无源干扰对目标搜索雷达侦察效能影响的计算分析
2016-04-26张玉琳蒋里强
张玉琳,蒋里强,王 纯
(1.解放军68206部队,甘肃 临夏 731100;2.防空兵学院,郑州 450052)
无源干扰对目标搜索雷达侦察效能影响的计算分析
张玉琳1,蒋里强2,王纯2
(1.解放军68206部队,甘肃临夏731100;2.防空兵学院,郑州450052)
摘要:为了提高目标搜索雷达在无源干扰条件下的侦察效能,以干扰箔条为例,在细致分析干扰作用机理的基础上,建立相应指标体系,分别计算了干扰箔条云与箔条压制性干扰对目标搜索雷达侦察效能的影响。研究结果对指导部队训练和进行电子干扰效能评估具有重要意义。
关键词:无源干扰,目标搜索雷达,干扰箔条,侦察效能
0 引言
无源干扰作为一种电子干扰方式,具有很多有源干扰无法具备的优点,在现代战争中被广泛地应用[1]。现代防空作战中,对空袭兵器实施有效抗击的前提是发现目标,目标搜索雷达作为地空导弹武器系统的一个重要组成部分,主要是在远距离上尽早发现目标,向跟踪制导雷达提供目标的详细参数,以使跟踪制导雷达实施稳定跟踪,从而保证地空导弹对目标的射击精度。目标搜索雷达一旦受到无源干扰的影响,将会难以发现目标,给整个防空兵群有效抗击空袭兵器带来很大影响。本文就无源干扰中干扰箔条对目标搜索雷达的影响进行了数学建模与计算分析,为指挥员在防空作战中正确运用火力、科学决策提供依据。
1无源干扰概述
利用各种对电磁波具有反射性能和吸收性能的材料做成各种干扰物,以改变电子设备的电波特性,破坏和扰乱电子设备的正常工作状态,这种干扰方法称为无源干扰[2]。由于干扰物体本身并不主动辐射无线电波,只是对无线电波起到反射、折射或吸收作用,故又称消极干扰。雷达赖以生存的物理基础是“目标回波”,无源干扰技术能够从根本上破坏或妨碍雷达获得目标回波,因而具有雷达难以抗拒的干扰效果。
无源干扰按照干扰飞机的位置可分为[2]:从被掩护飞机战斗队形中,施放雷达反射物带;从先于被掩护飞机飞行的航路上,施放雷达反射物带;在预定地段制造雷达反射物带或雷达反射物场。无源干扰分为反射电磁波和吸收电磁波的器材所形成的两类干扰,具体包括[2]:干扰箔条、反射器、等离子体、假目标、雷达诱饵、吸收层、隐身技术等。由于干扰箔条是最重要的干扰手段,本文主要研究干扰箔条对目标搜索雷达侦察效能的影响。
2干扰箔条对目标搜索雷达效能影响的计算分析
2.1干扰箔条对目标搜索雷达影响的机理分析
干扰箔条用的最多的为半波长的镀铝箔条或涂覆金属的玻璃丝。选择半波长尺寸是因为一个箔条元素可看作是一个偶极子天线,当箔条偶极子被射频能量激励时就会产生谐振现象,如果有大量箔条偶极子组合成箔条云,就会形成足够大的雷达截面。
干扰箔条对目标搜索雷达实施干扰时,最常用的是大面积投放箔条云。主要是从飞机上撒下的箔条长时间以定速漂浮在空中,形成一个干扰走廊。它在雷达显示器上呈现一片噪声,掩盖了飞机机群和其他目标的回波,将目标搜索雷达发出的电磁波反射或折射回去,从而影响目标搜索雷达对目标的有效探测。
2.2干扰箔条对目标搜索雷达影响因素指标体系
的建立
干扰箔条对目标搜索雷达的影响主要表现为:使目标搜索雷达的发现目标概率降低、发现目标距离缩短、航迹连续率下降、虚警率增大、识别率减小。干扰条件下衡量目标搜索雷达的重要指标是目标搜索雷达的最大探测距离(即发现目标的最大距离)。最大探测距离是指搜索雷达在干扰条件下能够可靠发现目标的最大作用距离。它决定了雷达在干扰条件下能在多大的距离上发现目标,是衡量雷达探测能力在空间上的关键指标,是武器系统组织射击准备及实施射击的基础。只有具有较远的探测距离,目标搜索雷达车和跟踪制导雷达车才可能在更大的范围上发现目标和跟踪目标,才能保证武器系统有充分的射击时间。因此,本文主要以目标搜索雷达的发现距离为主要指标,计算分析干扰箔条对目标搜索雷达效能的影响。
2.3干扰箔条对目标搜索雷达侦察效能影响的计算
干扰箔条对目标搜索雷达进行影响时,主要分为两种:干扰箔条云对电磁波的衰减和箔条压制性干扰。
2.3.1干扰箔条云对电磁波的衰减
电磁波通过干扰箔条云时,由于箔条的散射使它受到衰减,从而可缩短雷达的作用距离。干扰箔条云对电磁波衰减的示意图如图1所示。
图1 干扰箔条云对电磁波衰减的示意图
(1)数学模型的建立与求解
根据参考文献[2]可知,目标搜索雷达在受到干扰后的有效作用距离为:
式中,DG为受箔条云干扰后雷达的作用距离,D0为无干扰箔条云时雷达的作用距离,λ为雷达的波长为单位体积(每m3)中干扰箔条数量,x为干扰箔条云厚度。
假设某型飞机对某重要目标实施突袭,为保证突防成功的概率以及飞机的自身安全,采取抛洒干扰箔条形成干扰云的无源干扰方式进行电子干扰,假设干扰箔条云的厚度为1 000 m,箔条云密度为n=9(根/m3)。某型地空导弹负责被掩护目标的空中安全,对该型飞机进行射击。
假设该型地空导弹武器系统目标搜索雷达波长为λ=3 cm,作用距离为D0=120 km。由此可知目标搜索雷达在受箔条云干扰后的作用距离为:
(2)影响因素分析
干扰箔条云密度为n=9(根/m3),目标搜索雷达作用距离与干扰箔条云厚度的关系曲线图如下页图2所示。
图2 目标搜索雷达作用距离与干扰箔条云厚度关系曲线图
干扰箔条云厚度为1 000 m,目标搜索雷达作用距离降低率与干扰箔条云密度的关系曲线图如图3所示。
图3 目标搜索雷达作用距离
降低率随干扰箔条云密度变化曲线图
(3)结论分析
结论1:在假设条件下,目标搜索雷达对目标的发现距离由120 km减到60.3 km,降低了49.8 %。如果干扰箔条云的厚度为800 m,探测距离降低到69.2 km,降低了42.35 %;如果干扰箔条云厚度为2 000 m,探测距离降低到30.3 km,降低了74.79 %。目标搜索雷达发现目标的距离与干扰箔条云的厚度成反比关系。如果干扰箔条云的密度为n=0.8(根/m3),目标搜索雷达探测距离降低到112.9 km,降低了5.93 %;如果箔条云的密度为=20(根/m3),探测距离降低到26 km,降低了78.36 %。目标搜索雷达发现目标的距离与干扰箔条云的密度成反比关系。
结论2:目标搜索雷达可以通过采用动目标显示、动目标检测、对数快速时间控制、低扫描速率搜索等抗干扰技术,有效降低干扰箔条对目标搜索雷达效能的影响。
结论3:可以在目标搜索雷达周围设置角反射器来有效降低无源干扰的影响,从而提高目标搜索雷达的侦察效能。
2.3.2箔条压制性干扰
箔条压制性干扰主要被应用在空袭兵器的主要突击方向上,用飞机布置干扰箔条走廊,以掩护集群的突防[2]。当作战飞机通过干扰走廊时,目标反射的雷达回波将被淹没在箔条云反射的回波之中,从而使雷达不能发现目标。
(1)数学模型的建立与求解
根据文献[2]可知,目标搜索雷达在受到箔条压制性干扰后的有效作用距离为:
式中:Rmax为目标搜索雷达在受到箔条压制性干扰后的有效作用距离,σ为目标雷达截面积,n为一次扫描中雷达的脉冲积累数,VC为箔条散布的空间体积,N为箔条总根数,C为电磁波传播速度,为雷达脉冲宽度,θα、θφ分别为雷达的水平、竖直半功率波瓣宽度为每根箔条的平均有效雷达截面积。
假设敌方某飞机对某重要目标实施突袭,为保证突防成功的概率以及飞机的自身安全,采用箔条压制性干扰的无源干扰方式。目标雷达截面积σ=10 m2,箔条散布的空间体积VC=1.0×1010m3,箔条总根数N=200根,每根箔条的有效截面积σλ/2=0.1×10-12m2,电磁波传播速度C=3.0×108m/s。某型地空导弹负责被掩护目标的空中安全,对飞机进行射击。
(2)影响因素分析
如果干扰箔条根数为500根,目标搜索雷达受箔条压制性干扰后的作用距离为Rmax=44.6 km。如果干扰箔条根数为1 000根,目标搜索雷达受箔条压制性干扰后的作用距离为Rmax=31.6 km。
不同雷达有效截面积的目标,目标搜索雷达在受箔条压制性干扰后的有效作用距离是不同的。不同类型目标的雷达有效截面积如表1所示。
表1 不同类型目标的雷达有效截面积
对于不同雷达有效截面积的目标,干扰箔条根数与目标搜索雷达在受箔条压制性干扰后作用距离降低率的关系图如图4所示。
图4 目标搜索雷达搜索距离
降低率随干扰箔条根数变化的曲线图
(3)结论分析
结论1:无源压制性干扰投掷的干扰箔条总根数为200根时,目标搜索雷达发现目标的距离降低了39.7 %;箔条总根数为500根时,目标搜索雷达的发现目标距离降低62.8 %;箔条总根数为1 000根时,目标搜索雷达的发现目标距离降低73.7 %。目标搜索雷达发现目标距离的降低率与投掷的无源干扰箔条总根数成正比关系,此外目标搜索雷达发现目标的距离还与目标雷达截面积、干扰箔条散布的空间体积、每根箔条的有效反射面积有关。
结论2:对于雷达有效截面积较小的目标(武装直升机、巡航导弹、空地导弹),在无源干扰作用下,目标搜索雷达的作用距离降低率较大,增加少量的干扰箔条数量就可能对目标搜索雷达产生较大的影响,必须采取相应的反干扰技术才能增大目标搜索雷达的侦察效能。
结论3:为有效减小箔条压制性干扰对目标搜索雷达搜索距离的影响,可以采取脉冲压缩的方法来有效减小干扰箔条对目标搜索雷达的影响。
3 结论
无源干扰中的干扰箔条作为一种被应用最为广泛的干扰方式,对其干扰效果进行量化计算分析,计算结果及结论能够为指挥员正确定下决心,实施正确指挥,采取相应的反干扰措施提供参考依据,同时本文为研究无源干扰对目标搜索雷达侦察效能的影响提供一种定量计算的方法。
参考文献:
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Calculation and Analysis for Influence of Passive Jamming on Target Indication Radar’s Reconnaissance Efficiency
ZHANG Yu-lin1,JIANG Li-qiang2,WANG Chun2
(1.Unit 68206 of PLA,Linxia 731100,China;2.Air Defense Forces Academy,Zhengzhou 450052,China)
Abstract:In order to improve the target searching radar in the passive jamming reconnaissance efficiency under the condition of taking the chaff jamming,for example,in a careful analysis of the interference based on the action mechanism,establishes the corresponding index system,the chaff cloud jamming and chaff suppress interference on the target acquisition radar reconnaissance effectiveness were calculated respectively.The results of the study evaluation is of great significance to guide the training of troops and electronic jamming effectiveness.
Key words:passive jamming,jamming chaff,reconnaissance efficiency
作者简介:张玉琳(1986-),男,山西长治人,硕士研究生。研究方向:防空兵作战运筹分析。
收稿日期:2015-03-05修回日期:2015-05-07
文章编号:1002-0640(2016)03-0076-04
中图分类号:TN951
文献标识码:A