掩护地面目标时的雷达干扰兵力需求研究*

黄 亮 李建平 单 剑 臧家亮

(1.南海舰队司令部 湛江 524000)(2.石家庄陆军指挥学院 石家庄 050084)

掩护地面目标时的雷达干扰兵力需求研究*

黄 亮1李建平2单 剑1臧家亮1

(1.南海舰队司令部 湛江 524000)(2.石家庄陆军指挥学院 石家庄 050084)

通过分析计算掩护地面重要目标时雷达干扰的干扰效能,得出了有效掩护地面重要目标的条件。在此基础上,通过合理的假设和计算,给出了雷达干扰系统在掩护地面重要目标时在三种不同情况下的兵力需求计算方法及公式。

掩护地面目标; 雷达干扰; 兵力需求

Class Number TN97

1 引言

在现代信息化战争中,具有重要战略意义的地面固定军事目标,如桥梁、机场、大坝等,仍是敌方飞机、导弹攻击的主要目标。而信息化条件下的防空作战,将实现由“火力防空”向“火力防空+电子防空”的转变[1]。为了掩护这些固定目标,防止遭到敌方破坏,必须对敌方的武器控制雷达系统实施有效的干扰。地对空雷达干扰系统可配合其他防空武器系统保护交通枢纽、军事设备、工业区、机场、水库、战略武器发射基地等目标[2]。本文主要讨论地对空雷达干扰系统掩护己方地面重要目标时的兵力需求问题。

2 掩护地面重要目标时的雷达干扰条件

在掩护地面重要目标时,一般地对空雷达干扰系统分散配置在被保护目标周围,对来袭飞机机载雷达实施干扰压制,达到掩护地面目标的目的。这里将地面被保护目标等效为一个以O为圆心,r为半径的圆,如图1所示。来袭飞机的最小可攻击距离(最小投弹半径)为Drmin,最大可攻击距离为Drmax(可认为是机载雷达最大作用距离)。地对空雷达干扰站在被保护目标周围部署,与被保护目标中心距离为dj(单位:km),对来袭敌机进行干扰,缩短其机载雷达有效探测距离,使其进入最小投弹距离之前无法有效探测被保护目标,从而有效掩护被保护目标。

图1 掩护地面重要目标时作战攻防双方示意图

对于干扰站来说,影响压制机载雷达效果的因素有两个:一是机载雷达在干扰站方向上的天线增益,其本质影响因素即雷达天线轴线与干扰站连线的夹角(干扰夹角);二是干扰站到机载雷达的距离。

基于上述两个因素,设定来袭飞机朝干扰站方向飞行,此时雷达天线在干扰站方向上有最大的天线增益;当干扰站配置位置距被保护目标中心的距离等于或尽可能靠近来袭飞机的最小投弹圆半径Drmin(单位:km)时,干扰站可获得最小的干扰距离,如果来袭飞机的机载雷达若不能有效探测目标则会错过最后的攻击时机。

1) 被保护目标较小时

被保护目标较小时,机载雷达在一定位置扫视目标边缘时干扰站仍处于其雷达天线主瓣内,即干扰站在来袭飞机正冲其飞行且位于最小投弹距离上扫视目标时,总是能干扰其机载雷达主瓣。这时,认为在机载雷达处于最小投弹圆上空时,干扰站的配置位置处于雷达天线垂直主瓣内,如图2所示。

图2 机载雷达垂直主瓣与保护目标、干扰站位置关系示意图

依据机载雷达垂直主瓣半功率角θ0.5垂直(单位:°)和飞机攻击高度H(单位:km)的大小,dj的临界取值有不同变化。根据余弦定理有

(1)

式(1)中飞机的飞行高度H取最小可能攻击高度Hamin时,可以对应求得dj的临界值。将求得的dj及Hamin,Dr=Drmin代入雷达干扰方程中。若不能满足压制条件,说明该干扰站在任何情况下都无法对目标起到有效的保护作用。若能满足压制条件,说明在进行主瓣干扰时可以有效压制一定方向的来袭飞机。

2) 被保护目标较大时

被保护目标较大时,机载雷达扫视目标边缘时干扰站处于其天线副瓣内,即干扰站在飞机正冲其飞行扫视目标时,主要考虑对其机载雷达副瓣进行干扰。这时考虑水平方向上雷达天线的副瓣增益取值。此时有

(2)

Rj=H(km)

(3)

(4)

机载雷达的干扰方程为[3]

(5)

变形为

(6)

将式(2)～式(4)代入式(6)中,有

(7)

解得此时的干扰扇角θj的表达式为

(8)

(9)

(10)

来袭飞机在处于最小投弹距离上,其机载雷达扫视目标边缘时,天线轴线方向与飞机到目标的连线的夹角为θ1,如图3所示。此时有

(11)

当θ1>θjE/2时,说明此态势下一个干扰站的有效干扰扇角不能覆盖整个被保护目标,需要多个干扰站配合形成更大的有效干扰扇角。

当θ1≤θjE/2时,说明此态势下一个干扰站的有效干扰扇角可以覆盖整个被保护目标。干扰站形成的掩护角可以通过计算得出。

图3 来袭飞机在最小投弹距离上扫视目标俯视图

图4 来袭飞机在最小投弹距离上扫视目标纵向切面

3 掩护地面重要目标时的雷达干扰兵力需求计算

1) 干扰站只在干扰雷达主瓣时才能实施有效压制情况下的兵力需求计算

在干扰站只干扰机载雷达主瓣时,考虑来袭飞机在到达最小投弹距离之前扫视目标时,其雷达天线主瓣内至少存在一个干扰站,方能受到有效干扰压制,如图5所示。设第i个干扰站到被保护目标中心的距离为dji(单位:km),当dji=d0时,两个相邻干扰站之间的位置关系满足

(12)

(13)

图5 两干扰站干扰机载雷达主瓣示意图

此时压制从角度Ω(单位:°,一般0°<Ω<180°)范围内来袭的飞机时,所需干扰站数量为

(14)

当需要压制所有方向的来袭飞机时,需要的干扰站数量为

(15)

2) 干扰站在干扰雷达副瓣时能实施有效压制情况下的兵力需求计算

图6中,J为干扰站,线段OJ所在轴为极轴,与压制区暴露区边界相交且半径为Drmin的圆为来袭飞机攻击目标的最小投弹圆,Drmin为其最小投弹距离。设Dr(α)为被掩护目标中心与来袭飞机的投影距离随角度变化的函数,利用Dr(α)=Drmin时对应的α值可求得掩护角的大小。图6所示是Dr(α)=Drmin时在[0,180°]中可求得两个α值的情景,这时存在两个干扰掩护角β1,β2,总的掩护角为

αj=β1+β2(°)

(16)

图6 典型掩护地面重要目标时干扰压制区的计算机模拟图

β1为靠近干扰站一侧形成的掩护角,β2为另一侧形成的掩护角。在进行副瓣干扰时能实施有效压制的情况下,总有αj>0。当dj>Drmin时,β1可能为0;当dj

(1)当β1≈β2时,认为β1、β2对称

压制从角度Ω(单位:°,一般0<Ω<180°)范围内来袭的飞机时,从β1、β2中任取其一作为有效掩护角,此时所需干扰站数量为

(17)

压制所有方向来袭飞机时,β1、β2均作为有效的掩护角,此时所需干扰站数量为

(18)

(2)当β1、β2数值差距较大时

压制从角度Ω(单位:°,一般0<Ω<180°)范围内来袭的飞机时,取β1、β2中较大的角作为有效的掩护角,此时所需干扰站数量为

(19)

压制所有方向来袭飞机时,比较β1、β2中较大的角与较小的角的二倍值,取其大,作为有效的掩护角,此时所需干扰站数量为

(20)

式中β大=max(β1,β2),β小=min(β1,β2)。

3) 单个干扰站压制无效时的兵力需求辅助决策

如图7中所示,机载雷达在最小压制距离(最小投弹距离Drmin)上对保护目标区域的张角为

(21)

图7 两干扰站拼凑有效干扰扇角示意图

单个干扰站对飞机形成的有效干扰扇角θjE分不同情况由前面的讨论中得出。当ψ>θjE时,就是单个干扰站不能有效压制任何方向来袭飞机的情况。用J1、J2两个干扰站共同压制干扰A点的机载雷达,使得两个干扰站对来袭飞机的有效干扰扇角相邻,且不重合,则需满足

(22)

在dj≥r时,可近似解出

(23)

设欲环绕被保护目标部署的干扰站距目标中心的平均距离为d0(单位:km),代入式(23)求得相邻两干扰站对目标中心的平均张角为φ0(单位:°)。

压制从角度Ω(单位:°,一般0°<Ω<180°)范围内来袭的飞机所需干扰站数量为

(24)

压制所有方向来袭飞机所需干扰站数量为

(25)

4 结语

本文讨论了雷达干扰站在掩护地面重要目标时的兵力需求战术计算方法。分析了单个干扰站在掩护小型目标和大型目标时能够有效压制一个方向来袭敌机的条件,分别给出了掩护地面重要目标时单个干扰站只在进行主瓣干扰时有效、单站进行副瓣干扰时有效、单站干扰无效三种情况下的地对空雷达干扰站面临一定威胁时所需的雷达干扰兵力计算公式。需要指出的是,所有讨论都仅限于同一时间应付某个特定方向的来袭飞机,针对多方向同时实施空中打击的情况还需要另作研究。

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Military Strength Demand of Radar Jamming in Defending Ground Target Combat

HUANG Liang1LI Jianping2SHAN Jian1ZANG Jialiang1

(1. Headquarters of South China Sea Fleet, Zhanjiang 524000) (2. Shijiazhuang Army and Command Academy, Shijiazhuang 050084)

By analyzing and calculating radar jamming efficiency in defending ground target combat, this paper gets the condition of effectively defending the target. On this basis, this paper gives the tactical computation methods and formulas in three different conditions when radar jamming system defends ground target through reasonable assumptions and calculations.

defend ground target, radar jamming, military strength demand

2014年5月3日,

2014年6月29日 作者简介:黄亮,男,工程师,研究方向:雷达情报目标处理。李建平,男,博士,讲师,研究方向:信息作战研究。单剑,男,硕士,助理工程师,研究方向:信息系统建模与仿真。臧家亮,男,工程师,研究方向:雷达情报目标处理。

TN97

10.3969/j.issn1672-9730.2014.11.008