舰载分布式无人机电子干扰系统研究

崔积丰，徐红青

(解放军91404部队,秦皇岛 066001)

舰载分布式无人机电子干扰系统研究

崔积丰，徐红青

(解放军91404部队,秦皇岛 066001)

随着反舰导弹雷达抗干扰技术的快速发展，传统舰载集中式大功率干扰装备的作战效能受到严峻考验，分布式无人机电子干扰系统以其灵活的作战使用和有效干扰，将在舰艇防空反导中发挥重要作用。详细阐述了舰载分布式无人机电子干扰系统的组成原理和作战使用流程，并提出了效能评估指标。

舰载无人机；电子干扰；效能评估

0 引 言

雷达抗干扰技术快速发展，预警雷达、火控雷达、反舰导弹制导雷达等不同类型雷达在复杂电磁环境中的适应能力越来越高，抗干扰能力越来越强。舰载自卫式大功率干扰装备的作战效能随着雷达作战能力的提升而降低，而分布式多点协同干扰正得到广泛的应用[1]。

由于无人机具有质量轻、体积小、价格低等诸多优点，基于机载无人机的舰载分布式无人机电子干扰系统正逐渐引起广泛的关注。舰载分布式无人机电子干扰系统是通过将数量众多的无人机载干扰机安置在欲干扰目标的区域附近，远程遥控或者基于板载程序自主地对欲干扰目标进行电子干扰，从而达到在一定区域内制造假的进攻态势以欺骗敌方电子侦察设备或者掩护己方特定区域群目标的目的。

舰载分布式无人机电子干扰系统由于其无人机机载干扰机安置于欲干扰目标区域的附近，位于敌方纵深处远离我方作战阵地，较好地解决了电子对抗系统中电磁兼容的难题，且干扰功率分散，敌方难以侦察我方位置。同时,由于传统的大功率集中式干扰装备发射干扰信号时功率较大，容易对己方电子设备造成干扰并暴露我方位置，所以舰载分布式无人机电子系统在整个干扰过程中具有明显的距离和功率优势。此外,由于分布式无人机各分机可以同时产生不同的干扰样式作用于目标雷达，从而达到更好的干扰效果，因此舰载分布式无人机电子干扰系统是一种优势明显的干扰系统。

随着现代电子对抗技术的迅猛发展和多元化，干扰装备的作战效能面临着严峻的挑战。舰载分布式无人机电子干扰系统通过无人机在特定区域造成假的进攻态势以欺骗敌方电子侦察；对敌后阵地进行侦察以获得敌方目标分布情况；对敌方通信链路实施电子干扰使得敌方通信指挥系统瘫痪。由于机载无人机干扰在电子对抗中发挥了较大的作战效能及特有的优势，因此开展舰载分布式无人机电子干扰系统的研究颇具军事意义。

1 舰载分布式电子对抗系统研究现状

从军事需求和技术发展的角度来看，电子对抗技术主要有2个重要的发展趋势[2]：一是由大功率向超大功率发展，可造成电子信息系统前端烧毁或性能下降；另一个是采用小功率分布式干扰机，利用空间分布特性和距离优势对敌方雷达、通信等实现有效干扰。

小功率分布式干扰系统的典型代表首推美军的“狼群”电子战系统，它已于2010年正式装备部队，近年来技术已趋于成熟。“狼群”电子战系统通过使用分布式网络结构来进行数据交换[3]，大量的小型干扰机相互协作工作，采用联网技术，以分布式干扰方式来实施对敌方雷达、通信指挥系统的干扰。传统的采用集中式大功率对敌威胁目标实施噪声压制干扰或欺骗干扰的舰载电子战系统，由于其发射功率较大，存在电磁兼容性差与易被“反跟踪”等现实问题，而分布式干扰功率较小，多方位布设，远离我方舰艇，具备距离、空间分布优势。舰载舷外有源诱饵作用时间短，对抗资源数量有限。文献[2]、[4]分析了分布式干扰相对传统单干扰机对雷达低旁瓣天线、“宽-限-窄”等技术有较好的干扰效能；文献[5]、[6]理论证明单部大功率干扰机效果可等效为一定数量分布式干扰机的干扰效果叠加；文献[7]则讨论了利用干扰群来等效空域内单个大功率的干扰机是合理的；文献[8]研究了舰载无人机搭载转发干扰载荷可有效干扰敌雷达。综上分析，舰载分布式无人机干扰将成为未来海战中有效的电子战方式。

2 舰载分布式无人机电子干扰系统

舰载分布式无人机电子干扰系统由多架无人机干扰系统组成，其中每架无人机是一个智能化程度很高的干扰系统，都具有与母舰通讯及彼此间通讯的协同工作能力。无人机干扰系统与母舰舰载电子战系统是一个有机整体，平时部署在母舰上，战时可迅速将多架无人机投放到母舰周围，产生多层次、多方向的干扰以达到保护海上舰艇的目的。无人机干扰系统作战使用方式主要有3种：一是母舰电子战系统将侦察到的威胁雷达参数信息预置或发送到无人机载荷中，两者协同对威胁目标进行干扰；二是由1架无人机对威胁雷达进行侦察并协同其它无人机实施干扰；三是母舰电子战系统与无人机或多架无人机之间采用多点定位，及时获取敌方目标位置信息，引导我方精确武器实施打击。

2.1 单机分系统组成

每套舰载分布式无人机电子干扰系统由任务载荷平台(无人机)、雷达侦察干扰载荷、控制分系统、通信分系统等组成。系统组成框图如图1所示。

图1 单套无人机电子干扰系统组成框图

2.1.1 任务载荷平台

任务载荷平台一般选择小型战术无人机，可从大中型水面舰艇甲板上发射和回收。美军1艘巡洋舰或驱逐舰的水面作战舰,可以配备13～15架的小型舰载无人机[9]。无人机的智能性、机动性、滞空性以及全天候飞行能力的提高，使其成为舰载分布式干扰单元的投放运载平台。

2.1.2 侦察干扰载荷

雷达侦察干扰载荷承担着对敌方威胁雷达的侦察干扰任务，主要包括天线单元、接收处理单元、侦察干扰控制单元、干扰产生单元、功率放大单元与供电单元。雷达侦察干扰载荷分系统组成原理框图如图2所示。

图2 雷达侦察干扰载荷组成原理框图

天线单元由天线伺服、定向天线组成。天线伺服控制定向天线最大增益方向始终对准被干扰对象；定向天线可增大干扰功率，减小电磁兼容影响。接收处理单元完成射频信号的频率、脉宽、到达时间等参数测量和威胁告警，同时向引导干扰产生单元提供射频信号；在电子寻北仪与定位单元和平台通讯分系统的协助下，对威胁目标进行多站协同定位，以便引导舰载或机载精确武器对敌威胁目标实施硬打击。侦察干扰控制单元是控制分系统的组成部分，主要对侦察干扰分系统的工作状态、工作流程、干扰决策等进行管理控制。干扰产生单元根据母舰电子战系统引导信息与干扰策略或本平台的侦察引导信息产生噪声压制或欺骗干扰，对威胁目标实施干扰。供电单元具有对侦察干扰载荷、通讯分系统、控制分系统的供电功能；电源来源可选择无人机平台发电或蓄电池等方式实现；电源选择应考虑电压、电流、功率以及电源体积大小、能量重量比、持续供电时间和分布式干扰单元工作时间要求等因素。

2.1.3 通信分系统

通信分系统包含2个功能单元：第1个功能是实现无人机平台内部通讯，实现无人机平台与侦察干扰载荷、定位单元等平台内部间的信息交互和协同；第2个功能是实现平台之间的外部通讯，实现母舰与各无人机或不同无人机之间的指挥、控制与协同。

2.1.4 控制分系统

控制分系统分为飞行控制单元和侦察干扰控制单元，飞行控制单元是根据作战任务需求控制无人机按照规定的航路、高度和姿态飞行，是无人机完成使命任务的关键保障能力；侦察干扰控制单元根据作战流程控制侦察干扰分系统的工作状态，实现多架无人机之间的协同干扰，是充分发挥分布式干扰的优势使单站较小功率合成达到较大干扰效能的前提条件。

2.1.5 单机作战典型应用

远程无人机机载干扰机是无人机电子对抗系统典型的单机作战形式，其主要作战任务是实现对欲干扰目标的快速侦察定位和实时跟踪，其系统组成框图如图3所示。由于无人机在侦察干扰过程中飞行速度较快，为实现无人机的高精度定位、快速测量和有效干扰的目标，需要研究无人机在高速飞行过程中的快速、高精度测向定位技术和多部无人机分系统协同工作、信息融合技术等关键技术。在实际作战过程中，无人机机载干扰机主要完成2个任务：一个是对重点区域内无线通讯信号的侦察、测向和定位；另一个是实时监测作战区域内的电磁频谱活动情况，并将频谱参数回报给指挥中心进行分析，绘制战场电磁频谱态势图，为干扰决策提供准确、实时的信息基础。

图3 远程电子对抗无人机侦察干扰系统组成框图

通信系统是双方交战时指挥控制系统的神经中枢，为达到使敌方指挥系统瘫痪，必须集中力量破坏敌方的通信系统。通过使用这种无人机进行电子作战，选择敌方通信链路的关键节点实施破坏，达到使敌方通信系统瘫痪的目的。

2.2 舰载分布式无人机协同电子对抗系统

为快速、高精度地确定目标辐射源的位置，舰载分布式无人机电子干扰系统通过使用多部无人机分机组成无人机协同网络，协同工作完成上述任务。同时上述协同网络为后续实施高效干扰或者引导火力对敌方高价值军事目标进行精确打击提供了技术保障。因此，多部无人机组成协同网络共同作战将是未来舰载分布式无人机作战应用的一个重要研究方向。

2.2.1 多协同侦察

通过多部无人机分系统组成协同网络协同工作，可快速、高精度地测量辐射源的位置。将每个无人机分系统实时获取的数据进行数据融合处理，为绘制实时战场电磁波态势图、监测、跟踪和对抗敌方目标提供数据基础。

通过多部无人机分系统间的协同网络来实现对敌方重点目标的高精度定位是舰载分布式无人机协同电子对抗的一个典型应用系统，如图4所示。多机协同网络高精度定位系统主要包括以下几个模块：1个地面指挥处理中心，3个侦察站。3个侦察站之间通过数据链路与指挥处理中心实现数据交互。侦察站接收地面指挥处理中心通过上行数据链路发送的控制指令，同时侦察站通过下行链路将信号数据、导航数据和时标信号打包发送给地面指挥处理中心。为实现3个侦察站之间精确的时间同步，侦察站之间存在测距授时链路来保证时间同步。地面指挥处理中心是多机协同网络高精度定位系统的控制和数据处理中心，接收来自侦察站的回送数据，完成信号的侦察、测向、定位、时差估计、时差频差联合估计和系统标校。

图4 多平台组网高精度定位系统组成框图

2.2.2 多机协同作战

如图5所示，下面介绍一种破坏敌方指挥通信系统的舰载分布式无人机协同作战的作战应用。

图5 多机协同作战示意图

对敌作战时，多机协同作战主要完成3个任务：第1个是多部无人机分系统组成一个协同网络按照预定航迹对敌方目标区域进行抵近侦察，判断敌方作战区域内的通信网络组成、电磁波环境及雷达属性，最后经过地面指挥处理中心将回送的数据进行综合处理，绘制出整个敌方阵地区域的电磁波态势图分布情况；第2个是无人机协同网络完成对敌方重要辐射源的高精度定位，寻找敌方高价值军事目标以及敌方通信网络重要节点的位置，引导我方火力进行精确火力打击；第3个是针对敌方的通信链路、数据链路、导航系统和敌我识别系统实施电子打击，使得敌方误判军情，通信系统瘫痪，预警机侦察情报无法传递。

舰载分布式无人机协同作战是一个较为复杂的应用系统。它涉及单平台侦察的快速测向和高精度定位技术，多机组网协同侦察、定位等技术，以及多机构型技术。多部无人机分系统对敌方目标的侦察测向、定位精度、干扰效果与多机间的构型以及多机构型与目标之间的相对位置有关。为进一步提升无人机协同作战能力，有必要深入研究基于作战应用需求的无人机协同组网最佳编队构型。

2.3 舰载分布式无人机发展趋势

随着雷达在复杂电磁环境中的适应能力越来越高，抗干扰能力也越来越强。

分布式无人机电子干扰系统以其灵活的作战使用和有效干扰，将在舰艇防空反导中发挥重要作用。为了能够胜任在未来战争中所承担的任务，电子对抗无人机的发展方向将主要集中在如下几个方面：

(1) 侦察干扰一体化

目前的舰载分布式无人机一般不具备同时拥有侦察和干扰的能力，这使得在作战过程中指挥控制系统的设计较为复杂。而同时具有侦察和干扰的舰载分布式无人机无论在实施侦察和干扰的反应速度上，还是在控制系统程序的设计上都能得到较大的提升，更适应现代战争快速性和全面性的特点。由于无人机机动灵活的特点，精确制导武器的快速发展使其成为理想的载荷平台。在未来的战争中，舰载分布式无人机将能够同时具有侦察、干扰一体化和火力打击的能力，成为未来电子对抗战争中一股不可或缺的力量。

(2) 智能化

目前的分布式无人机的运动和战术决策主要是基于指挥中心遥控无人机完成的，分布式无人机本身不具有自主能力。通过提高分布式无人机的信息化程度和智能化处理，可提高无人机的自主飞行、侦察、干扰和自主决策能力，提高无人机的作战反应速度和作战效能。

(3) 小型化

电子对抗载荷较重，功耗较大，制约着分布式无人机系统的发展。在作战过程中，分布式无人机单平台无法搭载大功率电子对抗载荷对敌重点目标进行有效的侦察干扰。因此，电子对抗载荷设备的小型化是实现单平台电子对抗无人机高效完成各种任务的必由之路。

3 系统作战使用流程

电子战无人机已经成功应用于对敌防空压制、电子侦察、电子干扰等现代战场的各个方面。伊拉克战争中,美军在海湾地区共部署了大约39架无人机[10]，执行了包括侦察、电子干扰和监视等作战任务。在利比亚战争中，无人机不仅完成侦察、监视、电子干扰等作战任务，还完成了对地攻击任务。舰载分布式无人机电子干扰系统作战使用包括以下3个方面：一是对敌方反舰导弹实施干扰，降低末制导雷达对水面舰艇目标搜捕概率或诱骗导弹偏离攻击目标；二是对敌方作战飞机实施干扰，破坏机载火控雷达对我方舰艇的探测跟踪，使其无法进行导弹攻击；三是对敌方预警机实施干扰，破坏敌方预警雷达对我水面舰艇的搜索探测。系统的作战流程图如图6所示，作战使用流程如下：

(1) 无人机投放阶段：根据其它作战平台的数据链信息或母舰雷达探测的目标距离方位信息以及电子战系统(全频段侦察、高截获概率、高灵敏度和正确的威胁识别)侦察的雷达参数信息投放一定数量的无人机，无人机根据预设航路飞行至预定作战空域盘旋待机。位于主攻击方位的无人机通信单元开始工作，与母舰、其它无人机之间建立有效通信，其侦察干扰载荷开机进行侦察；其它无人机雷达侦察干扰载荷保持待机，只保持必须的通讯监听功能。

(2) 侦察定位阶段：位于主攻击方位的无人机执行雷达侦察任务，并与母舰保持实时通信，当接收到母舰威胁目标引导信息或侦察到威胁雷达目标时，协同不同位置上的多架无人机工作，侦察威胁雷达的方位、信号参数等信息，对敌方雷达进行实时位置解算，以便引导母舰或其它作战平台的精确武器对敌方威胁目标实施硬摧毁。

(3) 干扰实施阶段：每架无人机雷达侦察干扰系统使用智能组网技术按照预编程序一起进行分布式有源干扰，以小功率分布式有源干扰达到大功率干扰的作战效能。

(4) 无人机回收阶段：在完成母舰的防空反导任务后，根据战场作战任务需求，由母舰执行无人机的回收。

图6 舰载分布式无人机电子对抗系统流程图

4 电子对抗条件下的无人机系统效能评估

指标体系直接关系到效能评估的结果，科学、合理的指标体系是效能评估的基础。

4.1 无人机效能评估的特点

效能评估是反映所要评估对象的本质属性基础上抽象的结果。无人机效能评估的特点，主要包括以下4个方面：

(1) 不确定性。性能和效能是2个完全不同的概念，无人机的性能可以用精确的数字进行描述，而其效能却很难精确描述。

(2) 相对性。评估无人机的效能往往是在与其他型号飞机进行比较的基础上得出的结果，所以评估出来的效能只能是相对值。

(3) 时效性。无人机的性能在其使用寿命期间一般变化不大。但由于一些机型数据不能在第一时间精确掌握，那么以此计算出的评估结果往往会与真实结果存在偏差。

(4) 局限性。能效评估的方法多种多样，采用不同的评估方法会得到不同的评估结果，不同方法也适用于不同的评估对象。

4.2 指标分析

无人机系统在开始执行任务时的状态，在执行任务过程中的状态以及最后完成给定任务的程度，这三者共同构成了系统的效能。以此为基础构建了无人机效能评估指标体系，如图 7所示。

图7 无人机系统指标体系

(1) 可用性

无人机的可用性指标是对开始执行任务时状态的描述，指任一时刻系统处于正常工作的程度，常常用可用度来表示，该指标直接与飞机的效能有关，且可用度的衡量指标称为良好率。其主要包括：无人机系统的维修性以及可靠性。

(2) 可信性

无人机的可信性是对无人机作战过程中状态的描述，指在执行任务过程中系统处于正常工作状态的概率。对于需要长时间执行飞行任务的无人机，可信度对无人机的效能评估影响至关重要。对于在执行任务过程中可修复的系统，系统的可信性依赖于系统的可靠性和可维修性；对于在执行任务过程中不可修复的系统，系统的可信性仅仅依赖于系统的可靠性。其主要包括：无人机发生故障的概率和发生故障的平均时间。

(3) 功能性

无人机的功能性是对无人机作战过程中系统最后完成任务程度状态的描述，指系统在最后阶段完成给定任务的能力，是无人机系统的固有属性，依赖于分配给它的任务。在电子对抗环境下，无人机的个性能都有可能发生改变，从而影响整个系统的效能。通过采用特尔斐咨询法等方法，确定能力指标，主要有飞行能力指标、作战任务能力指标、任务控制能力指标、电子攻击能力指标。

5 结束语

由于现代雷达技术及抗干扰技术的迅速发展，使得传统的大功率集中式干扰机的作战效能大大降低，传统的点源干扰失效[1]。舰载电子战作战对象和作战需求不断发展，研究适应未来战场的电子战新装备已成为信息战胜负的关键。分布式无人机电子干扰系统解决了干扰功率大、电磁兼容性差与易被“反跟踪”等问题。战时及时投放舰载分布式无人机电子干扰系统，部署在被保护舰艇周围，能对敌末制导雷达实施有效干扰，保护舰艇免受导弹攻击。在未来的海上作战中,舰载分布式无人机电子干扰系统作战效能得以发挥，必将极大增强我海上舰艇的电子战能力。

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[8] 李楠,张振武.舰载无人机干扰载荷转发干扰技术研究[J].中国电子科学研究院学报，2014,9(4):335-338.

[9] 李强,张东辉,张宇.美国舰载无人机的装备及发展分析[J].舰船电子工程，2007,161(5):127-131.

[10]朱松,王燕.电子战无人机发展综述[J].航天电子对抗，2013,21(1):58-61.

Research into Electronic Jamming System of Shipborne Distributed UAV

CUI Ji-feng,XU Hong-qing

(Unit 91404of PLA,Qinhuangdao 066001,China)

Along with the rapid development of the anti-jamming technology for anti-ship missile radar,the campaign efficiency of traditional shipborne centralized high-power jamming equipment suffers severe trial.Distributed electronic jamming system of unmanned aerial vehicle (UAV) will play an important role in the ship air defence anti-missile for the flexible operation usage and effective jamming.This paper expatiates the composition principle and operation usage flow of shipborne distributed UAV electronic jamming system in detail,and puts forward the index of efficiency evaluation.

ship-bone unmanned aerial vehicle;electronic jamming;efficiency evaluation

2016-10-21

TN972

A

CN32-1413(2016)06-0013-06

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.06.003