海战场环境下干扰强度表征技术研究

2015-12-21陈红伟

航天电子对抗 2015年5期

陈红伟，张宁

（北京机电工程研究所，北京100074）

0 引言

近几次局部战争表明，如果制导武器对战场电磁环境适应性差，设计的精度再高，也难以发挥应有的作战效能。本文从精确制导武器视角深入研究环境中各种干扰影响因素及其对武器装备的影响，按干扰影响程度给出战场环境分类分级的量化表征，从而为武器装备的研制和试验鉴定提供依据，以提高精确制导武器在战场电磁环境下的作战使用效能。

1 战场环境干扰强度表征方法

战场环境干扰强度的表征方法就是按照战场环境中人为干扰对精确制导系统的影响程度，对人为干扰环境强度进行描述。人为干扰对精确制导系统的影响主要体现在检测、识别和跟踪方面，在精确制导系统的搜索阶段，人为干扰在目标周围形成假目标，进而影响或干扰精确制导系统的识别性能，降低目标选择概率，其影响程度取决于假目标与真实目标之间特征的相似程度；在跟踪阶段，人为干扰主要是采用较大功率干扰压制，淹没真实目标信号，并通过机动规避，使跟踪点偏移，进而影响精确制导系统的检测性能和跟踪性能，其影响程度取决于干扰与目标的干信比。

从干扰对精确制导系统影响程度分析，理论上任何干扰均可由干信比和相似性两个指标进行量化表征，然而作战使用中往往同时释放多种样式的干扰构成复杂的战场干扰环境，干扰复杂度也是一个重要影响因素。因此，本文采用相似性、干信比、复杂度三个指标构成一个三维坐标系，来描述战场环境干扰强度的量化表征，如图1所示。

在实施构建干扰环境强度时，由于被保护目标的雷达散射截面积大小不同或干扰战术使用方式不同，那么对精确制导系统的干扰效果就不同，干扰环境强度也就不一样，如同一个等效辐射功率的有源干扰机，其干扰样式相同，被保护的目标是大中型舰船或中小型舰船，干扰环境强度将会不一样。

由于不同干扰设备（如基本型和改进型两种箔条干扰设备）在模拟干扰特性方面存在差异，即使在完全相同的战术使用方式下，改进型的箔条干扰环境对精确制导系统的影响比基本型更严重，但由于这种影响因素不是主要因素，而且这种差异对战场干扰环境等级的量化表征的贡献度并不大，只是作为一个显而易见的条件。本文从精确制导系统的视角出发，抓住主要影响因素以及对在战术使用过程中干扰与目标之间的关联性，提出干扰环境强度的量化表征方法。

图1 人为干扰强度量化示意图

2 人为干扰强度的量化表征

2.1 无源干扰的量化表征

无源干扰主要包括箔条干扰、角反射器干扰等，在干扰环境等级表征时，角反射器干扰与箔条干扰是相同的。本文以质心式箔条干扰为例进行环境等级表征，质心式箔条干扰分布在舰船目标周围，并同舰船目标一起位于雷达导引头的角分辨单元和距离检测波门内，箔条云与舰船目标信号混叠在一起，形成混合体目标，如图2所示。阴影部分为箔条云与舰船目标的混合体，其能量中心偏向于干扰，且干扰与舰船能量差别越大，能量中心偏离程度就越大，雷达导引头跟踪混合体的能量中心时，形成质心干扰效应。

图2 质心式箔条与舰船混合体示意图

由于风等自然环境因素造成箔条云移动，同时舰船也会选择机动规避，如图3所示。舰船能量中心与箔条云能量中心之间的距离逐渐增大，舰船信号逐渐从被覆盖的混合体中露出来。

箔条云与舰船目标信号宽度反映了导弹来袭方向上箔条云与舰船尺寸的大小（即径向尺寸），在导弹方位分辨单元内，箔条云或舰船径向尺寸上重叠程度反映了在导弹来袭方向上的距离关系，重叠部分构成了回波信号的混合体，理论上反舰导弹可根据未重叠部分的信号特征，在一定条件下有可能检测出舰船目标。可见，箔条干扰与舰船回波信号的混合程度基本表征了箔条干扰环境的强弱程度。

图3 箔条与舰船混合体分离过程示意图

箔条干扰弹发射的位置、气象条件、舰船的机动规避等因素，导致雷达导引头观测到的箔条云对舰船的混合程度不同，箔条干扰环境强度也就不同，因此箔条干扰强度可采用干扰与目标的径向尺寸重合度进行表征，即箔条云与舰船目标径向重合部分的尺寸同舰船目标径向总长度的比值：

式中，Jch是箔条干扰径向尺寸重合度，Δc＝ct-c′表示雷达导引头检测的箔条与舰船回波信号的重合部分，ct表示雷达导引头检测的舰船回波信号径向尺寸，c′表示雷达导引头检测的舰船可识别部分的尺寸。

由于箔条云运动和舰船的机动规避，箔条云与舰船之间的距离关系是动态变化的，进而箔条云与舰船的信号重合部分也在动态变化，因此在度量箔条干扰环境强度时，按照箔条干扰的技术指标，箔条弹散开形成箔条云后，干扰与舰船目标回波信号之间的最大径向尺寸重合度进行量化表征。

对于质心式箔条干扰环境，由于舰船本身的径向尺寸不同，即使径向尺寸重合度相同，混合体外的可识别部分也不相同。例如，径向尺寸重合度为70%时，若舰船的径向尺寸为100m，则可识别部分的尺寸为30m，若舰船的径向尺寸为80m，则可识别部分的尺寸变为只有24m。对于相同性能的雷达导引头，舰船露出的可识别部分尺寸越大就越容易识别，可以看出，相同的径向尺寸重合度对于不同径向尺寸的舰船目标干扰效果是不相同的。因此，在构建不同干扰环境强度时，应采用技术指标规定的典型目标尺寸进行试验。

2.2 有源干扰的量化表征

有源干扰主要包括舷外有源干扰、舰载有源干扰等，有源干扰通过释放较大功率信号进行压制干扰，或在转发的假目标信号中调制特征信息，模拟舰船特征进行欺骗干扰。由于舷外有源干扰与舰船之间有一定的距离和角度，减少了与舰上其它用频设备之间的相互干扰，同时在战术使用时降低了对舰船快速机动规避的要求，舷外有源干扰成为反舰导弹的主要有源干扰样式。

反舰导弹雷达导引头常采用恒虚警检测方法，信号检测时通过设置目标和背景检测单元，依据背景框单元信号平均功率自适应调整目标的检测门限，当舷外有源干扰转发假目标信号数量较少时，恒虚警检测背景单元信号平均电平较低，使检测门限较低，这时雷达导引头能够检测到假目标信号和舰船目标回波信号，假目标起到欺骗作用；当假目标数量较多（如脉冲前后沿相连）时，形成密集假目标干扰，这些密集的假目标信号提高了背景单元信号平均电平，恒虚警检测自适应提高了检测门限，使舰船目标回波信号在检测门限以下，导致难以检出舰船目标回波信号，此时密集假目标起到压制干扰效果，如图4所示。由于舷外有源干扰是由被攻击舰船本体发射，通过装定参数，使模拟的时域、频域特征接近舰船信号特征，其对雷达导引头的影响因素主要是干扰信号功率的大小。

图4 舷外有源干扰信号干扰原理示意图

由于舷外有源干扰转发的多假目标信号在时间上覆盖了舰船回波信号，使虚假目标信号与舰船回波信号叠加在一起，导致雷达导引头难以将舰船信号从混合信号中分离出来，因而无法提取出舰船特征。因此在描述舷外有源干扰环境时，应与被保护的舰船大小相结合，仅仅考虑舷外有源干扰等效辐射功率是不完整的。例如1kW 的舷外有源干扰保护200m2的舰船构成的干扰环境与保护10000m2的舰船构成的干扰环境是完全不同的，则仅仅说1kW 的舷外有源干扰环境是没有意义的。舷外有源干扰等效辐射功率与舰船回波信号功率之比才能够真实反映舷外有源干扰的影响程度，对于相同RCS大小的舰船目标，舷外有源干扰等效辐射功率越高，对舰船回波信号压制比就越高，舷外有源干扰环境也就越严酷。

由于舷外有源干扰在舰船目标周围，二者之间距离差异相对于反舰导弹的距离可以忽略，因此，可以采用舷外有源干扰等效辐射功率与舰船反射的雷达导引头信号功率比值作为衡量舷外有源干扰环境等级的主要指标，即：

式中，JSB是舷外有源干扰等效辐射功率与舰船反射导引头信号功率比，Ex是舷外有源干扰等效辐射功率，Er＝PtG／（4πR2）是雷达导引头照射到舰船的入射功率（Pt是雷达导引头的发射功率，G 是雷达导引头的天线增益，R 是雷达导引头探测距离），σt是雷达导引头可探测的舰船目标RCS。

式（2）可知，JSB大小不仅与舰船的RCS有关，也与雷达导引头的等效辐射功率、弹目距离等参数有关。对于不同发射功率的雷达导引头在相同的弹目距离下，舷外有源干扰等效辐射功率与舰船信号功率比是不一样的，雷达导引头发射功率越大，JSB 就越小；同样弹目距离也影响JSB的大小，弹目距离越远，JSB则越大。因此采用JSB 来描述舷外有源干扰环境强度是不准确的。

为便于客观描述舷外有源干扰环境，采用雷达导引头接收到的舷外有源干扰等效辐射功率与舰船RCS的比值来实现对干扰环境的量化表征，即等效功率面积比：

式中，Jxpsb是舷外有源干扰等效功率面积比，Ex是舷外有源干扰等效辐射功率，σt是雷达导引头可探测的舰船目标RCS。

2.3 组合干扰的量化表征

无论是无源干扰的质心式干扰或冲淡式干扰，还是有源干扰的压制式干扰或欺骗式干扰，不同干扰样式的干扰机理不相同，其干扰信号的压制比和特征相似性也各有特点，因此在战术运用中如何使用组合干扰、使用哪几种干扰样式进行组合对抗，需要结合具体的战情，各干扰之间战术使用相互配合，选用有效的干扰组合样式，提高干扰效果。

质心式箔条或角反射器干扰与有源压制干扰组合时，箔条或角反射器与舰船目标形成混合体，理论上有源干扰信号可以覆盖混合体以外舰船信号，增强了干扰效果；同样，冲淡式箔条或角反射器干扰与有源欺骗干扰组合时，无源干扰假目标与有源干扰假目标拖引相结合，有源干扰拖引一段距离信号撤消后，无源干扰能够保持欺骗的干扰效果，降低雷达导引头目标选择的概率。

可见，两种及以上干扰样式组合使用时，不仅能够弥补单一干扰的不足，提高单一干扰的概率，通过相互配合、充分发挥各干扰的优势，还可实现“1＋1＞2”的组合干扰作用。例如舰载有源欺骗干扰和冲淡式箔条干扰组合使用时，舰载有源干扰模拟多个虚假目标，在实施距离拖引时，将雷达导引头跟踪点拖引至箔条干扰位置，冲淡式箔条模拟的虚假目标实施了欺骗，提高了拖引效果，同时舰载有源欺骗干扰转发的多个虚假目标，干扰环境中虚假目标数较多，提高干扰环境下目标识别和选择的难度。

由于海战场人为干扰环境中，不同的干扰样式组合使用，在战术上互相配合，使干扰效果增强，但不同的组合干扰样式之间配合对反舰导弹的影响机理不同，其综合的干扰效果存在差异，难以评价某种干扰组合效果就一定优于另一种干扰组合样式，因此组合干扰之间不具有可比性。

无源干扰和有源干扰的量化表征是从精确制导系统的角度，分析干扰与目标之间的主要影响因素。在组合干扰环境强度的量化表征中，干扰对精确制导系统的主要影响参数没有改变，只是在战术应用上相互配合，因此按照无源干扰和有源干扰的量化表征参数的组合可以对组合干扰环境进行量化表征。