无人机分布式干扰对舰载雷达的压制效能分析∗

杨立永

（中国人民解放军91336部队 秦皇岛 066000）

1 引言

电子战无人机已经成为今天能够完成侦察、监视、目标指示、战损评估的作战平台。在近几年爆发的几场典型高技术局部战争中，电子战无人机均发挥了重要作用。电子战无人机在信息化战争中具有重要的应用价值。无人机可用作电子干扰平台、装备雷达和通信对抗等电子干扰设备、直接飞抵敌舰艇编队上空执行干扰、压制任务，也可以用无人机直接投放无源干扰物（如箔条）或投掷式有源干扰机对敌方实施干扰、支援各种攻击机和轰炸机作战。本文主要对电子干扰无人机对舰载雷达实施分布式干扰的作战效能进行分析评估［3～5］。

2 无人机分布式干扰的优点

相比传统支援干扰模式，电子战无人机分布式干扰具有距离近、有效干扰扇面广、信号形式灵活、压制区域大等多优点［1］。传统支援干扰的电子战飞机由于其雷达反射截面积大、作战高度高、实施干扰距离远，容易被其他信息支援系统发现，容易被攻击。单部无人机实施干扰很难发挥无人机实施干扰的灵活性优势，难以达到预期干扰效果，容易被敌方雷达操作手发现，而无人机分布式干扰，因其干扰源数量较多，分布方式较为灵活，实施战法多样，加之雷达反射截面积较小，隐蔽性较高，不容易被发现。

电子战无人机分布式干扰最显著的优点是实施干扰时烧穿距离较近，又可深入抵近敌方雷达阵地，无人机成本较低，可装备数量很多，干扰信号很容易从雷达主瓣进入，有效解决了雷达实施副瓣对消、副瓣匿影等反干扰措施［2］。

在掩护目标作战过程中，无人机分布式干扰还可以采取较为多样的作战模式，干扰位置选定灵活，可以长时间巡航在敌方阵地周围实施不间断干扰压制，效费比较高，是一种非常有潜力的电子对抗方式［11］。

3 分布式干扰下舰载雷达探测性能模型分析

3.1 无干扰下雷达探测距离计算

雷达最大探测距离是衡量雷达探测能力的重要效能指标，通常表征为在确定的观测环境及规定的虚警概率和发现概率条件下雷达在天线波束最大增益方向上探测目标的距离，其大小主要取决于雷达向空间发射的射频能量、雷达接收机的灵敏度、雷达天线有效面积和目标的雷达截面积等。下面给出正常工作情况下的雷达探测距离计算模型。

假设舰载雷达发射天线与接收天线为同一天线，雷达发射功率为Pt，雷达收发天线增益为Gt，目标有效反射面积为σ ，雷达最大探测距离为Rmax，雷达波长为λ ，雷达最小检测信噪比为SN.min。只有雷达接收机输入端接收到的目标信号功率超过雷达最小可检测功率时，雷达才能够有效发现目标。超过这个距离，接收信号功率会进一步减小，目标检测概率会下降。雷达的最大探测距离可表示为［8］

式中，Kb为波尔兹曼常数，取1.38×10-23J/K ，T0是以绝对温度表示的接收机噪声温度，取T0=290°K 时，KbT0=4×10-21W/Hz，Δfr为雷达接收机带宽（Hz），Fn为噪声系数（dB），L 为系统损耗因子（dB）。

把SN⋅min定义为雷达发现概率等于0.9 时雷达接收机端内的功率信噪比，当虚警概率Pf=10-6时，由公式，可以算出

式中，n是一次扫描中的雷达视频脉冲积累数，有

其中，θα为雷达水平波瓣宽度，fr为雷达脉冲重复频率（Hz），Ω 为雷达天线扫描角速度。

3.2 干扰条件下雷达探测距离计算

雷达接收的目标反射回波随距离的变化而改变，这种变化关系可以用雷达方程来估算［6，12］:

式中，Pt为雷达发射功率（W），Gt为雷达发射天线增益（dB），Gr为雷达发射天线增益（dB），λ 为雷达发射信号波长（m），σ 为目标有效反射面积（m2），Lt为雷达系统损耗因子（dB），同一雷达的接收天线和发射天线共用一个，即Gt=Gr。则雷达接收到目标的回波功率为

雷达接收到干扰机辐射的功率为

式中，Pj为干扰机发射功率（W），Gj为雷达发射天线增益（dB），Lj为干扰机系统损耗因子（dB），γj为极化损耗因子（dB），Δfj为干扰机频谱宽度（Hz），Δfr为雷达接收机带宽（Hz），Rj为干扰机与雷达之间的距离（m），Gt( θ )为干扰机所对准的雷达天线副瓣增益（dB）。

根据干扰压制系数的定义:雷达接收到干扰信号的功率和雷达接收到回波信号的功率，在雷达接收机输入端的比值［7］，即

将式（5）、式（6）分别代入式（7）得

由上式可得，雷达受干扰后的探测距离为

雷达的系统损耗、干扰机的衰减不考虑，压制系数Kjt定为当虚警概率为10-6，探测概率为0.1 的雷达接收干扰信号功率与回波信号的比值。

3.3 天线方向图计算

针状波束的方位维波束和俯仰维波束具有同样的形状，一般采用髙斯平方或者辛克函数，髙斯近似的单方向电压增益函数为［6］

辛克函数近似的单方向电压增益函数为

其中θ0.5是主瓣的半功率波束宽度。单方向电压增益函数与功率增益函数的关系是

单方向增益函数应用于仅发射或者仅接收的情况。当收发共用一个天线，且同时考虑收发功能时，双向天线电压增益为

在仿真过程中，采用辛克函数作为雷达和干扰机的方位天线方向图。

3.4 约束性条件

雷达在进行目标探测时，受到大气衰减、地球曲率、电波折射或海杂波的影响，这些因素很大程度影响雷达的探测效能，文中选取了地球曲率作为约束性条件。

由于雷达一般工作在微波频段上，电波近似直线传播，故地球表面的弯曲会使雷达对目标的直视距离受到限制。雷达受地球曲率影响的直视距离为

式中，Rs为直视距离（km），Ha为雷达标高+天线高度（m），Ht为目标高度（m）。

综合上面作用距离计算公式可知，无干扰条件下对空警戒雷达对截面积为σ 的目标的实际探测距离是

4 仿真分析

根据上述理论分析可以看出，雷达在主瓣方向上的最大探测距离与雷达自身的性能、干扰机的干扰距离、干扰机的干扰效能和雷达的内部噪声有关，在干扰情况下将雷达主瓣旋转360°，再把每个方位的雷达最大探测点位置连接起来得出雷达最大探测范围。

为确定单架无人机和多架无人机干扰雷达情况下的干扰效果和暴露区，假设雷达的发射功率110kW，天线增益选择35dB，发射频率为3GHz，掩护目标的雷达发射截面积为10m2，接收机带宽为2MHz，不考虑电磁波的传播损耗和系统损耗。电子战无人机的干扰设备干扰功率为200W，考虑无人机在执行战术动作过程中，干扰波束指向偏离雷达一定的角度，假设天线增益为15dB，干扰带宽为50MHz，极化损耗为0.5。

4.1 单架电子战无人机实施干扰仿真分析

4.1.1 无人机与雷达相对位置关系

如图1 所示，攻击机群高度为Ht，距敌雷达之间的斜距为Rt；电子战无人机的高度为Hj，距敌雷达之间的斜距为Rj；攻击机群与电子战无人机到敌雷达之间的水平夹角为θ ，仰角分别为φt，φj。［9］如图所示雷达天线主瓣指向目标，而当无人干扰机以天线主瓣指向雷达，干扰能量大部分将由雷达副瓣进入雷达。

图1 单架无人机干扰示意图

4.1.2 仿真结果

无人机在距离雷达50km 处实施干扰，仿真结果如图2 所示，绿色虚线部分为实施干扰前雷达对掩护目标的最大探测距离，红色实线为无人机实施干扰后雷达对掩护目标的探测区域。由图中可以看出除无人机干扰方向外雷达的探测距离由125km 减少到75km，基本难以满足对攻击机的掩护任务，如果舰载雷达实施副瓣抗干扰等措施，由副瓣方向进入的干扰能量将大大减少，干扰效果主要体现在主瓣方向。由此可见单架电子战无人机实施支援干扰效果有限，由于无人机载荷的限制增大发射功率难以实现，考虑采用多架无人机实施分布式干扰。

图2 单架无人机对敌雷达干扰效果

4.2 电子战无人机实施分布式干扰仿真分析

4.2.1 无人机与雷达相对位置

由于新型舰载雷达的工作体制和抗干扰技术不断发展，使得单架电子战无人机干扰雷达形成的有效压制区域逐渐减小。在战术应用多采用多架无人机实施分布式干扰，载有电子干扰系统的无人机，按程序进入指定空域，在距离被攻击目标50 km～60km 的半径上围绕该目标作圆周飞行，以此来掩护攻击编队的突击［10］。

图3 无人机实施分布式干扰示意图

4.2.2 仿真结果

实施分布式干扰采用7 架无人机，在极坐标系中，设舰载雷达坐标为（0°，0km），假设7 架无人机搭载的干扰设备参数相同，坐标分别为（345°，50km）、（15°，60km）、（45°，50km）、（75°，60km）、（105°，50km）、（135°，60km）、（165°，50km），仿真结果如图4所示。

图4 七架无人机对敌雷达干扰效果

从上图可以看出，采用7 架电子战无人机实施分布式干扰，雷达对掩护目标群的最大探测距离由125km 减小到50km，多架干扰机对减小雷达最大探测距离的贡献不明显，当雷达采用副瓣抑制抗干扰措施时，即便将副瓣进入的干扰能量大大衰减，多架无人机的主瓣干扰效果仍然很明显，达到了对攻击机群的掩护目的。

5 结语

通过对单架和多架电子战无人机实施压制干扰进行建模分析，得出在电子战无人机实施压制干扰时，采用多架无人机实施分布式干扰战术效果明显。在图4 中，两架无人机之间的间距的采取上应当保证主瓣干扰无缝对接，建议在方位上根据敌方雷达的情报参数间隔布放，以增加压制干扰时的干扰扇面，分布式辐射信号可从雷达天线主瓣进入，信号不会受到低副瓣天线、副瓣匿影或副瓣对消的抑制，因而其干扰效率可比副瓣干扰机高。