分布式干扰系统对雷达干扰的布阵方法

马亚涛，曹星江，李德权

（中国洛阳电子装备试验中心，洛阳471003）

0 引 言

分布式干扰系统一般使用一定数量以小型无人机、炮弹、气球等为载体的电子干扰机临近敌方阵地，自动或受控地对选定的敌方雷达或组网雷达进行主瓣干扰的对抗措施。这种干扰体制采用逼近的分布式网络化结构，是对抗低／超低副瓣雷达、组网雷达等先进预警探测系统的有效技术途径［1－2］。

传统的远距离支援干扰发射大功率干扰信号对敌方实施干扰，同时又不可避免地对己方电子设备造成一定的影响。而分布式干扰机通常配置在靠近敌方电子设备、远离己方阵地的位置，对己方电子设备影响较小，不用考虑对己方电子设备的电磁兼容性问题。在离敌方电子设备较近的同时，由于分布式干扰机数量大，相对远距离支援干扰等干扰方式，具有很大的距离优势和功率优势。在对组网雷达进行干扰时，如果采用分布式干扰，实现多干扰机对多雷达进行干扰，甚至组网干扰机（即“狼群战术”）对组网雷达干扰，则能取得单个干扰设备所不能达到的干扰效果。分布式干扰还可以通过适当布阵，采取灵活多变的信号样式，对敌方电子设备进行大扇面的主瓣干扰。

本文以采用小型无人机为载体的分布式干扰系统为例，研究分析其对单部雷达及组网雷达干扰时的布阵方法。

在实际使用中，需根据所要求的目标掩护区域或佯攻区域，考虑被干扰雷达性能及无人机飞行性能及对其有影响的天气、干扰机性能等条件，合理计算干扰机数量、规划干扰机的布阵及飞行航线等，使干扰信号总有部分能从雷达主瓣进入，并保证产生的主瓣干扰扇面覆盖所要求的目标掩护区域或佯攻区域。如果所需要掩护的目标为飞机或突防导弹等飞行目标时，还需让干扰信号所覆盖的区域能够包含被掩护目标所要求的活动区域。

1 影响布阵的主要因素

1.1 布阵距离

无人机阵的布阵距离R与最小干扰距离Lmin、无人机和敌方雷达（以下简称“雷达”）的海拔高度差h、无人机上的干扰机俯仰方向有效干扰角度ψ、雷达和干扰机性能及战术应用有关。

假设被掩护空域与雷达距离为Rs，满足被掩护空域要求的无人机阵与雷达的最大距离为Rj。

抗干扰改善因子的雷达干扰方程如下［3－4］：

式中：Kj为雷达信息处理设备输入端干信比（即干扰压制系数）；PjGj为干扰等效辐射功率；PtGt为雷达等效辐射功率；σ为被保护目标的雷达反射面积；Lj为干扰信号的极化损失和机内传输损耗；Lr为目标回波信号在雷达内的传输损耗；Gr（θ）为雷达天线接收干扰信号的增益；Gr为雷达天线接收目标回波信号的增益；Δfo为雷达中放带宽；Δfj为干扰信号带宽；Daj为干扰信号通过雷达脉冲压缩后的处理增益；Da为雷达信号通过雷达脉冲压缩后的处理增益；Dbj为干扰信号通过雷达多普勒滤波器后的相干积累系数；Db为雷达回波信号通过雷达多普勒滤波器后的相干积累系数；Dcj为干扰信号通过雷达其它信号处理措施后的系数；Dc为雷达回波信号通过雷达其它信号处理措施后的系数。

由式（1）可以得到Rj：

Gr（θ）的计算由经验公式给出：

式中：θ0.5为雷达主瓣3dB波束宽度；常数K通常取0.04～0.10，对于高增益方向性天线，K 取0.07～0.10，对于波束较宽、增益较低的天线，取0.04～0.06。

具体情况如图1所示。

由图1可知：

其中：

另外，根据战术需要，有时还要考虑将无人机阵布置在敌大部分火炮、高炮、近程地空导弹的有效射程之外。

图1 影响布阵距离的因素示意图

1.2 使用高度

无人机可实现在一定高度范围内的定高飞行，在遂行干扰任务时的使用高度与掩护通道的空域范围有关。分布式干扰机在其方位面、俯仰面形成一定角度的干扰扇面，干扰扇面的覆盖要求和方位覆盖的计算方法相同。分布式干扰机的分布既要满足方位面覆盖的需要，同时也要满足俯仰面覆盖的需要，否则就可能暴露我方突防飞机。

一般情况下，较远距离处，允许攻击飞机以较大高度突防；如采取近距高空突防方式，则需干扰机分层布置，否则不能兼顾远距或起飞、爬升阶段的掩护要求。

1.3 有效干扰时间

分布式无人机干扰系统形成干扰压制效果的前提是干扰阵列的形成。支援航空兵进攻作战的时序要求：

（1）在攻击编队进入敌方预警探测范围前，分布式无人机干扰系统干扰阵列必须形成，可正常遂行干扰压制任务；

（2）在攻击编队返航，脱离敌方预警探测范围后，分布式无人机干扰系统才可终止干扰压制任务。

在干扰技术有效的前提下，对雷达的有效干扰时间主要由无人机的飞行性能来保证。无人机在不同飞行高度上可以有一个飞行速度的范围。当无人机以不同飞行速度飞行时，所能达到的飞行航程和飞行时间是不相同的。

1.4 电磁兼容性

分布式无人机必须保证在作战使用时，无人机阵列内不互相干扰。由于欺骗干扰机要接收微弱的雷达信号，并将相近频率的干扰信号进行功率放大输出，就必然存在收发隔离问题。如果系统增益大于收发之间的隔离度，将使发射的干扰信号进入接收通道，引起系统自激。当多个无人机同时在干扰区巡航飞行干扰时，如果相互之间的距离太近，将造成多个欺骗干扰机互相转发干扰信号，在一定程度上将造成设备不能正常工作。为避免同频段干扰机之间相互转发，同频段干扰机应保持一定的空间隔离。

在作战使用过程中，分布式无人机需与我方作战飞机协同作战，分布式无人机分布在靠近敌前沿阵地区域，远离我方雷达和远距离支援干扰飞机，同时，由于分布式干扰功率较小且指向敌方，不会干扰己方雷达正常工作。

1.5 干扰机的数量

一般分布式干扰系统的干扰机功率较小，只能干扰雷达主瓣。如果水平向上相邻2部干扰机与被干扰雷达连线的夹角大于该雷达主瓣水平波束宽度，则最小暴露距离变大（即压制效果变差）；如果该夹角小于雷达主瓣水平波束宽度，则最小暴露距离略有变小，与该夹角等于雷达主瓣水平波束宽度时的干扰效果相比，改善并不显著。因此，水平向上相邻2部干扰机与被干扰雷达连线的最优夹角应等于雷达主瓣水平波束宽度。俯仰向上同理［4］。

设干扰要求的空域的水平角和俯仰角（均是相对雷达而言）分别为θJ和ψJ，所需的最少干扰机数量mθ。

如干扰机只干扰主瓣，则mθ可由下式决定：

式中：ΔθsΔψs为被干扰雷达的角度单元。

其为两坐标雷达时，令Δψs＝ψJ＝1后，按式（6）计算即可。

例如，干扰所要求的空域为30°×30°，干扰机只干扰主瓣，被干扰雷达是1部米波警戒雷达，其角度单元为ΔθsΔψs＝5°×30°，则：

如被干扰雷达是1部厘米波三坐标雷达，其角度单元ΔθsΔψs＝1°×5°，则：

由此可见，干扰1部大信息容量的雷达比干扰1部小信息容量的雷达，对于同样的空域要多很多倍的干扰机［4］。

2 对单部雷达干扰的布阵分析

如上所述，实施分布式干扰需要一定数量的分布式无人机才能起作用，而且干扰机的空间分布必须满足一定的要求。干扰机的数量及分布与被干扰雷达站的分布情况、所需掩护的通道、单个干扰机的干扰能力、配置距离、干扰机的定位误差等因素有关。多数分布式干扰系统的干扰机只能干扰同波段的雷达，如果在同一方向上有2部不同波段的雷达，则需采用2组对应波段的干扰机在空中分层排列。

下面，只考虑同波段不同位置雷达的情况，寻求最佳布阵方式和最佳效能，其方法也可推广到分层排列中。

分布式无人机布阵的示意图如图2所示。

图2 干扰机的布阵示意图

假设单部干扰机的空域覆盖范围为θs×ψs，（即以无人机为位置标准，水平覆盖角度为θs，俯仰覆盖角度为ψs），如果分布式干扰机飞行航线互相平行，则可以看到，分布式干扰机对雷达可以造成θs的最大干扰扇面。此时如果再往第n部与第n＋1部干扰机旁再增加干扰机，被干扰雷达将不能被增加的干扰机的干扰所覆盖。如果需要对雷达造成的干扰扇面超过θs，则需要改变新增加的干扰机航线的方向，使其尽量靠近其与雷达的连线方向，呈现扇形布阵，使雷达可被干扰机的干扰所覆盖（如第n＋2部、第n＋3部干扰机所示）。

如果对单部雷达进行干扰，干扰机阵距离雷达阵面x，则1组无人干扰机覆盖宽度为：2x·tan（θs／2）。

如果对分布较宽且雷达之间间距较大的雷达阵面，分布式干扰机最好采取分段布置的布阵方式，即分别在各雷达阵面形成干扰阵，得到所需的有效掩护区域。

为了避免在转弯时出现干扰缝隙，应合理安排无人机的发射时间和发射次序，使对同一作战目标干扰的无人机在规划航线上前后错开。

3 对组网雷达干扰的布阵分析

3.1 干扰机对组网雷达干扰的掩护区

如图3所示，组网雷达的探测区定义为网内雷达探测区的并集，表示为：

式中：Anet为组网雷达合成探测区域；Ai为第i部雷达的探测区域；n为网内雷达数目。

图3 组网雷达探测区域示意图（粗线内区域为Anet）

同理，组网雷达干扰暴露区定义为网内雷达暴露区的并集，表示为［5］：

式中：Bnet为组网雷达合成干扰暴露区；Bi为第i部雷达的暴露区；n为网内雷达数目。

干扰机对组网雷达干扰的掩护区定义为干扰机对网内雷达干扰掩护区的交集，表示为：

式中，Cjnet为干扰机对组网雷达干扰的合成掩护区；Cji为干扰机对第i部雷达干扰的掩护区；n为网内雷达数目。

3.2 布阵方法

设预定掩护空域为M，则必须保证M⊆Cjnet。这样，暴露区不包含M的网内雷达不需干扰，暴露区包含M的网内雷达则需分布式无人机分别对其合理布阵并进行干扰。

这样，问题演化为分布式干扰机对单部雷达进行干扰的布阵分析。结合以上部分的研究，使预定掩护空域M包含在干扰机对各个雷达干扰的合成掩护区内即可。

假设网内需干扰的雷达为3部，布阵方法如图4所示。

图4 对组网雷达干扰的布阵演示

3.3 仿真

设分布式无人机需对敌方网内2部雷达进行多假目标干扰。干扰空域为一圆形区域，圆心坐标为（0，0），半径为20km；敌方2部雷达主瓣宽度分别为1.20°、3°，坐标分别为（－50，－100）、（60，－80）。

取典型雷达、被掩护目标及干扰机参数进行仿真：Pt＝600kW，Pj＝15W，Gt＝Gr＝33dB，Gj＝9 dB，σ＝5m2，θ0.5＝3°，K＝0.05，△fj／△fo＝Da／Daj＝Db／Dbj＝Dc／Dcj＝1＝0dB，Lj／Lr＝－8dB，Kj＝6dB。

无人机采用扇形布阵，航线距雷达最远端和最近端分别为60km、30km，对2部雷达干扰的无人机分别为18部和8部，仿真结果如图5所示。

图5 对雷达组网干扰的仿真

通过以上研究及仿真可以看出分布式无人机干扰系统对雷达干扰的布阵方法受多种因素的影响。如文中所述，无人机飞行性能及对其有影响的天气条件、干扰机性能、被掩护区域的位置和战术要求等条件可被我方掌握，但被干扰雷达的位置、性能及与其相关的一些参数也应明确，这样才能对无人机阵的布置及其航线的设定做出有效的分析和判断。

4 结束语

分布式干扰依靠着自身的优势，在现代电子战中倍受重视。本文对影响分布式干扰机布阵的主要因素进行了分析说明，并分别对其干扰单部雷达和组网雷达的布阵方法进行了分析研究，并做出了一些建议，对分布式干扰机的作战应用具有一定意义。

［1］蔡小勇，蒋兴周，贾兴江，等.分布式电子干扰系统干扰效能分析与仿真［J］.海军工程大学学报，2006，18（3）：47－51.

［2］高军辉.分布式干扰技术研究［D］.成都：电子科技大学，2006.

［3］丁鹭飞，耿富录.雷达原理［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2001.

［4］马亚涛，许金萍，彭燕.分布式干扰系统对单部雷达干扰暴露区的算法及相关研究［J］.舰船电子对抗，2009，32（3）：14－17.

［5］陈永光，李修和，沈阳.组网雷达作战能力分析与评估［M］.北京：国防工业出版社，2003.