机载干扰训练装备等效映射方法

王柏杉

(解放军91404部队,河北 秦皇岛 066001)

机载电子进攻装备是未来海战的主要空中电磁威胁源,也是电子对抗训练的重点装备。EA-18G电子战飞机挂载AN/ALQ-99F干扰吊舱作为远距离支援干扰装备,是目前美军机载干扰功能最强的电子进攻武器。利用EA-18G电子战飞机模拟机载电子进攻是实战化训练的重要内容。然而,EA-18G电子战飞机全武器系统非常庞大,要想等比模拟难度非常大。因此,本文利用训练先验信息,采用非对称设计和战场位移转换等技术手段,运用机载电子进攻训练装备等效模拟EA-18G电子战飞机在不同距离上的干扰能力,为真实模拟敌方机载电子进攻装备干扰效能提供一条途径。

1 机载电子进攻训练装备模拟的技术难题

1.1 EA-18G电子战飞机进攻能力

EA-18G电子战飞机是在F/A-18E/F“超级大黄蜂”战斗攻击机的基础上为美国海军改装研制的舰载电子战飞机,主要用于电子战支援和空中电子攻击,可执行雷达干扰、通信干扰、敌防空摧毁、电子监视和信号情报侦察等任务,同时保留了F/A-18F战斗攻击机的全部作战能力[1]。

EA-18G电子战飞机具有十分强大的电磁攻击能力。凭借AN/ALQ-218(V)2战术接收机和新型AN/ALQ-99F干扰吊舱,EA-18G电子战飞机可以高效地执行对地空导弹雷达系统的压制任务。通过分析干扰对象的跳频图谱自动追踪干扰对象的发射频率,对辐射源进行精确定位,实现电磁频谱领域的“精确打击”。EA-18G电子战飞机可以有效干扰160 km外的雷达和其他电子设施,超过任何现役防空火力的打击范围。

1.2 机载电子进攻训练装备模拟EA-18G电子战飞机的技术难度

EA-18G电子战飞机电子进攻能力十分强大,因此很难利用机载电子进攻训练装备完全模拟该飞机的电子进攻能力。具体表现在以下几个方面:

(1) 飞机平台不兼容

EA-18G电子战飞机采用美军F/A-18E/F舰载多功能战斗机,具有11个挂点,有很强的隐身性能。目前国内还没有类似的飞机平台,因此机载电子进攻训练装备在平台选型上很难实现等比模拟。

(2) 干扰吊舱频段宽广

AN/ALQ-99F干扰吊舱覆盖的通信、雷达频段的干扰范围为0.064～18.000 GHz,全频段干扰时可同时挂5个干扰吊舱,翼尖还挂2个AN/ALQ-218(V)2战术接收机吊舱,装备数量庞大,在训练装备上要想全功能模拟实现难度很大。

(3) EA-18G电子战飞机装载的AN/ALQ-218(V)2战术接收机侦察系统具有“透视”功能

该侦察系统在实施全频段干扰时仍能进行电子监听(包括雷达和通信),是目前世界上唯一具备此项功能的装备,因此在机载电子进攻训练装备上很难模拟此功能。

(4) 干扰机发射功率大

AN/ALQ-99F干扰吊舱有效辐射功率达到100 kW,主要用于随队干扰和远距离支援干扰。机载电子进改训练装备受空间以及供电能力的限制,很难达到此功率水平。

由此可见,要想一比一地模拟EA-18G电子战飞机的全部干扰能力是不现实的。对于电子对抗干扰训练受训方来说,关注点在于训练装备最终实现的干扰效果,至于采用何种技术手段都是次要的。因此,在训练装备保障上采取一系列措施和手段实现EA-18G电子战飞机的干扰效果即可,而不必拘泥于完全采用EA-18G电子战飞机的技术手段。

2 侦察干扰能力的非对称设计

机载电子进攻装备的雷达干扰能力主要体现在侦察的准确性和干扰效果的时效性上。对EA-18G电子战飞机来说,主要取决于AN/ALQ-218(V)2战术接收机和AN/ALQ-99F干扰吊舱的技术性能。由于在训练装备上无法完全采用原型装备的技术手段,因此可以尝试采用基于先验信息和战场位移转换的非对称设计手段来真实模拟EA-18G电子战飞机的干扰能力。

2.1 侦察能力等效的解决措施

2.1.1威胁目标信息参数提前预装订

EA-18G电子战飞机采用独立的AN/ALQ-218(V)2战术接收机进行信息情报侦察,通过分析干扰对象的跳频图谱自动追踪干扰对象的发射频率[2]。此外,美军具有强大的信息情报资源,使得EA-18G电子战飞机对干扰对象信息参数掌握十分准确。在电子对抗干扰训练中只凭训练装备自身性能完成威胁目标信息参数的侦察和测量任务,是很难达到EA-18G电子战飞机技术水准的。因此,在对抗训练中可以充分利用导演部的已知信息,把干扰对象的具体参数信息直接预装订到训练装备数据库中,在动态测量时再进行针对性地动态调整。利用威胁目标信息参数的预装订功能,可以模拟AN/ALQ-218(V)2战术接收机的精确测量和美军强大的情报收集能力。

2.1.2侦察距离动态调整

EA-18G电子战飞机可有效干扰160 km外的雷达装备,尤其在防区外压制性支援干扰时,干扰距离会更远。训练装备侦察机系统灵敏度的映射问题可以采取以下2种方案来解决:

(1)缩短训练装备侦察距离。根据EA-18G电子战飞机的干扰距离计算出映射的训练装备侦察距离,当小于EA-18G电子战飞机的干扰距离时,就可以在对抗训练航路规划时缩短侦察距离,以弥补侦察系统灵敏度低的问题。

(2)威胁目标信息参数直接装订引导。当映射的训练装备侦察距离大于EA-18G电子战飞机的干扰距离时,就无法采取缩短距离的方式来解决。此时,在训练装备上可以采取强制干扰的方式,充分利用导演部的调节功能,将威胁目标信息人工装订来引导干扰装备,利用导演部先验信息模拟训练装备的侦察引导功能。

2.1.3威胁方位及时引导

EA-18G电子战飞机采用“长基线干涉仪测量法”对辐射源进行精确定位,实现了电磁频谱领域的“精确打击”[2]。训练装备一般采取区域扇面测向,干扰波束很难对准威胁目标,导致干扰精准性差。为充分发挥干扰资源,在干扰训练时可以利用导演部的已知信息,将干扰目标的位置信息实时传输给干扰训练装备,利用位置信息来引导干扰指向,达到精准干扰的目的。

2.2 干扰手段等效解决措施

(1) 干扰参数预装订

EA-18G电子战飞机作战方式主要采取防区外支援干扰和随队伴随干扰,干扰样式主要有瞄准式干扰、双频干扰、扫频干扰和噪声干扰等。从干扰样式角度,训练装备可以模拟AN/ALQ-99F干扰吊舱功能样式,针对不同的干扰对象,在训练前将相应的干扰样式预装订到训练装备上。为检验不同样式的干扰效果,还可以随时进行干扰样式动态调整。

(2) 战场位移转换

EA-18G电子战飞机主要做防区外支援干扰,对160 km外的雷达目标实施压制性干扰。在进行干扰训练时,由于训练装备的干扰有效辐射功率以及载机的雷达散射截面积与EA-18G电子战飞机不同,导致在同等战场空间两者形成的干扰效果并不一致。干扰训练追求的是等效映射的同等干扰效果,因此可以采用战场位移转换的方法,利用空间的变换来抵消干扰有效辐射功率和雷达散射截面积不同造成的影响,最终达到干扰效果等效的目的。

3 仿真验证

对于机载电子进攻训练装备,采用非对称设计进行EA-18G电子战飞机干扰效果等效。由于影响干扰效果的因素很多,因此采取控制变量法进行仿真验证。

通过导演部的干预,训练装备的侦察识别、灵敏度控制、方位引导以及干扰参数预装订等功能与EA-18G电子战飞机一致。由于2套装备的干扰有效辐射功率以及载机雷达散射截面积不同,因此需要进行战场空间转换。

通过雷达干扰方程[3]可知

(1)

式中:Pj为干扰机功率;Gj为干扰机天线增益;Pt为雷达发射峰值功率;Gt为雷达天线增益;R为载机平台(挂干扰源)与雷达目标之间的距离;A为载机雷达散射截面积;γ为极化损耗系数;ΔBr/ΔBj为雷达接收机带宽与干扰信号带宽之比;Ka为干信比,即雷达接收到的干扰信号功率和目标回波信号功率的比值;kt为雷达压缩处理增益。

由式(1)可推导出不同干信比时所对应的干扰距离,如下所示:

(2)

假设,EA-18G电子战飞机采取一系列措施降低雷达反射面积,前向雷达散射截面积为3 m2,挂载的AN/ALQ-99F干扰吊舱有效辐射功率为100 kW。

干扰训练时,假设被干扰的雷达目标采用全相参、数字脉冲压缩体制,发射机的功率为53 kW,天线增益为37 dB,接收信号带宽为10 MHz,脉冲压缩比为40。

机载电子进攻训练装备载机前向雷达散射截面积为20 m2,干扰吊舱有效辐射功率为50 kW。

在计算干扰距离时,假设干扰信号全部进入雷达接收机带宽,即ΔBr/ΔBj值取1,极化系数γ取0.5。

通过式(2)可以推导出相同干信比时,2个干扰机所对应的干扰距离,如图1所示。

图1 干扰距离与干信比关系Fig.1 Relationship between jamming distance and jamming-to-signal ratio

EA-18G电子战飞机形成的干信比

(3)

训练装备形成的干信比

(4)

当2个干扰机形成的干信比相同(Ka18=Kax)时,即此时2个干扰机形成的干扰效果等效,2个干扰机的干扰距离对应关系为

(5)

当2个干扰机的有效辐射功率以及搭载平台确定后,干扰距离对应关系也就确定。

例如,EA-18G电子战飞机AN/ALQ-99F干扰吊舱有效辐射功率为100 kW,飞机前向雷达散射截面积为3 m2,载机电子进攻训练干扰吊舱有效辐射功率为50 kW,载机前向雷达散射截面积为20 m2,由此可计算出2个干扰机的干扰距离对应关系为

Rx=3.65R18

(6)

2个干扰机干扰距离对应关系如图2所示。

图2 EA-18G电子战飞机和训练装备干扰距离映射关系Fig.2 Mapping relationship of jamming distance between EA-18G aircraft and training equipment

从式(5)可以看出,2个干扰机相对同一个雷达目标的干扰距离映射关系只与干扰有效辐射功率和载机雷达散射截面积有关,而与干扰对象无特定对应关系。当训练装备确定后,对应关系也就确定了。从式(6)和图2可以看出,EA-18G电子战飞机和训练装备干扰距离之间成线性关系,当想模拟EA-18G电子战飞机在122 km的干扰效果时,训练装备就要将航路规划到411 km处。映射距离偏远是由训练装备干扰有效辐射功率偏小和载机雷达散射截面积过大造成的,要想缩短距离,就要增大干扰有效辐射功率,因此选择雷达散射截面积特性偏小的载机。

4 结语

在进行战场位移转换仿真验证时采用控制变量法,假设除干扰有效辐射功率和载机雷达散射截面积变化外,训练装备和EA-18G电子战飞机的其他因素都相同。在实际应用中,EA-18G电子战飞机的干扰机理尤其是干扰参数无法准确掌握,造成训练装备模拟时只是近似等同,但细微差别不会影响最终结果,可在映射推导时加以修正。通过非对称设计,为EA-18G电子战飞机的干扰效果映射模拟提供了一条新的思路。

参考文献:

[1] 《世界飞机手册》编写组.世界飞机手册[M].北京:航空工业出版社,2011.

Editing Group for World Aircraft Handbook.World aircraft handbook[M].Beijing:Aviation Industrial Publishing House,2011.

[2] 邱蜀林.当代美国军队武器装备[M].北京:国防大学出版社,2013.

QIU Shulin.Modern USA’s military weaponry and equipment[M].Beijing:National Defense University Press,2013.

[3] 林象平.雷达对抗原理[M].西安:西北电讯工程学院出版社,1985.

LIN Xiangping.Theory of radar countermeasure[M].Xi’an:Northwest Telecommunication Engineering College Press,1985.