雷达对抗装备抗强电磁脉冲测试方法研究∗

（解放军91404部队 秦皇岛 066001）

1 引言

随着新技术不断投入战场使用，以高功率微波、电磁炸弹等为代表的新概念武器，能产生极具破坏性的电磁效应，通过传感器天线前门耦合、电器接口后门耦合等方式，对电子信息武器装备造成不可逆毁伤。目前，电子战装备主要以完成侦察支援、有源/无源干扰等任务为关注重点，但随着强电磁脉冲武器的迅猛发展，电子对抗装备基于外部他扰的高威胁电磁辐射防护要求日益凸显，如何客观评价雷达对抗装备电磁防护能力变得更加迫切。

2 高功率微波武器

2.1 高功率微波武器毁伤机理

高功率微波武器（HPMW）是一种发射高功率微波（HPM），直接杀伤、破坏或使目标丧失作战能力的新概念武器［1］。高功率微波武器工作范围在30MHz～300GHz之间，功率大于100MW，主要利用强大能量以电磁波的形式对雷达系统、通讯系统、计算机系统甚至电力系统等设施进行破坏，从而瘫痪整个指挥、通讯、情报系统。

高功率微波武器既能够对电子信息装备产生毁伤，同时也对作战人员产生一定伤害，具备“软”、“硬”杀伤能力［2～3］。

高功率微波武器对电子武器装备毁伤机理主要包括电效应和热效应。电效应是在传感器前段通过“前门”耦合，大功率信号对抗烧毁模块进行冲击形成损伤，同时也会通过电缆、电连接器等“后门”耦合，在金属表面和导线产生表面电流，并在终端节点产生电压，使电子设备出现假信号或造成电击穿。热效应是电子武器装备表面吸收微波能量，引起过量发热，使电子设备失效或使武器表面的物理形状变形，甚至直接烧毁［4］。

高功率微波武器对人员毁伤机理主要包括热效应和病效应。热效应是人体受到微波辐射后，全身或局部组织受热导致温度升高，可致皮肤或内部组织严重烧伤，甚至死亡。病效应是人体受到一定强度微波辐射后，中枢神经系统及心血管等系统受到影响，产生神经错乱、记忆力衰退、行为错误，甚至致盲、致聋或心肺功能衰竭［5］。

在不同功率密度条件下形成的毁伤效应见表1。

表1 不同功率密度条件下的毁伤效应

2.2 美俄高功率微波武器发展

高功率微波武器作战平台主要有三种形式，分别是陆基式、海基式和空基式。陆基、海基主要以防护为主，以车辆、舰船为平台，用来保护指挥中心、重要基地、机场和舰船等目标。空基式主要是以进攻为主，以飞机、导弹为平台，攻击空中、陆地和海上目标［6］。

1）陆基高功率微波武器

陆基高功率微波武器安装在地面固定设施或移动车辆上，主要用于攻击飞机、战术导弹、装甲车辆等，通过对目标定位和跟踪，发射高功率微波束进行照射，具有极强的毁伤能力，一般可重复使用。如美国Phaser高功率微波武器系统能够击落无人机蜂群，还能摧毁目标范围内的汽车、坦克、直升机及其他电子设备。俄罗斯研制的Krasukha-2车载高功率微波干扰系统，可在上百千米外对预警机实施干扰，Krasukha-4是最新的陆基电子压制和防护系统，能够对抗战场监视机、无人侦察机以及侦察卫星等。

还有一种微波武器是主动拒止系统（ADS），功率较低，一般作为非致命武器用于反恐行动。它发出的微波被人吸收后，会导致人体皮肤的生物反应和非致命疼痛。美军目前将“无声卫士”系统和“警惕鹰”系统一起组成探测网，可用来作为机场或港口机动的远程防御［7～9］。

2）海基高功率微波武器

海基高功率微波武器以水面舰艇、潜艇和舰载机等海军装备为发射平台，主要有舰载式和弹载式。舰载式主要装备在舰船固定设施上，具有功率高、天线大和作用距离远等优点，对来袭目标可以保证比较高的杀伤概率，主要用来装备自身的防护。弹载式主要依托舰船等装备而发射的高功率微波弹，具有作用距离远、作战灵活等优点，能够对空中要害目标，甚至地面重要目标进行远程打击，是一种典型的攻防兼备型杀手锏武器。

美国海军已经在提康德罗加级导弹巡洋舰上开展了多次微波武器系统试验，并可利用舰载雷达天线发射高微波能量，对其改装后，可作为海基高功率微波武器的发射系统，以杀伤电子设备。

3）空基高功率微波武器

空基高功率微波武器以作战飞机、无人机及导弹等空中飞行器为发射平台，具有高机动性、可实现远距离作战、效费比高等优点，一般分为机载式和弹载式。机载式能够对空中、地面及海面目标实施攻击，主要应用飞机的近距自卫、无人作战飞机、机载远距离干扰武器以及联合战机的超视距攻击等。弹载式是通过在炸弹或导弹战斗部上加装高功率微波发射系统，将炸药爆炸的化学能转换成电磁能，再由微波器件和天线向目标辐射高能微波，以击穿或烧毁目标中的敏感电子器件。以导弹为微波发射平台实现了高机动性，拓展了作战范围，能够对陆、海、空等目标实施远程精确打击。

美国空军启动一个联合能力技术演示验证项目-反电子设备高功率微波先进导弹项目（CHAMP），将高功率微波武器系统配装在巡航导弹上，甚至无人机和第五代战机，可以实现对陆地目标的全频谱干扰覆盖及毁伤打击，能够破坏舰船上的大量电子设备，从而大大降低其战斗效能，并可以实现对空中目标的超视距干扰和攻击。

3 高功率微波武器对雷达对抗装备影响

高功率微波武器对雷达对抗装备的影响主要有两种方式：前门耦合和后门耦合。前门藕合通过天线前端进人，主要毁伤限幅器等抗烧毁模块；后门藕合则是通过一些端口、电缆等馈入，主要对电子器件、电路板、存储介质等产生损伤。

当雷达对抗系统遭受高功率微波武器攻击时，因为侦察系统需要接收电磁波，因而“前门”始终是敞开的，电磁脉冲通过天线馈入，一般传感器后端都有抗烧毁模块，高微波能量首先对限幅器产生冲击。如果脉冲功率突破限幅器等保护器件防护阈值，就会造成器件损毁。因此，对雷达对抗系统的损伤程度与进入传感器的能量以及防护器件本身的易损性有关。

在高功率微波武器发射的有效功率确定的情况下，进入雷达对抗系统的能量与两者之间的距离以及天线增益等因素有关：

式中：Pl为雷达对抗系统接收前端的功率；Gl为雷达对抗系统接收天线增益；Pj为高功率微波武器发射机功率；Gj为高功率微波武器发射机天线增益；R为高功率微波武器与雷达对抗系统之间距离；λ为波长。

假设高功率微波武器功率1GW，X波段，雷达对抗系统接收机天线增益17dBi，可以推算出高功率微波武器在不同距离上形成的功率密度，以及接收机抗烧毁模块所承受的脉冲功率值，具体见表2。

高功率微波辐射也会通过穿透设备的各种缝隙、孔洞或电缆接口等“后门”耦合方式进入雷达对抗系统内部。当耦合的功率值足够大时，会对设备电子元器件、集成电路、存储介质等造成噪声干扰、高压击穿和器件烧毁。不同的电子设备因其耐压值的不同有不同的毁伤阈值，“后门”耦合的功率能量很难直接进行量化，一般需要通过试验的方式进行数据采集处理。

表2 高功率微波武器在不同距离处形成的功率密度

通过“前门耦合”和“后门耦合”进入雷达对抗系统的高功率微波能量按其影响效应大小大致分为三个等级：第一级，相当于超级干扰系统，高于当前战场上普遍使用的干扰系统功率，能够形成压制干扰；第二级，能够破坏系统中的电子元器件；第三级，能够对目标加热形成毁伤［10］。

4 雷达对抗装备电磁防护试验验证

雷达对抗装备单系统电磁防护试验，从考核内容上分为两个层面，一个是“前门”抗烧毁能力，按指标进行考核；另一个是“后门”抗感应能力，按效果进行考核。从考核形式以上可以分为内场仿真试验和外场动态试验。

4.1 内场仿真试验

内场仿真试验一般在微波暗室内进行，利用高功率微波源形成相应强度的高功率脉冲微波，检验雷达对抗装备抗烧毁能力和防电磁感应能力。

具体设备布设情况见图1。

图1 微波暗室设备布设图

在进行脉冲功率强度设计时，可根据未来作战样式需求进行量化。想定敌人采用巡航导弹方式在距离雷达侦察装备50m～1000m处爆炸形成高功率电磁脉冲，功率1GW，则在侦察天线口面形成的功率密度为8mW/cm2～3W/cm2。要想考核雷达对抗装备电磁防护能力，就要利用微波信号源通过功率放大器生成相应的功率密度。

在考核电磁防护能力时，通过“前门”耦合的脉冲功率能量，主要反应在天线前端限幅器的抗烧毁能力，通常情况下通过到达侦察天线口面的脉冲功率值来反映，一般不直接采用功率密度。微波信号源在侦察机天线口面形成的功率密度和功率之间的的转换关系见表3。

表3 微波信号源形成的功率密度与功率转换关系

在内场仿真进行试验设计时，需要重点关注几个要素环节：

1）辐射脉冲功率值需要逐步增加，以防设备器件突然大面积毁伤；

2）在侦察天线口面需要加装监测设备，用于监测脉冲功率；

3）设备机柜需要安置于屏蔽舱或电磁隔离空间内，以防电磁脉冲直接辐射；

4）测试时，转台需要360°转动，以便全方位检测；

5）效果评估时，既要检查限幅器抗烧毁情况，也要检查机柜内部器件损毁情况。

4.2 外场动态试验

外场动态试验在海上实际环境下进行，微波信号源需要高功率微波模拟设备架设在保障舰船上，通过空间辐射的方式进行。由于电子对抗装备安装在实际舰艇上，在全舰电磁防护下，电子对抗装备的“后门”耦合效应更加接近实际。

在外场试验设计时，需要重点关注以下环节：

1）高功率微波模拟设备进行大功率脉冲辐射时，功率需要可控并逐步递增；

2）舰船上人员需要进行防护，以免遭受辐射危害；

3）舰船上测量保障电子设备需要考虑防护措施，以免影响数据测试记录。

通过内场仿真试验和外场动态试验，基本可以摸清雷达对抗装备抗电磁辐射能力，同时根据试验数据也可以指导修订完善装备指标论证［11］。

5 结语

未来战场上高功率微波武器的使用已引起各国强烈关注［12］，面对高功率微波武器的威胁，摸清雷达对抗装备的电磁防护能力底数是目前我们急需解决的问题。只有在深入关注高功率微波武器发展的同时做好电子武器装备的电磁防护工作，才能提前做好预防工作，才能在未来战争中掌握主动权。本文介绍的雷达对抗装备电磁防护能力试验，对其他电子设备的电磁防护能力验证也具有普遍的借鉴应用价值。