同时进行角度和距离上的搜索，若波门内判断有目标回波信号时，即被末制导雷达锁定，进入跟踪阶段。

当舰载电子侦察设备探测到有高速逼近的目标时，根据作战准则，选择合适时机，发射诱饵弹，诱饵飞行至设定地点开伞，进行干扰。若诱饵弹处于雷达波束范围内，导弹将跟踪目标舰艇和诱饵的雷达回波能量中心（质心点）［7］，从而偏离舰艇方向。

1.2 反舰导弹、舰艇和诱饵质心干扰仿真模型

1.2.1 反舰导弹运动模型

对于反导电子对抗仿真，其关键在于研究导弹质心点位置的变化，通过运动学方程，利用导弹和目标质心运动的有关信息描绘导弹与目标间的关系［8－10］。相关的模型如飞行控制系统、动力学模型［11］等可做相应的简化，在此基础上将过载引入导弹质心运动的动力学方程未作考虑。

由于距离、速度等因素，导弹航向与其切线方向相对变化率较小，可近似认为导弹实际指向为其切线方向。

综上所述，假定反舰导弹以恒定速率飞行，则t时刻反舰导弹质心点坐标为：

式中：vd为反舰导弹的速率；α为反舰导弹的跟踪航向角；t－1时刻表示当前时刻t的上一个仿真步长时间。

1.2.2 舰艇运动模型

为简化计算，对舰艇模型做如下处理：（1）不考虑其高度、宽度和长度，将其位置简化为质心所对应的点；（2）不考虑导弹不同来袭方向所对应的舰艇雷达反射面积（RCS）［13－15］的不同，并且假定雷达反射面积为定值。则t时刻舰艇的运动方程为：

式中：vj为反舰导弹的速率；β为舰艇的运动航向角；（xj0，yj0）为舰艇初始位置坐标。

1.2.3 诱饵模型

诱饵模型主要由诱饵的等效雷达反射面积、反应时间等特征参数描述。

雷达末制导头的峰值功率一般为30～50kW，天线增益为30dB左右。水面舰艇的RCS较大，在舰艇正横方向和艏艉方向RCS可达到数万平方米。需要最大辐射功率的情况是在末制导已锁住本舰，将诱饵发射至离舰合适位置进行质心干扰，末制导雷达截获诱饵的信号功率为

式中：Pd为诱饵发射脉冲功率；Gd为诱饵天线的增益；Gt为末制导雷达天线的增益；Rd为末制导雷达与诱饵的距离。

同时，末制导雷达截获军舰反射信号功率为：

式中：Pt为雷达发射脉冲功率；Gt为雷达天线增益；σ为目标反射面积；Rt为末制导雷达与舰艇的距离。

又由公式（3）、（4）得：

由此求得诱饵的等效RCS值：

图1所示为诱饵随距离变化的等效RCS值。

图1 诱饵等效RCS计算

诱饵反应时间主要包括舰艇侦察到威胁信号的时间、诱饵弹发射到箭弹分离的飞行时间、分离时间、开伞到稳定干扰时间。

1.2.4 诱饵质心干扰模型

诱饵应布放在导弹末制导雷达跟踪波束范围以内，诱饵质心干扰成功的约束条件如图2所示。

图2 质心干扰模型

假定反舰导弹处于图2中的o点处，将末制导雷达照射波束近似看成为圆锥体［16－19］，其顶角大小等于雷达波束宽度θ0.5，舰艇发射诱饵的雷达反射面积为σ1，舰艇的雷达反射面积为σ2，导弹的跟踪点为P点（质心点），则诱饵与质心点的角度θ1为：

舰艇与质心点的角度θ2为：

利用公式（7）、（8），可以评判舰艇或诱饵是否处于雷达照射范围内，如图2所示。导弹在o点处，舰艇与诱饵同处雷达波束范围内，随着反舰导弹逐渐接近目标以及舰艇可能的横向运动，θ将不断增大，舰艇和诱饵中的一个将脱离雷达波束范围，导弹将转向未脱离波束照射的目标。若舰艇与诱饵之间距离较近，诱饵与舰艇在导弹逼近过程中始终处于末制导跟踪波束范围之内，基于质心干扰原理，导弹将指向诱饵与舰艇的反射回波能量中心点。

仿真时，假定反舰导弹无识别假目标能力，且反舰导弹在抵近目标1km后攻击方位不再变化。

1.3 质心干扰仿真流程

在上述模型和假设的前提下，将仿真的相关变量赋初值。根据舰艇、诱饵、导弹的动态位置和设定参数，计算导引头天线的跟踪角（瞄准真假目标的质心点），选择合适的计算步长Δt，通过质心干扰数学模型，算出经过Δt时间后的导弹跟踪角和位移，继而标定Δt时间后导弹的位置，从而逐一绘制导弹的运动轨迹，同时，绘制舰艇、诱饵的轨迹。仿真流程如图3所示。

式中:dIJ为目标回波的间隔距离;i,j=1,2,…,N;I=1,2,…,N;J=1,2,…,N。在目标回波中，若dIJ≤α，|H(Ai)-H(Aj)|

2 舷外有源诱饵干扰效果分析

2.1 干扰效果分析

图3 诱饵质心干扰仿真流程

依据上述数学模型编制计算机软件，将仿真实验的导弹飞行速度、末制导雷达波束角、开机距离、目标舰艇机动速度和角度以及诱饵反应时间等变量分别赋值。通过比较，直观地说明诱饵对抗反舰导弹的干扰特性，表1列出了某次仿真中的各种初始状态和参数值。

表1 典型参数值表

由于诱饵角度欺骗的干扰距离比较近，末制导开机距离通常为8～12km，所以仿真时弹目起始距离设为20km，能基本反映攻防双方的对抗情况。

图4为在未施加诱饵干扰情况下导弹击中舰艇的攻击弹道。

以下通过改变诱饵的布放距离、有效发射功率2种主要参数来分析诱饵对抗反舰导弹干扰的成功率。

如图5～图7所示，导弹航迹有3个明显的变轨过程，分别为：

（1）在点A处末制导开机；

（2）在点B处诱饵开始工作；

（3）诱饵或舰艇脱离波束的距离位置点C。

图4 无干扰情况下导弹击中目标

2.1.1 不同的布放距离对诱饵掩护舰艇干扰成功率的影响

如图5所示，导弹末制导雷达在离目标10km处跟踪目标，假定诱饵反应时间为5s，诱饵等效发射功率为8kW，诱饵与舰艇横向距离约为100m，舰艇作12m／s横向机动。从对抗试验结果分析，在等效发射功率为8kW时，诱饵掩护1×105m2以下水面舰艇的干扰成功率较高。

图5 发射功率为8kW时，末制导开机距离为10km，诱饵反应时间为5s的干扰仿真结果

如图6所示，导弹末制导雷达在离目标10km处跟踪目标，诱饵反应时间为5s，在目标舰艇静止条件下的干扰仿真结果。在相同等效发射功率条件下，诱饵能掩护2.5×104m2的目标。

图6 诱饵等效发射功率为8kW时舰艇静态干扰仿真结果

图7为末制导开机距离为12km，诱饵反应时间为10s时的干扰仿真结果图。从对抗试验结果分析，在等效发射功率为8kW时，诱饵能掩护7×104m2以下水面舰艇。

图5、图6、图7分别通过3个对抗场景计算仿真了诱饵的干扰过程。从导弹航迹以及对抗三者的不同位置态势分析，此3类情况，可基本归结为诱饵不同横向布放距离对干扰效果的影响，即在导弹距离较远时，若能将诱饵及时布放在导引头的波束内，较远的横向布放距离有利于提高诱饵干扰能力。

图7 发射功率为8kW时，末制导开机距离为12km，诱饵反应时间为10s的干扰仿真结果

图8 诱饵发射功率2kW时，末制导开机距离为10km，诱饵反应时间为5s的干扰仿真结果

2.1.2 不同的诱饵发射功率对干扰成功率的影响

如图8所示，末制导开机距离为10km，诱饵反应时间为5s，诱饵的等效发射功率为2kW时，从对抗结果分析，只能掩护1×104m2以下水面舰艇。比较图5与图8可知：诱饵具有较高的等效发射功率，显然有利于干扰效果。

2.2 影响诱饵干扰效果的主要因素

诱饵横向布放距离较远时，由于有源干扰的特点，诱饵在质心对抗过程中能获得较大的优势，从而干扰效果较好；诱饵横向布放距离较近时，随着弹目距离的减小，诱饵的等效散射截面下降较快，在质心对抗过程中并不占优势，从而掩护目标面积也相对减小较多。但是，以上仿真是基于导弹无目标识别能力的前提下进行的，若诱饵布放距离过远，过早形成导弹跟踪诱饵单一目标的情况，导弹可能重新搜捕真目标。因此，诱饵的横向布放距离并不是越远越好。

干扰功率对诱饵的干扰效果影响是直接的，但是考虑到性价比和一系列技术问题，也不能无限提高发射功率。因此，诱饵干扰战术、技术参数的设计将是一个需要不断研究的课题。

3 结 论

有源诱饵是对抗反舰导弹新的技术手段，其战术使用是一个新的领域，代表了舰艇电子对抗的一个重要发展方向。本文所建立的动态仿真流程较为真实地反映了反舰导弹攻击目标，以及目标实施有源诱饵干扰的过程，为今后更深层次的战术效果系统仿真和应用打下了良好的基础。

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