无人机机载抛投式有源诱饵效能分析

2019-11-11

无人机 2019年9期

导读：无人机机载抛投式有源诱饵是一种新型自卫式有源干扰系统。通过抛投有源诱饵，可在一定时间内模拟载机的运动特性，利用全向天线接收雷达信号，对雷达信号进行存储调制、放大转发，产生射频干扰，使雷达无法稳定地跟踪无人机，提高了无人机的生存能力。在分析机载抛投式有源诱饵系统的组成、工作原理的基础上，对干扰信号储频调制转发效能进行了仿真，可对后续系统的研制提供一定的参考和借鉴。

现代空战环境中敌我双方在电磁空间中展开激烈的斗争，雷达对抗已然成为主角。随着先进雷达技术的迅速发展，传统的雷达对抗手段效能日趋下降，对无人机的战场生存力带来了巨大的威胁。在雷达对抗与反对抗激烈博弈的背景下，需要进一步提高无人机电子对抗能力。

如果雷达对飞机实现跟踪，意味着已经满足了导弹的发射条件，具有了对无人机摧毁性杀伤威胁。因此破坏敌方雷达对无人机的稳定跟踪可提高无人机的生存力。

目前针对雷达与导弹跟踪的对抗手段主要包括有源干扰、无源干扰以及机动手段，这些现有手段在对抗新体制雷达以及雷达制导导弹时存在很大的局限性：

(1) 机载有源干扰的局限性。随着各种新体制雷达的快速发展，雷达信号波形复杂多变，干扰设备难以侦测到雷达信号；同时雷达采用相参信号处理，对于干扰信号具有很好的抑制作用；另外，雷达具有主动被动跟踪工作模式，当检测到大功率干扰信号时，雷达将采用被动跟踪模式，实现对干扰源的稳定跟踪；并且采用单脉冲测角体制，使得单点源的有源干扰难以形成角度欺骗，因此机载有源干扰系统难以对雷达实施有效干扰。

(2) 机载无源干扰的局限性。目前，机载无源干扰主要是箔条干扰。箔条干扰只是被动的反射雷达辐射的电磁波，在投放后箔条运动特性与飞机差异较大，雷达能够轻易地将箔条干扰信号与战机回波信号区分开，实现对目标的稳定跟踪。

由此可见，传统的雷达对抗手段难以破坏先进体制雷达对飞机的跟踪，抛投式有源诱饵是一种新型雷达对抗手段，能够有效破坏雷达对无人机的稳定跟踪，大幅度提高无人机的战场生存能力。

系统组成

诱饵弹采用模组化设计，由前向天线、环向天线、诱饵体、折叠尾翼、后向天线等五部分组成，诱饵弹内部包含了射频信号收发模块、射频信号存储器、干扰产生器、电池等部分。

诱饵弹

诱饵弹飞行稳定装置采用尾翼稳定结构，当诱饵弹放入弹仓时，其尾翼收拢。当诱饵弹出仓后，尾翼依靠材料弹性展开。对于尾翼稳定的诱饵弹，质心在前，阻心在后，因空气阻力产生的稳定力矩会使诱饵的姿态趋于水平。诱饵弹在飞行过程，自动对来袭导弹雷达导引头实施有源诱偏干扰，使得来袭导弹偏离载机，以实现载机的自卫。诱饵弹体外形结构如图1所示。

为提高诱饵弹内部的结构空间利用效率，增强结构强度，诱饵弹内部模块采用圆饼状叠层设计模式。诱饵弹体内部由干扰产生模块、射频接收模块、射频发射模块、储频模块、电池模块等五部分组成。

图1 诱饵弹体外形结构示意图

射频接收、发射模块

弹射式自卫有源诱饵弹在干扰技术上，拟采用有源干扰体制，通过诱饵弹的收发天线侦收敌导引头信号，将信号进行有源复制，通过信号调制及功率放大后通过天线辐射出去，形成目标点迹，对敌来袭导弹雷达导引头实施有源干扰，扰乱其正常方位探测，阻止其对目标的跟踪捕获。

诱饵弹的射频接收模块主要接收前向、环向、向后天线的射频信号，经方位选通器进行收发信号方位选取，通过限幅放大、滤波、增益控制、功分等处理形成进入储频模块前的基准射频信号，一路用于射频信号存储，一路形成检波信号用于干扰波形控制产生电路。

诱饵弹的射频发射模块主要接收储频送出的干扰射频信号，经滤波、放大、功分等电路形成一路反馈延时信号及一路干扰发射信号，反馈延时信号通过单刀双掷开关再次进入接收通道形成基准射频信号，干扰发射信号则通过功率放大器及单刀三掷开关送入相应的发射天线，其组成框图如图3。

图2 射频收、发模块框图

天线模块

天线模块主要由前向天线、环向天线、后向天线组成，接收360°方位、俯仰空间内威胁信号，发射干扰信号。其方向图仿真结果如图3所示。

图3 天线方向圈

工作原理

抛投式有源诱饵的工作过程如图4所示。抛投式有源诱饵利用载机的干扰弹发射装置发射，利用诱饵的飞行能力模拟载机的运动特性，对雷达回波信号进行接收储频调制，实现有源欺骗干扰。

性能分析

飞行特性分析

为使诱饵弹具有良好的飞行稳定性，其稳定储备量必须至少在10%～30%，稳定储备量计算公式如下：

图4 机载抛投式有源诱饵工作过程

式中，xp为弹体阻力中心至弹顶的绝对距离；xs为弹体质心至弹顶的绝对距离；l为弹体的全长。

xp的计算公式如式(3) 所示：

式中，Yk为弹体引起的升力；xpw为尾翼引起的升力；xpw为尾翼中点至弹顶的绝对距离，依照诱饵弹结构，有xpw=19.32cm；Y为全弹的升力。

Yk、Ypw、Y的计算公式如方程组(3) 所示：

式中，Ck为弹体的空气阻力系数；Cpw为尾翼的空气阻力系数，；Sk为弹体的特征面积；Spw为尾翼的特征面积。

根据上述公式，在稳定储备量为25%时，计算得尾翼长度为18cm，诱饵弹具有更高的稳定储备量，在高空飞行中更加稳定。

当诱饵被释放后，可对诱饵的飞行距离进行估算。

在水平方向，诱饵受空气阻力的影响，其运动方程如式(4) ：

空气阻力计算公式如下：

在竖直方向，诱饵受空气阻力和重力的影响，其运动方程如下：

取战斗机的飞行速度为320m/s，诱饵的发射速度为40m/s，空气密度为0.2265kg/m3，空气阻力系数Cx为1.0，Cy为0.8，诱饵质量为1kg。积分得：

横向距离差为

图5 诱饵与载机的总距离z随时间的变化关系

干扰效能分析

光纤储频的信号存储方式可分为三种：全脉冲储频、示样脉冲储频和准示样脉冲储频。

全脉冲储频方式是当输入信号脉冲宽度小于储频电路的最大可储频信号长度时，储频电路将输入信号的所有信息完整的储频下来，可以达到输入与输出直接的频率误差接近为零，保证输入与输出信号之间的相干性。但是全脉冲储频方式在建立储频阶段，需要覆盖输入雷达信号的最大脉宽，因此其所需的储频时间非常长，在希望及时发射干扰信号时，很难做到收发隔离。

图6 示样及准示样储频模式图

示样脉冲储频方式是当存在雷达信号输入时，系统对其进行截取一段并储存的储频方式。由于对输入信号进行了截取，因此用于存储的信号长度较短，但是由于截取得到的信号宽度很难做到同输入信号周期成整倍关系，所以被截取的脉冲首尾相位很难连续，这将造成系统输出产生相位差。另外，示样脉冲储频方式往往只能用于频率恒定的信号，当输入信号是调制过的信号(如线性调频信号或相位编码信号等) 时，截取得到的信号会丢失一部分原信号的调制信息，此时储频电路输出的信号同原雷达信号有较大差别，敌方雷达很容易识别出干扰信号。

准示样储频方式是通过对输入信号的间歇采样及间歇发射信号，有效地避免了全脉冲储频中收发无法隔离的问题。储频电路接收信号时，将设备的发射端断开，接收天线同储频电路相连，这样可以有效地避免发射端的旁路对接收信号的影响；当电路发射时，将设备的发射端同接收天线相连，并与储频电路断开，防止高功率的发射信号对储频信号产生影响。光纤储频在使用这种方式时，将储存几段时间内的输入信号，提高了储频信号及后期的干扰信号同接收到的敌方雷达信号的相干性，而且可以通过调节矩形窗的宽度来控制每次的采样时间，来保证储频信号可以获得较小的延迟时间。