空射诱饵对抗单脉冲雷达制导导弹效能评估

周 冲，许家栋，石 帅，张 彬，赵 耀

（西北工业大学 电子信息学院，陕西 西安 710129）

现代战争中，在复杂电磁环境背景下，空战更加依赖于先进的电子战技术。新一代的空空导弹具有超视距攻击、发射后不管的能力，并采用单脉冲雷达跟踪和脉冲多普勒末制导体制。在战斗中，空空导弹的单脉冲多普勒雷达侦测敌方雷达回波信号，并通过比较单脉冲雷达合、差信号多普勒频谱的振幅或相位，以实现对敌方飞机的跟踪[1]。为了避免空空导弹的攻击，作战飞机上装有雷达告警接收机，一旦告警雷达接收机检测到空空导弹的雷达信号，它会立即提示驾驶员对威胁做出干扰，从而达到保护自己的目的。

空射有源诱饵作为平台外电子战对抗装备是有源干扰的一种有效方案，具有低成本，模块化，可编程的特点[2]。空射有源诱饵通过模拟战斗机或轰炸机的雷达回波信号，精确地再现载机的飞行剖面和目标特性，使得雷达跟踪系统不能通过雷达回波特性和运动特性区分载机和诱饵，形成对单脉冲雷达导引头的有效干扰，从而保护载机免受攻击，提高载机战场生存率。本文通过对空射有源诱饵及迎头来袭的空空导弹进行数学建模和仿真，定量的分析了空射有源诱饵的干扰能力，并指出了有源空射诱饵应当采取的战术措施，以提高诱饵的作战效能。

1 空射有源诱饵作战效能的定义

空射有源诱饵的作战使命是装备于机载平台，在受到来袭导弹攻击时，完成干扰诱偏来袭导弹导引雷达，达到保护载机的任务。空射有源诱饵的作战效能应定义为：诱饵弹在规定作战条件下实施作战指令，考虑诱饵弹接收与发射天线辐射特性，敌火力威胁，载机、诱饵及导弹的机动性能、航线航速、诱饵弹数量及电磁环境影响因素，完成规定作战任务的能力和度量，是对空射有源诱饵综合战术指标的综合度量[3]。换言之，空射有源诱饵的作战效能是空射有源诱饵的发射功率、辐射方向性、发射数量和飞行剖面等主要作战性能指标的函数。建立空射有源诱饵作战效能评估模型最关键的问题就是如何结合来袭导弹、载机平台和诱饵的战术特点，建立一个真实有效的综合表征诱饵作战能力的基本模型及其子模型。

2 空射有源诱饵模型

空射有源诱饵主要由雷达信号接收天线、威胁信号接收处理系统、电子对抗波形发生器、放大器和发射天线组成[4]，其组成框图如图1所示。

图1 空射有源诱饵基本结构图Fig.1 Structure diagram of the active air-launched decoy

接收天线对截获的信号进行威胁信号识别以及方位的测量，引导干扰设备尽快地截获威胁信号，通过电子对抗波形发生器产生最佳的干扰样式，经放大器放大后由发射天线发射出去。

3 导弹制导模型

本文仿真采用的比例引导的制导模型[5]。所谓比例引导，是导弹在跟踪目标的过程中，其速度矢量的转动角速度与导弹到目标的视向矢量的转动角速度成正比，那么第k+1时刻导弹的速度矢量转角可从下列方程求得：

其中

式中，θv(k)和φv(k)分别为导弹到目标在第k时刻视向矢量的方位角和俯仰角，和分别为 θv(k)和 φv(k)的转动角速度，T为雷达脉冲周期。若设定比例引导系数为K，则导弹的速度矢量转动角速度˙ 和即可求得。

在第k时刻，导弹的方位角和俯仰角方向法向加速度aa(k)和aq(k)为：

当导弹法向加速度超过其最大过载时，其法向加速度等于最大过载。仿真流程如图2所示。

图2 比例导引法仿真流程图Fig.2 Simulation flowchart proportional navigation law

4 诱饵弹回波信号的产生

由于飞机飞行时姿态变化及背景等因素的影响，其RCS动态测量数据呈现出剧烈的起伏。而诱饵弹的回波信号是由电子对抗波形发生器产生，尽量真实的反应载机的RCS信号特征将对提高诱饵弹诱偏成功率起到重要作用。

本文仿真中采用某型号载机真实RCS测量数据用于模拟载机的回波信号。通过对载机RCS的离散数据进行分段FFT处理，得到各时间段载机RCS的频域特征，然后对若干段时间内的频域特征再次做FFT处理，以此来模拟载机RCS的慢起伏特性。最后将变换结果汇总分析并进行FFT反变换得到时域RCS信号作为诱饵弹的模拟RCS信号。载机信号与诱饵弹模拟信号对比如图3所示。

图3 载机信号与诱饵弹模拟信号对比Fig.3 Contrast of the analog signal between the decoy and aircraft carrier

现实中，诱饵弹的接收天线与发射天线不可能是理想的全向天线，设计要求发射天线与接收天线至少要有±60°的半功率波瓣宽度。本文仿真中考虑到由于作战时诱饵弹与空空导弹相对姿态的变化，导致诱饵弹有效RCS随诱饵弹天顶方向角度变化，仿真中采用实物接收与发射天线实物样机的辐射方向数据合成诱饵弹的辐射方向数据，根据诱饵弹到导弹的视向角从诱饵弹辐射方向数据中读取天线总增益用以模拟诱饵弹RCS在角度上的变化。

5 诱饵干扰对抗过程

在迎头打击情况下，载机被来袭导弹单脉冲雷达锁定后释放诱饵弹。初始时刻载机和诱饵弹均处于导弹的距离波门内，且导弹对载机和诱饵弹的视向角几乎相同，因此导弹无法分辨真目标和诱饵，将跟踪载机和诱饵弹的能量重心。本文假设空空导弹有效毁伤半径为30 m，当空空导弹与载机距离小于30 m时即可认为命中目标，本次仿真终止。随着载机和诱饵的既定机动方案飞行，一段时间后将出现以下情况：

1)载机脱离导弹的距离波门或者探测角，导弹锁定诱饵弹，最终命中诱饵弹或者脱靶。

2)诱饵弹脱离导弹的距离波门或者探测角，导弹锁定载机，并最终命中载机或者脱靶。

诱饵干扰对抗过程应确定以下几个参数：

1)诱饵弹RCS的确定。初始阶段诱饵弹RCS与载机RCS之比设定为1，使得空空导弹不能通过RCS的突变识别假目标，随后短时间内诱饵弹RCS提升至预设值。

2)诱饵的正常巡航速度（302 m/s）略快于载机（272 m/s），飞行剖面与载机大致相同。释放初始阶段诱饵弹与载机速度相同，随后短时间内加速至正常巡航速度。

3)诱饵弹与载机既定机动方案。载机告警机在与空空导弹相距20 km时发出锁定告警，仿真时间约为20 s。载机在第3 s释放诱饵弹，诱饵弹与载机按照既定剖面飞行：发射1枚诱饵弹时①诱饵弹平飞不机动，载机做最大载荷侧向机动;②载机做最大载荷侧向机动，诱饵弹做反向同载荷机动；发射2枚诱饵弹时③载机做最大载荷侧向机动，诱饵弹1不机动，诱饵弹2做与载机反向同载荷机动。

本文采用蒙特卡罗法对空空导弹脱靶概率进行仿真[6]。通过仿真结果对比，当仿真次数达到为200次时仿真结果基本稳定，能够反映出该系统下诱饵弹诱偏空空导弹使其脱靶的情况[7]，因此仿真次数选为200次。仿真结果如图4所示。

图4 3种情况下空空导弹的脱靶概率Fig.4 The off-target probability of the air to air missiles under these three cases

6 结论

本文通过仿真分析发现，空射有源诱饵的诱偏效果与诱饵的辐射功率（RCS）、投放个数有这密切的关系：诱饵弹辐射功率越大，干扰效果越好，但受其功率放大器饱和限制，发射功率应在合理范围内取最大值；释放诱饵后，载机与诱饵弹飞行剖面对诱偏成功率的影响至关重要，应在短时间内增大空空导弹视向的诱饵弹和载机角度以增大角闪烁，有效提高诱偏成功率；增加释放诱饵弹个数同样可以有效提高诱饵弹对空空导弹的诱偏成功率，但是考虑到载机载弹容量有限，应首先考虑优化诱饵弹与载机的飞行剖面。

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