基于信息衰减的无源干扰作战效能研究*

张树森 王腾飞 杜晓宁

(海军航空工程学院 烟台 264001)

基于信息衰减的无源干扰作战效能研究*

张树森 王腾飞 杜晓宁

(海军航空工程学院 烟台 264001)

针对箔条干扰云团的作战效能问题,从信息衰减的角度出发,建立了基于雷达最大作用距离的衰减模型和基于发现概率的效费比模型,通过仿真实例验证了箔条走廊密度对雷达最大作用距离的定量关系,提出了箔条走廊干扰取得最佳效费比的方法,结果表明,合理设计箔条走廊密度和抛撒箔条数量,可以取得最佳的效费比,对箔条的实际应用有很强的实用价值。

干扰走廊; 最大作用距离; 发现概率; 效费比

Class Number TP97

1 引言

箔条干扰技术作为最早被使用的无源干扰技术,以其干扰范围广、效果显著、使用方便、成本低廉、研制周期短等多方面的优势在现代战争中依然被大量的运用。

采用箔条对雷达进行无源干扰,一般在战机航线的一定空域(一般在敌方雷达最大作用距离之前)、一定时间内抛撒大量箔条,形成箔条干扰走廊,对战斗机群进行掩护。这时,在雷达的一个分辨单元中,箔条反射的回波功率远大于目标反射的回波功率,雷达不能检测和跟踪目标,以此干扰敌方防空导弹的精确打击,

本文针对箔条走廊干扰效能问题,从信息损失的角度出发提出一种基于雷达最大作用距离和雷达检测概率的作战效能评估方法,并进行了仿真实例验证[1～4]。

2 箔条走廊对雷达干扰效能分析

对雷达干扰效果的评估,不同角度有不同的评估准则,有功率准则、概率准则、信息准则等。其中,信息准则是从信息损失的角度,通过比较雷达被干扰前后接收到目标回波信息变化量来衡量干扰效果。下面基于信息准则,从箔条走廊对雷达最大作用距离和发现概率的影响角度出发,对干扰效能进行分析[5～6]。

2.1 雷达最大作用距离模型

在没有干扰的情况下,由雷达工作原理可知,雷达接收到的目标回波的功率为

(1)

式中,Pt为雷达最大发射功率;Gt为雷达天线增益;σ为目标的雷达截面积;λ为雷达工作波长;Lt为雷达发射机综合损耗,Lr为雷达接收机综合损耗,R为目标与雷达之间的距离。

由式(1)得到雷达最大作用距离方程为

(2)

式中,N0为在1MZ带宽内产生4×10-15W的标准噪声,BWr为雷达接收机带宽,FN为雷达系统的噪声指数,(S/N)min为接收机灵敏度[7]。

雷达发射的电磁波穿过箔条干扰走廊时,由于箔条的散射作用,信号的回波功率被衰减,大大缩短了雷达的探测距离。因此,箔条云对电磁波的衰减程度可以用来评估干扰效果。

由箔条云对雷达波的电磁衰减特性可以得到电磁波通过厚度为x的箔条云后的功率为

P=P0·e-n(0.17λ2)x

(3)

式中,P为经衰减后的电磁功率;P0为衰减前的电磁波功率;n为箔条云密度;x为箔条走廊厚度[7]。

对于主动式末制导雷达,电磁波为双程衰减,二次衰减后雷达接收到的目标回波功率为

(4)

式中,β为箔条云团衰减系数,β=0.43n(0.17λ2)。

雷达可以接收到的目标回波功率Pr要求大于雷达天线可以接受到的最小信号功率(S/N)min,因此,经箔条云衰减后雷达最大作用距离方程为

(5)

从式(5)可以清楚的得到,随着箔条密度的增加,雷达最大作用距离成指数趋势下降,这一结果说明箔条对雷达最用距离干扰效果非常显著。

2.2 检测概率模型

根据Neyman-Pearson准则,雷达目标检测概率为

(6)

末制导雷达的发现概率可以近似为

(7)

假设单根箔条的制作费用为m元,则箔条走廊单位制作成本为

M=m·n

(8)

由式(7)和式(8)相乘得到基于雷达发现概率的作战效费比：

(9)

式(10)一定存在一个极值点,使效费比达到最高[9～10]。

3 仿真实例

仿真条件如下：雷达发射最大功率Pt为35KW;雷达天线增益Gt为40dB;目标雷达截面积σ为10m2;雷达工作波长为2cm;接收机灵敏度58dB;雷达系统的噪声指数FN为3;脉冲积累为1000,箔条单价为0.2元。

图1给出了箔条走廊厚度分别为200m,400m,800m时雷达最大作用距离与箔条云密度关系曲线：

图1 箔条云密度与最大作用距离关系曲线图

从图中可以清楚地得到,随着箔条云密度变大,雷达作用距离迅速下降,走廊厚度为800m时的饱和密度为2000(根/立方米),400m时的饱和密度为4000(根/立方米),而在相同箔条云密度情况下,箔条走廊厚度越大,雷达最大作用距离越小,干扰效果越显著。

图2为箔条走廊干扰条件下的发现概率曲线,理论上讲,雷达从时开始有可能较低,因此我们把时当作零探测概率处理,从图中可以得到,当抛撒箔条数量为7×105根时,可以认为雷达已经失去探测能力。

图2 雷达发现概率曲线

图3为箔条走廊干扰效费比曲线,可以看到,箔条抛撒数量在106根左右时,获得最佳的效费比,此时形成的箔条云团(完全散开)有效反射面积约为

图3 箔条走廊作战效费比归一化曲线

4 结语

本文从箔条干扰走廊对雷达信号功率衰减的角度,建立了箔雷达最大作用距离与箔条云密度关系模型以及干扰走廊效费比模型,并且通过仿真实例给出了具体的定量关系,对干扰走廊的研究及战术应用有一定的实用价值。

雷达无源干扰效果评估是一项涉及多变量、多因素、多学科的复杂工程,信号功率衰减仅是针对信息准则对箔条走廊干扰效果进行评估,特征参数考虑较少,并不能全面地衡量箔条走廊的干扰效果。基于多参数、多角度的箔条走廊干扰效能评估将是下一步的研究工作。

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Operational Effectiveness of Passive Jamming Based on Information Attenuation

ZHANG Shusen WANG Tengfei DU Xiaoning

(Naval Aeronautical and Astronautical University, Yantai 264001)

Aiming at the operation efficiency of chaff corridor, the model of attenuation based on radar maximum range and the model of cost-effectiveness based on radar detection probability are set up. According to the simulation, the quantitative relationship between the chaff corridor density and the radar maximum range get proofed, at the same time, the method that uses the chaff corridor to gain optimum cost-effectiveness is put forward. The result indicates that the optimum cost-effectiveness would be gained when the chaff corridor density and number are designed reasonably,it is significant for the use of chaff.

chaff corridor, maximum range, detection probability, cost-effectiveness

2014年6月14日,

2014年7月29日

张树森,男,教授,硕士生导师,研究方向:对抗与反对抗。王腾飞,男,硕士研究生,研究方向:精确制导。

TP97

10.3969/j.issn1672-9730.2014.12.035