湯國(guó)防，高瑞明，閆雙平，閆永恒

（中國(guó)電子科技集團(tuán)有限公司第十五研究所，北京 100083）

0 引言

在實(shí)戰(zhàn)化的軍事演習(xí)訓(xùn)練中，雷達(dá)兵力與電抗兵力往往互為對(duì)手，背靠背開展對(duì)抗性訓(xùn)練，以盡可能發(fā)現(xiàn)戰(zhàn)技戰(zhàn)法不足，獲取最大化的戰(zhàn)場(chǎng)生存能力。雷達(dá)部隊(duì)及地面雷達(dá)裝備作為防御性作戰(zhàn)力量，限于其只能地面作戰(zhàn)、機(jī)動(dòng)性差、不具備進(jìn)攻能力等特點(diǎn)，往往成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)最先遭受打擊損毀的兵力對(duì)象［1］，其核心作戰(zhàn)價(jià)值在于第一時(shí)間探測(cè)發(fā)現(xiàn)敵方來(lái)襲目標(biāo)，并報(bào)送準(zhǔn)確、可靠的軍事情報(bào)。雷達(dá)陣地的優(yōu)化選擇是保證發(fā)揮雷達(dá)作戰(zhàn)效能的關(guān)鍵。雷達(dá)陣地選擇與對(duì)抗戰(zhàn)術(shù)在雷達(dá)作戰(zhàn)中是緊密聯(lián)系的，目前有關(guān)雷達(dá)地形遮蔽的研究［2-3］主要是利用地形高程數(shù)據(jù)構(gòu)建三維空間模型，然后比較每個(gè)方位的雷達(dá)探測(cè)高度和地點(diǎn)高度，得到大致的陣地方位遮蔽角。該類方法實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)山地形遮蔽的計(jì)算，但是未給出陣地選擇策略以及選定陣地條件下的雷達(dá)作戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)策略。

本文通過(guò)分析雷達(dá)陣地堪選影響因素，提出利用數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)字戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，對(duì)備選雷達(dá)陣地遮蔽情況進(jìn)行精細(xì)化仿真計(jì)算，利用實(shí)例分析方法研究雷達(dá)陣地比選策略，并根據(jù)雷達(dá)陣地遮蔽及雷達(dá)威力覆蓋情況提出雷達(dá)對(duì)抗戰(zhàn)術(shù)策略的相關(guān)建議。

1 雷達(dá)陣地堪選影響因素

雷達(dá)陣地堪選需要考慮周邊地形起伏、大氣環(huán)境、地礦地磁等諸多因素對(duì)雷達(dá)作戰(zhàn)性能的影響，綜合體現(xiàn)為雷達(dá)的實(shí)際探測(cè)威力與實(shí)際探測(cè)精度［4］。與大氣環(huán)境、地礦地磁等等因素相比，地形起伏所產(chǎn)生的遮蔽盲區(qū)、地球曲率影響產(chǎn)生的高度差是影響雷達(dá)實(shí)際探測(cè)威力的重要因素。

1.1 雷達(dá)理論威力

雷達(dá)理論威力描述了雷達(dá)在三維空間下的理論探測(cè)距離，通常以雷達(dá)方程進(jìn)行估算［5］。

其中，Pt為雷達(dá)發(fā)射功率，Gt為天線增益，為雷達(dá)電磁波長(zhǎng)，σ 為目標(biāo)有效反射面積，Smin為雷達(dá)最小可檢測(cè)信號(hào)功率。

根據(jù)雷達(dá)方程，雷達(dá)探測(cè)距離與雷達(dá)發(fā)射功率、天線增益、雷達(dá)電磁波長(zhǎng)、目標(biāo)有效反射面積成正比例關(guān)系，與最小可檢測(cè)信號(hào)成反比例關(guān)系。在實(shí)際對(duì)空探測(cè)分析時(shí)，目標(biāo)型號(hào)類別、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、目標(biāo)實(shí)時(shí)飛行姿態(tài)等均會(huì)影響目標(biāo)有效反射面積參數(shù)，因此，通常只作確定有效反射面積參數(shù)下定量分析。

考慮雷達(dá)天線的工作特性，可以將雷達(dá)威力表示為由方位角和仰角的歸一化方向性函數(shù)F（θ，φ），則雷達(dá)探測(cè)威力范圍可表示為［5］:

式（2）描述了雷達(dá)在方位角θ、仰角φ 的方向上理論的最大探測(cè)距離，實(shí)際可通過(guò)實(shí)裝檢飛進(jìn)行測(cè)定［6］，在應(yīng)用時(shí)則結(jié)合雷達(dá)威力方程的數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

1.2 地形遮蔽影響

在雷達(dá)作戰(zhàn)中，近地遠(yuǎn)山起伏所形成的地形遮蔽是直接影響雷達(dá)威力的因素之一［7］。在雷達(dá)電磁波傳輸過(guò)程中，地形遮蔽一方面直接阻隔了雷達(dá)電磁波的遠(yuǎn)距離傳輸，形成遮蔽盲區(qū)，另一方面特殊地形還會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的地物反射雜波，在雷達(dá)顯示屏幕上形成明顯的回波信號(hào)，影響甚至淹沒(méi)空中目標(biāo)回波信號(hào)，影響作戰(zhàn)人員準(zhǔn)確分析判別真實(shí)目標(biāo)。地形遮蔽對(duì)雷達(dá)威力影響如圖1。

圖1 地形遮蔽對(duì)雷達(dá)威力影響

威力遮蔽盲區(qū)所形成的空域通道，以及強(qiáng)效地雜波區(qū)域?yàn)榭罩心繕?biāo)構(gòu)建了有利的隱蔽條件，極有可能成為無(wú)人機(jī)等作戰(zhàn)要素的突防航線。

1.3 地球曲率影響

在雷達(dá)實(shí)際部署威力探測(cè)中，由于地球曲面的影響，在雷達(dá)部署位置點(diǎn)的水平線相對(duì)于水平距離L 處存在一定的高度差，如圖2 所示。

圖2 地球曲率對(duì)雷達(dá)水平探測(cè)影響

地球半徑R，在距離雷達(dá)部署位置L 處高度為h 的建筑物，剛好處于雷達(dá)的水平方向，因此，在計(jì)算建筑物遮蔽時(shí)，若考慮地球曲率影響，則雷達(dá)部署位置水平線與距離L 處存在數(shù)值近似為h 的水平高度差，計(jì)算如式（3）。

由此產(chǎn)生的雷達(dá)仰角差計(jì)算如式（4）。

2 雷達(dá)陣地遮蔽計(jì)算方法

雷達(dá)陣地遮蔽主要利用地形數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)字戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，分析地形起伏與雷達(dá)部署相對(duì)關(guān)系，結(jié)合地球曲率影響，計(jì)算在各方位上的遮蔽數(shù)據(jù)。

2.1 數(shù)字戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境構(gòu)建

數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)是表示地表起伏形態(tài)通用模型數(shù)據(jù)，用一組有序數(shù)值陣列表示地表高度、坡度、坡向等信息，是構(gòu)建數(shù)字戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。目前，常用的DEM 數(shù)據(jù)分別是2009 年發(fā)布的ASTER GDEM 數(shù)據(jù)、2003 年發(fā)布的SRTM 數(shù)據(jù)以及1996 年發(fā)布的GTOPO30 數(shù)據(jù)［8］。本文采用ASTER GDEM 系統(tǒng)的30 m 精度高程數(shù)據(jù)，格式為IMG 圖像文件。為了便于計(jì)算并與業(yè)務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成，可將IMG 圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Surfer Grid 明碼格式的網(wǎng)格化數(shù)據(jù)，其格式如下:

該文件數(shù)據(jù)采用UTM 投影坐標(biāo)格式，文件頭部以“DSAA”為標(biāo)識(shí)，分別描述了網(wǎng)格總列數(shù)、總行數(shù)、最小/最大X 坐標(biāo)、最小/最大Y 坐標(biāo)、最小/最大高程，以及對(duì)應(yīng)網(wǎng)格數(shù)據(jù)矩陣。

2.2 雷達(dá)陣地遮蔽計(jì)算

基于地形高程數(shù)據(jù)、雷達(dá)部署位置以及地球曲面產(chǎn)生的雷達(dá)水平高差計(jì)算方法，可以計(jì)算雷達(dá)陣地在每個(gè)方位角上不同仰角的遮蔽數(shù)據(jù)。為了便于計(jì)算，可預(yù)先將雷達(dá)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的UTM 投影坐標(biāo)，具體計(jì)算流程設(shè)計(jì)如圖3。

在上述流程中，以陣地為中心，分別按照陣地方位角以及每個(gè)方位上距離陣地的距離，由近及遠(yuǎn)進(jìn)行迭代，搜索近地遠(yuǎn)山的全部遮蔽角，形成精細(xì)化計(jì)算的遮蔽數(shù)據(jù)。具體步驟為:首先，以陣地坐標(biāo)為中心，按照方位角由0～360°進(jìn)行迭代，方位角迭代步長(zhǎng)可按照所需陣地遮蔽數(shù)據(jù)精度靈活設(shè)置，如取0.1°；其次，在對(duì)應(yīng)的方位角方向上，按照距陣地中心的距離，由近及遠(yuǎn)至雷達(dá)最大有效作用距離等間距迭代采樣，計(jì)算每個(gè)采樣點(diǎn)坐標(biāo)；按照采樣點(diǎn)坐標(biāo)從地形高程數(shù)據(jù)中提取該點(diǎn)高程，并進(jìn)行地球曲率影響修正后計(jì)算得到陣地與該采樣點(diǎn)的視向仰角；對(duì)比該方位上每個(gè)采樣點(diǎn)與前序遮蔽點(diǎn)的視向仰角，取較大值作為后續(xù)對(duì)比分析的遮蔽點(diǎn)；最后得到每個(gè)方位上的遮蔽點(diǎn)序列，即為陣地遮蔽數(shù)據(jù)。

圖3 雷達(dá)陣地遮蔽計(jì)算流程

在陣地遮蔽數(shù)據(jù)描述方面，每個(gè)陣地方位上均采用一條或多條記錄存儲(chǔ)在0～90°視向仰角上的遮蔽數(shù)據(jù)。陣地某一方位遮蔽數(shù)據(jù)描述如表1。

表1 雷達(dá)陣地方位遮蔽數(shù)據(jù)

雷達(dá)陣地遮蔽數(shù)據(jù)是進(jìn)行雷達(dá)威力分析評(píng)估的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合雷達(dá)理論威力數(shù)據(jù)可以預(yù)測(cè)雷達(dá)在任務(wù)方位、任意高度層上的威力覆蓋范圍。

3 對(duì)抗戰(zhàn)術(shù)分析

選取利用東經(jīng)85°～88°北緯41°～43°的矩形區(qū)域范圍的某地區(qū)作為想定對(duì)抗區(qū)域，該地區(qū)為四周環(huán)山的平原地帶，平原海拔1 000 m 左右，最大地形高度4 800 m，電抗無(wú)人機(jī)部隊(duì)與機(jī)動(dòng)雷達(dá)部隊(duì)分別在東西兩側(cè)選址部署，開展實(shí)兵實(shí)戰(zhàn)對(duì)抗，如圖4。采用30 m 精度高程數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，構(gòu)建了數(shù)字地形環(huán)境和雷達(dá)威力可視化分析工具，對(duì)備選陣地地形遮蔽進(jìn)行仿真計(jì)算和分析。

圖4 雷達(dá)電抗實(shí)戰(zhàn)對(duì)抗區(qū)域

3.1 雷達(dá)陣地比選策略

在給定對(duì)抗區(qū)域范圍堪選雷達(dá)陣地A（E87.10，N42.10，H1050） 與雷達(dá)陣地B（E87.216，N42.205，H1130）作為備選陣地，并對(duì)備選陣地進(jìn)行陣地遮蔽分析、高度層威力覆蓋分析、重點(diǎn)區(qū)域威力覆蓋分析及重點(diǎn)航線覆蓋分析，以優(yōu)選雷達(dá)陣地。

3.1.1 陣地遮蔽分析

根據(jù)雷達(dá)陣地A 與雷達(dá)陣地B 的部署位置分別計(jì)算得到遮蔽數(shù)據(jù)，以此為基礎(chǔ)，可以計(jì)算任意仰角的可視區(qū)域和任意高度層雷達(dá)威力范圍［9］。按水平（0°仰角）可視區(qū)域面積和遠(yuǎn)山可視區(qū)域（各方位最大遮蔽仰角對(duì)應(yīng)遮蔽點(diǎn)形成的封閉區(qū)域）繪制圖形如圖5 和圖6。

圖5 陣地A 水平可視區(qū)域與遠(yuǎn)山可視區(qū)域

圖6 陣地B 水平可視區(qū)域與遠(yuǎn)山可視區(qū)域

計(jì)算水平可視區(qū)域面積和遠(yuǎn)山可視封閉區(qū)域面積，得到對(duì)比數(shù)據(jù)如表2。

表2 雷達(dá)陣地仰角可視區(qū)域面積

對(duì)比數(shù)據(jù)可以得出，陣地A 所處地勢(shì)較低，在水平方向受地形起伏遮蔽明顯；其位置靠近平原中心地帶，對(duì)高空可視范圍較大；陣地B 所處地勢(shì)較高，水平方向可視范圍廣，有利于跟蹤探測(cè)低空目標(biāo)；但由于距離北部山區(qū)較近，北側(cè)遠(yuǎn)山可視區(qū)域受限。

3.1.2 高度層威力分析

根據(jù)雷達(dá)陣地A 與雷達(dá)陣地B 的遮蔽數(shù)據(jù)及理論威力，分別計(jì)算雷達(dá)在不同高度層威力范圍。設(shè)定高度層分別為海拔1 200 m、1 500 m、2 000 m，計(jì)算得到某型雷達(dá)在陣地A 和陣地B 的高度層威力范圍如表3。

表3 雷達(dá)陣地高度層威力范圍

對(duì)比可見，在海拔1 200 m、1 500 m 高度層，雷達(dá)在陣地B 處預(yù)警探測(cè)范圍廣，具備明顯優(yōu)勢(shì)；2 000 m 及以上高度受附近高山遮擋，陣地A 則相對(duì)具有劣勢(shì)。

3.1.3 重點(diǎn)區(qū)域威力覆蓋分析

根據(jù)對(duì)抗規(guī)則及電抗部隊(duì)的重點(diǎn)活動(dòng)范圍，在對(duì)抗區(qū)域東側(cè)地形起伏區(qū)設(shè)定無(wú)人機(jī)目標(biāo)重點(diǎn)活動(dòng)區(qū)域如圖7。

圖7 無(wú)人機(jī)目標(biāo)重點(diǎn)活動(dòng)區(qū)域

對(duì)機(jī)動(dòng)雷達(dá)在備選陣地對(duì)重點(diǎn)區(qū)域不同高度層的威力覆蓋進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表4。

表4 雷達(dá)對(duì)重點(diǎn)區(qū)域威力覆蓋統(tǒng)計(jì)

對(duì)比可知，在海拔2 000 m 以上空域，雷達(dá)在兩個(gè)陣地均可實(shí)現(xiàn)對(duì)所設(shè)定重點(diǎn)區(qū)域的100%威力覆蓋；在地表至海拔1 500 m 空域內(nèi)，兩個(gè)陣地均存在不同程度的地形遮蔽。在海拔2 000 m 以下空域，雷達(dá)優(yōu)選陣地B 對(duì)重點(diǎn)區(qū)域形成的威力覆蓋范圍優(yōu)于陣地A。

3.1.4 重點(diǎn)航線威力覆蓋分析

根據(jù)地形起伏情況，分析敵方主攻來(lái)襲方向［10］，對(duì)敵方低空突防航線進(jìn)行預(yù)測(cè)，并繪制雷達(dá)高度層威力范圍圖，對(duì)比雷達(dá)在不同陣地對(duì)重點(diǎn)航線的覆蓋情況，如圖8。

圖8 低空突防路線預(yù)測(cè)

圖中R1、R2、R3、R4為預(yù)測(cè)的敵方低空突防航線，均位于山谷間的空域通道，無(wú)人機(jī)等目標(biāo)可利用高山遮蔽進(jìn)行低空入侵和機(jī)動(dòng)迂回。對(duì)比雷達(dá)在陣地A 和陣地B 的高度層威力覆蓋圖可見，陣地A對(duì)R1、R2飛行航線存在威力遮蔽，陣地B 則能夠在較大范圍內(nèi)形成對(duì)4 條山谷間空域通道的威力覆蓋，有利于第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)入侵目標(biāo)并實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的連續(xù)跟蹤探測(cè)。

3.2 反突防戰(zhàn)術(shù)

選定陣地后，根據(jù)敵方目標(biāo)活動(dòng)區(qū)域及地形遮蔽條件、威力盲區(qū)情況進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，預(yù)先籌劃反突防戰(zhàn)術(shù)，提升雷達(dá)情報(bào)保障能力。

3.2.1 低空盲區(qū)預(yù)測(cè)

根據(jù)雷達(dá)理論威力數(shù)據(jù)和雷達(dá)陣地遮蔽數(shù)據(jù)，按照敵方兵力出動(dòng)的大致方位繪制雷達(dá)方位威力剖面圖，對(duì)雷達(dá)方位威力剖面探測(cè)盲區(qū)進(jìn)行直觀分析，如圖9。需要重點(diǎn)關(guān)注的威力盲區(qū)包括山谷間的空域通道、較近處的高山山后區(qū)域，如陣地B 北側(cè)高山山后的威力盲區(qū)。相應(yīng)地，在對(duì)應(yīng)方位的探測(cè)盲區(qū)進(jìn)行預(yù)先標(biāo)注，作為敵方目標(biāo)出現(xiàn)或消失的重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域，并預(yù)先開展預(yù)案推演和模擬演練。

圖9 雷達(dá)方位威力剖面圖

3.2.2 突防航線目標(biāo)預(yù)測(cè)

根據(jù)預(yù)測(cè)的敵方低空突防航線，對(duì)敵方目標(biāo)出動(dòng)情況進(jìn)行預(yù)先推演，預(yù)測(cè)敵方目標(biāo)可能出現(xiàn)的方位、距離、飛行高度或區(qū)域范圍，如圖8 中R1、R2、R3、R44 條突防航線，制定雷達(dá)作戰(zhàn)操作預(yù)案。

在對(duì)抗戰(zhàn)術(shù)設(shè)計(jì)中，可以采取重點(diǎn)區(qū)域標(biāo)注、雷達(dá)操作員按扇區(qū)分工協(xié)作、合理調(diào)整雷達(dá)工作電傾角參數(shù)等預(yù)案策略，提醒雷達(dá)操作員重點(diǎn)監(jiān)視對(duì)應(yīng)方位可疑目標(biāo)，并提升雷達(dá)裝備對(duì)低空目標(biāo)的探測(cè)分辨能力，以便第一時(shí)間捕獲目標(biāo)，完成情報(bào)上報(bào)任務(wù)。

3.2.3 特殊區(qū)域目標(biāo)跟蹤預(yù)測(cè)

根據(jù)雷達(dá)高度層威力圖，分析識(shí)別雷達(dá)威力不連續(xù)覆蓋區(qū)域，如圖10，由于地形起伏，雷達(dá)威力在特定區(qū)域形成梳齒狀不連續(xù)區(qū)域，雷達(dá)對(duì)該區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)探測(cè)連續(xù)性將受到極大影響。

圖10 雷達(dá)威力不連續(xù)覆蓋區(qū)域

戰(zhàn)前籌劃階段，可以根據(jù)雷達(dá)高度層威力圖對(duì)特定區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)出現(xiàn)、暫消情況進(jìn)行預(yù)判，召集雷達(dá)戰(zhàn)勤班組進(jìn)行推演分析，做到心中有數(shù)；在作戰(zhàn)中可采用對(duì)目標(biāo)位置進(jìn)行區(qū)域標(biāo)注、尾跡全顯、航跡合理外推預(yù)測(cè)和及時(shí)發(fā)現(xiàn)上報(bào)等戰(zhàn)術(shù)，提升情報(bào)連續(xù)性、可靠性，降低漏壓情概率。

3.2.4 背景雜波抑制

利用雷達(dá)陣地遮蔽數(shù)據(jù)，有效識(shí)別地形遠(yuǎn)山產(chǎn)生的背景雜波區(qū)域。首先，在對(duì)抗開始前實(shí)地進(jìn)行雷達(dá)探測(cè)，獲取雷達(dá)回波圖并分析研判雜波影響范圍，以設(shè)計(jì)合理的雜波抑制門限值、背景圖抵消等雜波抑制措施［11］，防范敵方兵力利用地雜波環(huán)境掩護(hù)突防行動(dòng)；其次，制定雷達(dá)工作參數(shù)作戰(zhàn)規(guī)劃預(yù)案，針對(duì)特定場(chǎng)景設(shè)計(jì)雷達(dá)用頻、雷達(dá)功率、雷達(dá)電傾角等工作策略，以提升目標(biāo)回波信號(hào)特性［12］，提高雷達(dá)操作員在背景雜波干擾時(shí)的目標(biāo)判別準(zhǔn)確度；允許情況下，也可在陣地周邊設(shè)置目力觀察哨。

4 結(jié)論

機(jī)動(dòng)雷達(dá)陣地的合理選擇與雷達(dá)對(duì)抗戰(zhàn)術(shù)的科學(xué)籌劃，是提升雷達(dá)作戰(zhàn)效能和戰(zhàn)場(chǎng)生存能力的重要前提。在雷達(dá)陣地堪選中，雷達(dá)陣地高度、雷達(dá)對(duì)主戰(zhàn)方向、重點(diǎn)區(qū)域及重點(diǎn)航線的覆蓋能力是影響雷達(dá)陣地選擇的主要因素；而雷達(dá)作戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)的制定，則是以及時(shí)探測(cè)發(fā)現(xiàn)、準(zhǔn)確連續(xù)跟蹤和有效應(yīng)對(duì)變化等提升雷達(dá)情報(bào)保障能力為核心出發(fā)點(diǎn)。本文提出面向數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的機(jī)動(dòng)雷達(dá)陣地堪選方法及對(duì)抗戰(zhàn)術(shù)策略，對(duì)于構(gòu)建預(yù)警監(jiān)視作戰(zhàn)籌劃等業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)，以及雷達(dá)兵力反突防作戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)規(guī)劃具有實(shí)際意義。未來(lái)，雷達(dá)裝備組網(wǎng)作戰(zhàn)、固定雷達(dá)與機(jī)動(dòng)雷達(dá)的混合運(yùn)用及作戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)優(yōu)化是下一步有待深入研究的課題，也是聯(lián)合作戰(zhàn)條件下雷達(dá)情報(bào)保障與戰(zhàn)術(shù)協(xié)同的重要方向。