一种用于母港防御的新型通信对抗系统设想

李大超，马 珂，崔 凯

（海军驻上海地区电子设备军代室，上海200233）

0 引 言

21世纪是海洋的世纪，无论资源利用，还是战略发展都关系到国家安全和国计民生，获得制海权已经成为现代高技术战争中的一个重要环节。母港作为各国海上主要力量机动、疏散、技术保障和整补的基地，是海岸防御和保障海军基地安全的第一线空间。

随着现代高科技在军事领域的广泛应用，各种高、精、尖武器层出不穷，作为夺取制海权重要设施的母港将面临前所未有的挑战，远程精确打击武器对军港安全构成了严重的威胁。未来的濒海作战模式对母港防御提出了更高的要求，世界各国若想在海洋战略上立于不败之地，就必须认真研究母港的防御模式，发展相应的技术和装备，以确保自身的基地海防安全。

目前战略母港或沿海重要军事地区仍缺乏有效的防御手段应对来自敌方来袭平台和远程精确打击武器的威胁，尤其是在“软杀伤”领域存在空白。当敌方目标使用掠海飞行方式隐藏在海杂波中，穿过机载和舰载预警雷达组成的第一道警戒线、而内陆预警雷达也失去有效探测功能时，由母港电子对抗体系形成的侦察和防护作用将弥足珍贵。

硬杀伤武器主要以导弹防空系统为主，虽然性能优良但是数量有限，而且对付低空掠海飞行目标效果不明显。如果每一个要地均配置相应的防空导弹部队，不但财力物力无法承担，而且费效比低，极易造成作战资源的浪费。

母港通信对抗系统是一种网络化电子防御设施，它在对抗来袭平台和精确制导武器时，具有硬武器拦截所不具备的优点：

第一，抗饱和攻击能力强，只要敌方接收终端被对抗设备有效干扰，其命中精度都将大打折扣，失去其精确制导的功能；

第二，一套设备可以连续工作，不存在硬武器的消耗问题；

第三，系统可起到辅助预警作用，特别是在预警雷达受到敌方强烈电子干扰、无法发现敌方掠海飞行的武器或者小型武器时，该系统可准确侦测敌方来袭武器，发挥临时预警功能；

第四，扩展能力强，软硬配置可灵活搭配，成本较为低廉。

1 系统组成与工作原理

母港通信对抗系统基本配置包括3个通信信号侦测干扰一体化终端、3个可调节直角／三角反射器以及与指挥中心相连的以太网络，如图1所示。其中一体化终端完成对重点频段通信信号的侦收测向，并根据来自指挥中心的命令或自主实施对来袭平台、包括导弹和载机的GPS及通信链路的定向干扰，反射器用于形成对入射波束的多次反射，其位置和角度控制由防卫中心统一设定并实时调整。指挥中心通过以太网统一控制下属各设备，并与母港的雷达预警网络联网，以便交换敌方来袭平台的位置信息。

图1 新型通信对抗系统组成与工作原理

一体化终端由全向侦察天线、测向天线阵、高指向干扰天线、接收前端、信号处理机、干扰激励器和高效功放组成。终端发现重点信号后应立即完成对信号样式的识别以及重要参数的提取等工作，3个一体化终端可使用时差或者交叉定位方式确定目标所在区域，最后引导3个一体化终端或根据指挥中心指令选择干扰样式向指定区域实施必要的干扰。

直角／三角反射器最为重要的特性就是可以将直射波沿反方向反射回去从而达到“镜面反射”的效果，作为雷达被动干扰源十分有效，其反射强度与反射器尺寸、材料特性等有关。干扰波束经一体化终端的定向天线发出，传播至角反射器后经一次反射形成强烈回波并沿原传播方向返回，如图1所示。

与安装主动干扰源相比，使用角反射器的好处在于：反射器成本低廉，仅需要材料和转向控制等费用，即使被敌方反辐射武器摧毁，也易于安装维护。这样入射波束、反射波束共同覆盖了一个线性干扰区域，而且反射信号是经过反射器调制的干扰信号，如果敌方平台装有自适应调零天线，将面对来自2个方向上的3个干扰信号。理论上n个通道自适应调零天线可形成n－1个零陷，因此系统产生的6个干扰信号理论上可应付6个通道的自适应调零天线。

指挥中心事先计算整个系统的发射波束和多次反射波束的覆盖区域，包括发射波束方向、角反射器角度等，然后计算核对覆盖区域内的场强，以此制定干扰策略。发现目标后可由上报的信号样式选择干扰样式，然后根据目标所在区域迅速下达预置参数。

2 对抗场景仿真

对抗场景主要模拟防御区域内的场强分布，某典型母港面积约1 000 000m2，港口内主要攻击目标有指挥调度与办公楼、码头（含停泊舰艇）、弹药库和油库4个主要目标区域［1］。指挥中心、一体化侦扰终端和角反射器可作以下简化：指挥中心地理位置坐标（0，0）；终端1地理位置坐标（－7 000，－4 200），角 反 射 器 1′地 理 位 置 坐 标 （7 000，－4 500）；终端2地理位置坐标（6 500，－3 000），角反射器2′地理位置坐标（－1 000，－7 000）；终端3地理位置坐标（7 500，－4 000），角反射器3′地理位置坐标（－1 500，－5 000），单位为m。其中终端1和角反射器1′构成了镜面反射关系，类似地有终端2和角反射器2′、终端3和角反射器3′。指挥中心、一体化侦扰终端、角发射器以及波束交叉点大致区域位置如图3（以上数据仅为仿真用途，并不代表实际情况）。角反射器尺寸见图4。

图2 母港与系统布置平面图

角反射器是众多反射器中的一种，是由2个或者3个相互垂直的金属面组成的刚性结构，根据形状可分为三角形、扇形和方形结构。角反射器的散射强度与入射波波长的平方成反比，与尺寸的4次方成正比。角反射器由于多次反射，在立体空间内的散射图形很宽。3种角反射器在中心轴上的反射最大，轴长相同的情况下，三角形角反射器的反射强度最小，矩形的最大。但是矩形角反射器面积大、边缘长，对角度偏差和板面平整度的要求更高，而且不如三角形坚固，遇到碰撞容易变形。三角形角反射器水平方向图最宽，约40°，扇形次之，矩形最窄［2］。实际应用以三角形角反射器为主，但是敌方来袭平台以掠海飞行方式为主，对角反射器而言相当于垂直轴入射，即φ＝0，相当于三角形反射器的一面失去了作用，反射强度与两面角反射器效果相同，甚至更低，因此矩形两面直角反射器更适用于实际情况。

图3 各设备坐标图

图4 角反射器尺寸

分析二面角反射器的反射机理，忽略棱边绕射，可以认为其反射强度为4个单独散射贡献的相干和，包括组成角反射器的2个平板的回波贡献，以及平板间的双重反射贡献。单独贡献可由下面公式计算［3－4］：

式中：k＝2π／λ＝2πf／c，f为入射频率，λ为波长；β为角反射器间1／2夹角，本文中β＝45°；φ为入射角；a、b、l可见图4。

当入射极化为水平极化或垂直极化时，S1和S2没有变化，但对S12和S21来说，2种极化方式的表达式有所不同，式中为垂直极化的结果，对水平极化而言，可将S12和S21里的－sin（β∓φ）用sin（3β±φ）代替。

由式（1）～（6）可以得到角反射器雷达散射截面，角反射器对自由空间某点的散射强度由双基地雷达方程确定［5］：

空间某个位置上的场强应当为入射波和反射波的矢量和，在敌方来袭平台位置处某个方向上的干扰功率可由下式得到：

式中：An为第n个辐射源辐射经过传播到达某处的衰减后电场强度值；k为自由空间波数；Rn为传播距离；Ln为相应的路径损耗，高频段可用Ln＝32.45＋20lgd＋20lgf简化，d为干扰距离（km），f为工作频率。

一体化终端设置仿真参数如下：发射GPS连续波干扰，工作频率1 575MHz（L1），垂直极化，波束宽度6°，增益Gt＝17dB，发射功率Pt＝2 000W；角反射器为直角反射器，尺寸为a＝b＝l＝8m，介质参数设为理想金属。根据计算，如果3个入射波束为6°，在交叉点（4 300，－4 350）处最小覆盖区域大约为270m×340m，足以将敌方来袭导弹或平台覆盖。直角反射器的覆盖反射角与反射强度如图5所示，经反射后波束展宽为30°，覆盖区域变为1 420m×3 000m。

经过仿真，入射波束与多次反射波束在覆盖区域处的功率分布仿真效果如图6所示。

图5 两面角反射器散射特性图（垂直极化）

图6 入射波束与多次反射波束在覆盖区域功率分布仿真图

以干扰带有GPS的自适应调零天线为例，到达地面的GPS信号电平不会大于－155dBW，采用压制干扰时所需到达接收机端口处等效干扰功率为：

式中：Kj为压制系数，取Kj＝0dB；Gp为GPS接收机的抗干扰裕度，取Gp＝25dB；C为附加损耗，包括空间传输附加损耗、极化损耗和GPS接收机的天线指向增益。

GPS接收机天线方向向上，干扰信号只能从天线副瓣进入，取－15dB，把有关参数代入等效干扰功率公式，可得对GPS信号干扰时所需干扰功率：

从图5可知，对敌方自适应调零天线干扰时，直接入射所造成的干扰功率远远超出了所需干扰功率，多出约71dB左右，但是如果自适应调零天线零陷深度足够的话，完全可以过滤直接入射波束的干扰。对于多次反射形成的功率，比所需功率多出3dB左右，即使自适应调零天线滤除3个直接入射波束干扰＋1个多次反射波束干扰，仍有2个多次反射形成的功率可以达到有效干扰的目的。

3 结束语

本文在分布式干扰的基础上提出了一种新型通信对抗系统设想，目的在于对抗精确打击武器平台，降低其打击效能，尽最大可能保护系统自身安全。与传统分布式干扰系统相比，该系统利用了角反射器形成的多次反射作为干扰源，增加了被动干扰源的比重，减少了主动干扰源的数量，从而降低了成本，并且有利于安装维护。经过仿真和分析，结果表明本系统具备可行的干扰性能和工程应用价值。

［1］吴建华.遥感图像中港口识别与毁伤分析研究［D］.南京：南京理工大学，2005.

［2］柴刚，陆益敏，陈晓明.角反射器在海军中的战术使用［J］.舰船电子对抗，2006，29（5）：11－14.

［3］范菊红，王月清.二面角反射器的RCS特性分析［J］.舰船电子工程，2006，26（2）：148－150.

［4］周力行.二面角反射器的RCS预估［J］.长沙电力学院学报（自然科学版），1997，12（3）：276－279.

［5］张明友，汪学刚.雷达系统［M］.北京：电子工业出版社，2006.