反舰导弹末制导阶段面临干扰及靶场发展探讨
2019-11-11王国栋
王国栋
摘 要:各国大力发展干扰措施以规避反舰导弹对水面舰艇的重大威胁,使得抗干扰性能成为反舰导弹效能评估的重要指标之一。文章着重分析了反舰导弹末制导阶段面临的压制、冲淡、质心式干扰的基本原理并根据原理总结了各项干扰模式的战术应用准则,在此基础上对各种干扰的具体实现方式进行梳理,为导弹的试验鉴定、效能评估以及未来靶场建设和发展提供参考。
关键词:反舰导弹;抗干扰;战术应用准则;靶场
中图分类号:TJ760 文献标志码:A 文章编号:2095-2945(2019)28-0026-03
Abstract: Many countries have made great efforts to develop interference measures to avoid the major threat of anti-ship missiles to surface warships, so that anti-interference performance has become one of the important indicators of anti-ship missile effectiveness evaluation. In this paper, the basic principles of suppression, dilution and centroid interference in the terminal guidance stage of anti-ship missile are analyzed, and the tactical application criteria of various interference modes are summarized according to the principle. On this basis, the specific realization methods of all kinds of interference are analyzed, which provides a reference for the missile test evaluation, effectiveness evaluation and the construction and development of the shooting range in the future.
Keywords: anti-ship missile; anti-interference; tactical application criterion; shooting range
1 概述
自二戰以来,反舰导弹具备了高机动、高精度等优点,已成为舰艇的巨大威胁。命中精度是反舰导弹重创敌方舰艇的重要保证,但末制导阶段导弹的导引头存在着易受人为电子干扰的缺点[1,2]。对于现役反舰导弹末制导传感器所采用的主动式、半主动式以及被动式雷达,各国均大力研究相应的干扰措施。因此抗干扰成为了导弹效能评估的重要指标之一[3-5]。
评价导弹的抗干扰性能需对导弹面临的常见干扰手段具有一定了解,并在靶场试验鉴定时进行针对的试验。因此本文介绍了针对反舰导弹末制导阶段的常见干扰的基本原理和战术应用准则,对靶场进行抗干扰试验的应有条件和试验方案设计进行了探讨,对反舰导弹的试验鉴定、效能评估有一定借鉴意义。
2 干扰基本原理及战术应用准则
反舰导弹雷达是通过接收舰艇信号来定位目标位置,针对该过程进行干扰,根据其原理分类,可分为压制、冲淡、质心三种干扰模式[6]。
2.1 压制式干扰
2.1.1 压制式干扰原理
雷达对目标探测是在噪音背景下进行的,如果噪音过大,信号与噪音的比值(信噪比)低于导弹导引头的探测门限,使其不能正确分辨噪音中的信号,出现判断错误。压制式干扰即为通过提高背景噪音,遮盖或淹没舰艇信号,使导弹雷达无法接收目标信号,从而无法定位目标[7,8]。
2.1.2 压制式干扰战术应用准则
根据其原理分析,噪音式干扰释放应满足以下基本原则[8]:
(1)干扰器的频率应覆盖导引头的频率。
(2)干扰器应有足够高的功率使噪音强度远高于舰船信号强度。
(3)干扰器应具有探测或接收其他雷达信息功能,确认导弹来袭,及时开机。
(4)干扰器需自主探测或接收其他雷达信息,确认导弹来袭方向,噪音发射方向应对准导弹来袭方向。
(5)干扰器需持续工作一定时间,直至对抗结束。
2.2 冲淡式干扰
该方法原理较为简单,是在末制导雷达开机之前,在舰艇周边设置多个雷达假目标,冲淡目标的存在感,使雷达不能正确分辨舰艇,从而无法正确捕捉目标[9]。
根据其原理分析,冲淡式干扰释放应满足以下基本原则:
(1)假目标的释放应在反舰导弹雷达开机之前。
(2)假目标与舰艇在角度和距离上至少有一项处于导引头的不同探测单元内。
(3)假目标在方位上应位于雷达的搜索范围内。
(4)假目标必须有足够的持续时间。
2.3 质心式干扰
2.3.1 质心式干扰原理
质心式干扰的基本原理为通过特殊材料或干扰器形成的错误信号,在雷达的同一个分辨单元内形成假目标,由于假目标和舰艇位置较近,雷达会将两者作为一个目标处理,探测所得目标位置位于两者的能量质心处。通常假目标的雷达反射面积(Radar Cross Section, RCS)为舰艇的2-3倍[10],因此质心偏向于假目标一侧。随着时间推移,真假目标的在方位上逐渐拉开,当舰艇移出雷达导引头的探测单元时,雷达导引头丢失舰艇,跟踪上假目标,产生切割效应,达成质心干扰[11]。其机理如图1所示。
2.3.2 质心式干扰战术应用准则
根据其原理,质心式干扰释放应满足以下基本原则[9]:
(1)假目标与舰艇在方位上必须位于反舰导弹导引头的同一个分辨单元内。
(2)假目标释放后,舰艇应在方位上拉开,产生切割效应。
(3)假目标的RCS必须大于舰艇的RCS。
(4)假目标必须在空中持续一段时间。
3 干扰方式
在上述三种原理的基础上,各国发展出多种多样的电子干扰方式,按照干扰位置进行分类,可将干扰分为舷外干扰和舰载干扰;按照信号来源进行分类,可分为有源和无源干扰;按照干扰信号的原理分类,干扰可分为压制式干扰和欺骗性干扰[6]。本文将电子干扰分为舷外无源干扰、舷外有源干扰和舰载有源干扰三类。
3.1 舷外无源干扰
舷外无源干扰指舰艇向距离自身一定距离的位置发射一些特殊材料,扰乱电磁波的传播,从而掩护或遮盖自身的干扰方法。反舰导弹面临的此类干扰主要有箔条、角反射体和龙伯透镜反射器等。
3.1.1 箔条干扰
箔条干扰是舰艇在空间投放大量含金属的材料,在雷达电磁波的作用下,其中的金属产生感应,向四周辐射电磁波,产生假信号[11,12]。该方法一般采用质心式干扰,也可形成冲淡式干扰。
3.1.2 角反射器干扰
角反射器干扰[8,13]是利用角反射器具有较大RCS这一特性,以较小的设备模拟舰艇目标或增强背景噪音,使导引头判断错误。角反射器是基于镜面反射原理,入射电磁信号经三次反射后将原方向反射回去,使得较小的角反射器具有较大RCS。
角反射器干扰对各型雷达均可生效,合理放置角反射器可以提高背景噪音淹没舰艇信号,使信噪比低于导引头探测阈值,无法探测目标,形成压制干扰,也可以利用反射信号对导引头实施冲淡式干扰或质心式干扰。
3.2 舷外有源干扰
舷外有源干扰是将可发射信号的干扰机布置在附近,一般采用质心干扰原理,通过接收雷达信号并放大转发,诱偏反舰导弹。根据载体不同,可将舷外有源干扰分为悬停、拖曳、漂浮三种类型[14]。
3.2.1 悬停式舷外有源干扰
悬停式舷外有源干扰是将干扰机放在海平面上方,一般带有降落伞或其他动力装置。带伞式有源干扰一般通過箔条发射器发射,发射后降落伞打开,在海上飞行一段时间,持续进。该方法受气象条件影响较大,带有动力装置的有源干扰通过自带的小型火箭发动机发射,利用弹上设备飞行数分钟,不易受气象影响[14]。
3.2.2 拖曳式舷外有源干扰
拖曳式舷外有源干扰是将干扰机放置于舰艇拖曳的无人小艇上,该方法的优势在于对设备的体积、质量要求较为宽松,可长时间的连续大功率干扰,同时由于小艇的运动特性与目标舰艇一致,导引头很难从该方面分辨真假目标,且信号源处于舷外,可以真正实现诱偏[15]。
3.2.3 漂浮式弦外有源干扰
该方法将干扰机放置在海面上,布设方法类似于悬停式,通过箔条发射器发射,然后利用自带的火箭发动机进行推进,入水后自行展开天线组件,并接收并转发信号,产生干扰效果[16,17]。
3.3 舰载有源干扰
舰载有源干扰是干扰机位于舰艇上,利用假信息对反舰导弹雷达进行干扰。干扰方式可为噪音压制式干扰和欺骗式干扰。噪音压制式干扰已有介绍,不再赘述;欺骗式干扰是通过信号解析得出导引头的频率、波形等信息,然后将发射信号进行调制,形成回波脉冲模拟雷达回波,并加以修改,提供错误信息。根据假信号的修改方式,欺骗式干扰可分为距离欺骗干扰和速度欺骗干扰,需注意的是,在实际对抗过程中,以上手段多为共同使用,以提高对抗成功概率。
3.3.1 距离欺骗干扰
设反舰导弹雷达从发出信号至接收到回波的时间为t1,该方法是将调制后的回波脉冲延时,假设最终到达雷达导引头时间为t2,若干扰达成,则雷达导引头接收到信息后,会根据时间t2计算目标所在距离,从而在一定距离外形成假目标。该方法是舰载有源干扰的主要作用形式,其实现方法可分为三步,分别为停拖期、拖引期、干扰关闭期[18,19]。
(1)停拖期:干扰机接收到反舰导弹信号,调制出后马上发送与真实信号各参数基本相同、幅度加大的回波脉冲,并保持一定时间。此时干扰形成的假目标和舰艇位于同一分辨单元内,反舰导弹雷达认为其为同一目标。
(2)拖引期:停拖期结束后,干扰机每接收到一次信号,便适当延长发送回波的延迟,使雷达探测到的干扰信号形成的假目标逐渐离开舰艇的位置,直至雷达可分辨假目标和舰艇为两个目标。由于干扰信号强于舰艇反射信号,此时可达成质心干扰的切割效应,反舰导弹跟踪干扰机形成的假目标。
(3)干扰关闭期:当雷达搜索位置被干扰,从舰艇上拖引出一定的距离时,干扰设备关机,雷达导引头目标消失,雷达进入丢失目标后重新搜索的流程。
若重新搜索到目标,则再进入停拖期,若此时舰艇在雷达搜索范围外,则该导弹已无法对舰艇造成威胁。
3.3.2 速度欺骗干扰
速度欺骗干扰是通过多普勒效应达成,该效应是指物品辐射的频率会随着观测者和波源的相对运动而发生变化[20]。在反舰导弹与舰艇的对抗中,反舰导弹已知自身发射的雷达波频率,结合接收到的舰艇反射波频率可计算出舰艇的移动速度。根据该效应,干扰器在调制回波脉冲时,将脉冲的频率进行适当的增大或减小,即可达到速度欺骗的效果。
该方法实现形式与距离波门拖引近似,只是将脉冲延时改变为脉冲频率变化,最终效果为实现假目标质心干扰。
4 靶场发展需求
随着抗干扰性能成为了导弹效能评估的重要指标之一,作为导弹试验鉴定单位的靶场将越来越重视抗干扰性能的试验,从而对靶场的设备设施、人员能力提出了更高的要求。根据目前常见的干扰方法的原理、使用准则、实现方法,靶场应做出以下方面的努力。
4.1 干扰设备配置
目前国内外的干扰手段正处于迅速发展阶段,国内的干扰手段与美国、日本等国尚有差距[15,17]。在此背景下,靶场在以国内先进设备为考核手段的基础上,不能满足于以现有设备进行考核,而是应充分调研国外设备的基础性能参数,并与研发部门联合开展试验用干扰设备研制工作。在研制过程中,应根据干扰的原理和实施方法充分考虑试验与实战的差异,分析导弹和目标均为合作目标的情况下,如何做到在技术不够成熟的情况下,以牺牲部分干扰设备性能的代价,达到与实战相似的干扰效果,从而真正做到以实战为标准,高标准考核导弹性能。
4.2 试验方案设计
靶场人员应充分了解各干扰方法的使用限制和最优实现条件,以构建贴近真实的作战场景,考核导弹的实战化效果。与此同时,靶场人员应熟知反舰导弹雷达的性能与抗干扰手段,并针对性的选择严苛的干扰措施,如对于采用频率捷变技术的雷达导引头,应减少对压制式干扰的考核,重点对其抗弦外无源干扰的能力进行考核;对于主被动复合雷达的考核中,应避免舰载有源干扰的应用。
5 结束语
本文对反舰导弹末制导阶段面临的常见干扰方式的基本原理,战术应用准则以及具体实现方法进行了详细介绍,总结了靶场在进行抗干扰试验时的应有条件和试验方案设计努力方向,对反舰导弹的试验鉴定、效能评估有一定借鉴意义。
参考文献:
[1]王伟.浅析中国反舰导弹[J].Shipborne Weapons,2008(5):35-47.
[2]李相平,李亚昆,殷勇,等.现代反舰导弹面临的电子战环境与对策[J].舰船电子工程,2008(4):22-26.
[3]J. Michael, Madewell, Mitigating the effects of chaff in ballistic missile defense[J]. 2003 IEEE radar conference, 19-22.
[4]張光义.提高雷达系统抗干扰能力的一些措施[J].现代雷达,2001,23(1):1-7.
[5]张巨泉,李潮.频率捷变雷达抗干扰效能评估研究[J].航天电子对抗,2003(5):23-26.
[6]Neng-jing Li, Yi-ting Zhang. A survey of radar ECM and ECCM[J]. IEEE Trans on AES, VOL31, NO3, 1995.6:1110-1120.
[7]高静,杨甫,王嵛琦,等.单脉冲雷达导引头抗噪声干扰性能分析与验证[J].航空兵器,2005(5):33-37.
[8]陶本仁.防空导弹武器导引头的抗干扰仿真试验[J].航天电子对抗,2002(6):1-4.
[9]徐光耀,崔连虎,申军岭.舷外有源诱饵干扰反舰导弹导引头的效果分析[J].航天电子对抗,2013(2):4-6.
[10]聂永芳,姚奕,王春健.舰船箔条质心干扰作战使用方法研究[J].舰船电子工程,2011,31(12):35-39.
[11]付海波,来庆福,冯德军,等.基于惯导信息利用的反舰导弹雷达导引头抗干扰仿真研究[J].舰船电子对抗,2011,34(4):62-67.
[12]徐敬.箔条质心干扰对抗反舰导弹的决策仿真[J].系统仿真学报,2008,20(18):4831-4834.
[13]陈静.雷达无源干扰原理[M].北京:国防工业出版社,2009.
[14]董创业.基于DRFM的雷达干扰技术研究[D].西安:西安电子科技大学,2007.
[15]侯建军,等.美国海军武器装备手册[M].北京:解放军出版社,2000.
[16]黄宗辉,秦玉亮,李朝伟,等.单脉冲雷达导引头对抗投放式诱饵技术研究[J].现代防御技术,2008,36(1):100-104.
[17]邱鹏宇.反舰导弹复合导引头抗干扰性能仿真研究[D].长沙:国防科学技术大学,2005.
[18]胡文艳.利用多普勒效应抗距离波门拖引干扰的研究[D].武汉理工大学,2008.
[19]解凯,陈永光,汪连栋,等.距离波门拖引方案的分析建模与评估[J].系统工程与电子技术,2006,28(8):1158-1160,1163.
[20]王铁,陈波.基于DRFM的PD雷达速度欺骗干扰[J].电子对抗,2006(6):19-22,47.