， ，

(西安導航技術研究所， 陜西西安 710068)

0 引言

在現代空襲作戰(zhàn)中，艦載電子戰(zhàn)飛機通過對雷達系統實施干擾，使對方防空系統難以發(fā)揮作用。隨著EA-6B電子戰(zhàn)飛機的退役，EA-18G“咆哮者”成為當下最先進、最具代表性的電子戰(zhàn)飛機。通過搜集現有資料，噪聲壓制干擾是EA-18G的首要干擾方式，主要是通過輻射大功率雜波或噪聲調制類信號抬高雷達的基底噪聲，提高檢測門限并阻礙雷達對目標的正常檢測和錄取，如寬帶阻塞、窄帶瞄準和掃頻干擾等[1-3]。

單雷達通過降低副瓣電平，采取副瓣對消和副瓣匿影等措施可以在一定程度上能夠對抗從雷達副瓣進入的噪聲信號，但對從主瓣進入的干擾噪聲仍無能為力；海上編隊所轄多部雷達，各成員艦艇通過領受任務、情報共享、數據融合等方式，實現雷達組網探測，在對抗“單平臺式作戰(zhàn)理念”的干擾方式具有一定優(yōu)勢。文獻[4]以組網雷達預警距離作為雷達網抗干擾效能評估指標，給出較好的雷達網布局方案，計算得到組網后雷達的預警距離比各單部雷達明顯增大，但該技術需要預先知道被掩護飛機的來襲方向。文獻[5]從連續(xù)性和嚴密性兩個方面考慮，提高了對警戒責任區(qū)的覆蓋率。文獻[6]基于遺傳算法，通過合理管控雷達資源完成對責任區(qū)的保障任務，但仍然是以保證雷達網對責任區(qū)空域探測覆蓋的連續(xù)性和嚴密性等為目標。文獻[7]通過建立有源與無源雷達組網協同抗干擾部署優(yōu)化模型，有效減小了雷達網探測區(qū)域的盲區(qū)，但這些方法仍屬于靜態(tài)戰(zhàn)前籌劃評估范疇。本文考慮到戰(zhàn)時敵方飛機來襲方向未知的特點，提出平均自衛(wèi)距離的概念，以此為指標動態(tài)實時融合最佳雷達指定空域的探測數據信息，最大程度地改善編隊受干擾雷達在噪聲壓制干擾環(huán)境下的作用距離，同時也可為戰(zhàn)前編隊隊形提供指導和建議。

1 數學模型

1.1 干擾對抗過程

依據雷達方程，雷達在未受干擾時的最大作用距離為

(1)

式中，Pt為發(fā)射功率，Gt為發(fā)射天線增益，Ae為天線有效孔徑，σ為目標RCS，Ls為雷達系統損耗，Lf為目標起伏損耗，N=kT0BFn為雷達接收機內部熱噪聲功率，k=1.38×10-23為玻耳茲曼常數，T0一般取290 K，B為接收機噪聲帶寬，Fn為接收機噪聲系數，(SNR)m為積累m個脈沖時雷達檢測目標所需最小信噪比。

雷達對抗是一個二元競爭動態(tài)過程，這個過程可以用圖1描述。

圖1 雷達對抗二元競爭動態(tài)過程

1) 狀態(tài)1

此時，影響雷達的是接收機噪聲功率N=kT0BFn。

2) 狀態(tài)2

雷達未采用捷變頻技術，在固定的發(fā)射頻率下工作，干擾方只需要瞄準式干擾，干擾功率Pj，干擾帶寬Bj略大于雷達接收機帶寬Br。通常雷達接收到的干擾功率遠大于接收機內部熱噪聲，故噪聲影響可忽略。進入雷達的干擾功率為

(2)

式中，Pj為干擾機功率，Gj為干擾機天線最大增益，θ為干擾機方向與雷達主波束中心之間的夾角，Rj為雷達與干擾機之間的距離，G(θ)為雷達在干擾機方向的增益，經驗公式如下：

(3)

式中，θ0.5為雷達波束半功率點寬度，k取[0.04,0.1]，高增益天線k取值[0.07,0.1]。

3) 狀態(tài)3

若雷達采取自適應捷變頻技術，則雷達總工作在干擾區(qū)外，干擾完全失效，雷達恢復到無干擾下的狀態(tài)；若雷達采取一般捷變頻技術，雷達受到干擾的概率為

(4)

式中，f1，f2為干擾所能覆蓋的最低、最高頻率，p(ft)為雷達發(fā)射頻率的概率密度分布函數。

4) 狀態(tài)4

干擾方通過偵察判斷雷達的捷變頻頻帶，采取阻塞式干擾。

由于干擾帶寬覆蓋整個頻域，雷達將受到干擾。設此時干擾的帶寬為B1j，干擾帶寬Bj遠大于雷達接收機帶寬Br，進入雷達接收機的干擾功率為

(5)

1.2 效能評估指標

自衛(wèi)距離定義：遠距離支援式干擾戰(zhàn)術下，干擾機與雷達的距離通常固定不變，隨著目標與雷達間距離的減少，雷達接收機端的干信比逐漸減小。當干信比等于雷達在干擾中的可見度(壓制系數)時，雷達能夠以一定的檢測概率(Pd=0.1,Pf=10-6)發(fā)現目標。此時，目標與雷達之間的距離稱自衛(wèi)距離。

干擾暴露區(qū)定義：雷達受到干擾時仍能發(fā)現被保護目標的區(qū)域，即雷達在各個方向上自衛(wèi)距離構成包絡線的內部區(qū)域。

文獻[2]指出，壓制系數與雷達信號處理方法(脈沖積累個數、是否進行MTI，MTD等)有關，實際計算過程中較難獲取，這里采取與雷達正常工作距離類比的方式進行計算[3]。

假設進入雷達接收機的干擾噪聲功率為內部熱噪聲功率N的Q倍，在與計算雷達最大作用距離同樣的檢測概率和虛警概率，雷達對處于干擾環(huán)境下目標的作用距離(假設雷達完成恒虛警處理，檢測所需的信噪比與干擾前相同)可等效為

(6)

因此，由干擾方程

(7)

可知

(8)

可得雷達在θ方向上的自衛(wèi)距離為

(9)

式中，c為光速，f為雷達工作頻率，Rmax為無干擾情況下雷達的最大作用距離。

由式(9)可知，噪聲干擾環(huán)境下，雷達在各方向上的自衛(wèi)距離并不相同，而目標可能從任意方向來襲，因此，將θ角度離散化{θ1,θ2,…,θN}，這里定義雷達平均自衛(wèi)距離：

(10)

2 編隊雷達網協同抗干擾

2.1 編隊受干擾情形分析

對雷達有效實施干擾需滿足3個對準條件：時間對準、頻率對準和空間對準。時間對準即干擾信號與雷達信號在同一時間段內向外輻射；頻率對準即干擾帶寬需要覆蓋雷達的信號帶寬；空間對準即干擾波束能在方位/俯仰上覆蓋雷達所處空間位置。干擾機在執(zhí)行任務時會不間斷地向外輻射干擾信號，時間對準滿足，雷達是否受到干擾主要取決于空間對準和頻率對準兩個條件。

1) 瞄準式干擾的影響

空間上，干擾波束對編隊覆蓋范圍Wh的計算公式：

Wh=θaz·Dj

(11)

式中，θaz為方位波束寬度，Dj為干擾機距編隊中心的距離。以公開文獻報道EA-18G所攜吊艙干擾波束寬度30°為例，由于海上編隊艦艦通信距離的約束，艦艦間距最大不超過40 km，根據表1干擾波束在不同距離上對編隊覆蓋范圍的分析計算，同一個干擾波束在空間上能夠全部覆蓋呈單縱隊、兩艦方位隊、三角隊、菱形隊等基本隊形的編隊。

表1 壓制干擾波束覆蓋寬度

頻域上，瞄準式干擾帶寬較窄，在雷達信號頻帶內的干擾功率強，但對頻率引導要求較高。以兩艦編隊為例，如圖2所示。

圖2 同一波束干擾兩艦編隊示意圖

① 當編隊兩雷達發(fā)射信號的中心頻率相近時，兩雷達會受到同一波束的瞄準式干擾，如圖2(a)所示，編隊整體受干擾。

② 當編隊兩雷達發(fā)射信號的中心頻率差異較大，或者雷達自身采取自適應捷變頻、隨機跳頻等措施時，兩雷達不會遭受同一波束的瞄準式干擾，如圖2(b)所示，編隊部分受干擾。

當EA-18G提前獲取我方雷達工作頻段后，通過合理搭配吊艙組合，可利用多個干擾波束對多部雷達同時進行瞄準式干擾，并不僅僅對編隊施放單一干擾波束。根據EA-18G載荷能力來看，1架EA-18G一般攜帶3個干擾吊艙，考慮兼顧對通信設備的干擾，一般攜帶2個雷達干擾吊艙，當編隊雷達數量超過2個，1架EA-18G無法對編隊所轄各雷達實施瞄準式干擾；當有多架EA-18G時，編隊所轄各雷達均會受到瞄準式干擾。

當艦載雷達采取隨機跳頻，干擾偵察機無法同時獲取編隊所有雷達的工作頻率，往往擴展干擾帶寬，實施寬帶阻塞式干擾。

2) 阻塞式干擾的影響

由于艦載主戰(zhàn)雷達通常工作在S，C波段，通過合理搭配吊艙組合，1架EA-18G完全能夠同時覆蓋雷達的工作頻帶，編隊整體受干擾。

2.2 效能分析

與單雷達設備抗干擾不同，雷達網通過相互協同不僅具有單設備的抗干擾能力，還獲得了“體系、融合和控制”的協同抗干擾優(yōu)勢。“體系”就是通過組網雷達頻率分集、空間分集，實現組網雷達群整體抗干擾；“融合”就是通過數據鏈系統收集編隊各平臺雷達探測信息，進行點跡/航跡融合，在復雜的干擾環(huán)境下發(fā)現并提取有用信息，實現目標的連續(xù)跟蹤；“控制”就是根據融合反饋信息，以抗干擾效能最佳為原則，選擇最優(yōu)的探測雷達組合，并對其搜索扇區(qū)、工作/掃描方式、工作時間進行控制。

圖3 雷達組網抗干擾效能示意圖

如圖3所示，電子戰(zhàn)飛機對兩艦編隊實施噪聲壓制干擾，雷達A和雷達B通過采取副瓣對抗措施可以在一定程度上能夠對抗從雷達副瓣進入的噪聲信號，但對從主瓣進入的干擾噪聲手段有限，表現在雷達干擾方向上的自衛(wèi)距離大幅減小，非干擾方向上的自衛(wèi)距離減小并不明顯。不妨設兩部雷達的自衛(wèi)距離分別為RjmaxA和RjmaxB，利用雷達A與雷達B空間分集特點，其非干擾方向上的探測RjmaxA(θj)可以有效改善雷達B在干擾方向上的自衛(wèi)距離，將其協同前在該方向自衛(wèi)距離OE=RjmaxB(θi)延長到OF=RjmaxB_gain(θi)，那么通過協同，雷達B平均自衛(wèi)距離提升率表示為k_gain=(RjmaxB_gain-RjmaxB)/RjmaxB。

因此，根據編隊內各艦主戰(zhàn)雷達性能及所處位置，以受干擾雷達平均自衛(wèi)距離最大化為原則，選擇并控制最佳協同平臺雷達搜索扇區(qū)，通過收集協同平臺雷達指定空域的探測數據，采用數據融合技術，實現對目標提早建航跟蹤(與單雷達設備相比)。

3 仿真分析

假設我方編隊所轄主戰(zhàn)雷達分別為雷達1和雷達2，干擾機為1架EA-18G，具體參數如表2所示。不同場景下，通過協同選擇最佳平臺雷達，編隊雷達網抗干擾效能分析結果如表3～表6所示。

由于雷達的自衛(wèi)距離是以檢測概率Pd=0.1定義的，對比起見，這里雷達無干擾時的最大作用距離同樣以檢測概率Pd=0.1給出。

表2 仿真參數

場景1：典型編隊呈菱形隊形向正北方向航行，平臺A/C所轄雷達1，平臺B/D所轄雷達2，艦艦間距20 km，干擾機位于編隊正北方位，如圖4所示。簡化起見，編隊中心設為坐標原點(0，0)，干擾功率譜密度-30 dBW/Hz，其他參數設置均如表2所示，編隊各受干擾雷達的平均自衛(wèi)距離提升率如表3、表4所示。

圖4 典型編隊形式示意圖

受干擾平臺號自衛(wèi)距離/km協同前協同后最佳協同平臺號自衛(wèi)距離提升率/%A79.4237.6B199.0B256.1263.3D2.8C90.5247.9B173.8D256.1263.4B2.8

表4 編隊雷達平均自衛(wèi)距離匯總(干擾機距編隊中心100 km)

場景2：編隊呈菱形隊形向正北方向航行，平臺A/C所轄雷達2，平臺B/D所轄雷達1，艦艦間距20 km，簡化起見，編隊中心設為坐標原點(0，0)，干擾功率譜密度-30 dBW/Hz，其他參數設置均如表2所示，編隊各受干擾雷達的平均自衛(wèi)距離提升率如表5、表6所示。

表5 編隊雷達平均自衛(wèi)距離匯總(干擾機距編隊中心200 km)

表6 編隊雷達平均自衛(wèi)距離匯總(干擾機距編隊中心100 km)

從表5、表6可以得到以下結論：

1) 編隊在受到噪聲壓制干擾的情形下，通過合理選擇編隊內協同平臺，對自身受干擾雷達的自衛(wèi)距離均有不同程度上的提升；

2) 由于雷達2比雷達1正常作用距離遠，且具有副瓣對消措施，對雷達1自衛(wèi)距離的提升有明顯的改善效果；

3) 干擾機距編隊越近，通過協同方式得到的平均自衛(wèi)距離增益越明顯。

4 結束語

為了提高現代海戰(zhàn)場條件下編隊雷達網系統的防御能力，本文立足海上艦艇編隊抗干擾效能，研究了典型單雷達電子對抗過程和模型，給出了編隊實時協同抗干擾雷達選擇指標和依據，對噪聲壓制干擾情形下的編隊抗干擾增益進行了量化分析，仿真表明，本文提出的效能評估指標科學、合理。但是，在實際的海上編隊抗干擾過程中，還需要綜合考慮海戰(zhàn)場環(huán)境因素、編隊作戰(zhàn)雷達使用規(guī)則、單雷達設備抗干擾能力等一系列限制因素，這方面有待進一步研究。