海洋大气波导的战术运用*

(1.海军指挥学院 南京 210006)(2.海军司令部 北京 100036)

海洋大气波导的战术运用*

徐建忠1范磊2陈觉之1

(1.海军指挥学院 南京 210006)(2.海军司令部 北京 100036)

大气波导是一种异常的折射现象,论文从大气波导空间分布出发,分析了大气波导对辐射源和传感器作用效能的影响,提出导弹制导系统、预警机雷达系统和舰艇编队雷达与通信系统的战术运用方法。

海洋;大气波导;运用

ClassNumberTN92

1 引言

复杂电磁环境下的海上作战,电子对抗异常激烈。由于大气波导会使电磁波的传播路径和有效覆盖范围与在正常折射条件下明显不同,影响了雷达、通信等电子系统的作战性能,从而对水面舰艇、潜艇、航空兵的反舰、防空和反舰作战有着重大影响。根据战场实际大气环境和海洋环境数据,分析大气波导传播现象,评估和预测大气波导对电子系统作战运用的影响,对于辅助指挥员进行正确战术部署和选择适当的战法,以获取战场信息优势,掌握战场制信息权具有极其重要的意义[1]。

2 海洋大气波导的形成条件及类型

大气波导是一种特殊的传播方式,必须在某些特殊的季节、海区、水温、云底等条件综合影响下,才可能形成不同类型的大气波导。

2.1 大气波导形成的必要条件

要实现在大气波导传播,必须先存在大气波导,但是作战海区大气波导环境条件下传播的电磁波不一定都能在大气波导内传播。当大气中出现陷获折射时,电磁波会被限制在一定厚度的大气层内传播,但因气象条件而客观产生的大气波导能否将电磁波捕获在波导内传播,还取决于发射源的其他特性,有关文献[2]总结了电磁波形成大气波导传播要满足四个条件:1)折射率满足超折射条件,也就是折射率N随高度h的变化关系满足dN/dH<-157/km;2)电磁波频率大于最低陷获频率;3)电磁波的入射角小于临界角;4)辐射源的天线在波导层内或距离波导层较近。

2.2 大气波导的类型

在海洋大气环境中,通常存在三类大气波导[3]:表面波导、蒸发波导和抬升波导。

1)表面波导

表面波是在雨天或雪天后天晴时,暖空气层处在冷空气层上面,使过渡区的折射指数比正常情况下减小得更快而造成的波导。表面波导的下表面是地球表面,其最高高度就是陷获层顶的高度,一般在300m以下。因此,表面波导将主要影响水面舰艇等平台的低空探测器材的作战使用、低空飞机的反潜、反舰和防空作战行动过程中对低空目标的探测。

2)蒸发波导

一般情况下,海洋表面的大气是饱和水汽,而表面以上几米高度的水汽是不饱和水汽,因此,海洋表面往上存在水汽压力差,这种因压力差导致修正折射率随高度递减而造成的波导称为蒸发波导,而对应的修正折射率最低点的高度就是蒸发波导的高度。在海上中低纬度地区蒸发波导出现概率较高,但其高度不仅随地理纬度变化,而且还存在明显的季节变化和日变化,相关文献记载[3]蒸发波导平均高度只有13.6m,一般只对3GHz以上的超高频电磁波产生影响。

3)抬升波导

在季风海域和海陆风环流盛行海域,由于高层大气存在大范围的强烈下沉运动,下沉增温减湿而造成的干热气层覆盖在下面相对湿且冷的海洋边界层上,常常在该海域上空形成悬空信风逆温,从而易于形成抬升波导。抬升波导形成的气象条件与表面波导形成的气象条件相似,但抬升波导的高度一般在数百米到上千米,比表面波高度要大很多,所以将严重影响空空侦察、监视、通信、电子对抗等装备和作战行动的作战效能。

3 大气波导对雷达系统作战运用的影响

当大气环境中出现大气波导时会显著改变电磁波的传播路径和传播范围,从而影响雷达的探测距离、探测精度、探测盲区等战术、技术性能。

3.1 大气波导使雷达实现超视距探测

大气波导可将电磁波部分捕获在波导内形成波导传播,从而为实现超视距探测、侦察、电子干扰和反辐射打击提供了有利条件,当存在大气波导且雷达波形成波导传播时,所探测到的目标的视距与实际距离相差很远,有时可达数十公里至一、二百公里,从而形成超视距探测[4]。尤其是蒸发波导在几乎所有海域、所有时间内都可能存在,只是不同海域、不同季节、不同时间内其强度有强有弱而已,这就给舰载超视距主动雷达实施超视距探测提供了条件,事实上,舰载主动超视距雷达也正是利用蒸发波导才实现超视距探测的。

3.2 使雷达形成大气波导盲区

由于大气波导能将雷达发射的电磁波部分地捕获到波导层内传播,而波导顶部一定空域可能会因很少有电磁波辐射穿过而形成无线电信号较弱的区域,形成雷达盲区[5]。对于防御者而言,波导顶的盲区是其防御的薄弱部位,应积极采取措施进行补盲,对于进攻者而言,敌方电子系统的盲区是隐蔽接敌、实施奇袭的最佳路径。

3.3 增大雷达测量误差

由于大气折射引起的测角误差,当雷达利用大气波导实现超视距探测远方的目标时,实际目标仰角和探测角存在雷达测角误差[6]。同样,测定目标径向速度同样会因波导传播特性而形成测量误差。

3.4 减弱雷达系统探测性能

在波导传播状态下,雷达正常探测条件下的不可能探测到的视距外的目标也能探测到,但是作用距离的延伸也意味着可能探测到较远处的海杂波,从而使雷达系统的杂波增强[7],减弱雷达系统的探测性能。

4 基于海洋大气波导的战术运用

基于大气波海空分布规律,处于不同类型大气波导内的武器装备作战效能所受影响也不同。发生于海面的表面波导主要影响海军水面舰艇和潜艇的反舰、反潜与防空作战,以及低空飞机和巡航导弹等低空突防武器的作战效能;蒸发波导发生在海面附近,主要影响海军水面舰艇和潜艇的反舰、反潜与防空作战以及巡航导弹等低空突防武器的作战效能;抬升波导主要影响海军航空兵、陆军航空兵和空军作战。

4.1 基于大气波导的导弹战术运用

1)反辐射导弹波导外攻击运用

通过对地空、空海ARM在不同海洋环境条件下作战效能的分析,虽然波导能够将部分电磁波陷获在波导内向前传播,但尚有少量电磁能量泄漏在波导外部,这部分能量虽不能满足雷达探测的要求,但还是能被动接受信号的反辐射导弹所截收[8]。因此,空空、空海RAM可以利用大气波导顶的敌舰载雷达盲区实施攻击[9]。

2)舰载导弹超视距导弹攻击

舰载反舰导弹攻击主要依靠雷达对目标的发现距离,大气波导对舰载雷达探测产生的超视距影响,使得舰载反舰导弹武器系统具有自主的超视距导弹攻击能力,即雷达探测到目标就可以给导弹系统下达目标指示,进行超视距导弹攻击。大气波导在超视距导弹攻击中的战术运用包括两个内容[10]:一是选择最佳的雷达开机时机,达到先机制敌的战术目的,提高攻击平台的隐蔽性和海上生存能力;二是确定导弹飞行高度。当海面无大气波导时,超低空、低空是一些雷达盲区,导弹攻击战术高度应尽可能采用敌雷达探测低空盲区实施突防,以推迟被敌雷达发现的时间;当海面存在表面波导或蒸发波导时,如果导弹攻击战术高度仍采用超低空突防,那么,在视地平线之外就可能被敌舰载雷达发现。此时,大气波导顶的敌舰载雷达盲区则是反舰导弹实施突防的最佳战术高度。

4.2 基于大气波导的预警机战术运用

预警机主要用于搜索、监视空中或海上目标,并可指挥、引导己方飞机执行作战任务,在现代战争中发挥着重要的作用。预警机机动性较差,且有明显的雷达探测特性,机身装载的预警雷达和各种电子设备辐射的电磁波极易被截获,所以容易受到反辐射武器的攻击。

在标准大气条件下,受地球曲率的影响,高空预警机在远距离低空区域的探测能力有限,且发射的电磁波不足以被ARM截收。当存在大气波导时,由于其对电磁波的陷获能力,在波导内部以及泄露在波导外部的电磁波能够满足ARM检测跟踪要求,增大了ARM的作用范围。

由于大气波导的影响,预警机的部署位置应根据不同战术意图,选择不同的预警高度以达到预期作战效果。若预警机战术目的是增大对海面目标的雷达探测距离,则预警机应尽可能在较高的高度上飞行,这样既可以增大雷达视线距离又可避免波导产生的电磁波盲区和海杂波的影响;若其战术目的是对高空目标物的探测和预警,则预警机应在低于高度最低的抬波导同时又高于表面波导的高度上飞行;若是为了对位于波导内机载目标进行ESM探测,则预警机最好也部署在该波导之内;若是对海面目标进行ESM探测,则预警机应位于表面波导之内或在较高的高度上飞行;若所要探测的目标所在的高度是未知的,则预警机应尽可能在较高的高度上飞行。

4.3 基于大气波导的编队雷达战术运用

大气环境中波导对参战双方电子战装备系统都有一定的影响,编队指挥员要想趋利避害选择正确的战术,就必须了解海洋环境折射条件及其对电磁波传播的影响,了解电磁波在实际大气环境中的覆盖状况,使编队指挥员将其各种武器装备、传感器部署于最佳位置以获取最大的作战效能,从而夺取海战场制信息优势。

由于蒸发波导在世界大洋中出现的概率达到了50%,而其产生的波导条件使得大型舰艇与中小型舰艇相比,在战术上更有利于中小型舰艇达到先机制敌的目的。根据统计,全球海洋平均蒸发波导高度为12m～16m[11]。大型舰船由于自身舰体的影响,其雷达天线普遍高于蒸发波导高度,而中小型舰艇雷达天线可以降至10m～15m。因此,中小型舰船有利于利用蒸发波导效应,先一步发现大型舰艇。同时,中小型舰艇自身又处于敌方舰艇由于大气波导所产生的电磁盲区之内,既利于隐蔽自身,又利于先发制敌。

大气波导能够造成波导顶部盲区以及海表跳跃盲区。不同的雷达型号、不同的雷达天线高度,所产生的有盲区高度是不一样的。因此,在一定大气波导条件下,特别在舰艇编队遂行作战过程中,可以选择不同类型的雷达进行优化组合、合理配置以达到波导盲区之间的互补,最大限度地消除其带来的不利影响,充分利用大气波导优势夺得制电磁权。

5 结语

大气波导是电磁波在海面传播的一种异常现象,对海战场电磁对抗有着很强的制约作用,对现代海战中的水面舰艇、潜艇与航空兵的反舰、反潜与防空作战有重大影响,对于武器系统的使用效能与作战效能的提高有重要意义。同时,预报与评估大气波导效应对于指挥员在电子战战术选择具有积极的指导意义,尤其是装备相对落后的一方,更应充分利用大气环境所创造的客观条件,弥补装备不足,力争先机制敌。

[1]戴福山.大气波导及其军事应用[M].北京.解放军出版社,2002,1:140-160.

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[6]戎华,曲晓飞,高东华.大气波导对电子系统作战性能的影响[J].现代雷达,2005(2):15-17.

[7]吴亮,于莹,程鹏.舰载雷达对大气波导效应的利用[J].舰船电子工程,2008(12):83-84.

[8]戎华,曲晓飞,吴秀琴.大气波导对电子侦察装备的影响[J].现代防御技术,2007(1):92-95.

[9]曾国栋,邓亮,李晓阳,等.大气波导对反辐射导弹作战的影响[J].气象水文装备,2009(1):45-48.

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[11]赵宏杰,王为,万波,等.大气波导对现代海军作战的影响[J].大连舰艇学院学报,2007(10):48-51.

TacticsApplicationofOceanicAtmosphereDucting

XU Jianzhong1FAN Lei2CHEN Juezhi1

(1. Naval Command Academy, Nanjing 211800)(2. Navy Command Department, Beijing 100036)

Atmosphere ducting is an abnormity refraction phenomenon. After analyzing the distributing types of atmosphere ducting in the space and the influences of atmosphere ducting on the working efficiency of radiant points and sensors, some novel tactics methods about control and guide system of missile, radar system of pre-alerting plane, radar and communication system of ship formation are presented in this paper.

ocean, atmosphere ducting, application

2013年11月1日,

:2013年12月7日

徐建忠,男,讲师,研究方向:军事海洋学。范磊,男,硕士,研究方向:军事海洋学。陈觉之,男,硕士,讲师,研究方向:通信与信息系统。

TN92DOI:10.3969/j.issn1672-9730.2014.05.041