机载雷达箔条弹投放及载机机动策略研究

张铁军，范 彬，李 娟

(1.陆军装备部驻上海地区航空军代室，上海 200230；2.南京科瑞达有限责任公司，南京 211106)

0 引 言

雷达通过对目标回波的检测和分析发现目标并确定其性质[1-2]，但是在实际使用中，雷达会面临多样式的复杂干扰环境，需要提高针对性的抗干扰能力，以保障雷达的性能。雷达干扰主要包括有源干扰和无源干扰，其中无源干扰在某些方面较有源干扰有更明显的优势，如能够干扰各种体制的雷达，干扰空域大，频带宽，制造简单，价格便宜，干扰可靠，研制周期短等。箔条是雷达无源干扰技术中应用最早且效果最好的干扰器材。

本文给出了多种体制雷达的检测过程，给出了不同体制雷达不同的箔条投放及机动策略，最后分析特定场景下的箔条投放解算过程，验证了箔条投放及机动策略的有效性。

1 机载箔条干扰原理

1.1 雷达检测原理

近程防空系统的制导雷达常用的信号处理体制为脉冲多普勒体制雷达或动目标检测体制雷达[3]，并伴随目标丢失后一定时间的外推功能。脉冲多普勒雷达的信号处理及检测原理如图1、图2所示，动目标检测雷达的信号处理及检测原理如图3、图4所示。

图1 脉冲多普勒信号处理

图2 二维CFAR检测

图3 动目标检测

图4 一维CFAR检测

1.2 箔条干扰原理

箔条用于飞机自卫是利用箔条对雷达信号的强反射，将雷达对飞机的跟踪吸引到对箔条的跟踪上。由图1～4可知，雷达检测为质心检测，为了达到电子干扰目的，箔条必须在宽频带上具有比被保护飞机大的有效反射面积，必须保证雷达的每个分辨单元至少有一组箔条，其箔条干扰过程如图5所示。

图5 箔条干扰过程

在径向方向，箔条的投放时间间隔ti应小于飞机飞过距离分辨单元的时间τ，即

(1)

其中，α为飞机飞行方向与径向方向的夹角。

在切向方向，箔条的投放时间间隔应小于飞机飞过雷达角度分辨单元的时间，即

(2)

飞机在箔条投放中应保证箔条快速散开，并且在方向上作适当的机动，可以躲避雷达的跟踪。这种箔条对飞机身后的雷达干扰更为有利，这时雷达的距离波门首先锁定在距离雷达较近的箔条上。

2 箔条投放及机动策略

2.1 箔条投放参数概述

箔条投放参数[4-5]主要包括点射数、弹间隔、弹组数、弹组间隔4个参数，其参数含义如图6所示。

图6 箔条投放参数示意

箔条弹点射数是指在一组投放过程中所需要的箔条弹数量，主要由载机的有效反射面积、箔条弹的有效面积、雷达的检测体制、风速等环境因素决定。

弹间隔是指在一组箔条弹的投放过程中箔条弹与箔条弹之间的投放时间间隔，主要由载机的运行速度、载机与雷达姿态、雷达的角度分辨率及距离分辨率等因素决定。

组间隔是指每组箔条弹之间的时间间隔，主要由雷达的搜索、截获、跟踪的转换时间决定。

弹组数是指载机为了摆脱雷达跟踪，箔条弹所需投放的组数。投放多组箔条弹是为了提供连续干扰，提高载机摆脱雷达跟踪的概率，与雷达与载机的相对姿态、速度、雷达的工作时序相关。

2.2 箔条投放参数解算

(1)点射数

载机单组投放箔条弹[6-8]的点射数N由本机RCS(σS)、单发箔条弹RCS(σC)、想要达到的掩护概率P1(或单组箔条弹的压制比γ)、雷达信号的处理体制以及雷达对箔条信号的抑制能力η等多个因素共同决定。

雷达对箔条的处理衰减系数η与箔条多普勒频率的频率宽度Δf和雷达的脉冲重复频率fPRF有关。对于直升机来说，箔条多普勒频率的频率宽度Δf为

(3)

其中，λ为雷达波的波长；vac为直升机旋翼引起的箔条速度偏差，一般取8 m/s；vw为直升机所处高度的平均风速。

脉冲重复频率为fPRF的雷达对多普勒频率宽度为Δf箔条的处理衰减系数为

(4)

(2)弹间隔

箔条的弹间隔主要是由雷达和载机的相对姿态、载机相对于雷达径向速度、载机速度、箔条散开大小及散开速度、雷达的距离分辨率、点射数、雷达的方位及俯仰波束宽度等量值决定。因为雷达的检测机制为质心检测，为了减少能量分散，箔条的打弹效果不应该跨雷达角度及距离分辨率。

由箔条干扰原理可知，在径向方向，每组箔条的投放时间间隔tdis应小于飞机飞过距离分辨单元的时间τ，即

(5)

其中，α为飞机飞行方向与径向方向的夹角。

在切向方向，箔条的投放时间间隔tangle应小于飞机飞过雷达角度分辨单元的时间，即

(6)

每组箔条弹的持续时间为

tgroup=min(tdis,tangle)

(7)

设每组箔条弹的点射数为N，则箔条弾间隔为

tcp=tgroup/N

(8)

(3)组间隔

箔条弹组间隔主要是由雷达从跟踪转为搜索状态再次捕获并跟踪目标的时间，即雷达搜索转为跟踪的时间。箔条组间隔的计算公式如下：

Tcg=T1+T2+T3

(9)

式中，T1为箔条弹打出后雷达由跟踪转为搜索的时间；T2为雷达在搜索状态截获到目标的时间；T3为截获到目标并确认目标的时间。

(4)弹组数

箔条弹投放组数由载机与威胁源干扰一次的时间和需要达到的掩护概率决定。以单组掩护概率为P1的箔条弹为例，M组箔条弹的掩护概率为

PM=1-(1-P1)M

(10)

2.3 机动策略

为了考虑地形的优势，机动策略利用地杂波或海杂波来增加雷达检测的难度，一般在逃逸时利用向下俯冲的动作；雷达一般拥有航迹外推的功能，为了破解雷达外推功能，目标机动策略采用大机动逃逸。

3 实例分析

设某制导雷达的工作频率为fa=10 GHz、重复频率为fPRF=5 kHz，风速vw=10 m/s，雷达与载机的距离为R=15 km，雷达等效脉宽为τ=0.3 μs，波束宽度为θ=1.5°，载机的运动速度为v=50 m/s，与径向夹角为α=60°，载机的有效反射面积为σS=10 m2，箔条散开后的有效反射面积为σC=10 m2，若单组掩护概率达到P1=75%以上，则箔条弹投放参数计算过程如下。

箔条的多普勒频率宽度为

(11)

由于多普勒频率造成的处理衰减为

(12)

要达到75%以上的掩护概率所需的点射数为

(13)

径向飞过距离分辨率的时间为

(14)

切向方飞机飞过雷达角度分辨单元的时间为

(15)

因此弾间隔为

(16)

以一组掩护概率P1=75%计算，2组箔条弹的掩护概率为93.75%，3组箔条弹的掩护概率达到98.5%。考虑到平台载弹量有限，2～3组已经有足够大的干扰成功概率，因此可以将投放组数设定为2～3组。

组间隔的计算方式比较复杂，和雷达资源调度密切相关，由文献[8]可知组间隔为3 s。

4 结束语

箔条质心干扰是干扰跟踪制导雷达一种有效的无源干扰方式[9]，配合载机机动，可以对大部分的制导跟踪雷达和导弹起到有效的干扰效果。本文通过分析雷达的检测原理和箔条干扰原理，给出箔条投放的参数计算公式及载机机动策略，通过具体的实例给出了在雷达参数已知条件下箔条投放的计算过程，是一种可实现的无源干扰策略。箔条干扰弹投放策略研究不仅可为雷达针对性的抗干扰能力提升提供参考，并对提高载机的作战使用效能具有重要意义。