隐身飞机战术干扰效能评估

刘占强，梁路江，王春阳，颜培远，孙铭才

(空军工程大学防空反导学院，陕西 西安 710051)

·试验与评估·

隐身飞机战术干扰效能评估

刘占强，梁路江，王春阳，颜培远，孙铭才

(空军工程大学防空反导学院，陕西 西安 710051)

从雷达距离公式和干扰方程出发，结合隐身飞机不同姿态角对应的RCS值，建立了隐身飞机战术干扰条件下的雷达探测距离模型。在考虑烧穿距离这一限制因素后，依据不同干扰模式设定了相应的干扰距离，仿真研究了雷达探测距离在不同干扰模式下的变化，并评估了隐身飞机的战术干扰性能。仿真结果表明，隐身飞机战术干扰方式灵活、干扰压制效能高，在一定程度上缩减了雷达探测距离。

隐身飞机；战术干扰；烧穿距离；雷达探测范围

0 引言

目前，战术干扰已不再局限于普通干扰机，隐身飞机凭借良好的作战性能展示了一种新的干扰局面。战术干扰灵活、突防机动敏捷是隐身飞机电子作战的新特点。

以干扰距离分类，战术干扰包括支援干扰、随队干扰和自卫干扰。目前研究普通干扰机战术干扰的成果较多，文献[1～5]提出了干扰压制定义，评估了远距离支援干扰对雷达探测范围的缩减程度；文献[6～7]建立机载自卫压制干扰系统和雷达发现概率模型，对自卫干扰效能进行了评估；文献[8]分析了远距离支援干扰对隐形战斗机的干扰效果，并得到了目标暴露区和压制扇面；文献[9]重点研究了随队式干扰模式下，飞机突防对抗雷达网的航迹规划问题;文献[10]对随队支援干扰飞机的发展历程和实战应用进行了研究；文献[11]重点仿真分析了随队支援干扰模式下，雷达探测距离的变化情况。上述文献均以普通干扰机为对象，重点研究了三种干扰模式下，雷达探测范围被干扰压制的程度，并对干扰效能进行了评估，但并没有考虑隐身飞机战术干扰的作战场景。本文借鉴上述文献的研究方法，建立隐身飞机战术干扰模型，结合隐身飞机的RCS特性，在设定不同干扰模式下的干扰距离后，仿真计算雷达探测范围的变化，进而评估隐身飞机的战术干扰性能。

1 隐身飞机战术干扰模型

隐身飞机内部装载干扰设备，作为干扰机作战更具战术灵活性。它具备以下优势：一是极强的隐身性能使其具有低可探测性，普通雷达探测范围较小，难以搜索发现；二是良好的机动性能使其具有低空突防能力，规避机动性能较强；三是相对普通干扰机而言，隐身飞机的作战时空范围更广。

隐身飞机战术干扰模式包括：支援干扰(远距离和近距离)、随队干扰和自卫干扰。

1.1 远距离支援干扰

远距离支援干扰是为掩护己方目标作战，干扰设备在雷达探测区域外实施干扰，以提供安全区域，实现突防作战。图1给出了隐身飞机远距离支援干扰的交战场景。

图1 隐身飞机远距离支援干扰

图1中，被掩护战机(目标机)带有重要作战任务，而雷达主瓣对准目标机进行搜索探测，能够发现目标，发现距离为RT。此时隐身飞机的干扰设备主瓣对准雷达的旁瓣方向实施干扰压制以掩护目标机安全突防，雷达与隐身飞机的空间距离为RJ，称为干扰距离。且θ是以地面雷达为原点，隐身飞机偏离雷达主瓣方向的夹角。

1.2 近距离支援干扰

近距离支援干扰是为掩护己方战机作战，干扰机在雷达探测目标的范围内进行的干扰压制模式。相对目标机而言，近距离支援干扰要求干扰机RCS小，在实施支援干扰的同时，不仅要确保安全，而且也要达到掩护目标机作战的目的。隐身飞机近距离支援干扰模型如图2所示。

图2 隐身飞机近距离支援干扰

图2中，被掩护战机在雷达探测范围内时，干扰机抵近雷达实施支援干扰，干扰信号对准雷达旁瓣。显然，近距离支援干扰的距离关系是：RJ

1.3 随队干扰

随队干扰是隐身飞机邻近目标机时，通过辐射强干扰信号掩护目标。此时干扰信号从雷达主瓣或旁瓣进入接收机，一般为遮盖式干扰。隐身飞机随队干扰过程如图3所示。

图3 隐身飞机随队干扰

图3显示，隐身飞机和目标机空间位置邻近，当θ=0°时，隐身飞机和目标机在雷达同一方位上，此时的干扰信号对准雷达主瓣；当θ>0°时，隐身飞机和目标机到雷达的空间距离相同，即RJ=RT，但干扰方向是雷达旁瓣方向。

1.4 自卫干扰

隐身飞机自卫干扰是当飞机侦测到来自地面雷达的发射信号后，依据发射信号特性，进行频率匹配对准，在确定雷达准确方位后，干扰信号进入雷达主瓣实施干扰，此时雷达同时接收到干扰信号和目标回波信号，干扰信号基本遮盖或压制了目标回波信号。图4模拟了隐身飞机自卫干扰的交战场景。

图4 隐身飞机自卫干扰

2 雷达探测范围

战术干扰效能通常用雷达探测范围缩减程度进行量化表示。隐身飞机战术干扰主要体现在隐身飞机处于不同空间位置所做出的干扰措施，干扰方式一般采用遮盖式或压制式，目的在于缩减雷达探测距离，降低雷达探测性能。

2.1 无干扰条件下的雷达探测范围

对于已知雷达散射截面σ的目标，在无干扰条件下雷达的最大探测距离表示为：

(1)

2.2 干扰条件下的雷达探测范围

战术干扰的目的在于确保干扰机安全的前提下，实施大功率噪声压制，形成干扰压制区，提供安全通道，保护己方目标。在战术干扰中，干扰压制区是雷达正常探测范围被缩减的空间区域，一般要求区域内发现概率pd<0.1。

已知雷达接收到的目标回波信号功率为：

(2)

式中，RT是雷达对目标机的探测距离；L是雷达总的损耗(包括噪声系数和系统损耗)。

单部干扰机主瓣对准雷达旁瓣进行噪声压制时，进入雷达接收机的干扰功率为：

(3)

(4)

式中，Gr为雷达主瓣的接收天线增益；θ0.5为雷达主瓣宽度；K是与雷达天线特性有关的常数，一般取K=0.04～0.1；Rj为干扰机与雷达的空间距离；Δfr为雷达接收带宽；γj为雷达天线的极化损失，一般取γj=0.5；Δfj为干扰信号带宽。

结合式(2)和式(3)，进入雷达接收机的目标信号和干扰信号的功率之比为：

(5)

(6)

2.3 烧穿距离

烧穿距离是指在干扰条件下，雷达信号质量足够探测跟踪目标时，两者之间的距离。

烧穿距离公式均采用dB形式处理各种参量。距离单位为km，频率单位为MHz，雷达截面积单位为m2。

对单基地雷达而言，发射机和接收机是一体设计的，共用同一天线。因此接收机接收到的信号功率为：

S=Pt+Gt+Gr-103-20lg(F)-

40lg(Dj)+10lg(σ)

(7)

式中，S是接收机输入端的信号功率，单位为dB；F为发射信号频率，单位为MHz；Dj是干扰设备与雷达接收机的距离，单位为km;σ为被掩护战机的RCS值，单位为m2。

进入接收机输入端的干扰功率[15]为：

J=Pj+Gj-32-20lg(F)-

(8)

1)支援干扰烧穿距离

考虑隐身飞机支援干扰模式，干信比方程为：

20lg(Dj)+40lg(Ds)-10lg(σ)

(9)

式中，Ds是发射机与接收机的距离。上式可整理为：

40lg(Ds)=-71-Pj+Pt-Gj+Gt+Gr-

(10)

对于单基地雷达而言，Ds=Dt(Dt是雷达至目标的距离)，则烧穿距离为dt：

(11)

2)自卫干扰烧穿距离

J/S=71+Pj-Pt+Gj-Gt+

20lg(Dj)-10lg(σ)

(12)

整理后为：

20lg(Dj)=-71-Pj+Pt-Gj+Gt+

10lg(σ)+J/S

(13)

则烧穿距离dj为：

(14)

对于自卫干扰而言，满足dj

3 仿真分析

隐身飞机作为电子战飞机的优势在于良好的隐身性能，而隐身性能由隐身飞机的RCS特性反映，且隐身飞机战术干扰过程是空中作战的环节，飞行姿态变化必然引起目标RCS的起伏，最终影响隐身飞机战术干扰的空间位置和干扰模式。

为获取国外某型隐身飞机的静态RCS数据库，需将隐身飞机的缩比模型导入电磁计算软件，设置极化方式：HH，C波段：5.8GHz，俯仰角(-90°～90°)，方位角(0°～360°)，步进角度为1°，仿真得到隐身飞机RCS在俯仰角和方位角上的起伏变化，如图5所示。

由图5可知，不同姿态角对应的RCS值是不同的，且起伏变化剧烈。全空域的RCS变化范围在-54.488～51.823dBsm。RCS主要数值见表1。

图5 隐身飞机全空域的静态RCS

数值类型最大值最小值平均值RCS/dBsm51.823-54.4882.134雷达探测距离/km400.5920.88122.934

3.1 雷达探测范围

飞机RCS是飞行姿态的动态变化过程，则雷达探测范围是随着飞行姿态变化而变化的。隐身飞机以不同姿态对雷达进行支援干扰时，雷达对隐身飞机的最大探测距离与此时姿态角所对应的RCS值有关，所以必须在保证飞机足够安全的前提下才能进行支援干扰。为此，需要设定常规雷达体制，以进一步确定飞机战术干扰的空间位置。

1)雷达对隐身飞机的探测距离

结合式(1)雷达方程，设定雷达体制，具体参数见表2。

表2 雷达参数设置

依据上述参数，在结合隐身飞机RCS的基础上，仿真计算了隐身飞机不同姿态所对应的雷达探测范围变化，如图6所示。

图6 不同姿态角的探测范围

图6中，雷达各个姿态角所对应的探测距离与隐身飞机的RCS起伏变化是完全一致的。其中，雷达对隐身飞机的最大探测距离是400.592km，对应的目标RCS是51.823dBsm；最小探测距离在0.881km处，对应的目标RCS是-54.488dBsm。即隐身飞机在距离雷达400.592km以外的空间飞行是绝对安全的，雷达探测不到；在0.881～400.592km的空间飞行，面临被探测、跟踪威胁；在0.881km以内的空间作战，定会暴露自身。

2)雷达对目标机的探测范围

若被掩护战机(目标机)的RCS是100m2，依据雷达距离公式(1)可以得到雷达对目标机的探测范围，如图7所示。

图7中，目标机的远场RCS在各个角度均视为100m2，对应的雷达作用距离范围是64.14km。

图7 目标机的雷达探测范围

3.2 干扰条件下雷达探测距离仿真分析

隐身飞机干扰设备的具体参数设置如表3所示。

依据干扰条件下的雷达探测距离公式(6)，结合干扰机参数，分别仿真分析隐身飞机在各种干扰模式下雷达探测范围的变化。

1)远距离支援干扰

雷达能够发现被掩护战机(目标机)的有效探测范围在0～64.14km之间，分析式(11)可知，在已知雷达与被掩护战机的距离Dt时，干扰限制因素烧穿距离考虑如下：

表3 干扰设备参数设置

当被掩护战机与雷达距离接近0时，考虑到隐身飞机的最小雷达探测范围是0.881km，所以支援干扰距离最小不得低于0.881km;而当雷达与被掩护战机的距离最大为64.14km时，根据式(11)求得烧穿距离为31.8834km。

根据隐身飞机的静态RCS值范围，雷达探测隐身飞机的作用距离范围在0.881～400.592km，雷达对目标机的探测范围是0～64.14km。因此，选取最大作用距离作为隐身飞机的干扰距离，干扰压制结果如图8所示。

图8 远距离支援干扰的雷达探测范围

分析图8可知，隐身飞机与目标机的空间夹角θ越小，远距离支援干扰的干扰效果越明显，但在45°～315°范围之间则达不到干扰效果。所以由于隐身飞机携带干扰设备功率限制，远距离支援干扰距离不易太远。鉴于此，选取空间距离为185km作为远距离支援干扰距离，结果如图9所示。

图9 干扰距离为185km的雷达探测范围

图9中，θ在0°～90°、270°～360°范围内时，探测距离缩减明显，在其余方位探测范围无明显变化。即隐身飞机在64.14～185km的范围内进行远距离支援干扰作战，对雷达的探测范围具有一定的干扰压制效果，形成干扰压制区。

2)近距离支援干扰

目标机的雷达探测距离在64.14km以内，所以隐身飞机近距离支援干扰的作战空域应在0.881～64.14km之间。且近距离支援干扰的前提是雷达与目标机的距离小于隐身飞机与雷达的距离。因此，选取隐身飞机的最小RCS值所对应的雷达作用距离为干扰距离，对支援干扰压制区域进行仿真，结果如图10所示。

图10 近距离支援干扰的雷达探测范围

图10中，近距离支援干扰的雷达探测距离缩减至10km以内，压制效果最好。然而隐身飞机在881m处进行近距离支援式干扰是理想的干扰场景，也是近距离支援干扰的临界位置。在881m以内，隐身飞机本身会受到地面雷达的威胁，无法协同目标机作战。所以隐身飞机掩护目标机作战的近距离支援干扰作战的空间范围是0.881～64.14km。

3)随队干扰

随队干扰的作战场景是干扰机与目标机距离相近，在雷达主瓣对准的同一方向上，干扰距离与探测距离基本一致。对于目标机而言，雷达探测范围在64.14km以内，则隐身飞机作为随队干扰的干扰距离通常应设置为64.14km，仿真结果如图11所示。

图11 随队干扰的雷达探测范围

分析图11可知，随队干扰模式下，雷达探测目标机的作用距离已经缩减至40km以内，能够较好地掩护目标机进行突防作战。

4)自卫干扰

结合式(14)可得隐身飞机不同RCS值对应的自卫干扰烧穿距离，如表4所示。

表4 RCS值对应自卫干扰的烧穿距离

结合表1和表4可知，隐身飞机自卫干扰时，干扰距离远大于烧穿距离，即自卫干扰满足干扰距离位置要求。在此，以隐身飞机平均RCS所对应的雷达作用距离(22.934km)为干扰距离进行仿真，效果如图12所示。

图12 自卫干扰的雷达探测变化

图12中，隐身飞机在正常飞行状态(无自卫干扰)下，雷达的探测范围在22.934km左右，当飞机侦测到外部威胁，进行自卫干扰时，雷达的探测范围则缩减至10km以内，有效降低了雷达的探测性能。

上述战术干扰仿真结果表明：

1)隐身飞机的作战模式不再局限于传统的歼击范围，而是上升到了电子战领域。即攻能出击，守能护己。战术干扰模式主要取决于飞机在空间中的作战位置，在复杂的空地对抗中，隐身飞机的支援干扰、随队干扰和自卫干扰模式很可能同时存在，并不是单一的作战过程，且目的上旨在降低雷达探测性能，在一定程度上致盲雷达。

2)隐身飞机作为电子战飞机的优势主要是良好的隐身性能和灵活的突防战术，不同于传统干扰机性能，其作战空域较广，目前普通体制的雷达难以有效应对。

4 结束语

为准确评估隐身飞机战术干扰对雷达探测距离的影响，本文建立了隐身飞机战术干扰模型。结合隐身飞机的RCS特性，在设置不同干扰模式下的干扰距离后，仿真分析了干扰前后雷达探测范围的变化情况，得出结论如下：1)隐身飞机不同的干扰距离，能够决定具体的战术干扰模式。飞机在雷达探测区域之外，采用支援干扰模式，掩护己方目标；在探测范围之内，进行自卫干扰安全突防。且由于干扰设备功率限制，远距离支援干扰距离不易太远。2)隐身飞机作战用途不再局限于歼击概念，面对空地对抗中复杂的电子战情形，隐身飞机借助良好的隐身优势，既能编队飞行支援己方目标作战，又能单兵作战自卫成功突防，充分发挥隐身战机的战术优势，取得战场先机。■

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Effectiveness evaluation for tactic interference of stealth aircraft

Liu Zhanqiang, Liang Lujiang, Wang Chunyang, Yan Peiyuan, Sun Mingcai

(Air and Missile Defense College, AFEU, Xi’an 710051, Shanxi， China)

Starting from radar range formula and interference equation, and combined with RCS of stealth aircraft under different attitude angles, the models of radar detection range are established for tactic interference condition of stealth aircraft. After considering the burnthrough range factors, the corresponding interference ranges are set on the basis of different interference modes，the variation of radar detection range is simulated under different interference modes, and tactic interference performance of stealth aircraft is evaluated. The simulations result show that the stealth aircraft has flexible tactic interference modes and high interference suppression effectiveness and can reduce radar detection range to some extent.

stealth aircraft; tactic interference; burnthrough range; radar detection range

2016-12-30；2017-02-25修回。

刘占强(1992-)，男，硕士研究生，主要研究方向为隐身目标的抗干扰问题。

TN972

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