多路径效应对舰载自卫干扰效能的影响

王 斌,刘春生,卢义成

(电子工程学院，安徽 合肥 230037)

多路径效应对舰载自卫干扰效能的影响

王 斌,刘春生,卢义成

(电子工程学院，安徽 合肥 230037)

考虑海面多路径效应，建立舰载有源自卫干扰压制区模型，定义了跟踪误差干扰度，用来衡量多路径效应下舰载有源自卫干扰对反舰导弹末制导雷达的干扰效能，考虑海杂波的影响，选取适当指标衡量舰载箔条质心干扰的干扰效能，并以舰载有源自卫干扰效能评估为基础，分析了多路径效应下有源无源复合干扰的干扰效能，通过示例，验证了模型的有效性。

多路径效应；跟踪误差干扰度；舰载自卫干扰

0 引 言

水面舰艇的主要威胁来自各类反舰导弹[1]。舰载自卫干扰可以分为有源自卫干扰和无源自卫干扰，其任务是通过有源或无源手段对敌反舰导弹的末制导雷达实施干扰，减小反舰导弹的命中概率，从而增强我水面舰艇的生存能力[2]。

本文从单艘舰艇对反舰导弹末制导雷达实施自卫干扰的角度出发，建立相关计算模型并研究了有源自卫干扰、无源自卫干扰以及有源无源复合干扰的干扰效能。

1 舰载有源自卫干扰的效能评估

1.1 舰载有源自卫干扰压制区

水面舰艇对敌反舰导弹实施有源自卫干扰时一般采用压制性干扰。由于反舰导弹会利用地球曲率而采取低空突防，于是反舰导弹飞行高度的降低就导致了多路径效应对舰载有源自卫干扰的干扰效果产生较大影响。多路径效应是指由于海面对电磁波的反射，使得电磁波在目标处出现直射波与反射波相互干涉的现象。舰载有源自卫干扰反舰导弹末制导雷达示意图如图1所示。

对反舰导弹末制导雷达实施舰载有源自卫干扰时，舰载干扰设备与末制导雷达之间的距离等于雷达与舰艇之间的距离，末制导雷达在舰艇和舰载干扰设备方向的天线增益相等。于是考虑多路径效应，进入到末制导雷达接收机输入端的干扰信号功率为：

(1)

(2)

末制导雷达接收机输入端的干信比为：

(3)

根据干扰方程[3]便可得到舰载有源自卫干扰的压制区。

1.2 舰载有源自卫干扰对反舰导弹末制导雷达的干扰效能

由式(3)得出的干信比，可以得到末制导雷达接收机输入端的信干比为：

(4)

根据上式，可以求出压制性干扰条件下末制导雷达的距离跟踪误差和角度跟踪误差[4]。压制性干扰条件下末制导雷达的距离跟踪误差为：

(5)

式中:S/J为末制导雷达接收机输入端的信干比；N为脉冲积累数；k为玻尔兹曼常数；s1为拟合常数。

压制性干扰条件下末制导雷达的角度跟踪误差εBJa为：

(6)

式中:θ0.5为末制导雷达半功率波束宽度；s2为拟合常数。

定义距离跟踪误差干扰度和角度跟踪误差干扰度为考虑多路径效应时的末制导雷达的距离跟踪误差和角度跟踪误差与不考虑多路径效应时距离跟踪误差和角度跟踪误差之比，用跟踪误差干扰度来反映压制性干扰对末制导雷达的干扰效能。于是得到其计算模型为：

(7)

式中:εd为不考虑多路径效应时末制导雷达的距离跟踪误差；εa为不考虑多路径效应时末制导雷达的角度跟踪误差；μd为压制性干扰对末制导雷达的距离跟踪误差干扰度；μa为压制性干扰对末制导雷达的角度跟踪误差干扰度。

2 舰载箔条自卫干扰的效能评估

箔条在用于干扰反舰导弹时通常有4种使用方式[5]：冲淡干扰、质心干扰、迷惑干扰和转移干扰。在实际中应用较多的方式是质心干扰，这也是本文讨论的重点。

2.1 舰载箔条质心干扰对单脉冲末制导雷达的干扰效能

如图2所示，水面舰艇检测到反舰导弹末制导雷达的开机信号，立即发射箔条弹对其进行干扰，反舰导弹开始跟踪水面舰艇与箔条云的能量反射中心O；经过一段时间后水面舰艇继续向前机动，箔条云的速度与环境风速和重力加速度有关，此时箔条云速度远小于导弹的速度，可近似认为箔条云位置不变，水面舰艇与箔条云的能量反射中心为O′，水面舰艇与箔条云相对于反舰导弹的张角为θ。随着导弹的逼近，θ越来越大，当θ与末制导雷达的主瓣波束宽度相等时，雷达可以分辨出水面舰艇和箔条云，并选择一个进行跟踪。

采用悲观准则，假设反舰导弹以最大过载飞向水面舰艇，由图2中的几何关系，根据正弦定理，反舰导弹与水面舰艇和箔条弹的距离分别为：

(8)

(9)

式中：Rt,Rj为反舰导弹与水面舰艇和箔条弹的距离；D为水面舰艇和箔条弹的距离；ψ为导弹相对于水面舰艇的来袭方向。

同理，反舰导弹与能量反射中心之间的距离R为：

(10)

此时水面舰艇与能量反射中心之间的距离，即箔条云的诱偏距离DR的计算模型为：

(11)

忽略接收机热噪声，考虑海杂波的影响后反舰导弹末制导雷达接收机输入端的干信比为：

(12)

式中：PC为箔条云的回波功率；Csea为进入反舰导弹末制导雷达接收机输入端的海杂波功率；ηsea为海杂波抑制因子；Ps为水面舰艇的回波功率。

反舰导弹以最大过载方式飞向水面舰艇的修正距离ηR为：

(13)

式中：g为重力加速度；Lmax为反舰导弹最大过载；vm为导弹速度与水面舰艇速度的矢量和。

于是通过式(11)和式(13)可以得到修正后的箔条云对反舰导弹的诱偏距离即末制导雷达的距离跟踪误差的计算模型为：

(14)

根据余弦定理得到末制导雷达的角度跟踪误差的计算模型为：

(15)

2.2 舰载箔条质心干扰对脉冲多普勒(PD)末制导雷达的干扰效能

箔条云的形成可以分为2个阶段：一是箔条被发射并抛洒阶段，在此阶段箔条可以近似为只有水平运动，且速度很快，但是持续时间很短；二是箔条散开形成箔条云阶段，此阶段箔条在风力和重力的共同作用下运动，形成一定的多普勒频移，由于箔条云是由许多箔条形成的，不同箔条的运动速度之间有一定的差别，因此此时箔条云的多普勒频谱还存在一定的展宽。假设箔条云与水面舰艇同时处于敌PD雷达的主瓣波束内，箔条回波在多普勒雷达频谱中的位置示意图如图3所示。

如图3所示，当箔条云在PD雷达主瓣波束内的时候，箔条云的回波主要集中在主瓣杂波区域，而PD雷达会采取一定的手段在主瓣杂波区对主瓣杂波达到40dB以上的抑制效果。而PD雷达对于迎头目标，目标回波落入无杂波区中；对于尾追目标，目标回波落入旁瓣杂波区中。通过以上分析可以发现，当敌PD雷达与我水面舰艇形成迎头态势时，箔条干扰对PD雷达几乎没有影响；当敌PD雷达与我水面舰艇形成尾追态势时，箔条回波将对PD雷达的目标检测和跟踪造成一定的干扰，箔条回波功率相对于目标回波功率越大，干扰效果越好，这就需要我方水面舰艇要有很大的箔条弹载弹量，并且在水面舰艇执行突防任务或在与敌方飞机进行空中格斗时，一般不会出现尾追状态。

综上所述，在对PD末制导雷达使用箔条干扰时存在以下不足：一是箔条发射阶段，虽然箔条具有很大的运动速度，但与水面舰艇距离小，并且有效雷达反射截面积小；二是在箔条扩散形成箔条云阶段，虽然有效雷达反射截面积增大，但箔条云的运动速度相对于水面舰艇速度来说较小，多普勒频移有限，且与风速有关，随机性大；三是箔条回波落入主瓣杂波区域，被PD末制导雷达严重抑制。因此，需要采用有源无源复合干扰的方法来提高箔条对PD末制导雷达的干扰效果。

3 舰载有源无源复合干扰的效能评估

针对传统箔条质心干扰在对相参雷达特别是PD雷达实施干扰时干扰效果不好、干扰效能过低的问题，使用有源干扰来提高箔条质心干扰的效能。利用机载侦察设备或雷达告警设备来获得来袭导弹末制导雷达的跟踪信号，从而调制机载干扰设备的干扰射频信息；将干扰信号经干扰天线照射到箔条云上，再经过箔条云的散射作用，最后作用于来袭导弹末制导雷达。

末制导雷达接收到的回波功率由三部分构成：一是目标回波功率；二是箔条云直接反射的回波功率；三是经箔条云散射的有源干扰信号的干扰功率。但是在考虑多路径效应后经箔条云散射的有源干扰信号的干扰功率将会发生变化。

考虑多路径效应后经箔条云散射的有源干扰信号的干扰功率修正为：

(16)

式中：σc为箔条云有效反射截面积，可根据文献[6]求得；d为箔条云与水面舰艇之间的距离。

再考虑海杂波的影响，忽略接收机热噪声，反舰导弹末制导雷达接收机输入端的信干比修正为：

(17)

复合干扰条件下，反舰导弹末制导雷达的距离跟踪误差εBJd和角度跟踪误差εBJa由式(5)与式(6)求得。

4 示例分析

假设舰载有源自卫干扰的干扰功率为1 000W，干扰增益为34dB，干扰带宽为800MHz，干扰天线架高20m，水面舰艇的有效反射截面积为100m2；反舰导弹末制导雷达发射功率为150kW，天线增益为27dB，工作频率为9GHz，工作带宽为2MHz，半功率波束宽度为1.5°。考虑多路径效应的影响，雷达接收机输入端干信比随距离变化的仿真结果如图4所示。

从图4中可以看出，多路径效应会导致：(1)随水面舰艇与反舰导弹之间距离的变化，导弹末制导雷达接收机输入端干信比呈周期性起伏，导致多路径效应影响下干信比可能大于不考虑多路径效应时的干信比，也可能相对较小；(2)随反舰导弹的高度降低，干信比的起伏周期变大。

有源自卫干扰下末制导雷达距离跟踪误差的仿真结果如图5所示。从图5可以看出：由于多路径效应的影响，随水面舰艇与反舰导弹之间距离的变化，末制导雷达的距离跟踪误差呈周期性起伏，导致多路径效应影响下距离跟踪误差可能优于不考虑多路径效应时的距离跟踪误差，反映在图5(b)中就是误差干扰度大于1；也可能相对较差，反映在图5(b)中就是误差干扰度小于1。当水面舰艇与反舰导弹之间距离16km时，由于多路径效应的影响，末制导雷达的距离跟踪误差为1 145.6m，距离跟踪误差干扰度为1.41。末制导雷达角度跟踪误差的仿真结果也可得出相似的结论。

箔条质心干扰下末制导雷达跟踪误差仿真结果如图6所示。从图6可以看出：随箔条云与水面舰艇之间距离的增加，末制导雷达的距离跟踪误差先增大后减小，在距离1 510m时误差达到最大，为750.5m；在图中所示二者之间距离范围内，末制导雷达的角度跟踪误差单调递减。

复合干扰下末制导雷达距离跟踪误差仿真结果如图7所示。从图7可以得出与图5相似的结论，但与图5相比，在相同距离上复合干扰条件下的距离跟踪误差大于有源自卫干扰条件下的距离跟踪误差，角度跟踪仿真结果也能够得到相同的结论。在距离16km时，复合干扰条件下的距离跟踪误差为1 741m，距离跟踪误差干扰度为1.35。比较图7和

图5发现：与有源自卫干扰相比，复合干扰对末制导雷达的干扰效果好。

5 结束语

文章建立了舰载有源自卫干扰、无源自卫干扰和复合干扰等3种干扰样式对反舰导弹末制导雷达的干扰效能模型，定义了跟踪误差干扰度，分析了多路径效应对干扰效果的影响，为多路径效应下舰载自卫干扰效能的评估提供了理论支撑，为舰载自卫干扰技术的研究提供了一定参考。

[1] 胡生亮,贺静波,李胜勇.反舰导弹末制导雷达参数的箔条冲淡干扰布阵[J].火力与指挥控制,2007,32(8):68-51.

[2] 贾慧,陈望达.舰载有源干扰在反导防御作战中的战术运用[J].现代防御技术,2013,41(1):88-91.

[3] 邵国培,曹志耀,何俊,等.电子对抗作战效能分析原理[M].北京：解放军出版社,2013.

[4] 张建伟,黄树彩.压制性噪声干扰对反导导弹末制导精度的影响[J].现代防御技术,2010，38(3):35-38.

[5] 李金梁.箔条干扰的特性与雷达抗箔条技术研究[D].长沙：国防科学技术大学,2013.

[6] 杨哲,李曙林,周莉,等.机载自卫压制干扰和箔条干扰下飞机生存能力研究[J].北京理工大学学报,2013,33(4):375-379.

Influence of Multipath Effect on Shipboard Self-protection Jamming Effectiveness

WANG Bin,LIU Chun-sheng,LU Yi-cheng

(Electronic Engineering Institute,Hefei 230037,China)

Considering the multipath effect of sea surface,this paper sets up the model of shipboard active self-protection jamming blanketed zone,defines the tracking error interference degree to measure the jamming effectiveness of shipboard active self-protection jamming to the terminal guidance radar of anti-ship missile under multipath effect,considering the influence of sea clutter,selects appropriate index to measure the jamming effectiveness of shipboard chaff centroid jamming;and taking shipboard active self-protection jamming effectiveness evaluation as the foundation,analyzes the jamming effectiveness of active/passive complex jamming under multipath effect,validates the validity of the model through an example.

multipath effect；tracking error interference degree；shipboard self-protection jamming

2016-07-05

TN972;TN973.21

A

CN32-1413(2017)01-0018-05

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2017.01.004