机动雷达阵地堪选及实战对抗战术

汤国防，高瑞明，闫双平，闫永恒

（中国电子科技集团有限公司第十五研究所，北京 100083）

0 引言

在实战化的军事演习训练中，雷达兵力与电抗兵力往往互为对手，背靠背开展对抗性训练，以尽可能发现战技战法不足，获取最大化的战场生存能力。雷达部队及地面雷达装备作为防御性作战力量，限于其只能地面作战、机动性差、不具备进攻能力等特点，往往成为现代战争最先遭受打击损毁的兵力对象［1］，其核心作战价值在于第一时间探测发现敌方来袭目标，并报送准确、可靠的军事情报。雷达阵地的优化选择是保证发挥雷达作战效能的关键。雷达阵地选择与对抗战术在雷达作战中是紧密联系的，目前有关雷达地形遮蔽的研究［2-3］主要是利用地形高程数据构建三维空间模型，然后比较每个方位的雷达探测高度和地点高度，得到大致的阵地方位遮蔽角。该类方法实现了远山地形遮蔽的计算，但是未给出阵地选择策略以及选定阵地条件下的雷达作战战术策略。

本文通过分析雷达阵地堪选影响因素，提出利用数字高程模型数据构建数字战场环境，对备选雷达阵地遮蔽情况进行精细化仿真计算，利用实例分析方法研究雷达阵地比选策略，并根据雷达阵地遮蔽及雷达威力覆盖情况提出雷达对抗战术策略的相关建议。

1 雷达阵地堪选影响因素

雷达阵地堪选需要考虑周边地形起伏、大气环境、地矿地磁等诸多因素对雷达作战性能的影响，综合体现为雷达的实际探测威力与实际探测精度［4］。与大气环境、地矿地磁等等因素相比，地形起伏所产生的遮蔽盲区、地球曲率影响产生的高度差是影响雷达实际探测威力的重要因素。

1.1 雷达理论威力

雷达理论威力描述了雷达在三维空间下的理论探测距离，通常以雷达方程进行估算［5］。

其中，Pt为雷达发射功率，Gt为天线增益，为雷达电磁波长，σ 为目标有效反射面积，Smin为雷达最小可检测信号功率。

根据雷达方程，雷达探测距离与雷达发射功率、天线增益、雷达电磁波长、目标有效反射面积成正比例关系，与最小可检测信号成反比例关系。在实际对空探测分析时，目标型号类别、目标运动状态、目标实时飞行姿态等均会影响目标有效反射面积参数，因此，通常只作确定有效反射面积参数下定量分析。

考虑雷达天线的工作特性，可以将雷达威力表示为由方位角和仰角的归一化方向性函数F（θ，φ），则雷达探测威力范围可表示为［5］:

式（2）描述了雷达在方位角θ、仰角φ 的方向上理论的最大探测距离，实际可通过实装检飞进行测定［6］，在应用时则结合雷达威力方程的数学关系进行数据转换。

1.2 地形遮蔽影响

在雷达作战中，近地远山起伏所形成的地形遮蔽是直接影响雷达威力的因素之一［7］。在雷达电磁波传输过程中，地形遮蔽一方面直接阻隔了雷达电磁波的远距离传输，形成遮蔽盲区，另一方面特殊地形还会产生强大的地物反射杂波，在雷达显示屏幕上形成明显的回波信号，影响甚至淹没空中目标回波信号，影响作战人员准确分析判别真实目标。地形遮蔽对雷达威力影响如图1。

图1 地形遮蔽对雷达威力影响

威力遮蔽盲区所形成的空域通道，以及强效地杂波区域为空中目标构建了有利的隐蔽条件，极有可能成为无人机等作战要素的突防航线。

1.3 地球曲率影响

在雷达实际部署威力探测中，由于地球曲面的影响，在雷达部署位置点的水平线相对于水平距离L 处存在一定的高度差，如图2 所示。

图2 地球曲率对雷达水平探测影响

地球半径R，在距离雷达部署位置L 处高度为h 的建筑物，刚好处于雷达的水平方向，因此，在计算建筑物遮蔽时，若考虑地球曲率影响，则雷达部署位置水平线与距离L 处存在数值近似为h 的水平高度差，计算如式（3）。

由此产生的雷达仰角差计算如式（4）。

2 雷达阵地遮蔽计算方法

雷达阵地遮蔽主要利用地形数据构建数字战场环境，分析地形起伏与雷达部署相对关系，结合地球曲率影响，计算在各方位上的遮蔽数据。

2.1 数字战场环境构建

数字高程模型（DEM）数据是表示地表起伏形态通用模型数据，用一组有序数值阵列表示地表高度、坡度、坡向等信息，是构建数字战场环境的基础数据。目前，常用的DEM 数据分别是2009 年发布的ASTER GDEM 数据、2003 年发布的SRTM 数据以及1996 年发布的GTOPO30 数据［8］。本文采用ASTER GDEM 系统的30 m 精度高程数据，格式为IMG 图像文件。为了便于计算并与业务系统实现集成，可将IMG 图像数据转换为Surfer Grid 明码格式的网格化数据，其格式如下:

该文件数据采用UTM 投影坐标格式，文件头部以“DSAA”为标识，分别描述了网格总列数、总行数、最小/最大X 坐标、最小/最大Y 坐标、最小/最大高程，以及对应网格数据矩阵。

2.2 雷达阵地遮蔽计算

基于地形高程数据、雷达部署位置以及地球曲面产生的雷达水平高差计算方法，可以计算雷达阵地在每个方位角上不同仰角的遮蔽数据。为了便于计算，可预先将雷达坐标转换为对应的UTM 投影坐标，具体计算流程设计如图3。

在上述流程中，以阵地为中心，分别按照阵地方位角以及每个方位上距离阵地的距离，由近及远进行迭代，搜索近地远山的全部遮蔽角，形成精细化计算的遮蔽数据。具体步骤为:首先，以阵地坐标为中心，按照方位角由0～360°进行迭代，方位角迭代步长可按照所需阵地遮蔽数据精度灵活设置，如取0.1°；其次，在对应的方位角方向上，按照距阵地中心的距离，由近及远至雷达最大有效作用距离等间距迭代采样，计算每个采样点坐标；按照采样点坐标从地形高程数据中提取该点高程，并进行地球曲率影响修正后计算得到阵地与该采样点的视向仰角；对比该方位上每个采样点与前序遮蔽点的视向仰角，取较大值作为后续对比分析的遮蔽点；最后得到每个方位上的遮蔽点序列，即为阵地遮蔽数据。

图3 雷达阵地遮蔽计算流程

在阵地遮蔽数据描述方面，每个阵地方位上均采用一条或多条记录存储在0～90°视向仰角上的遮蔽数据。阵地某一方位遮蔽数据描述如表1。

表1 雷达阵地方位遮蔽数据

雷达阵地遮蔽数据是进行雷达威力分析评估的基础数据，结合雷达理论威力数据可以预测雷达在任务方位、任意高度层上的威力覆盖范围。

3 对抗战术分析

选取利用东经85°～88°北纬41°～43°的矩形区域范围的某地区作为想定对抗区域，该地区为四周环山的平原地带，平原海拔1 000 m 左右，最大地形高度4 800 m，电抗无人机部队与机动雷达部队分别在东西两侧选址部署，开展实兵实战对抗，如图4。采用30 m 精度高程数据作为基础数据，构建了数字地形环境和雷达威力可视化分析工具，对备选阵地地形遮蔽进行仿真计算和分析。

图4 雷达电抗实战对抗区域

3.1 雷达阵地比选策略

在给定对抗区域范围堪选雷达阵地A（E87.10，N42.10，H1050） 与雷达阵地B（E87.216，N42.205，H1130）作为备选阵地，并对备选阵地进行阵地遮蔽分析、高度层威力覆盖分析、重点区域威力覆盖分析及重点航线覆盖分析，以优选雷达阵地。

3.1.1 阵地遮蔽分析

根据雷达阵地A 与雷达阵地B 的部署位置分别计算得到遮蔽数据，以此为基础，可以计算任意仰角的可视区域和任意高度层雷达威力范围［9］。按水平（0°仰角）可视区域面积和远山可视区域（各方位最大遮蔽仰角对应遮蔽点形成的封闭区域）绘制图形如图5 和图6。

图5 阵地A 水平可视区域与远山可视区域

图6 阵地B 水平可视区域与远山可视区域

计算水平可视区域面积和远山可视封闭区域面积，得到对比数据如表2。

表2 雷达阵地仰角可视区域面积

对比数据可以得出，阵地A 所处地势较低，在水平方向受地形起伏遮蔽明显；其位置靠近平原中心地带，对高空可视范围较大；阵地B 所处地势较高，水平方向可视范围广，有利于跟踪探测低空目标；但由于距离北部山区较近，北侧远山可视区域受限。

3.1.2 高度层威力分析

根据雷达阵地A 与雷达阵地B 的遮蔽数据及理论威力，分别计算雷达在不同高度层威力范围。设定高度层分别为海拔1 200 m、1 500 m、2 000 m，计算得到某型雷达在阵地A 和阵地B 的高度层威力范围如表3。

表3 雷达阵地高度层威力范围

对比可见，在海拔1 200 m、1 500 m 高度层，雷达在阵地B 处预警探测范围广，具备明显优势；2 000 m 及以上高度受附近高山遮挡，阵地A 则相对具有劣势。

3.1.3 重点区域威力覆盖分析

根据对抗规则及电抗部队的重点活动范围，在对抗区域东侧地形起伏区设定无人机目标重点活动区域如图7。

图7 无人机目标重点活动区域

对机动雷达在备选阵地对重点区域不同高度层的威力覆盖进行统计，如表4。

表4 雷达对重点区域威力覆盖统计

对比可知，在海拔2 000 m 以上空域，雷达在两个阵地均可实现对所设定重点区域的100%威力覆盖；在地表至海拔1 500 m 空域内，两个阵地均存在不同程度的地形遮蔽。在海拔2 000 m 以下空域，雷达优选阵地B 对重点区域形成的威力覆盖范围优于阵地A。

3.1.4 重点航线威力覆盖分析

根据地形起伏情况，分析敌方主攻来袭方向［10］，对敌方低空突防航线进行预测，并绘制雷达高度层威力范围图，对比雷达在不同阵地对重点航线的覆盖情况，如图8。

图8 低空突防路线预测

图中R1、R2、R3、R4为预测的敌方低空突防航线，均位于山谷间的空域通道，无人机等目标可利用高山遮蔽进行低空入侵和机动迂回。对比雷达在阵地A 和阵地B 的高度层威力覆盖图可见，阵地A对R1、R2飞行航线存在威力遮蔽，阵地B 则能够在较大范围内形成对4 条山谷间空域通道的威力覆盖，有利于第一时间发现入侵目标并实现对目标的连续跟踪探测。

3.2 反突防战术

选定阵地后，根据敌方目标活动区域及地形遮蔽条件、威力盲区情况进行预测分析，预先筹划反突防战术，提升雷达情报保障能力。

3.2.1 低空盲区预测

根据雷达理论威力数据和雷达阵地遮蔽数据，按照敌方兵力出动的大致方位绘制雷达方位威力剖面图，对雷达方位威力剖面探测盲区进行直观分析，如图9。需要重点关注的威力盲区包括山谷间的空域通道、较近处的高山山后区域，如阵地B 北侧高山山后的威力盲区。相应地，在对应方位的探测盲区进行预先标注，作为敌方目标出现或消失的重点关注区域，并预先开展预案推演和模拟演练。

图9 雷达方位威力剖面图

3.2.2 突防航线目标预测

根据预测的敌方低空突防航线，对敌方目标出动情况进行预先推演，预测敌方目标可能出现的方位、距离、飞行高度或区域范围，如图8 中R1、R2、R3、R44 条突防航线，制定雷达作战操作预案。

在对抗战术设计中，可以采取重点区域标注、雷达操作员按扇区分工协作、合理调整雷达工作电倾角参数等预案策略，提醒雷达操作员重点监视对应方位可疑目标，并提升雷达装备对低空目标的探测分辨能力，以便第一时间捕获目标，完成情报上报任务。

3.2.3 特殊区域目标跟踪预测

根据雷达高度层威力图，分析识别雷达威力不连续覆盖区域，如图10，由于地形起伏，雷达威力在特定区域形成梳齿状不连续区域，雷达对该区域内的目标探测连续性将受到极大影响。

图10 雷达威力不连续覆盖区域

战前筹划阶段，可以根据雷达高度层威力图对特定区域内的目标出现、暂消情况进行预判，召集雷达战勤班组进行推演分析，做到心中有数；在作战中可采用对目标位置进行区域标注、尾迹全显、航迹合理外推预测和及时发现上报等战术，提升情报连续性、可靠性，降低漏压情概率。

3.2.4 背景杂波抑制

利用雷达阵地遮蔽数据，有效识别地形远山产生的背景杂波区域。首先，在对抗开始前实地进行雷达探测，获取雷达回波图并分析研判杂波影响范围，以设计合理的杂波抑制门限值、背景图抵消等杂波抑制措施［11］，防范敌方兵力利用地杂波环境掩护突防行动；其次，制定雷达工作参数作战规划预案，针对特定场景设计雷达用频、雷达功率、雷达电倾角等工作策略，以提升目标回波信号特性［12］，提高雷达操作员在背景杂波干扰时的目标判别准确度；允许情况下，也可在阵地周边设置目力观察哨。

4 结论

机动雷达阵地的合理选择与雷达对抗战术的科学筹划，是提升雷达作战效能和战场生存能力的重要前提。在雷达阵地堪选中，雷达阵地高度、雷达对主战方向、重点区域及重点航线的覆盖能力是影响雷达阵地选择的主要因素；而雷达作战战术的制定，则是以及时探测发现、准确连续跟踪和有效应对变化等提升雷达情报保障能力为核心出发点。本文提出面向数字化战场环境的机动雷达阵地堪选方法及对抗战术策略，对于构建预警监视作战筹划等业务信息系统，以及雷达兵力反突防作战战术规划具有实际意义。未来，雷达装备组网作战、固定雷达与机动雷达的混合运用及作战战术优化是下一步有待深入研究的课题，也是联合作战条件下雷达情报保障与战术协同的重要方向。