摘 要:机载拖曳式雷达有源诱饵是一种在实战中得到检验,可有效对付防空导弹的电子战装备。针对如何进一步提高拖曳式诱饵作战效能的问题,在分析拖曳式诱饵干扰机理的基础上,建立诱饵作战效能评估模型,对不同诱饵战术参数下拖曳式诱饵的干扰效能进行仿真分析,提出使用拖曳式诱饵的战术措施,有助于在实战中选取合适的诱饵战术参数。
关键词:机载拖曳式雷达有源诱饵;两点源干扰;三角态势;脱靶距离;战术措施
中图分类号:TN972 文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2010)03-010-03
Combat Effectiveness Study for Airborne Towed Radar Active Decoy
FAN Wentong,WANG Xing,YE Guangqiang
(The Engineering Institute,Air Force Engineering University,Xi′an,710038,China)
Abstract:The airborne towed radar active decoy has been proved to be an effective electromagnetic weapon that can eliminate threats from ground-based air defense radar.In order to improve the combat effectiveness of towed radar active decoy,on the basis of the principle of towed decoy,the evaluating model of jamming performance is established.The jamming performance of towed decoy is simulated and analyzed with different tactic parameters,and the suited tactic schemes of towed decoy is proposed,which is used to select appropriate parameters of decoy in practice.
Keywords:airborne towed radar active decoy;dual sources interference;trigonal state;miss distance of interception missile;tactic schemes
在现代电子对抗战中,拖曳式雷达有源诱饵(Towed Radar Active Decoy,TRAD)作为一种新型的自卫式干扰方式,主要用于保护机载平台[1]。通常由载机通过拖曳线将诱饵拖曳着一起飞行,诱饵能够准确地模拟载机的飞行特性和雷达反射特性,使雷达跟踪系统无法通过运动特性区分载机和诱饵,形成对雷达导引头的有效干扰,提高载机在作战时的存活率。文中通过诱饵参数对诱饵作战效能的仿真分析,指出了诱饵使用的战术措施,提高了诱饵的作战效能。
1 机载拖曳式雷达有源诱饵的干扰机理
机载拖曳式雷达有源诱饵一般由载机内发射、控制、电源系统和发射后拖曳线拖在载机后面的飞行器即诱饵组成[2]。当载机上雷达告警器和导弹逼近告警器发出导弹攻击告警时,释放拖曳式诱饵。拖曳式诱饵通过电缆或者光缆与载机相连接,由载机拖曳飞行,并提供电源控制诱饵的工作。诱饵将干扰信号经末级功放放大后经发射天线辐射出去,这样雷达就会收到两个回波信号,一个是目标的回波信号,另一个是诱饵发射的强信号,一般诱饵的有效雷达反射面积是载机雷达反射面积的1~10倍[3]。空间两点源对雷达跟踪系统产生的干扰有两种情况,一是在雷达波束宽度之内存在两个在高频相位上是无关的点源,使雷达跟踪在两点源的能量中心上,跟踪点通常在两点源的连线之间,称为两点源干扰,即质心干扰;二是在雷达波束宽度之内存在两个在高频相位上相关的点源,它将产生合力场[4],在合力场的作用下,使雷达跟踪到两点源之外的某一点上,从而达到最佳的诱骗效果。
在诱饵释放之前,雷达接收到的只有载机的回波信号,雷达跟踪载机。由于TRAD与载机同步运动,雷达的速度跟踪系统可以不予考虑。为了对雷达实施有效的欺骗干扰,在诱饵使用过程中,在角度上应保证载机、诱饵、雷达三者构成“三角态势”,即载机和诱饵对雷达形成的张角始终小于雷达的角分辨率(雷达的主波束宽度),如图1所示。设β为雷达天线的波束宽度,α为导弹和载机的连线与导弹和诱饵的连线的夹角,则“三角态势”要满足的条件为α≤β/2。在距离上应保证载机和诱饵对雷达形成的距离差小于雷达的距离分辨率,使得雷达无法从角度和距离上对载机和诱饵进行分辨,将载机和诱饵作为一个目标来跟踪,并对目标产生测角偏差[5,6]。
图1 诱饵释放后载机、雷达与诱饵的位置关系图
2 机载拖曳式有源雷达诱饵的干扰效能评估与分析
2.1 诱饵作战效能评估模型
机载拖曳式有源雷达诱饵对雷达干扰的目的在于使拦截导弹的脱靶距离大于零。拖曳式诱饵对雷达的干扰效果主要取决于诱饵的技战术参数,包括:诱饵的功率放大倍数k、拖曳线缆的长度L、诱饵释放的时机R(用诱饵释放时的弹目距离来衡量)。
拖曳式有源雷达诱饵的等效干扰功率[2]为:
Prds= kPtGtσ4πcos2α1R-LR2cos θ2
(1)
式中:Pt为雷达的脉冲功率;Gt为雷达收发天线的增益;σ为载机的雷达散射面积;α为雷达到载机与雷达到诱饵连线的夹角;θ为雷达到载机与载机到诱饵连线的夹角。
设导弹爆炸时的质心坐标为(x,y,z), 目标机的质心坐标为(X,Y,Z),则:
R′CA=(X-x)2+(Y-y)2+(Z-z)2
(2)
由于导弹引爆距离一般为7~15 m,故飞机外形尺寸不可忽略。
RCA=R′CA-d
(3)
式中:RCA为导弹脱靶距离;d为飞机尺寸规整化系数:
d=33F*H*W4π
(4)
式中:F为飞机长度;H为飞机高度;W为飞机翼展。
2.2 诱饵参数对作战效能影响的仿真分析
参数设置:初始时刻,以拦截导弹的发射点为坐标原点,初始飞行方位角为15°,俯仰角为45°,飞行速度为1.0 km/s,最大转向加速度为30g,雷达导引头的发射功率为10 kW,收发天线的增益为25 dB,发射信号的波长为0.02 m,导引头的波束宽度为6°,比例导航系数为4,导引头的跟踪下限为150 m,系统的总损耗为7 dB,目标的初始位置为(11 000,0,6 000),飞行速度为280 m/s,飞行方位角为180°,俯仰角为0°,诱饵收发天线的增益为0 dB,拖曳线缆的长度为100 m,诱饵释放时的弹目距离为9 km,诱饵的功率放大倍数为40 dB,距离波门的宽度取10个距离分辨单元。
2.2.1 诱饵功率放大倍数k对作战效能的影响
由于雷达导引头跟踪回波的能量中心,当诱饵的功率放大倍数k增大时,载机与诱饵的回波信号在距离波门内的强度比p减小;当k足够大时,在距离波门内诱饵的回波能量远大于载机的回波能量,雷达导引头测得的偏差角偏向诱饵[7,8],当放大功率达到最大功率PJmax时,强度比p与k无关,此时拦截导弹的脱靶距离保持恒定,等于拖曳线缆的长度。因而只要选择一个合适的诱饵功率放大倍数即可达到诱骗拦截导弹的目的。
由图2可以看出,当诱饵的功率放大倍数大于35 dB时,诱饵可以有效诱骗雷达导引头。
图2 诱饵的功率放大倍数与拦截导弹的
脱靶距离的关系图
2.2.2 拖曳线缆的长度L对作战效能的影响
TRAD与其他拖曳式诱饵的不同之处在于它由一根长度固定的拖曳线与载机相连。拖曳线长度L的选取首先确保诱饵到载机的距离足够远,当导弹在诱饵和载机之间爆炸时,不伤及载机,一般选取范围为L>2D(D由具体型号导弹的有效杀伤半径决定),同时雷达的角跟踪系统对诱饵相对于载机的最大横向距离和最大纵向距离提出了限制,一旦超过了这个界限,雷达将可以从方位和距离对诱饵和载机进行识别。所以拖曳线的长度不能过长,对L的最长限制为:
横向限制:L1小于等于100~150 m
纵向限制:L2小于等于100~250 m
(5)
由图3可以看出,当拖曳线的长度为0~100 m时,在距离波门内的诱饵回波能量小于载机回波能量,因而无法将导引头诱骗;当拖曳线缆长度为110~340 m时,诱饵能够有效诱骗雷达导引头,脱靶距离约等于诱饵线缆长度L;当拖曳线缆长度大于350 m时,诱饵无法与载机、拦截导弹构成“三角态势”,拦截导弹将一直跟踪载机。
2.2.3 诱饵释放的时机R对作战效能的影响
如果诱饵的功率放大倍数k和拖曳线缆的长度L都选取合适,那么诱饵的释放时机R就是关键因素。只有在诱饵释放时,诱饵和载机同时出现在雷达的一个波束宽度内,即满足“三角态势”。
图3 拖曳式诱饵的线缆长度与拦击导弹的
脱靶距离的关系图
由图4可以看出,当诱饵在弹目距离为0~1 000 m之间释放时,无法满足“三角态势”,诱饵无法诱骗雷达,而在其他时刻,诱饵都能有效诱骗雷达导引头,因而诱饵释放的时机不能太近。
图4 诱饵释放时机与拦截导弹脱靶距离的关系图
3 机载拖曳式雷达有源诱饵的战术措施使用
根据载机与拦截导弹初始攻击位置的空间几何关系,载机如何使用拖曳式雷达有源诱饵将出现以下三种情况[2]:
(1) 当载机受到导弹的尾追攻击时,载机应该加速向导弹的攻击方向运动,及时释放拖曳式诱饵,导弹与载机之间到达一定距离时,载机向左或向右急转弯,此时会出现以下两种情况之一:一是导弹丢失载机目标;二是造成导弹、载机和诱饵之间的“三角态势”,有利于诱饵把导弹引离载机,提高了载机的存活率。
(2) 当载机受到导弹的拦击攻击时,载机应立刻向导弹的飞行方向作加速机动,尽快与导弹形成“尾追态势”的态势,此后使用载机受到导弹的尾追攻击时的战术措施即可。
(3) 当载机受到导弹的迎面攻击时,由于载机与导弹的距离不是很远,且两者之间的相对速度较大,因此
载机几乎无法作反方向的高速机动,大多数情况下只能向左或者向右急转弯并全力加速,尽可能地构成“三角态势”,以便诱饵使用强干扰信号将导弹欺骗到诱饵身上,或者使导弹从载机和诱饵之间穿过。在此种情况下,由于拖曳式诱饵在使用上存在圆锥模糊区[3],载机受到导弹的击毁概率较大,应尽量避免这种态势的出现。
4 结 语
通过以上分析可以清楚看出,机载拖曳式雷达有源诱饵的系统设计必须和载机的战术使用密切结合,比如诱饵与导弹和载机的相对方位、距离,释放时机,释放后载机作何种机动等,因此在研究拖曳式诱饵硬件技术的同时,一定要开发拖曳式诱饵的战术使用软件。其次拖曳式诱饵作为载机携带一种干扰资源,主要用于防御的关键时刻(如末端防御等),是整体防御系统设计的一个环节,应纳入整体防御系统统一考虑,由计算机合理分配干扰资源,使整体防御在任何时刻都有一组最佳的防御组合[9,10]。
参考文献
[1]方有培.拖曳式有源射频诱饵干扰防空导弹研究[J].航天电子对抗,2001(4):16-19.
[2]王万通.投掷式有源雷达诱饵技术分析[J].电子对抗技术,1997(3):13-19.
[3]赵友岭,王星,叶广强.反机载拖曳式诱饵干扰的作战研究[J].弹箭与制导学报,2006,26(2):876-878.
[4]张娟,张林让,张娇云.拖曳式诱饵对多普勒雷达导引头的干扰仿真[J].系统仿真学报,2007,19(1):114-117.
[5]William J Kerins.Analysis of Towed Decoys[J].IEEE Trans.on Aerospace and Electronic Systems,1993,29(4):1 222-1 227.
[6]吕彤光,姜文利,李盾.两点源诱骗被动雷达导引头性能分析[J].系统工程与电子技术,2002,24(4):47-55.
[7]Zhang Xin.Monopulse Radar Detection and Localization of Multiple Uesolved Targets via Joint Bin Processing[A].Radar Conference[C].2005,53(4):1 225-1 236.
[8]高烽.多普勒雷达导引头信号处理技术[M].北京:国防工业出版社,2001.
[9]王永寿.光波电子战技术现状与发展动向[J].飞航导弹,2002(5):45-48.
[10]王永仲.现代军用光学技术[M].北京:科学出版社,2004.