舰载无人机干扰反舰导弹最优空间配置*

尹成义，谭安胜，朱青松（海军大连舰艇学院，辽宁 大连 116018）

舰载无人机干扰反舰导弹最优空间配置*

尹成义，谭安胜，朱青松
（海军大连舰艇学院，辽宁 大连 116018）

针对舰载有源干扰在反导防御中存在的不足，以舰载无人机干扰敌反舰导弹的基本态势分析为基础，建立了舰载无人机最小有效干扰距离计算模型。针对反舰导弹跟踪辐射源的情况，以反舰导弹进入烧穿距离后不能再次捕捉目标为前提，建立干扰具备“跟杂”能力反舰导弹的舰载无人机阵位配置模型，为水面舰艇编队对空防御增加了新手段。

舰载无人机，电子干扰，反舰导弹，阵位配置

0 引言

现代海战中，水面舰艇的空中威胁已由传统的飞机使用近程武器攻击转变为来自水面、空中和水下平台发射的各种反舰导弹的攻击［1］。而现代反舰导弹通过采用航路规划、隐身、超音速、超低空掠海飞行等技战术手段，使其突防能力更强，更加难以拦截。为此，各种电子干扰手段就成为对抗反舰导弹的有效措施之一［2-3］。

电子干扰手段主要包括无源干扰和有源干扰，其中无源干扰相对简单，但对于大型水面舰艇，要求箔条有效反射面积很大，且投放箔条时机也很重要。投放早了，箔条可能随风漂走，失去了干扰作用。投放晚了，导弹已击中舰艇。同时，一些采用末端跃升俯冲攻击弹道及新型制导体制的反舰导弹，对无源干扰也具有较好的识别能力。使用有源干扰时，虽然现有的舰载有源干扰机一般都拥有很大的功率进行噪声压制和欺骗干扰，但舰载有源干扰机工作时，除会对舰载武器的使用造成干扰外，其对反舰导弹末制导雷达的干扰有时也难达到理想效果，原因在于反舰导弹的末制导雷达通常距目标很近才开机，一般只有十几秒的时间，采用拖距很难有效［4］；而且，很多反舰导弹已经具备“跟杂”能力，即当出现噪声干扰时，把噪声源作为信标，跟踪噪声源，照样可以击中舰艇［5］。

使用挂载特定干扰源的舰载无人机进行电子干扰，可配置在舰艇编队之外，既可提高干扰效果，又可保证单舰或编队的安全，是水面舰艇对空防御中电子对抗的全新手段［6-7］。

1 舰载无人机干扰反舰导弹态势分析

舰载无人机对反舰导弹的干扰过程主要涉及敌反舰导弹未制导雷达、我编队及挂载雷达干扰载荷的舰载无人机三者之间的空间能量关系。为研究方便，假设舰载无人机、敌反舰导弹、我水面舰艇编队三者之间的相对关系如图1所示。

图1 舰载无人机干扰反舰导弹态势分析示意图

其中，水面舰艇编队由多艘舰艇组成，并将编队所在区域等效为一个半径为rw的圆，称为掩护目标区或简称掩护区。敌反舰导弹飞行高度为Ht，飞行方向指向掩护区中心，距掩护区中心点的斜距离和水平距离分别为Rt和Dt，二者随反舰导弹的运动逐渐变小；由于反舰导弹飞行速度远大于舰艇速度，且攻击时间相对较短，因此，忽略舰艇运动的影响，即假设编队静止不动；舰载无人机飞行高度为Hj，采用与编队位置保持不变的定点悬停，距掩护目标区中心的斜距离和水平距离分别为Rw和Dw，舰载无人机与编队中心连线和敌反舰导弹来向的夹角为α，称为舰载无人机干扰配置角；舰载无人机至敌反舰导弹的斜距离和水平距离分别为Rj和Dj，则根据余弦定理有

舰载无人机为达成有效干扰，应保证敌反舰导弹导引头无法发现编队内的任意舰艇。若设θ1为在相应平面中敌反舰导弹末制导雷达波束轴线朝向掩护目标区域边缘时波束轴线与敌反舰导弹和掩护目标区中心线的夹角，则有:

当掩护目标区半径rw与Dt相比很小时，可将被掩护目标（区域）视为点目标，此时可近似认为θ1≈0°。θ1的意义在于保证舰载无人机掩护的目标不是一个点，而是一个区域，即保证在该区域内活动的舰艇都能得到舰载无人机的有效掩护。设舰载无人机与敌反舰导弹中心连线和敌反舰导弹来向的夹角为θ2，则由正弦定理可知

根据雷达方程，敌反舰导弹末制导雷达接收到的目标回波信号功率为:

式中，Pt为敌反舰导弹未制导雷达发射功率；Gt为敌反舰导弹未制导雷达天线主瓣方向上的增益；σ为被掩护目标的有效反射面积；λ为敌反舰导弹末制导雷达工作波长；Rt为敌反舰导弹未制导雷达至目标的距离。

当单架舰载无人机挂载雷达干扰载荷对敌反舰导弹进行干扰时，进入敌反舰导弹末制导雷达接收机输入端外的干扰信号功率为:

式中，Pj为舰载无人机雷达干扰载荷发射功率；Gj为舰载无人机雷达干扰载荷天线主瓣方向上的增益；Gt'（θ）为敌反舰导弹末制导雷达天线在舰载无人机雷达干扰载荷方向上的增益，可按下式计算

式中，θ0.5为敌反舰导弹末制导雷达半功率波束宽度；k为与雷达天线相关的常数，一般为0.04～0.10，这里取k=0.07；θ为敌反舰导弹末制导雷达波束轴线与敌反舰导弹和舰载无人机连线之间的夹角；γj为舰载无人机干扰信号对敌反舰导弹末制导雷达天线的极化损失。

式（7）中只给出了θ∈（0°，180°）的取值范围，当θ∈（0°，180°）时有Gt'（-θ）=Gt'（θ）。

有效干扰的条件是进入雷达接收机的干扰功率比进入雷达接收机内的目标回波功率大一定的倍数。这个与雷达类型、信号处理方式有关的系数，叫作有效压制系数。要想压制敌反舰导弹末制导雷达，干扰功率和回波信号功率之比必须大于或等于有效压制系数Kj。由式（5）、式（6）得干扰方程的一般表达式为:

其中，压制系数Kj为使敌反舰导弹末制导雷达发现概率Pd降到0.1时，其接收机输入端通带内最小干扰功率Pjmin和信号回波功率Prs之比。即:

式（8）是雷达有源干扰方程的一般表达式，虽然该干扰方程为自由空间的干扰方程，即没有考虑大气衰减、地面反射等因素的影响，但它为舰载无人机干扰反舰导弹的技术设计和战术使用提供了理论依据。

2 舰载无人机干扰常规雷达末制导反舰导弹空间配置方法

由以上分析可知，舰载无人机对反舰导弹进行压制干扰，其效果与舰载无人机与反舰导弹之间的空间位置有密切关系。因此，只有掌握舰载无人机的有效压制区范围，才能为其合理部署与运用提供依据。

2.1 最小有效干扰距离模型

当给定雷达干扰载荷和反舰导弹末制导雷达参数及被掩护目标反射面积后，式（8）左侧前两项为一常数，而当舰载无人机的阵位也固定后，舰载无人机的掩护效果主要受敌反舰导弹到掩护区中心距离的影响。若给定有效压制系数Kj，则要想有效压制敌反舰导弹，由式（8）可知，敌反舰导弹到掩护区的距离Rt应满足

由式（10）可知，当敌反舰导弹到掩护区中心的距离Rt＞R0时，舰载无人机的压制有效；当Rt=R0时，是压制区的边界，因此，距离R0称为最小有效干扰距离或“烧穿距离”［5］，即敌反舰导弹到掩护区的距离小于R0时，其导引头将“烧穿”干扰信号，舰载无人机将失去掩护作用。因此，对最小有效干扰距离的研究对于确定舰载无人机的干扰阵位就具有重要意义。

舰载无人机对敌反舰导弹末制导雷达的干扰，与对其他类型雷达的干扰相比还存在很大不同，即反舰导弹通常朝编队方向运动，到编队和舰载无人机的距离不断减小。为应对反舰导弹的运动，舰载无人机挂载的雷达干扰载荷的干扰方向也必须进行相应的调整，使其始终能指向干扰对象，以便达成最佳干扰效果。但当反舰导弹飞越舰载无人机（即越过舰载无人机到反舰导弹航向线的垂线）后，舰载无人机的干扰方向不易再跟踪反舰导弹。原因在于，此时干扰方向与反舰导弹导引头雷达之间的夹角已超过90°，干扰效果较差；更重要的是，此时舰载无人机的干扰方向有可能已经指向编队，从而对编队中舰艇的雷达造成干扰，影响其对空探测。因此，舰载无人机必须在反舰导弹飞越自身之前停止对已飞越反舰导弹的干扰。综合这些因素，反舰导弹的实际烧穿距离R0'应为

2.2 仿真计算与结果

仿真目的:考察不同编队规模、舰载无人机的不同阵位配置（距掩护区中心的距离及不同的干扰配置角）等因素对干扰效果的影响，选取烧穿距离作为指标。

仿真条件:设掩护区半径分别为rw=100 m（单舰）、rw=1 n mile和rw=3 n mile，掩护区内被掩护舰艇的雷达反射截面积σ=7 000 m2；敌反舰导弹飞行高度为20 m，导引头的功率为Pt=200 W，半功率宽度θ0.5=1.15°，增益Gt=30 dB，极化损失γj=0.5。舰载无人机飞行高度Hj=500 m，距掩护区中心的距离分别为Dw=1 km和5 km，干扰配置角从0°～180°，挂载的雷达干扰载荷功率Pj=500 W及5 kW，增益Gj=12 dB，有效压制系数Kj=2。

仿真结果:由式（1）～式（11），计算对应的烧穿距离，结果见表1。

表1 由式（1）～式（11），计算对应的烧穿距离

（b）Pj=500 W、Dw=5 km时不同编队规模和干扰配置角下对应的实际烧穿距离0 5 10 20 30 45 75 90 120 150 180掩护区半径配置角。烧穿距离km 100 m 5 000 4 981 4 924 4 698 4 330 4 631 5 038 5 035 4 592 3 515 1 421 1 n mile 5 000 4 981 4 924 4 698 4 330 5 134 5 806 5 931 5 796 5 215 4 295 3 n mile 5 000 4 981 4 924 4 698 4 330 5 263 7 280 7 546 7 713 7 491 6 998 （c）Pj=5 kW、Dw=1 km时不同编队规模和干扰配置角下对应的实际烧穿距离0 5 10 20 30 45 75 90 120 150 180掩护区半径配置角。烧穿距离km 100 m 1 001 1 016 1 030 1 067 1 121 1 208 1 319 1 327 1 238 1 007 621 1 n mile 1 054 1 064 1 092 1 211 1 398 1 711 2 152 2 220 2 279 2 250 2 155 3 n mile 1 054 1 064 1 092 1 211 1 398 1 711 2 229 2 431 2 734 2 914 2 974 （d）Pj=5 kW、Dw=5 km时不同编队规模和干扰配置角下对应的实际烧穿距离0 5 10 20 30 45 75 90 120 150 180掩护区半径配置角。烧穿距离km 100 m 5 000 4 981 4 924 4 698 4 330 3 535 3 022 2 962 2 644 2 021 944 1 n mile 5 000 4 981 4 924 4 698 4 330 3 535 3 421 3 596 3 510 3 230 2 813 3 n mile 5 000 4 981 4 924 4 698 4 330 3 535 3 421 3 715 4 201 4 506 4 609

2.3 相关结论与配置方案

从表1中数据可以看出:

1）当其他条件不变时，掩护区的半径越大，对应的烧穿距离越大，舰载无人机的掩护效果越差，即编队所在区域越大，越难以对其进行有效掩护。

2）当其他条件不变时，舰载无人机的配置距离越小，对应的烧穿距离越小，掩护效果越好，即舰载无人机应尽量配置在距编队中心较近的距离。

3）当其他条件不变时，雷达干扰载荷的功率越大，对应的烧穿距离越小，舰载无人机的掩护效果越好，即舰载无人机应配备功率尽可能大的雷达干扰载荷。

4）当雷达干扰载荷功率为500 W时，对编队进行掩护时，无论舰载无人机配置在何处，其烧穿距离均较大。此时，反舰导弹进入烧穿距离后，仍可发现掩护区中的舰艇目标并有时间实施跟踪和攻击。因此，当干扰功率较小时，舰载无人机对编队掩护能力有限。

5）当雷达干扰载荷功率为500 W时，对单舰进行掩护时，通过合理配置舰载无人机，可使烧穿距离小于1 km，此时，反舰导弹进入烧穿距离后，受反应时间和过载等的限制，基本无法再完成搜索、跟踪、改变航向及实施攻击这一过程。因此，舰载无人机可对单舰实施有效掩护，且对单舰进行掩护时，选择较小（小于1 km）的配置距离和较大（大于150°）的配置角度效果更佳，而且还有利于舰载无人机与舰载防空武器的协调。

6）当雷达干扰载荷功率为5 kW，对编队进行掩护时，当舰载无人机阵位距编队较近（＜1 km）时，可起到掩护作用，且配置角越小，效果越好；但若配置较远（5 km），则需更大的干扰功率，且此时舰载无人机的配置角在45°～90°时较佳。

以上分析中，为便于说明敌反舰导弹与掩护区之间的距离，假设敌反舰导弹的飞行航向指向编队中心。但如果敌反舰导弹的飞行方向不指向编队中心，舰载无人机的干扰效果也是一样的，甚至更好。同时，上面的分析只针对一枚反舰导弹，但由于舰载无人机挂载的雷达干扰载荷具有一定的水平干扰扇面，因此，实际上对在一定扇面、一定时间间隔内的反舰导弹流均有效。

3 舰载无人机干扰具备“跟杂”能力反舰导弹空间配置方法

根据仿真结果可以看出，舰载无人机应尽量配置在距掩护区中心较近的阵位上，这样可以使烧穿距离达到最小。但实际配置时，必须综合考虑多种因素。首先，舰载无人机配置在编队中心，可能距编队内的舰艇距离较近，则其在干扰反舰导弹同时，也可能对编队舰载雷达造成干扰；其次，若敌反舰导弹具有“跟杂”能力，则配置在编队中心的舰载无人机可能将反舰导弹引入编队区域，当其进入烧穿距离后，也可能再次发现目标并实施攻击。因此，综合以上因素，舰载无人机不宜配置在编队中心位置。

3.1 舰载无人机阵位配置模型

假设敌反舰导弹具备“跟杂”能力，则舰载无人机的配置应保证对编队进行掩护同时，还应使跟踪舰载无人机的反舰导弹进入烧穿距离或飞越舰载无人机后，重新搜索时，无法找到编队，此时的态势如图2所示。

图2 反舰导弹跟踪干扰源时舰载无人机阵位配置示意图

在图2中，编队中心位于O点，编队所在区域半径为rw；舰载无人机位于U点，距编队中心距离为Dw，干扰配置角为α；假设敌反舰导弹导引头的搜索角为，其初始航向指向编队中心，由于其导引头受干扰后具备跟踪干扰源的能力，并在M点飞行方向指向舰载无人机，此时，敌反舰导弹到编队中心的距离为Dt，更改后的飞行方向与初始飞行方向的夹角为θ（为说明方便，将其称为反舰导弹进入角）。为使敌反舰导弹在跟踪干扰源的过程中，不飞越掩护区，θ角应满足

假设敌反舰导弹在到达B点之前干扰有效，无法发现编队，即BU为对应的烧穿距离，则当敌反舰导弹到达B点时，若使编队刚好不在敌反舰导弹的搜索扇面内，则敌反舰导弹在B点时搜索区边缘应与编队所在区域圆相切（如图2中的BA线），此时，敌反舰导弹在整个搜索过程中均无法发现编队。

在ΔAOC中，由于OC⊥AC，因此，有

在ΔABM中，根据正弦定理有

解得

由于当敌反舰导弹到达B点时，刚好到达烧穿距离，此时，敌反舰导弹到掩护区中心的距离Rj为

若认为舰艇可能存在于掩护区内的任意位置，则敌反舰导弹到掩护区内最近舰艇的距离Rjmin为

对应的舰载无人机配置距离可由下式计算

在ΔOMU中，根据余弦定理计算舰载无人机的干扰配置角α为

3.2 仿真计算与结果

根据式（16）和式（17）即可确定舰载无人机的配置阵位，但该阵位受θ角的影响，不同的θ角，对应不同的配置阵位，为此采用仿真计算的方法进行分析。

仿真目的:研究不同掩护区大小、不同干扰功率及反舰导弹跟踪干扰源的不同距离下对应的无人机配置阵位。

仿真结果:根据式（13）～式（17）进行仿真计算，结果见下页表2。

3.3 相关结论与配置方案

由表2中数据可以看出:

表2 根据式（13）～式（17）进行仿真计算的结果

①当其他条件不变时，敌反舰导弹的进入角θ越大，所需的舰载无人机配置距离越远，配置角越小；②当其他条件不变时，敌反舰导弹开始对舰载无人机挂载的干扰源跟踪时，距离掩护区中心越近，所需的舰载无人机配置距离越小；③当其他条件不变时，舰载无人机干扰配置角越小，为保证敌反舰导弹进入烧穿距离后无法发现编队，对应的配置距离越大；④当其他条件不变时，舰载无人机挂载的雷达干扰载荷功率越大，对应的烧穿距离越小，对编队的掩护效果也越好；⑤舰载无人机挂载的雷达干扰载荷功率为500 W时，其能对单舰实施有效掩护，能对小规模编队实施一定程度的掩护，对较大规模编队掩护能力有限；若使雷达干扰载荷功率提高到5 kW，可对单舰及小规模编队实施有效掩护，对较大规模编队也能具备一定程度的掩护能力。

以上阵位配置结果是假设反舰导弹遭电子干扰后改变航向跟踪干扰源，但实际上并不是所有反舰导弹受干扰后都会对干扰源进行跟踪。因此，为了保证无论反舰导弹是否跟踪干扰源都能有较好的干扰效果，应对情况进行综合考虑。结合前面的仿真结果，若反舰导弹不跟踪干扰源，则舰载无人机的配置距离应尽可能接近编队中心，即配置距离要尽可能小；若要同时兼顾对具备跟踪干扰源能力的反舰导弹的干扰，根据仿真数据可知，反舰导弹的进入角θ越大，对应的舰载无人机配置距离越远，因此，应选择尽量小的θ对应的配置距离和方位。综合各种因素，应在满足式（12）下选择较小的θ对应的配置距离和方位。

4 结论

使用引导挂载电子干扰载荷的舰载无人机对敌反舰导弹末制导雷达实施干扰，可有效降低敌反舰导弹发现或跟踪编队舰艇的概率。同时，舰载无人机可配置在编队舰艇之外，既可提高干扰效果，又能降低舰艇实施主动干扰，反舰导弹跟踪辐射源时对舰艇构成的威胁，提高舰艇或编队的安全性，为编队对空防御增加了新手段。

［1］谭安胜.水面舰艇编队作战运筹分析［M］.北京:国防工业出版社，2009.

［2］贾慧，陈望达.舰载有源干扰在反导防御作战中的战术运用［J］.现代防御技术，2013，41（2）:88-91.

［3］叶志林，吴红星，袁苏义.驱护舰编队对空防御反舰导弹中的电子战对策［J］.四川兵工学报，2008，29（12）: 116-117.

［4］郭锋.有源舷外干扰机掩护大型水面舰艇［J］.舰船科学技术，1995，34（2）:41-45.

［5］高东华，俞跃，李伟.舰艇电子对抗战术［M］.北京:解放军出版社，2004.

［6］张剑锋，杨静，李晓军.舰载舷外有源雷达诱饵技术研究［J］.舰船电子对抗，2013，36（2）:7-12.

［7］李忠海.舰载电子战直升机及其干扰新型末制导方式反舰导弹的作战使用［J］.舰船科学技术，2004，26（4）:37-39.

［8］张邦钰，沈培志.一种反舰导弹目标捕捉概率计算模型的改进［J］.四川兵工学报，2015，36（3）:20-22.

Optimized Spacial Deploying of Shipborne UAV Interfering Anti-ship Missile

YIN Cheng-yi，TAN An-sheng，ZHU Qing-song
（DaLian Naval Academy，DaLian 116018，China）

Aiming at the problem of shipborne active jamming in antimissile defense，On account of the basic situations on shipborne UVA interfering anti-ship missile，the calculation model of the minimum effective interfering space of UVA is established.Aiming at the situations of anti-ship missile tracking radiation source，on the premise that the anti ship missile entering the burn-through range can not catch the target again，the UVA station allocation models of interfering anti-ship missiles with tracking anti radiation capacity is established，the optimal allocation method of the synergistic operation of the UVA and early-warning helicopters is offered，which provides the new approach to the formation’s air defense.

shipborne UAV，electronic interfere，anti-ship missile，position deploy

E911

A

1002-0640（2017）03-0122-06

2016-02-13

2016-03-17

全军军事类研究生基金资助项目（2013JY446）

尹成义（1977－ ），男，辽宁铁岭人，博士生。研究方向：作战指挥、水面舰艇编队作战运筹分析。