噪声干扰对飞机生存力贡献

高飞 周旭 陈林元 俞仁兆

（中国电子科技集团公司第二十九研究所 四川省成都市 610036）

1 引言

军用飞机在威胁作战场景的生存力，已经成为在飞机四性设计（负担力、杀伤力、保障力、生存力）中最优先考虑的指标之一，并构建了一套指标体系引导设计。生存力分析与设计问题的研究受到了各国军方和学者的广泛重视。以美国为例，建立了陆、海、空三军的统一生存力信息分析中心（Survivability/Vulnerability Information Analysis Center）[1]，简称SURVIAC，建立了多个试验基地和靶场，颁布了多种军用指南与规范，同时我国也颁布了GJB5551-2006《飞机非核生存力通用准则》与GJB/Z202-2001《飞机非核生存力通用指南》等多份军用标准。但我国目前相关生存力的研究主要集中在载机自身的生产力指标提升上，较少研究告警、电子侦察、自卫、支援干扰等电子对抗设备对生存力的贡献，本文仅在电子对抗的自卫干扰领域中分析噪声干扰对生存力的定量贡献。

2 飞机生存力指标

在《美国空军生存力计划管理条例AFR80-38》中飞机生存力被定义为“飞机避免和经受人工敌对环境且中途不损失并完成规定任务的能力。”即飞机在作战环境中，被敌方武器威胁的条件下，应当具有尽可能不被敌方发现的能力（低敏感性）和在遭到敌方武器攻击的条件下，能减少遭受致命性损伤的能力（低易损性）。所以军用飞机生存力指标体现在敏感性和易损性两个方面，一架飞机在敌对环境中被敌方武器杀伤的容易性由飞机被杀伤的概率来表示。飞机被杀伤的概率是由敌武器的击中概率（敏感性）和给定一次命中后飞机被击毁的概率（易损性）的乘积来表示，即：

式中：Pk为飞机被杀伤概率，Ph为敌武器的击中概率（飞机敏感性），Pk/h为在给定击中条件下的击毁概率（飞机易损性）。

飞机在敌对环境下的生存力Ps是由生存概率来度量，它与杀伤概率的关系由下式表示：

2.1 易损性指标

易损性用飞机在给定击中条件下的被击毁的概率Pk/h来度量。易损性受以下因素影响：致命性部件在经受给定的一次命中后能继续工作的能力（例如，直升机传动装置在失去润滑油后可持续工作一段时间）；可以避免和抑制对致命性部件损伤的设计手段和装置（例如：两台发动机有效分开，使单发命中不致于同时损坏两台发动机）等。

2.2 敏感性指标

敏感性用飞机被敌武器击中的概率Ph来度量。敏感性涉及飞机面临的非直接威胁（例如武器发射与雷达/红外探测、跟踪等），研究雷达的探测、跟踪、识别、火力或武器的控制、导弹制导、引信起爆、弹头命中等一系列事件。低敏感性主要体现为：在威胁环境中不易被敌方发现；即使被发现，也能通过自身机动以及对抗手段躲避威胁的攻击。敏感性可以由下式表示：

式中：Pd为飞机在威胁环境中被敌方探测系统发现的概率；Ph/d 为飞机被敌方探测系统发现的条件下，被敌方威胁系统击中的概率。

联合式（1）～式（3），可以得到生存力Ps为：

3 电子对抗与敏感性关系

与飞机敏感性相关的因素可归结为三个方面：威胁、环境、和飞机。威胁的特征是威胁的工作状况、性能和杀伤力。环境包括作战时的自然环境、作战兵力部署和活动、飞机的飞行航线和战术动作、护航支援力量等。飞机因素包括对威胁的探测手段、告警、自卫干扰手段的使用、飞机机动性能等。

对飞机生存力设计者而言，更关心三方面因素中的飞机因素，这是因为环境和威胁因素虽然要考虑，但属于不可控制和改变的因素。比如对自然环境（天气情况、地形等）或威胁体（雷达、导弹、高炮等）。而飞机因素是飞机生存力设计者可以掌控的，因此更值得飞机生存力设计者关注。在飞机因素的研究中，飞机特征信号和电子对抗（ECM）是目前研究的核心领域。

电子对抗技术在第二次世界大战中开始被飞机方面用于对抗威胁系统，其后不断发展进步，今天依然是主要的飞机敏感性缩减手段，尤其是对于不能大量采用隐形技术的飞机，电子对抗技术有着更为重要的作用。电子对抗技术通过向雷达发射干扰电磁波，形成虚假目标，破坏雷达对真实目标回波的检测，掩盖真实目标的电磁波，降低自身被雷达感知的概率。

4 噪声干扰与生存力关系

噪声干扰作为电子对抗技术中的基础干扰技术，通过干扰机发射同频率大功率的宽窄带噪声信号以阻塞雷达信号频带，使敌方雷达接收机降低或完全失去正常工作能力，噪声干扰效果通常由雷达接收口面的信干比（信号与干扰的功率比）决定，信干比越大，说明雷达接收到信号质量越好，受干扰强度越小，信干比越小，说明雷达接收到的干扰越强，受干扰强度越大。由经典雷达方程可知，雷达信号的衰减量与距离的4 次方成正比，由干扰方程可知，干扰信号的衰减与距离的2 次方成正比，那么目标距离越远信干比就越小，雷达受干扰越强，检测概率越小；目标距离越近信干比越大，雷达受干扰越弱，检测概率越大。下面定量分析噪声干扰的距离与检测概率的关系。

无干扰时，雷达接收的目标反射功率为Pr：

式中：σ 为目标RCS，λ 为雷达电磁波波长，Gt为雷达天线增益，Pt为雷达发射机功率，L(R)为大气损耗因子，Lrf为目标起伏损耗因子，R 为雷达与目标的距离，Lrs为雷达损耗因子。

噪声干扰时，雷达接收到的干扰功率为Pj：

式中：Rj为雷达与干扰机的距离，Lrsj为干扰机损耗因子，Lj(R)为大气损耗因子，Pjt为干扰机发射功率，Gj为干扰机天线增益，Gt为雷达天线增益。

不考虑脉冲积累和大气衰减损耗时，信干比SJR=Pr/Pj

只有噪声干扰条件下的SJR 与雷达检测概率Pd，雷达虚警概率Pfa之间的经验公式为[2]：

式中：m 为脉冲积累数，A=ln(0.62/Pfa)，B= ln(Pd/(1-Pd))。Pfa典型值为10-6。

式中：C 为中间变量，有

根据式（10）和（12），在已知脉冲积累数的情况下，通过干扰源与雷达的距离变化改变SJR，可以计算出雷达检测概率Pd与干扰源距离之间的关系，然后通过式（4）可得到装备噪声干扰源飞机的生存力与干扰距离之间关系。

5 仿真结果

下面按照雷达功率10kW，天线增益35dB，雷达频率10Ghz，干扰源目标RCS 为50m2，干扰功率500W，导弹击中概率Ph/d为90%，杀伤概率Pk/h为70%的条件进行仿真，可得到雷达探测概率Pd与干扰源距离的关系如图1。

再根据公式（5），可得出飞机雷达距离与生存力的关系如图2。

图1：雷达探测概率仿真结果

图2：生存力仿真结果

根据图2的仿真结果可以看出，在上述条件下，干扰距离较近时生存力较低只有0.37，随着飞机与雷达的距离增大，生存力开始提升，在干扰距离大于80km 时，生存力能够达到0.95 以上。

6 小结

飞机生存力问题已经作为飞机设计的优先指标之一，在飞机上装备电子对抗系统，通过噪声干扰、角度欺骗、拖距拖速、假目标等干扰效果均能够有效提升飞机的生存力。同时由于各种面空，空空武器的快速发展，目标指示雷达，火控雷达的作用距离增大，空空面空导弹的攻击范围增大，对飞机的生存力提升提出了更高的要求，同样也是对告警、电子侦察、自卫、支援干扰等电子对抗设备提出了更高的要求，牵引电子对抗装备向着集成化，智能化，体系化的方向发展。