对抗新型反舰导弹箔条质心干扰策略研究∗

张凯娜 吴 上 张军周

（中国船舶工业系统工程研究院 北京 100094）

1 引言

箔条质心干扰是舰艇防御反舰导弹的重要手段。箔条质心干扰效果与箔条发射方向、舰船规避策略以及风速风向密切相关。现代新型反舰导弹末制导雷达大部分采用相参工作体制，具有高距离分辨率和低截获概率的特点。本文针对箔条质心干扰对抗新型反舰导弹进行了干扰对抗全过程的箔条质心干扰策略研究，建立了高分辨率相参雷达的舰船模型和箔条干扰模型，给出了最佳箔条发射策略和舰船机动策略，并进行了干扰效能评估，通过仿真验证了箔条质心干扰策略的有效性。

2 箔条质心干扰原理

箔条质心干扰是作战舰艇被敌方反舰导弹主动末制导雷达锁定后实施干扰对抗的一种的重要作战手段。箔条质心干扰原理是在导弹跟踪阶段打出箔条干扰弹，在末制导雷达波束范围内形成箔条干扰目标，使导弹跟踪舰船目标与箔条干扰目标的能量中心（质心），在一定条件下，使末制导雷达逐渐偏离舰船目标，转向跟踪箔条干扰目标［1～3］。箔条质心干扰示意图如图1所示。

图1 箔条质心干扰示意图

图1中，A点是舰船能量中心，B点是箔条干扰能量中心，C点是舰船和箔条干扰的能量中心，D点是导弹位置。由于进行箔条质心干扰时，雷达的跟踪点位于其分辨单元的能量中心上，因此为了形成质心干扰，箔条干扰目标需在导弹和舰船能量中心连线的同距离弧上且在图中FEGH扇形区域内［4］。

箔条质心干扰包括“质心干扰形成”和“干扰转移”两个阶段。“质心干扰形成”可使反舰导弹由跟踪舰船目标，转为跟踪舰船目标和箔条干扰目标的能量中心，即图1中的质心。“干扰转移”通过箔条运动、舰船运动，以及导弹末制导雷达的视线变化等，使导弹跟踪点逐渐远离舰船目标，直至舰船目标处于导弹末制导雷达波束外，导弹完全跟踪箔条干扰目标［5］。

3 仿真模型

由于现代新型反舰导弹末制导雷达大部分采用基于脉冲压缩的相参工作体制。当前主动相参雷达的距离分辨率已经达到2m～5m的量级，所以舰船目标回波和箔条干扰目标回波已经呈现出明显的面目标特征，即由一组强散射点组成，在时域上存在多个强散射点，在频域上每个强散射点之间的速度也存在一定的差异，因此需要进行精细化目标建模，将舰船目标和箔条干扰目标建模为多个强散射点，使雷达回波具有更多目标特征信息。箔条质心干扰策略包含箔条发射策略和舰船规避策略，建立干扰决策模型寻优得到最佳箔条质心干扰策略。

3.1 舰船模型

舰船目标建模［6］主要和雷达距离分辨率，舰船强散射点个数，强散射点RCS幅度大小（不同照射角度下），强散射点分布特征以及起伏特征等多种因素关联。由于新型反舰导弹末制导雷达的距离分辨率高，舰船目标目标已经不再是点目标，而是由一组强散射点组成。高分辨率相参雷达的舰船回波分布在多个距离单元和多普勒频率单元。

建立舰船面目标模型时，根据舰船的长宽和反舰导弹末制导雷达距离分辨率计算舰船散射点。设舰船的长为L，宽为W，导弹末制导雷达的距离分辨率为∆r，则舰船散射点的个数为K=round表示四舍五入取整运算。

建立坐标系，设第k个舰船散射点的坐标为（xsk，ysk），k是舰船散射点的序号，k=1，2，…，K。设反舰导弹末制导雷达的坐标为（xm，ym），第k个舰船散射点与末制导雷达的初始径向距离为

第k个舰船散射点与末制导雷达视线的夹角为

设舰船直线运动速度为vs，舰船运动方向为α，当舰船沿x轴正方向直线运动时，α=0°，α沿逆时针旋转，0°≤α<360°，第k个舰船散射点相对于末制导雷达的径向速度为

以上是舰船面目标建模过程，对每个舰船散射点根据上述速度和位置分别进行点目标回波建模。

3.2 箔条干扰模型

箔条目标由大量的强散射点组成，在时域上和频域均占有很大的带宽。相对于舰船目标来说，箔条目标距离像更宽，多普勒向包含的速度散布范围也更大。箔条干扰目标建模是必须考虑海况的影响，即风速、风向的影响。箔条面目标示意图如图2所示。

图2 箔条面目标示意图

建立箔条面目标模型时，根据箔条炸点个数、箔条扩散半径、箔条炸点间距和反舰导弹末制导雷达距离分辨率等综合计算箔条散射点。

建立坐标系，设一发箔条干扰弹的炸点个数为N，第n个箔条炸点中心的坐标为（xcn，ycn），其中1≤n≤N。设反舰导弹末制导雷达的坐标为（xm，ym），第n个箔条炸点中心和末制导雷达的初始径向距离为

第n个箔条炸点中心和末制导雷达视线的夹角为

设风速为vw，风向为β，当风向为x轴正方向时，β=0°，β沿逆时针旋转，0°≤β<360°，第n个箔条炸点中心相对于末制导雷达的径向速度为

其中，i是脉冲序号，i=0，1，…M-1，M是末制导雷达相参积累的脉冲数。

以上是箔条面目标建模过程，对每个箔条散射点根据上述速度和位置分别进行点目标回波建模。

3.3 干扰决策模型

箔条质心干扰战术决策需综合考虑来袭导弹方向、作战海区的风速风向、舰船的目标特性以及舰船机动特性等因素。当舰船判明导弹末制导雷达信号后，根据导弹来袭方向、风速风向和舰船当前运动状态，确定箔条干扰弹的发射舷角、弹种和数量，实施干扰。同时应根据战场态势，实施舰船机动规避，实现有效的箔条质心干扰。

1）箔条发射战术决策策略

以舰船运动方向为舰船正前方，当导弹来袭方向为舰船左前方时，箔条左舷发射，舰船向右机动；当导弹来袭方向为舰船右前方时，箔条右舷发射，舰船向左机动；当导弹来袭方向为舰船左后方时，箔条右舷发射，舰船向左机动；当导弹来袭方向为舰船右后方时，箔条左舷发射，舰船向右机动［7］。

2）舰船机动规避策略

舰船根据导弹来袭方向和箔条干扰发射方向确定机动规避策略。新型反舰导弹大部分采用相参雷达，相参雷达具有距离维和多普勒两维信息，因此需要在距离维和多普勒维均形成质心干扰。箔条的运动速度大小和方向与风速风向密切相关，箔条的多普勒带宽较宽，而舰船的多普勒带宽较窄，因此除了在距离维形成质心干扰外，舰船机动规避时使其速度范围与箔条的速度范围接近［8～9］。

3）箔条质心干扰策略

目标识别和对抗贯穿在末制导雷达工作的始终，舰船的运动、箔条的运动、导弹的运动都是动态、快速变化的过程。在导弹逼近舰船的过程中，需要实时判断当前干扰效果以及整个干扰对抗过程中干扰的有效性。箔条质心干扰策略需结合箔条发射战术决策策略和舰船机动规避策略，在箔条发射后一定时间内舰船开始机动规避，直至干扰对抗过程结束。

最佳箔条质心干扰策略通过大量实验统计不同海况级别，风向、舰船航行状态和导弹来袭方向时的最佳箔条发射策略和舰船机动策略，得到不同环境条件、不同舰船运动状态和不同导弹参数下的最佳箔条质心干扰策略，并定量地给出箔条质心干扰的干扰效果、有效干扰时长以及在整个干扰过程中有效干扰的时间占比。

由于箔条质心干扰是一个动态的过程，舰船的径向速度，箔条的径向速度都会随雷达视角的变化而变化，若简单考虑当前时刻形成质心干扰，在动态变化过程中舰船和箔条会分离最终导致干扰失败，因此本文的箔条质心干扰策略是在整个对抗过程中的最佳干扰策略。最佳箔条质心干扰策略基于有效干扰时长和最终的干扰效果，对干扰对抗全过程进行干扰效能评估。即使干扰初期未能形成有效的质心干扰，但在后期可形成箔条质心干扰，进而实现干扰转移，最终干扰成功［10～11］。

4 仿真分析

本节根据上一节的舰船模型、箔条干扰模型以及干扰决策模型进行仿真实验。仿真参数设置如下：末制导雷达采用线性调频（LFM）信号，信号瞬时带宽为80MHz，信号时宽为5us；舰船长150m，舰船宽20m，舰船运动速度30节；风速6m/s，风向+30°；导弹运动速度280m/s；箔条干扰弹发射数量与舰船RCS有关，箔条干扰总能量大于舰船能量6dB以上。

对舰船和箔条干扰目标进行信息处理以及干扰效果的仿真。雷达信息处理流程图如图3所示。根据导弹位置坐标，舰船位置坐标，箔条位置坐标实时生成舰船回波和箔条回波后进行脉冲压缩、相参积累、恒虚警检测和时域、频域点迹聚类处理，判断回波信号中的目标数量，经过目标特征提取（径向尺寸、多普勒带宽）和属性识别（舰船，干扰），确定跟踪目标，进行导弹跟踪点计算（距离跟踪点、角度跟踪点），最后输出计算结果，更新导弹跟踪状态。

图3 雷达信息处理流程图

1）舰船回波

随着脉冲压缩技术在末制导雷达上的广泛应用，雷达的距离分辨率也越来越高，舰船目标在脉压后已具有扩展目标特性。本仿真中舰船模型为舰船面目标模型，图4是舰船回波相参积累后结果，舰船目标回波为多个强散射点回波，舰船目标回波在距离维和多普勒维均占据多个分辨单元，在距离维分布较宽，在多普勒维分布较窄。

图4 舰船回波相参积累后结果

2）舰船+箔条干扰回波

本仿真中箔条模型为箔条面目标模型，图5是舰船+箔条回波相参积累后结果，舰船目标和箔条干扰目标均为多个强散射点回波。相比于舰船回波，箔条干扰回波占据的距离单元和多普勒单元更多。根据箔条质心干扰决策模型进行干扰后，箔条干扰目标和舰船目标在距离维形成质心干扰。在干扰过程中，随着箔条干扰目标运动和舰船运动，舰船目标和箔条干扰目标导弹末制导雷达视线上的速度相近，在多普勒维也形成了质心干扰。

图5 舰船+箔条干扰回波相参积累结果

3）干扰效能评估

干扰效能评估是对干扰对抗全过程的干扰效能评估。雷达通过对目标（舰船、箔条干扰）的回波信号进行信息处理，根据舰船和箔条目标位置坐标以及回波信号特征，判断导弹跟踪点（舰船、箔条、舰船箔条混合体质心），实时计算雷达的距离跟踪位置和角度跟踪位置，对跟踪点目标进行跟踪，实时计算导弹和跟踪点的距离、导弹飞行方向。箔条质心干扰过程导弹跟踪点变化如图6所示。

图6中展示了箔条质心干扰过程中舰船的运动轨迹、箔条的运动轨迹，导弹跟踪点的变化过程以及导弹和跟踪目标的连线，其中A部分导弹跟踪点为舰船，B部分导弹跟踪点为舰船和箔条干扰的质心，C部分导弹跟踪点是箔条干扰。在整个干扰对抗的过程中，反舰导弹从跟踪舰船目标到跟踪舰船和箔条干扰目标的质心，最终跟踪箔条干扰目标，完成了“质心干扰形成”和“干扰转移”两个阶段。

图6 箔条质心干扰过程导弹跟踪点变化图

对箔条质心干扰过程进行干扰对抗全过程的干扰效能评估，图7是箔条质心干扰效能评估结果图，-2表示未检测到箔条回波，-1表示在雷达视角上箔条在前舰船在后，0表示形成质心效应，+1表示在雷达视角上舰船在前箔条在后，+2表示未检测到舰船回波。

在图7所示的整个干扰对抗过程中，AB段箔条干扰目标能量较小，导弹末制导雷达未检测到箔条干扰回波，BC段由于箔条干扰和舰船速度差异较大，未能形成有效的质心干扰，因此AB段和BC段导弹跟踪舰船目标。随着箔条和舰船的运动以及箔条和舰船对于末制导雷达视角的变化，CD段形成质心干扰，导弹跟踪舰船和箔条干扰目标的质心。舰船机动规避及箔条运动使导弹跟踪点逐渐偏离舰船目标，DE段导弹末制导雷达未检测到舰船目标，完成了干扰转移，导弹跟踪箔条干扰目标，干扰成功，有效干扰时长为（CD+DE）段时长，因此在整个干扰过程中，有效干扰的时间占比为（CD+DE）/（AB+BC+CD+DE）［12］。

图7 箔条质心干扰效能评估

5 仿真结论

通过上述仿真可知，面对新型反舰导弹末制导系统的威胁，传统的箔条干扰策略难以精确给出干扰效能评估，箔条干扰散布面积大，容易在时域上和舰船形成质心干扰，但箔条干扰在雷达回波频域上的位置主要由风速、风向及其在雷达视线上的夹角决定，因此舰船机动规避策略需配合箔条干扰发射策略。箔条质心干扰是一个动态的过程，干扰效果的评估需考虑干扰对抗全过程，综合评价干扰效能。

6 结语

本文研究了对抗新型反舰导弹箔条质心干扰策略，建立了舰船模型、箔条干扰模型和干扰决策模型。箔条质心干扰的效果与箔条发射策略、舰船机动策略、风速风向、导弹视角等密切相关。干扰对抗的过程是一个动态变化的过程，因此干扰效果的评估需考虑干扰对抗全过程，本文仿真分析了干扰对抗全过程的最佳箔条质心干扰策略。干扰对抗全过程的最佳箔条质心干扰策略可为箔条质心干扰的战术使用提供重要技术支持。