突防干扰对反导预警雷达作战效能影响分析

李卫星， 臧路尧， 孔凡镭， 范泽昊， 郝世锦

(1.中国人民解放军66132部队， 北京 100042；2.北京机电工程总体设计部, 北京 100143)

0 引 言

在未来高端战争中，采用弹道导弹对敌方指挥中枢、关键节点实施“破网断链”打击，是夺取战争主动权的首战利器[1-2]。美军近年来加快推进导弹防御体系建设，构建了以天基预警卫星、陆基预警雷达为骨干，以舰载防空反导雷达、空间目标监视系统为补充的反导预警网，具备中段、末段高层、末段低层“两段三层”反导拦截能力[3-4]。

弹道导弹突防对抗中，采用灵活的战术和技术手段，通过弹载干扰机产生压制噪声或虚假目标信号，可降低反导预警雷达最大发现距离、连续跟踪时间、测量跟踪精度和目标识别准确率，减少拦截弹反应时间，提升导弹突防概率。文献[5]分析了导弹在助推段、中段、末段面临的威胁，提出了噪声复合干扰、多点欺骗干扰、智能诱饵等突防手段；文献[6]梳理了反导作战流程，提出了针对预警卫星、预警雷达、指控系统的支援干扰方法；文献[7-11]对弹载电子干扰技术进行了研究，分析了相干多点源干扰、间歇采样转发干扰、灵巧噪声干扰技术原理和实现方案。

现有文献主要集中在一种或几种电子干扰样式的理论分析，缺乏从作战体系层面研究多种干扰样式协同运用技术和战术。本文以美军反导预警雷达为作战对象，采用定性与定量相结合的方法仿真分析不同干扰样式对预警雷达作战能力的影响，研究弹载电子干扰协同作战运用战术，提升弹载电子干扰综合效能。

1 弹道导弹突防主要威胁分析

未来高端战争中，弹道导弹与导弹防御系统的攻防对抗将贯穿作战全过程。如何有效压制、欺骗敌反导预警体系，压缩敌拦截体系反应时间，是弹道导弹突防的关键。

1.1 美军现役反导预警雷达

弹载电子干扰的主要作战对象是预警雷达。美军反导预警雷达从功能上可分为远程预警雷达、精密跟踪识别雷达、拦截系统制导雷达，主要构成如图1所示。

图1 美军反导预警雷达体系

美军现役远程预警雷达有早期预警雷达、丹麦眼镜蛇雷达、前置X波段雷达，主要负责弹道导弹早期发现、跟踪和粗识别。早期预警雷达又称为“铺路爪”雷达，美军现役5部，分别部署于美本土、阿拉斯加、英国和丹麦，共同构筑了覆盖美国本土的预警网。另外，美在台湾乐山部署了一部AN/FPS-115雷达。丹麦眼镜蛇雷达是一部L波段固定式远程预警相控阵雷达，部署于阿留申群岛，主要用于监视北极地区的洲际/潜射弹道导弹。前置X波段雷达型号为AN/TPY-2，可通过C-130等运输机空运，在数小时内部署至前沿地区。目前，美在日本经岬和车力部署了2部前置X波段雷达。

美军现役跟踪识别雷达有海基X波段雷达(SBX)、地基雷达(GBR)和远程识别雷达(LRDR)，主要负责导弹精确跟踪和目标识别。SBX搭载于一个半潜式平台上，可按需机动前出部署。GBR部署在太平洋马绍尔群岛夸贾林靶场，可对来袭弹道导弹进行搜索、截获、跟踪，从目标群中识别出真弹头、诱饵和碎片。LRDR部署于阿拉斯加克里尔空军基地，于2021年12月正式投入使用。LRDR兼具高频雷达和低频雷达的优点，具备多目标搜索、跟踪和识别能力，未来还将拓展高超声速导弹探测能力。

美军弹道导弹拦截系统主要有陆基中段拦截系统、“宙斯盾”拦截系统、“萨德”末段高层拦截系统和“爱国者”末段低层拦截系统，其制导雷达分别为SBX/GBR-P、AN/SPY-1D、AN/TPY-2、AN/MPQ-65。AN/SPY-1D多功能相控阵雷达是“宙斯盾”舰载防空系统的核心，目前美军已有34艘 “宙斯盾”舰，其中常驻西太地区16艘，主要用于为航母编队提供防空反导能力。雷神公司研制了新一代舰载雷达AMDR，相比于AN/SPY-1D，其探测距离提高1倍，同时跟踪目标数量提高5倍，灵敏度提高30倍以上。AN/MPQ-65主要为“爱国者”导弹提供制导信息，美军在韩国、日本均部署多个“爱国者”导弹连，主要用于机场、基地等要地防空反导。

1.2 反导预警雷达抗干扰措施分析

美军反导预警雷达技术体制先进，在时域、频域、空域、能量域综合采用多种干扰措施，在复杂战场电磁环境下具有较强的作战能力。

1)时域抗干扰。美预警雷达通常具有多种工作模式，不同模式下信号参数波形、带宽、脉宽、重频等均不相同，支持波形捷变、脉冲捷变、重频捷变，弹载干扰机难以截获分析其信号特征。

2)频域抗干扰。从工作频率上看，美预警雷达工作于P/L/S/C/X各波段，覆盖了从数百兆到十吉赫兹的频率范围，弹载干扰机难以实施全频段干扰。从发射信号看，“铺路爪”“丹麦眼镜蛇”、AN/SPY-1D、SBX等雷达采用了频率捷变、频率分集、带宽捷变、瞬时大带宽等技术，可有效应对瞄准式干扰机。

3)空域抗干扰。“铺路爪”、GBR雷达采用了低旁瓣阵列天线，AN/SPY-1D、AN/MPQ-53支持旁瓣消隐和旁瓣对消，可有效抑制从旁瓣进入的远距离支援干扰。

4)能量域抗干扰。“铺路爪”雷达采用低峰值功率、宽脉冲低截获信号和最小发射功率管理技术；GBR-P采用脉冲压缩技术，可有效抑制噪声压制干扰；LRDR大规模运用氮化镓技术，通过高功率提高抗干扰能力。

2 弹载电子干扰技术及战术运用

为了突破美导弹防御体系，必须针对美军反导预警雷达抗干扰措施，综合运用噪声压制干扰、间歇采样转发多假目标干扰、灵巧噪声干扰等技术，加强多样式干扰协同运用，提升弹道导弹突防能力。

2.1 噪声压制干扰

压制干扰用噪声淹没目标回波信号，降低雷达接收机中的信号质量，以干扰雷达的检测和参数测量，使雷达无法截获或跟踪目标。噪声压制干扰可分为噪声调幅干扰、噪声调频干扰和噪声调相干扰。

噪声调幅干扰指利用射频噪声对载波进行幅度调制，表达式为

JA(t)=[U0+Un(t)]cos[ω0t+φ0]

(1)

式中：Un(t)为零均值高斯白噪声；U0为载波幅度；ω0为中心频率；φ0为初始相位。噪声调幅干扰功率取决于载波功率和边带功率，可在载波频率处形成一个窄带干扰。

噪声调频干扰指利用射频噪声对载波进行频率调制，表达式为

(2)

式中：KFM为调频斜率；u(t)为零均值高斯白噪声。噪声调频干扰的等效带宽取决于调制噪声功率和调频斜率，通过改变调频斜率，可以产生宽带压制干扰。

噪声调相干扰指利用射频噪声对载波进行相位调制，表达式为

JP(t)=U0cos[ω0t+KPMu(t)+φ0]

(3)

式中：KPM为调相系数。由于相位可视为频率的积分，故噪声调相干扰和噪声调频干扰类似，通过改变调相系数产生宽带压制干扰。

2.2 密集假目标欺骗干扰

反导预警雷达通常发射大时宽带宽积信号，采用脉冲压缩、相参积累等技术，可获得较大的脉压增益和积累增益，导致传统的噪声压制干扰难以发挥作用。现代弹载干扰机采用数字射频存储器(DRFM)技术，快速截获预警雷达发射信号，进行采样、调制和转发，能够产生大量虚假目标，从而起到欺骗预警雷达的作用。

对预警雷达主要采用间歇采样转发干扰。根据转发策略不同，可分为间歇采样直接转发和间歇采样重复转发。间歇采样直接转发指对截获信号进行幅度和频率调制后直接转发出去，在下一个干扰时间间隔内重新采样、调制、转发。间歇采样重复转发指对采样信号进行调制后，根据事先设置的参数多次重复转发。

间歇采样信号为矩形脉冲串，假设雷达发射信号为线性调频信号，则干扰机截获信号为

(4)

式中：Nc为雷达发射脉冲持续时间内的间歇采样次数；TJ为间歇采样脉宽；Tn为间歇采样起始时间；τ为干扰延时。

对于间歇采样直接转发干扰，将式(4)中的Sc(t)转发一次即可。对于间歇采样重复转发干扰，需要对其重复转发M次，干扰信号为

exp[jπKr(t-τ-mTJ)2]exp(jφ0)

(5)

雷达接收到目标回波信号和干扰信号后，将按照同样的信号处理方式对其进行脉压。对式(4)(5)分别进行脉压，可得间歇采样直接转发干扰和间歇采样重复转发干扰的脉压输出分别为[8]

SMF_ISDJ=TJsinc[KrTJ(t-TJ)]exp[-jπKr(t-TJ)2]·

(6)

(7)

其中，

φ=2πKrTJ(t-TJ)

Tu=(M+1)TJ

对比式(6)(7)可知，由于干扰信号是对雷达发射信号的切片，因此，间歇采样直接转发干扰能够在目标信号附近形成假目标群，且可获得一定的脉压增益，增益大小与间歇采样脉宽有关。间歇采样重复转发干扰相当于对间歇采样直接转发干扰进行多次复制，对于相同的间歇采样脉宽，其采样次数小于后者，故其脉压增益有所降低；但由于每次采样均转发多次，因此可以形成更为密集的假目标群。

2.3 灵巧噪声干扰

灵巧噪声干扰采用随机噪声对间歇采样脉冲进行卷积调制，一方面利用间歇采样脉冲产生高逼真度的假目标信号，另一方面将随机噪声能量自动瞄准至雷达带宽内，兼具欺骗干扰和压制干扰特性。

假设雷达发射信号为s(t)，随机噪声为n(t)，则利用随机噪声对干扰机截获信号进行卷积调制，可得灵巧噪声干扰信号为

JSN(t)=s(t)⊗n(t)

(8)

灵巧噪声进入雷达接收机后，通过匹配滤波方法进行脉压处理后，输出为

JMF_SN(t)=JSN(t)⊗s*(-t)=

F-1(|S(f)|2)⊗n(t)

(9)

式中：F-1(|S(f)|2)为点扩展函数，当雷达发射信号为线性调频信号时为sinc函数。

由于时域卷积等效于频域相乘，根据式(8)，卷积后随机噪声能够自动瞄准发射信号的频率范围，使得噪声能够全部进入雷达接收机，从而提高了干扰功率的利用率。由式(9)可知，灵巧噪声干扰的脉压输出取决于随机噪声，且干扰信号经匹配滤波后可获得脉压增益。

2.4 多样式干扰协同运用策略

美军反导预警雷达型号多样，工作频段、工作体制各不相同，在时域、频域、空域、能量域采取了频率捷变、波形捷变、脉冲压缩、相参积累、自适应波束形成等多种抗干扰措施，单一样式的电子干扰往往难以削弱其预警体系效能。在实际作战场景中，必须综合运用多种干扰策略，实现干扰效能倍增。

1)噪声协同压制干扰。可分为功率协同和时间协同。受弹载干扰机尺寸、峰值功率的限制，单部干扰机难以达到压制效果，利用多部干扰机进行功率协同，各干扰机的发射信号互相独立，总功率近似为各干扰机功率之和，从而对预警雷达形成有效压制。对于灵巧噪声干扰，压制距离和干信比存在制约关系，尤其是当干扰机对目标定位存在偏差时，压制距离可能会偏离目标区域。此时，可以通过多部干扰机时间协同，对目标回波进行大范围压制，降低定位偏差的影响。

2)压制和欺骗组合干扰。当雷达进入搜索捕获阶段时，实施噪声或电子假目标干扰，使雷达不能进入跟踪状态。在雷达跟踪到目标后，先实施距离波门拖引，使雷达收不到目标回波；再实施角度干扰，则雷达收到的干扰与信号比将为无穷大；对干扰信号加上角度干扰调制，雷达只能从干扰信号中提取角度信息，使雷达跟踪系统无法正常工作，从而丢失目标。

3)集群干扰协同突防。弹道导弹突防中，同时释放多部干扰机、诱饵，通过态势感知与信息交互，形成具有一定空间分布、功能互补、战术协同的干扰集群。如图2所示集群干扰协同突防的关键是各成员能够对战场电磁环境进行实时态势感知，形成统一的战场态势，并根据作战目标进行干扰机动态任务规划和资源分配，从而实现对预警雷达网的整体压制。

图2 集群干扰协同突防示意图

3 对预警雷达干扰效果仿真分析

以弹道导弹突防对抗为背景，作战想定如下：预警雷达为AN/TPY-2[12-13]，阵面方位角覆盖范围为120°，俯仰角覆盖范围为90°，平均发射功率为81 kW，天线孔径面积为9.2 m2，中心频率为9.5 GHz，最大带宽为1 GHz，搜索带宽为10 MHz。来袭导弹可携带多个噪声干扰机、欺骗干扰机，具备协同干扰能力。

1)噪声压制干扰对预警雷达探测距离的影响。假设导弹在飞行过程中释放噪声压制干扰机，预警雷达分别在有干扰和无干扰两种条件下对导弹进行搜索检测和跟踪滤波。在雷达直角坐标系下的位置和速度曲线分别如图3(a)和图3(b)所示。在无干扰的条件下，预警雷达在导弹发射后20.7 s可截获目标，首点发现距离1 382 km，在410.6 s丢失目标，跟踪总时长为390 s。需要注意的是，首点发现距离不仅取决于雷达最大作用距离，还和雷达与导弹的视距条件有关。当开启噪声压制干扰时，预警雷达在导弹发射后122.1 s后可截获目标，首点发现距离1 023 km，在288.1 s丢失目标，跟踪总时长159.8 s。可见，在有干扰的情况，预警雷达对导弹目标的首点发现时间、跟踪总时长等性能指标均有所下降。

图3 预警雷达对导弹目标跟踪情况

2)噪声压制干扰对目标跟踪精度的影响。仿真条件不变，分别在无干扰和有干扰情况下，采用卡尔曼滤波算法对导弹进行跟踪，卡尔曼滤波残差如图4所示，这里分别给出了X轴位置残差和VX速度残差，其余坐标轴的残差统计如表1所示。当干扰机对预警雷达实施噪声压制干扰时，目标回波信噪比的降低将引起目标位置、速度测量误差增大，导致目标跟踪精度降低。

图4 卡尔曼滤波跟踪误差

表1 卡尔曼滤波跟踪误差统计

3)间歇采样转发干扰对目标跟踪容量的影响。假设在搜索模式下，雷达发射信号带宽为10 MHz，脉冲宽度为50 us，接收机采样率为50 Msps，信噪比为10 dB，干噪比为20 dB。间歇采样直接转发干扰采样长度为5 us，间歇采样周期为10 us；间歇采样重复转发干扰采样长度为2 us，间歇采样周期为15 μs。间歇采样直接转发干扰和间歇采样重复转发干扰的时域波形和脉压输出结果分别如图5、图6所示。由图6可知，间歇采样直接转发干扰在目标信号附近形成1个主假目标和2个次假目标，间歇采样重复转发干扰在目标信号附近形成多个假目标群，假目标群的数量和雷达脉宽内间歇采样次数有关，每个假目标群有1个主假目标和2个次假目标。间歇采样重复转发干扰可以形成更多、更密集的假目标，迫使预警雷达消耗更多的时间和波束资源，导致对真弹头跟踪容量的下降，采用多弹头突防时，预警雷达将会由于资源饱和而无法跟踪真弹头。由于采样脉宽的限制，间歇采样重复转发干扰产生的假目标信号强度弱于间歇采样直接转发干扰。

图5 间歇采样转发干扰时域波形

图6 间歇采样转发干扰脉压输出

(4)灵巧噪声干扰对预警雷达性能的影响。设置雷达发射信号脉冲宽度50 μs，随机噪声宽度为5 μs，信噪比为10 dB，干噪比为20 dB。利用噪声对干扰机截获信号进行卷积调制，可得灵巧噪声干扰信号，其时域波形和脉压输出分别如图7(a)和图7(b)所示。可见，灵巧噪声干扰可自动将噪声能量瞄准至雷达发射信号带宽内，既可通过噪声压制预警雷达探测范围，又可形成密集假目标使雷达资源饱和。

图7 灵巧噪声干扰

4 结 语

弹道导弹突防技术是抢占未来高端战争导弹突防对抗制高点的关键。本文分析了美军反导预警雷达在时域、频域、空域、能量域的抗干扰措施，有针对性地提出了弹载电子干扰措施，通过仿真定量分析了多种电子干扰样式在导弹突防中的作用效能。随着智能化技术的发展，智能干扰机和智能诱饵集群突防将是未来弹载电子干扰的发展方向。因此，应尽早开展智能集群突防技术和战术研究，占领导弹突防对抗先机。