对空射诱饵的分布式反电子干扰技术研究

周天宇,黄 华,王 坚

(中国船舶集团有限公司第七二三研究所,江苏 扬州 225101)

0 引 言

空射诱饵是一种由敌方载机发射,用于欺骗我方战斗机或地面雷达,诱偏我方导弹攻击,提高敌方战机生存力和战斗力的新型武器。这种空射诱饵为空中作战平台对抗防空和机载武器系统的攻击以及协助夺取制空权开辟了一条新途径[1-2]。

为了对抗以高逼真假目标航迹为主要干扰手段的新一代空射诱饵目标,本文通过对分布式协同干扰总体架构技术的研究,依托现有干扰设备的能力资源,通过合理规划与设计多个节点的干扰策略,配合被掩护雷达工作模式、频段及脉冲时序,对疑似诱饵的作战目标提供雷达探测波形的掩护脉冲,以针对性地构建复杂电磁环境的方式实现对空射诱饵侦察链路的阻塞、破坏,最终完成对空射诱饵的识别、稀释等作战任务,实现降低诱饵威胁、节省防空资源的作战目的[3-5]。

1 空射诱饵工作原理

空射诱饵能通过模拟战机雷达信号,扰乱对方雷达,削弱敌方防空雷达的作战效能,从而保护己方战机,支持空地打击任务和夺取制空权等任务。空射诱饵因具有以下优点而受到广泛应用:

(1) 空射诱饵导弹尺寸小,具有较小的雷达散射截面积,使得它难以被地面雷达探测到。

(2) 采用空对地投放方式,具备比有人驾驶飞机或较大无人机更容易接近目标而不被雷达发现的优势。

(3) 兼有“软硬杀伤”功能,可依据战场瞬时变化的特点,选择欺骗、压制或摧毁等任务模式。

空射诱饵具有低成本、高技术、模块化、空中发射以及可编程等特点,具备以下典型作战用途:

(1) 模拟目标引诱敌方防空雷达开机,诱骗敌方雷达情报信息;

(2) 进行防区内干扰,掩护作战飞机,缓解专用电子战飞机不足的压力;

(3) 引诱来袭地空导弹、空空导弹,为作战飞机提供自卫保护。

空射诱饵干扰系统是指将无人机作为诱饵/干扰载荷设备的携带平台,由空中载体平台对空射诱饵进行空基发射,然后对地面或空中目标进行诱饵和干扰的技术,其主要用于产生源自空中的雷达干扰信号,是实现复杂电磁环境对抗的有效平台。空射诱饵不仅具有载机的雷达反射截面和运动特性,还能够根据不同的作战任务需求携带干扰设备、侦察设备或具有打击能力的战斗部和导引头等多种任务载荷。空射诱饵加装了干扰设备,因此在战场数据链的支持下可以完成更加灵活多样的任务。空射诱饵系统具有结构简单、作战功能多、使用维护方便等优势,适用于空基批量发射使用,是未来电子战作战中实现电子欺骗、电子干扰、电子压制、反辐射任务的重要手段。

2 分布式反空射诱饵电子干扰技术

空射诱饵以其灵活、低成本的特点被广泛使用,具有远程施放欺骗式干扰、近程施放压制式干扰的功能,但是其对应携带硬件资源及信号处理能力有限,故硬件资源与信号处理能力对其性能有极大影响。因此,可采用多种干扰对空射诱饵进行反制,以饱和其资源,减弱其干扰产生、施放能力。

本文以雷达设备作为掩护对象,通过无线通讯方式发送波束指向信息,调度分布式多节点干扰设备向指定空域定向辐射无严格时间同步的高密度干扰脉冲波形,构建复杂电磁环境以提升诱饵信号分选与转发难度,稀释其干扰资源。原则上每个节点处均包含探测、干扰2种设备,在满足电磁兼容性的前提下,通过制定不同节点间雷达-干扰设备的工作状态组合模式,探究其对空射诱饵识别正确率、干扰稀释度的影响情况,逐步优化得到对抗效果最佳的分布式多节点干扰策略。

2.1 总体思路

为了对抗以高逼真假目标航迹为主要干扰手段的新一代空射诱饵目标,可利用节点的探测、干扰设备与资源,通过针对性设计干扰样式,并合理安排多节点干扰设备之间的作战策略,完成分布式反空射诱饵的电子干扰作战任务,如图1所示。

图1 分布式反空射诱饵电子干扰示意图

分布式系统主要依托分布式节点雷达与干扰设备的探测、电子对抗资源。各个节点以被掩护雷达为中心,干扰设备通过无线数据传输通道共享空射诱饵的探测方位、俯仰波束指向以及雷达发射脉冲的同步信号。在雷达引导下,其他节点多个干扰机向诱饵所在空域同时发射干扰波束。诱饵在侦收探测波束与干扰波束的叠加态后将大量转发与真实探测波形相似但有区别的回波,稀释自身的能量、时域资源,最终雷达显示界面上假航迹出现缺点,从而便于识别出诱饵特征,降低对我方防空系统的威胁。

为了提升对抗成功率,组织不同节点平台上雷达、干扰设备从不同方位对空射诱饵进行协同探测、协同干扰,一方面更容易造成诱饵分选算法的增批,另一方面通过多个节点处雷达对假航迹的交叉验证能够更加快速、准确地识别出诱饵,并引导后续的干扰任务。

2.2 工作流程

分布式反空射诱饵电子干扰系统工作流程如图2所示。

图2 分布式反空射诱饵电子干扰工作流程

为了实现分布式多节点完整的空射诱饵干扰策略与对抗流程,首先需要实现分布式多节点完整的空射诱饵干扰策略与对抗流程,合理分配各个节点的具体功能模式。具体分为2种:探测节点和干扰节点。探测节点所在平台的雷达设备开机,负责对疑似的空射诱饵进行跟踪,当航迹稳定后需要通过无线通信链路把目标的波束空域指向、雷达信号频段、调制方式等信息共享给各个干扰节点。干扰节点所在平台的干扰设备开机,得到信息输入后共同对制定空域辐射具有针对性样式的干扰信号脉冲。

在干扰节点实施任务后,探测节点持续关注疑似诱饵目标的航迹,若其中有节点出现目标点闪烁或航迹缺点、断续等探测结果无法自洽的现象,则证明干扰有效,且可以完成诱饵目标的识别与标定;若所有探测节点的结果均未出现异常,则提高干扰节点的数量或比例,或改变干扰波形参数设置(比如提高脉冲密度等),重复上述流程继续判断,直至出现诱饵干扰成功的现象,形成空射诱饵电子对抗流程的闭环。

2.3 干扰策略

分布式协同干扰对空射诱饵的干扰效果,主要取决于基于干扰机自身性能的干扰机引导时间、基于干扰功率的探测面积、基于干扰频率的干扰频率对准度和基于干扰机的干扰样式。

干扰策略分配算法不仅关注对现有干扰资源的分配,还要关注对干扰样式的分配。分配过程为:假设整个干扰系统有N个干扰机,接收到M个空射诱饵目标。首先将接收到的M个空射诱饵目标的参数代入威胁等级模型公式,对每个目标的威胁等级进行判定求值,按照威胁等级由高到低的顺序,在干扰分配过程中将资源向对目标威胁程度最大的空射诱饵倾斜,其次将剩余资源分配给相对威胁较小的空射诱饵,直到所有的干扰资源分配完毕。

为了取得最佳干扰效果,需要对分布式协同干扰机组网的干扰资源进行优化分配,这一问题可转化为在干扰效益矩阵中选取最佳的干扰组合以使得该干扰组合下的总干扰效益值最大。干扰组网有源干扰最佳效益值的求解方式如下:

(1)

式中:xij为决策变量,xij=1表明第i(i=1,2,3,…,m)部干扰机干扰第j(j=1,2,3,…,n)部空射诱饵,xij=0表明第i(i=1,2,3,…,m)部干扰机不会干扰第j(j=1,2,3,…,n)部空射诱饵;wij为权值系数,表示各部空射诱饵的重要程度,默认各部空射诱饵的重要程度相同,取值wij=0。

在干扰机组网的有源干扰研究中,同一部干扰机可干扰多枚空射诱饵,而1枚空射诱饵可以在某同一时刻受到多部干扰机的干扰。因此,公式(1)的约束条件为:

(2)

在实战中进行资源分配时,当干扰机数量和空射诱饵数量正好相等时,应用“1vs1”的分配方式,即1部干扰机去干扰其中的1枚空射诱饵,本文可直接求取干扰机组网的有源干扰效益矩阵;但是如果干扰机数量与空射诱饵数量不相等,就需要先进行多轮分配。通过多轮分配,无论干扰机的数量和空射诱饵的数量是否相等,都可以转换为相同数量的干扰机和空射诱饵的“1vs1”的分配方式。

3 仿真分析

3.1 空射诱饵作用效果

采用雷达的典型工作参数和空射诱饵干扰系统参数进行仿真,模拟敌方空射诱饵对我方雷达实施干扰的作用效果。

单枚空射诱饵和3枚空射诱饵的作用效果仿真结果如图3所示,外部圆形曲线所围区域为我方雷达的探测区域,内部类心形曲线所围区域为我方雷达受到空射诱饵干扰之后的探测区域。当空射诱饵对我方雷达进行主瓣干扰时,可有效降低我方雷达在主瓣方向的探测距离,干扰效果明显,从而有效掩护敌方战机突防。

图3 空射诱饵作用效果图

3.2 反空射诱饵干扰效果

对反空射诱饵干扰进行仿真分析,仿真结果如图4所示。虚线为我方雷达信号,为防止敌方空射诱饵收到我方雷达信号,对我方雷达成功实施干扰,需要对空射诱饵进行反制干扰;实线为干扰信号,幅度远大于我方雷达信号,可以对我方雷达提供探测波形的掩护,实现对敌方空射诱饵的有效干扰。

图4 反空射诱饵干扰效果图

图5为对敌方一枚空射诱饵进行反制干扰前后,我方雷达探测区域前后对比仿真图。内部类心形曲线所围区域为我方雷达受到空射诱饵干扰之后的探测区域,外部圆形曲线所围区域为对空射诱饵进行反制干扰之后我方雷达的探测区域,可见干扰有效,敌方空射诱饵无法对我方雷达实施干扰。

图5 对空射诱饵反制干扰前后对比图

当敌方发射多枚空射诱饵时,通过对分布式协同干扰机组网的干扰资源进行优化分配,合理安排多节点干扰设备之间的作战策略,可以实现对空射诱饵的有效干扰,取得最佳干扰效果。

4 结束语

空射诱饵通过模拟战机雷达信号,扰乱敌方雷达,削弱防空雷达的作战效能,支持空地打击任务和夺取制空权等任务,受到广泛应用。本文分析了空射诱饵特点和工作模式,从主动实施电子干扰的角度,提出了一种分布式反制电子干扰方法,对空射诱饵进行反制,以饱和其资源,减弱其干扰产生、施放能力。