主被动复合体制反舰导弹导引头干扰技术研究

王 卫，陆伟宁，唐 莽，陈 飞，王 鑫

（中国航天科工集团8511 研究所，江苏 南京210007）

0 引言

海战场是世界各国争夺的主战场之一，而反舰导弹是现代海战不可或缺的制胜利器。随着反舰导弹作战性能、抗干扰性能的不断提高，其对海面舰船的威胁也日益增加[1-2]。在此过程中，反舰导弹导引头也由单一体制朝着多模复合制导体制发展。相比于单一体制导引头无法避免的固有缺陷和局限性，多模复合体制导引头可以充分发挥各模式的优点，实现性能互补，大大提高了导引头的环境适应性和作战效能。20 世纪70 年代中期，美国开始研制红外/紫外双模导引头，后期前苏联开始研制主/被动复合体制反舰导弹，其典型代表为“白岭”超声速导弹。从20 世纪90年代开始，美国开始广泛研究毫米波/红外多模导引头和雷达多模制导技术，包括雷达多频段多模导引头以及主/被动复合体制导引头[3]。进入21 世纪，面对日益复杂的电磁威胁环境，为了适应远距离探测、提高导引头的抗干扰能力和作战性能，主/被动体制导引头越来越广泛地运用到反舰导弹中，通过主动制导、被动制导2 种模式测得数据的融合与交互，导引头抗干扰能力、探测精度、命中概率显著提高，如何有效地对抗主/被动复合导引头是各国海军亟需解决的问题。本文针对主/被动复合体制的导引头，提出了转发式箔条干扰和舷外有源干扰组合使用的方式，能在一定程度上满足对抗的需求，对保护舰船具有较重要的军事意义。

1 被动复合体制导引头工作原理及干扰难点分析

主/被动复合导引头的原理框图如图1 所示。主动模式和被动模式有各自的信道和信息处理器，信息综合程序控制系统将主/被动模式探测到的数据进行融合，通过决策融合，导引头能更准确地判断目标信息，同时控制伺服系统，使导引头天线对准目标[4-5]。

主动模式的雷达导引头具有全天候探测、目标识别以及测距精度高等优点。但是也存在容易被侦察、过早暴露导弹目标且容易受到各种有源干扰等局限性。被动导引头具有作用距离远、隐蔽性好以及抗干扰能力强等优点，但是无法准确得到距离信息、测角精度差，且容易受到电磁静默的影响，当战场空间中电磁信息复杂时，受到的影响比较大。

图1 主/被复合导引头原理框图

主/被动复合体制反舰导弹导引头能够兼具两者的优点，为了防止被舰船的警戒雷达发现，在弹目距离较大时导引头一般选取被动模式搜捕目标，实现对目标的远距离预先探测[6]。当被动模式的误差足够小，目标落在主动天线的主波束之中且弹目距离的减少到主动模式的探测范围时，主动模式可截获目标，并以被动预先探测的信息为先验信息，进一步缩小探测范围的同时提高目标识别的精度。即使受到强干扰时，被动模式也能正常工作，跟踪辐射源信号。主/被动复合体制的导引头通过主动模式和被动模式的性能互补，不仅可以实现远距离发现和近距离精确探测，还提高了导引头的环境适应性，具有很强的抗关机、抗杂波、抗侦察、抗欺骗的能力。

2 转发式箔条干扰

2.1 转发式箔条工作原理

箔条质心干扰[7]作为无源干扰的一种常见方式，因其干扰成功率高、成本低而成为对抗主动雷达制导导引头的重要方式，而转发式箔条干扰[8-9]则通过反射干扰信号实现对被动雷达制导导引头的干扰。其工作过程一般为：当本舰发现导引头跟踪上舰船后，舰船通过箔条发射装置向导弹来袭方向、与舰船相距一定距离的方位上发射箔条云团，具体方位依据当时的风向、风速决定。同时舰载的干扰装备开始工作，使干扰信号与舰载侦察雷达信号具有相同的信号特征，并将干扰机的天线对准箔条，干扰信号经过箔条云的二次反射到达反舰导弹导引头，同时舰载的雷达可配合适时地进行关机或者间歇工作，从而使导引头被动模式无法准确识别舰船的方位，影响导引头的测角精度，保护己方舰船。转发式箔条干扰示意图如图2 所示。

图2 转发式箔条干扰示意图

设舰载雷达辐射功率为Pt，天线增益为Gt，舰船与导引头之间的距离为Rmt，导引头被动天线增益为Gm1，则导引头接收到舰船雷达辐射源的信号功率为：

导引头接收到箔条二次转发的信号功率为：

式中，Pj为舰载有源干扰机辐射功率，Gj为舰载有源干扰机天线增益，Rtj为箔条云与舰船之间的距离，σ 为箔条云散射截面积，Rjm为箔条云与导引头之间的距离。

可知，被动导引头天线口面处的干信比为：

设干信比J/S ＞K 时转发式箔条干扰有效，则转发式箔条干扰的RCS 需满足：

2.2 箔条释放时机

从舰船发现被导引头跟踪到发射箔条弹形成有效的箔条云团的总时间Tz应满足：

式中，Rt为舰船探测被跟踪时的弹目距离，Rx为箔条云与舰船的距离在反舰导弹导引头与舰船连线垂直方向上的投影，vm为来袭导引头运动速度，Td是进行决策的时间，Ts是武器控制系统反应时间，Tc是从箔条弹发射开始到箔条弹爆炸形成有效箔条云干扰的时间，θ0.5为导引头天线3 dB 波束宽度。

箔条云的滞空时间Tck应满足：

式中，Rcf为箔条弹发射时刻导引头与舰船之间的距离，rmin为反舰导弹导引头的最小作用距离。箔条的释放时间T ⊂[Tz,Tz+Tck]。

2.3 有源干扰样式

为了实现对主/被动复合导引头被动模式的干扰，需要舰载雷达在识别导引头跟踪到舰船时，将舰载雷达的发射脉冲参数告知舰载干扰装备，包括载频、脉宽、功率、发射时间等，干扰机的发射脉冲参数与舰载雷达信号参数保持一致。同时应使有源干扰机的天线对准箔条云，使其直接向导引头方向辐射的信号尽可能小。干扰机的功率要足够大，使得导引头接收到的箔条二次转发能量满足被动跟踪条件。

2.4 箔条云布设与舰船机动

箔条的布设应满足质心干扰的原则，即箔条云与舰船处于导引头的同一波束范围内。同时一般采取“顺风打弹，迎风规避”的策略。同单一的箔条干扰不同，此时舰船的速度应合理控制，并非越快越好，因为随着舰船距离箔条云的距离的拉大，箔条云二次反射的干扰能量也会急剧下降。

实际作战场景下Rjm≈Rjm，由式（3）可知：

设PjGj=5 MW,PtGt=100 kW，则导引头被动模式天线口面处的J/S 如图3 所示。

图3 P2/P1 的比值随舰船与箔条云距离的关系

由图3 可知，随着舰船和箔条云的距离增加，J/S不断下降。当箔条云σ=20 000 m2，舰船与箔条云距离大于282.1 m 时，J/S 就小于1，干扰效果急速下降。由式（7）可知，实际作战中，可以通过提高舰载干扰机的功率和增加箔条云的RCS 来增加J/S。舰船的机动速度应在满足干扰导引头被动模式干信比的要求下尽可能快。

3 舷外有源诱饵

3.1 舷外有源工作原理

转发式箔条和舰载的干扰机配合可以降低主/被动复合体制导引头在被动模式下的测角精度，但是在主动模式下，要想获得理想的干扰效果，不仅要求另外布设一部干扰机照射箔条，还要求箔条云能够生成较大雷达散射截面积的假目标，随着导引头主动模式分辨单元越来越小，要想在足够小的分辨单元内产生足够的RCS 的箔条云存在一定的技术难度。相比之下舷外诱饵可以在很小的空间范围内产生有效的雷达散射截面积，且受环境的影响较小。同时与舰载有源干扰系统相比，舷外有源干扰能够从角度上拉开距离，进行角度欺骗。对处于被动模式工作的反舰导弹导引头，也可以通过与舰载雷达之间的通信，使得诱饵发射信号保持和舰载雷达同样的信号特征，影响导引头被动模式下的测角精度。但在实际使用中，舷外诱饵与舰载雷达的通信很难保证实时性，且诱饵的功率受限，同舰载雷达相比，功率上无法达到要求，所以更多的还是用于干扰主动模式。配合上一节提出的转发式箔条（干扰被动模式），可以实现对主/被动复合体制导引头的有效对抗。

舷外有源诱饵[10]是在导引头开机后，并已经稳定跟踪到舰船后使用。按照一定的方位和距离发射诱饵，方位上，舷外诱饵应和舰船处于同一个波束范围内；距离上，诱饵应超前布设，用以抵消诱饵延时产生的距离。同箔条质心干扰原理一样，舷外诱饵将导引头的跟踪波门慢慢诱偏到远离舰船目标的位置，最终使舰船免受攻击。

3.2 舷外有源诱饵RCS 模型

为了对舷外有源诱饵与反舰导弹导引头的对抗过程进行仿真分析，需要建立导引头跟踪模型、舷外有源诱饵运动模型和RCS 模型[11]。

假设舷外诱饵以恒功率的状态进行工作，在合适时机下发射舷外诱饵，进行质心干扰，导引头收到的诱饵的反射功率为：

导引头接收到舰船的回波信号为：

式中，Pj为舷外干扰机辐射功率，Pt为导引头发射功率，Gj为舷外诱饵天线增益，Ryj为舷外诱饵干扰机与导引头之间的距离，σr为舰船目标雷达散射截面积，Rrs为舰船与反舰导弹之间的距离，Gt为反舰导弹导引头天线增益。

设σj为舷外诱饵的等效雷达散射截面积，结合式（8）和式（9）有：

3.3 导引头跟踪模型

由质心干扰原理可知，质心的位置坐标为：

式中，(xr,yr)为舰船目标位置，(xj,yj)为诱饵形成的假目标位置，(xg,yg)为诱饵与舰船合成质心位置，设(xm,ym)为导引头位置。

假设目标建立在二维平面，并忽略重力和空气阻力的影响，导引头以能量质心为跟踪目标，导引头与质心位置关系如图4 所示。

使用修正比例导引法确定导引头位置，由图4 可得导引头-质心运动方程：

图4 导引头与质心位置关系

下一时刻导引头的位置为：

式中，h 为仿真步长，R 反舰导弹为导引头与等效能量质心之间的距离，θm为反舰导弹导引头速度矢量与基准线的夹角，q 为导引头视线与基准线夹角，vg为等效能量质心的运动速度，vm为反舰导弹导引头的运动速度，φm为反舰导弹导引头速度矢量与视线的夹角，φg为等效能量质心的速度矢量与视线的夹角，k 为比例导引系数。

通常情况下，dq/dt 由导引头提取，而dθm/dt 由导弹自动自动驾驶仪中的加速度计间接测量，即

式中，am为导弹横向加速度。为了改善导弹特性，通常采用采用修正比例导引，为使弹道具有单值性，比例系数为：

式中，N 为有效导航比；vr为导弹径向速度，也可以称为接近速度。

将上式联合可知，修正比例的导引方程为：

3.4 舰船、舷外诱饵运动模型

设舰船的运动速度为vT，舰船航向与基准线夹角为φT，则下一时刻舰船的位置为：

T 时刻诱饵的位置为：

式中，R 为有源诱饵的布设距离，α 为布设角度，vf为风速，w 为相对于舰船的风向。

3.5 仿真结果分析

3.5.1 舰船逃逸速度对抗效果分析

设置仿真参数如下：PjGj=2 kW,Pt=40 kW,Gt=25 dB,,R=300,h=0.03,σr=4000 m2，风速vf=5 m/s，相对于舰船的风向w=π/2，诱饵布设角度为右舷165 °，导弹初始位置为（0 km，0 km），舰船初始位置为（12 km，5 km）。保持其他因素不变，仅改变舰船的速度，仿真结果如图5 和图6 所示。

图5 舰船速度8.3 m/s

图6 舰船速度8.4 m/s

由图5 和图6 可知，当舰船速度为8.3 m/s 时，随着弹目距离的减小，反舰导弹的跟踪点慢慢地转移到舰船上，最终命中舰船。当舰船速度为8.4 m/s 时，随着弹目距离的减小，跟踪点慢慢转移到诱饵上，最终命中诱饵，且此时的脱靶量为658.9 m，舰船成功脱离导弹跟踪视线，设此时舰船的速度为舰船的逃逸速度。

仅改变舰船的RCS，研究不同RCS 下，舰船的成功逃逸速度，仿真结果如表1 所示。

由表1 可以看出，随着舰船RCS 的增加，舰船的最小成功逃逸速度也在增加，实际使用舷外诱饵时，需要根据舰船的RCS 来确定最小逃逸速度，一般舰船的航速不超过30 节（约15.4 m/s），当最小逃逸速度超过舰船的能力范围时，需要改变其他因素来保证干扰的效果，实际使用中舷外诱饵发射的角度也对干扰的成败起着至关重要的作用。

表1 不同舰船RCS 成功逃逸速度

3.5.2 舷外诱饵发射角度对抗效果的分析

设舰船的运动速度为10 m/s，其他参数保持不变，仅改变诱饵的布设角度，仿真结果如图7 和图8所示。

图7 右舷150 °，命中诱饵

图8 右舷149 °，命中舰船，干扰失败

由图7 和图8 可知，当诱饵的布设方位为右舷149 °时，反舰导弹最终会命中目标，干扰失败。当诱饵布设角度为右舷150 °时，反舰导弹最终会命中诱饵，此时脱靶量为709.9 m，干扰成功。设此时布设的角度为最小布设角度。

改变舰船的运动速度，研究不同舰船速度的情况下，为使干扰有效，诱饵的最小布设角度。仿真结果如表2 所示。

表2 不同舰船速度舷外诱饵最小布设角度

由表2 可知，舰船速度变小时，诱饵最小的布设角度应当变大，使得诱饵与舰船在空间上拉开足够的距离，实际使用时需要结合舰船的速度、航向、风向来综合考虑诱饵布设的角度。

4 结束语

随着多模复合制导技术的发展，单一的干扰方式越来越难以取得良好的干扰效果，复合干扰渐渐成为未来海战电子对抗的重要手段。本文从主/被动复合体制导引头的工作原理及对抗难点出发，提出了一种有源干扰机照射箔条云结合舷外有源诱饵的复合干扰，分析了转发式箔条干扰的使用特点和限制条件，通过仿真验证了舷外诱饵不同战术应用条件下的干扰效果，结果表明合理的战术使用能提高干扰效能，增加反导的成功率。目前该方法只是从理论上探究了可行性，实际作战运用时，箔条与舷外诱饵的空间位置关系以及释放时机对作战效能的影响还需要进一步地通过试验来完善，同时需要结合实际的电子干扰支援突防作战任务和干扰资源的规划分配，才能达到最好的干扰效果。■