有源通信干扰弹的现状及研究重点分析

张 杰,陈 栋

(陆军炮兵防空兵学院高过载弹药制导控制与信息感知实验室,安徽合肥 230031)

有源干扰弹是用常规火炮、火箭炮发射,以弹药作为运载工具,将干扰机快速运载到敌目标区域,完成通信干扰任务的特种炮弹,分为扎地式和滞空式两种。其中滞空式干扰弹的简要工作流程图如图1所示[1]。

图1 滞空式干扰弹简要工作流程

滞空式干扰弹能悬浮在敌目标上空,对目标进行升空抵近干扰,不受地形限制,与扎地式干扰相比可获得距离优势和升空增益,实现以较小的功率获得较大的干扰范围和强度,同时由于弹丸体积小且高速飞行,敌方无法拦截,突防能力和生存能力强,和同类干扰装备相比,便于大量装备使用,并且无人操作,可避免人员伤亡,符合现代战争理念[1]。

1 通信干扰弹的发展现状

20世纪70年代,美国仙童韦斯顿系统公司与美陆军通信电子局共同研制了XM867式155 mm宽频带阻塞式通信干扰弹[2],频率覆盖范围为2 MHz～1 000 MHz。当母弹到达目标区上空一定高度时,干扰机依次被抛出,借消旋翼片和飘带作用垂直下降,以一定的速度和适当的角度定向着落,钻地之后天线沿地面展开,几秒后干扰机接电工作,开始对敌无线电通信设备实施阻塞式干扰。俄罗斯研制并外售的3HC30式152 mm高频/甚高频通信干扰弹为扎地式通信干扰弹[3],每个弹丸内装有1个无线电干扰机,每个干扰机分别工作在不同的频段内,总计覆盖1.5 MHz～120 MHz的频率范围,可在数百米的有效作用半径内工作60 min。

保加利亚目前已生产了多种口径的炮射扎地式通信干扰弹。其中,BPC-542高频/甚高频无线电干扰弹,由152 mm加榴炮发射。该干扰弹内装1个干扰机,每个干扰机覆盖一定的频率范围,总计频率覆盖范围为1.5 MHz～120 MHz,工作持续时间60 min,有效干扰半径大于700 m;另外还有保加利亚生产的LiLiA型干扰弹,干扰半径大于700 m,干扰范围为1.5 MHz～120 MHz。

2 通信干扰弹现状存在的问题分析

现有针对通信干扰弹研究领域的文献资料中,主要涉及三大类:一是干扰弹作战效能的评估与计算问题[4-5];二是干扰弹的最优分布求解问题[6-8];三是干扰弹具体研制技术方案的总结概括[9-12]。

结合通信干扰弹的发展现状,可以看出:

一是现有的通信干扰弹的干扰频段主要集中于1.5 MHz～120 MHz,对于120 MHz～300 MHz的超短波频段无法干扰；二是总的来看,现有的一发通信干扰弹均是对应一套干扰机,每副干扰机对应一个频段,且含有一根天线,要想覆盖全频段需多发弹丸抛射多套干扰机才能完成,容易贻误战机,实用性大打折扣,导致使用效率不高；三是干扰手段主要以干扰信息内容为主,对功耗要求较高,缺乏更为有效的干扰手段；四是干扰样式以噪声为主,缺乏干扰效率更高的干扰样式,如采用噪声与某种信号组合形式的干扰样式。

3 通信干扰弹的发展方向

3.1 拓宽工作频段

将通信干扰弹的干扰频段拓宽至120 MHz～300 MHz,在拓宽工作频段的同时,如何不减弱现有干扰效果而对现有弹载通信干扰机改进设计,包括减少频段分组数量,干扰机天线结构优化,干扰方法和干扰样式的选取论证等。具体包括如下方面。

3.1.1 干扰源的设计和性能仿真

相同的接收方式下,不同干信比所引起的误信率(对语音信号来说)和误码率(对数字信号来说)是不一样的,则达到的干扰等级也是不一样的。根据通信干扰理论,围绕干信比公式,针对如何有效地干扰3-300 MHz的跳频电台,从干扰方法的选取、干扰信号的选择等方面进行分析验证。

1)干扰功率对干扰效果的影响。在信号电平一定的情况下,干扰是否奏效主要取决于接收机输入端干扰功率的大小。干扰功率主要受干扰发射机输出功率、发射天线增益、天线方向性及电波传播损耗的影响。弹载通信干扰机的发射功率不是越大越好,如果仿照车载式通信干扰机的功率指标参数去研制,寸土寸金的弹载空间无法满足大功率发射要求。

2)干扰在频率上与目标信号的重合程度。即要求干扰信号与目标信号必须频率一致。否则,干扰信号会受到目标接收机通带的抑制而导致干扰效果严重下降。时间上干扰与目标信号同时存在才能产生有效干扰,因此,从目标信号出现或变化到干扰作出反应的快慢也直接影响着干扰的效果。

对于瞄准式干扰来说,要想完成对目标的干扰,从瞄准式干扰中的引导接收机截获到目标信号开始到干扰机发射出干扰的这段时间越短越好,尤其是对干扰跳频电台来说,反应时间不能超过每一跳的驻留时间的1/2[13],否则干扰无效;但是如果弹载通信干扰机采用瞄准式干扰的话,无论是软硬件本身发展水平,还是转瞬即逝的炮弹空中飞行时间都是勉为其难的事。

3)干扰信号样式的影响。不同的干扰样式压制同一目标信号所需的压制系数是不相同的,应尽可能选择压制系数小的干扰信号样式以提高干扰效率。以扫频拦阻式干扰为例[14],一种噪声源和锯齿波产生器经压控振荡器调制产生的干扰信号如图2所示。

图2 扫频拦阻式干扰机框图

针对以上问题,根据目标接收特性,针对不同干扰种类条件下对不同接收特性的目标接收机的干扰性能进行仿真,通过对比择优选取干扰种类,即干扰方法和干扰样式,例如是否使用窄带瞄准式干扰,干扰信号是否选取高斯白噪声和其他信号的组合样式等。这里是择优选取,不是选取最佳干扰,因为最佳干扰是针对已知信号形式及给定接收方式下有效干扰功率最小的干扰。因此需要对绝对最佳干扰进行分析研究(指对于已知信号形式的所有可能的接收方式,都有比较小的压制系数的干扰),以此得出一个相对全面的干扰源设计方案。

3.1.2 宽带弹载发射天线的优化设计

弹载通信干扰机天线应满足以下基本要求。

1)天线设备与馈电设备匹配,保证天线由馈电设备得到最大的功率;

2)天线的效率要高,能有效地将高频电流能量转换为电磁波的能量;

3)天线的工作频带要宽，各种电参数随频率的变化应尽量小;

4)天线尺寸小型化,材质轻柔,便于弹体装载。

目前广泛应用的天线有鞭形天线、双极天线、对数周期天线等,具体如表1所示。

结合3 MHz～300 MHz波段的弹载式通信干扰机天线设计需求,在研究过程中保证相对于现有弹载通信干扰机发射天线发射效率不减弱的情况下,重点分析论证鞭形天线、双极天线、对数周期天线等在弹载条件下的天线效率、方向系数、增益系数等电参数,择优选取天线种类或改进设计已有天线的结构尺寸。

同时,如果一个干扰机采用两根天线的方式,实现一个干扰机对两个不同频段范围的电台进行干扰,那么就可以实现一发通信干扰弹干扰全频段的可能。

表1 不同种类天线对比

3.2 干扰手段的创新

一是通过对同步信号的侦收、分析,实施瞄准式干扰,来破坏跳频通信的同步建立,从而使跳频通信系统彻底瘫痪,这是对跳频通信干扰的一种捷径,一旦实现对跳频通信同步系统的有效干扰,状能以最小的代价,达到最大的干扰效果[15];二是通过对复杂电磁环境中无线电信号进行侦收,然后利用深度学习对侦收信号进行分析,“定位”需要干扰的信号,进行针对性干扰。当然,创新干扰手段的同时也对弹载干扰器件的性能提出了更高要求。

3.3 发射平台多元化

随着技术的不断进步和成熟,有源通信干扰弹弹载平台将由单一的152 mm口径的加榴炮,逐渐拓展到多元化的122 mm口径的火箭炮、155 mm口径榴弹炮、300 mm火箭炮,使有源通信干扰弹的型号系列得到进一步丰富和完善。

4 结束语

如何将弹载通信干扰机与发射平台无缝衔接,保证干扰机能顺利、安全到达受扰方附近区域,需要从弹药结构设计、弹体工作姿态控制、弹载干扰机抗高过载设计、弹载干扰机供电电源设计等各个方面做深入细致的工作,才能将理论变成现实。