无人机编队协同干扰对预警机压制效果研究

于家傲，彭世蕤，孙经蛟，胡绘斌

(1.空军预警学院，武汉 430019；2.解放军94860部队，南京 210018)



无人机编队协同干扰对预警机压制效果研究

于家傲1，彭世蕤1，孙经蛟1，胡绘斌2

(1.空军预警学院，武汉 430019；2.解放军94860部队，南京 210018)

摘要：研究了远距离支援干扰条件下，无人机编队对预警机的压制效果。建立了无人机编队与预警机的对抗模型，提出了干扰效果评估的量化指标。仿真分析了不同干扰无人机编队对预警机探测效能的影响，给出了压制扇面的变化情况，对某固定区域内压制效果进行评估，并通过仿真对无人机编队航迹进行优化。研究结果对干扰无人机作战运用具有重要意义。

关键词：无人机；预警机；干扰效果

0引言

在现代战争中，预警机作为高机动空中警戒装备，可对低空目标实现有效的远距离预警，在局部战争中发挥重要作用。通过电子对抗手段对预警机进行干扰压制，在一定区域建立一段时间的保护空域，是遂行突防和摧毁任务的关键手段。

文献[1]给出了远距离干扰机对地面警戒雷达的干扰效果研究，但现代雷达抗干扰技术使主要靠旁瓣起作用的远距离支援干扰受到了很大抑制。文献[2]给出了分布式干扰条件下雷达探测范围的仿真分析，但需要在靠近雷达区域内分布大量小型干扰机。文献[3]给出了远距离支援干扰对预警机的对抗模型，但没有考虑预警机的高机动移动因素。

本文在地面远距离压制干扰的基础上，协同多部干扰无人机编队，对预警机进行压制干扰，并对一定区域形成有效的保护，建立了相应对抗模型，提出了干扰效能量化评估指标，对干扰效果进行量化评估，并对无人机编队航迹进行了优化。研究所得结论可以支援部队雷达对抗作战需求，对干扰无人机作战运用具有指导意义。

1干扰无人机编队与预警机的对抗模型

1.1干扰条件下预警机探测距离

由于干扰无人机和预警机在空域中机动飞行，因此引入时间参数t对干扰效果实时分析。在t时刻进入预警机雷达接收机的目标回波信号功率为：

(1)

一般情况下，中近距离干扰机主要采用密集假目标干扰或灵巧噪声干扰。为了便于描述，同时兼顾考虑远程干扰机的干扰效果，这里借用噪声压制干扰的概念。假设干扰机进入雷达接收机的干扰信号不相干，即干扰信号的功率能够无损叠加，在t时刻n部干扰机进入雷达接收机的干扰总功率为[4]：

(2)

对雷达造成干扰所需的压制系数为[5]:

(3)

将式(1)、(2)代入式(3)，可求得干扰条件下，预警机在t时刻、θ方向上的最大探测距离为:

(4)

通过对全向最大探测距离的计算，可以得出预警机在干扰条件下的有效探测范围。

1.2对抗模型设计及干扰效果评估指标

干扰无人机编队与预警机的对抗态势如图1所示。根据远距离和中近距离支援干扰特点，在地面远距离干扰的基础上，协同中近距离干扰无人机编队对预警机进行压制干扰。图1中，设定一保护区域，其面积为90×160 km2；地面远距离干扰机、保护区域和预警机航迹中心位置在同一直线上，干扰无人机沿该直线对称分布。设置1、2、3、4号干扰无人机，其干扰波束朝向预警机所在方向，沿固定航向做平行往复飞行，各无人机间距50 km，其飞行路线如图1中实线所示[6]。为简化计算，各无人机各项性能参数相同，无人机和预警机按给定航线匀速飞行，忽略预警机雷达波束扫描时间对干扰效果的影响。

图1　干扰无人机与预警机对抗模型

为对不同干扰无人机编队干扰效果进行评估，定义区域有效保护率作为干扰效果量化评估指标。其中，在压制系数为K的干扰条件下，对雷达截面积为σ的目标无法进行有效探测和识别的区域，为有效保护区域。在划定的保护区域内，通过蒙特卡罗积分算法[7]，对该区域中有效保护区域面积进行积分，其中有效保护区域占所划定区域的面积比，定义为区域有效保护率:

(5)

式中：Sy为有效保护区域面积；Sh为划定保护区域面积。

2仿真结果分析

预警机雷达接收机参数设为：工作频率2 GHz，对反射截面积σ=2m2目标的最大探测距离为400 km，Pt=500 kW，Gt=30 dB，Lt=8 dB，Δfr=100 MHz，K=10，主瓣宽度为4°，副瓣为-40 dB。远距离干扰机参数设为：Rj≈300 km，Pj=50 kW，Gj=10 dB，Lj=5 dB，Δfj=500 MHz，γj=0.5。1～4号中近距离干扰无人机参数设为：Rji<150 km，Pji=15 W，Gji=3 dB，Lji=3 dB，Δfji=200 MHz，γji=0.5，干扰波束宽度90°。

当仅采用地面远距离支援干扰时，干扰效果如图2所示，其中矩形区域为保护区域。随着预警机的运动，所形成的压制扇区面积不变，但其压制扇区位置随着预警机运动而变化。在划定的保护区域内，有效保护区域也随之变化。当远距离干扰机、保护区域和预警机三者在同一直线上时，区域有效保护率η取最大值。

图2　仅远距离干扰机干扰时压制效果

当采用1、2号无人机按平行航迹协同干扰时，干扰效果如图3所示，随着预警机的移动到较远点时，有部分区域未能被压制扇区覆盖。当采用1、2、3、4号无人机按平行航迹协同干扰时，干扰效果如图4所示，虽然压制扇区面积变大，但随着无人机向预警机抵近，保护区域内仍残留部分有效探测区。干扰无人机与预警机距离的减小，干扰能量从预警机雷达天线副瓣进入，所形成的干扰扇面逐渐变大。

图3　1、2号无人机按平行航迹协同干扰时压制效果

图4　1、2、3、4号无人机按平行航迹协同干扰时压制效果

为进一步提高对预警机的压制效果，将无人机编队航迹进行优化，使其航向相对预警机航迹中心位置偏航一定角度，如图1中虚线所示。通过仿真和干扰效果评估指标的优化，得到优化航迹为：1、2号无人机分别向中心偏航8.1°，3、4号无人机分别向中心偏航18.9°。当采用1、2、3、4号无人机沿优化航迹协同干扰时，干扰效果如图5所示，即使在保护区域内存在某些较窄的“缝隙”时，雷达也不能对其中的目标进行正常处理，仍然保持该区域的干扰效果。图2～图5中各时刻区域有效保护率见表1。

图5　1、2、3、4号无人机按优化航迹协同干扰时压制效果

表1　t=20,40,80 min时刻区域有效保护率

图6　区域有效保护率η随时间变化曲线

3结束语

远距离支援干扰和中近程无人机编队干扰是电子对抗的重要手段。本文结合2种干扰手段，对预警机干扰效果进行了研究，通过建立的对抗干扰模型仿真分析了不同无人机编队协同干扰对预警机探测性能的影响程度和对划定区域的保护效果。当仅采用地面远距离支援干扰时，基本无法对划定区域形成有效保护；当采用无人机编队按水平航迹协同

干扰时，可对划定区域形成一定保护，保护区域内仍存在有效探测区域；最后采用无人机编队按优化航迹协同干扰时，该区域的有效保护率提高到99.6%，可在一定时间内对划定区域形成有效保护，研究结果对干扰无人机编队飞行具有参考意义。

参考文献

[1]张顺健.远距离干扰机对地面警戒雷达的作战效能计算方法研究[J].电子对抗技术,2004,19(5):29-31.

[2]支双双,刘聪锋,朱云鹏,等.分布式干扰下雷达探测区计算与仿真[J].中国电子科学研究院学报,2012,7(2):63-67.

[3]申绪涧,李益民,汪连栋,等.远距离支援干扰与机载预警雷达的对抗仿真[J].系统仿真学报,2004,16(9):2003-2005.

[4]吴玉清.针对组网雷达的电子干扰技术研究[D].成都:电子科技大学,2013.

[5]赵国庆.雷达电子对抗原理[M].西安:西安电子科技大学出版社,1999.

[6]周武,董文锋.无人机掩护突防时对雷达的分布式干扰策略[J].电子信息对抗技术,2013,28(11):63-67.

[7]马海云,齐小军.蒙特卡罗仿真机及其应用[J].电脑与信息技术,2006,14(6):8-10.

Research into The Suppression Effect of Cooperative Jamming of UAV Formation on Early-warning Aircraft

YU Jia-ao1,PENG Shi-rui1,SUN Jing-jiao1,HU Hui-bin2

(1.Air Force Early-warning College,Wuhan 430019,China;2.Unit 94860 of PLA,Nanjing 210018,China)

Abstract:This paper studies the suppression effect of unmanned air vehicle (UAV) formation jamming on early-warning aircraft under the condition of stand-off jamming (SOJ),sets up the countermeasure model of UAV formation to early-arning aircraft,puts forward the quantized index to estimate the jamming effect,simulates and analyzes the influence of different jamming UAV formation on the detection performance of early-warning aircraft,gives the change state of suppression fan area,estimates the suppression effect of a certain fixed region,and optimizes the track of UAV formation through simulation.The research result is of important meaning for the campaign application of UAV jamming.

Key words:unmanned air vehicle;early-warning aircraft;jamming effect

DOI:10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.01.005

中图分类号：TN972

文献标识码：A

文章编号：CN32-1413(2016)01-0026-05

收稿日期:2015-09-24