舷外有源诱饵对反舰导弹作战效能影响分析∗

李尚生 张军涛，2 但 波

（1.海军航空大学 烟台 264001）（2.中国人民解放军92407部队 烟台 264001）

1 引言

舷外有源雷达诱饵以其方便灵活、假目标逼真、干扰成功率高的特点，被广泛应用于舰艇的反导防御作战［1］。典型的舷外有源诱饵有Nulka有源诱饵，AN/SSQ-95（V）系列，“海妖”系列，TOAD系统等［2］。为提高舷外有源诱饵的作战效能，各军事强国都在下大力气研究舷外有源诱饵对反舰导弹效能影响及其作战使用特点［3～5］。

典型的反舰导弹攻击的阶段主要分为发射前准备阶段，自控飞行阶段和自导飞行阶段。为对抗反舰导弹不同攻击阶段影响，舷外有源诱饵的作战使用方式主要包括假目标干扰、冲淡干扰和质心干扰等，其中对反舰导弹威胁最大的是质心干扰样式。文献［6～7］研究了舷外有源诱饵的发射功率、发射角及布设距离对干扰效果的影响；文献［8～9］研究了舰船与舷外有源诱饵运动速度对舷外有源诱饵干扰效果的影响；文献［10］研究了舷外有源诱饵的有效干扰功率和舷外有源诱饵布放距离对干扰效果的影响；文献［11］研究了舷外有源诱饵布放角度和布放距离对干扰效果的影响，但综合考虑舷外有源诱饵的布设距离、干扰有效功率、舰船机动速度的研究较少。本文通过分析舷外有源诱饵质心式干扰的作战使用，定量分析舷外有源诱饵的干扰效果，得到在不同突防对抗态势下，舷外有源诱饵质心干扰的使用要求，从而为实战中舷外有源诱饵的使用提供参考。

2 舷外有源诱饵的质心干扰原理

舷外有源诱饵的质心式干扰机理与箔条基本相同，都是质心效应。当反舰导弹末制导雷达开机并稳定跟踪目标舰船后，利用舰船的电子支援系统对来袭反舰导弹进行跟踪与侦察，选择合适的时机，按照一定的距离和方位发射舷外有源诱饵。距离上要求诱饵产生的假目标和舰船处于同一距离分辨单元，方位上要求诱饵产生的假目标和舰船处于同一雷达波束范围内，从而使反舰导弹雷达导引头跟踪舰船与假目标的等效能量中心（即质心）。随着反舰导弹的逼近，当目标和舷外有源诱饵对反舰导弹的张角θ大于导引头天线波束宽度2θ0.5时，舰船目标将偏出雷达的波束范围，使得反舰导弹转而跟踪有源诱饵假目标，从而保护目标舰船免受攻击。如图1所示。

图1 舷外有源诱饵质心干扰示意图

3 仿真模型

3.1 坐标系建立

假设末制导雷达开机并稳定跟踪舰船目标后，舰船向垂直于导弹来袭方向一定距离处释放舷外有源诱饵，并假设有源诱饵释放后的位置不动，舰船向有源诱饵相反的方向机动。以反舰导弹刚捕捉目标时的初始位置作为坐标原点（0，0），导弹与舰船目标的连线方向为x轴方向，沿x轴方向逆时针旋转90°为y轴方向，如图2所示。则舰船的x轴坐标为弹目距离R，y轴坐标为0；诱饵的x轴坐标为R，y轴坐标为诱饵布放的距离L。

图2 仿真坐标系的建立

3.2 舰船运动模型

在不考虑舰船的切割效应时，把舰船当作质点，仿真步长为h，则tk时刻舰船的位置为

式中，xsk和 ysk为当前时刻的位置；xsk-1和 ysk-1为前一时刻的位置；v0为舰船运动速度。

3.3 舷外有源诱饵的等效RCS模型及质心干扰过程

假设舷外有源诱饵工作在恒功率状态下，有源诱饵的发射功率为Prj，则反舰导弹雷达导引头接收到的有源诱饵干扰信号功率为［12］

式中，Gj表示有源诱饵发射天线增益；Gt表示雷达导引头天线增益；λ表示工作波长；Rj表示导弹与有源诱饵的距离；δ表示电磁波在空间传输时的大气衰减，单位dB/km；Fj(θ ,φ)表示舷外有源诱饵发射天线在导引头方向上的归一化方向性函数；Ft(θ ,φ)表示雷达天线在有源诱饵方向上的归一化方向性函数；γj表示极化损失因子，当舷外有源诱饵发射天线与雷达接收天线极化匹配时为1，极化隔离时为0，一个为线极化另一个为圆极化时为0.5。

反舰导弹雷达导引头接收到的来自RCS数值为σ的目标回波功率为

式中，Pt表示雷达导引头的发射功率；Rt表示导弹与目标的距离。

综合式（2）、式（3），得出舷外有源诱饵的等效RCS：

舷外有源诱饵在质心式干扰过程中，发射天线主瓣一般对准来袭导弹，即Fj(θ,φ) =1；且舷外有源诱饵必须处于雷达天线波束范围内，即Ft(θ,φ)≈1；有源诱饵一般位于舰船目标一侧的近距离L处，且远小于与导弹之间的距离R，令Rt=Rj=R，则式（4）简化为

由式（5）可以看出，距离越远，R越大，舷外有源诱饵的等效RCS数值越大。在导弹实际跟踪过程中，当距离R较大时，目标和有源诱饵相对导弹的张角θ小于导引头天线波束宽度2θ0.5，导引头跟踪目标和舷外有源诱饵的质心。设当R=R0时，σj与目标的RCS数值σ相等（σj=σ），此时质心点为目标与有源诱饵连线的中点；当RR0时，σj>σ，质心点将偏向舷外有源诱饵一侧。

在导弹实际跟踪过程中，随着距离R的减小，舷外有源诱饵和目标对导引头的张角θ逐渐增大，质心点与目标对导引头的张角θ和质心点与舷外有源诱饵对导引头的张角θ2也同时增大。设当R=R1时θ1和θ2中的数值较大者将大于导引头波束宽度的一半，目标和有源诱饵中与质心点对导引头张角较大的一个将首先移出导引头天线波束（若θ1>θ2，目标首先移出天线波束；若θ1<θ2，舷外有源诱饵首先移出天线波束），导引头将由跟踪质心点转向跟踪目标和有源诱饵中与质心点对导引头张角较小的一个（若θ1>θ2，导引头将转向跟踪舷外有源诱饵；若θ1<θ2，导引头将转向跟踪目标）。

若R0>R1，则导引头跟踪过程中舷外有源诱饵首先移出导引头波束范围，导引头将转向跟踪目标，质心干扰失败；若R0

3.4 导弹跟踪模型

导弹跟踪舰船与舷外有源诱饵的质心时，导弹跟踪点的坐标为

式中，（xs，ys）为舰船的位置坐标，（xj，yj）为舷外有源诱饵的位置坐标。

根据导弹位置和质心位置，可计算导弹当前时刻跟踪方向与x轴夹角为

则下一时刻，导弹的位置为

式中，xdk，ydk为当前时刻的位置；xdk+1，ydk+1为下一时刻的位置；v0为舰船机动速度。

4 仿真结果及分析

当导弹的攻击角和舷外有源诱饵的布放角垂直时，能够对舰船有最佳的保护效果［6］。有源诱饵对反舰导弹的质心式干扰能否成功，取决于在导引头在跟踪质心过程中，是诱饵还是目标首先移出导引头天线波束。因此，质心干扰的效果与导引头的性能参数、有源诱饵的性能参数、有源诱饵的布设距离、目标舰船的RCS及其运动参数等有关。下面对不同场景下舷外有源诱饵的质心干扰效果进行仿真分析。

仿真时假设舷外有源诱饵的发射天线与雷达导引头天线极化匹配（γj=1），导引头为X波段的微波雷达，在晴天时可以忽略电磁波传输的大气衰减（δ=0）。在仿真过程中，不考虑导引头跟踪后导弹调整飞行方向的过程，即近似认为导弹飞行方向与导引头跟踪方向一致。

仿真参数设置：反舰导弹导引头发射功率Pt=30kW，天线增益Gt=20dB，天线波束宽度2θ0.5=10°，导弹飞行速度vm=300m/s，导弹初始跟踪距离R=8000m；目标舰船的RCS数值σ=3000m2，航速v0=10m/s；舷外有源诱饵的有效辐射功率PjGj=200W，布设距离L=200m～300m。

图3和图4所示分别为舷外有源诱饵布设距离L=280m和279m时导弹飞行轨迹仿真结果。可以看出，当L≥280m时，随着导弹距离的接近，目标首先移出导引头天线波束，导弹最终跟踪舷外有源诱饵，质心干扰成功；当L≤279m时，舷外有源诱饵首先移出导引头天线波束，导弹最终跟踪目标，质心干扰失败。因此，在此场景下舷外有源诱饵的最小布设距离为Lmin=280m。

图3 舷外有源诱饵布放距离L=280m时的导弹飞行

图4 舷外有源诱饵布放距离L=279m时的导弹飞行轨迹

图5所示为R=8000m质心干扰有效时，舷外有源诱饵最小布设距离Lmin与舷外有源诱饵的有效辐射功率PjGj、舰船机动速度v0关系的仿真结果。可以看出，当舷外有源诱饵的有效功率PjGj一定时，舰船移动速度越快，舷外有源诱饵的最小布设距离越小，目标越容易摆脱导弹的跟踪。当舰船机动速度v0一定时，舷外有源诱饵的有效功率PjGj越大，所需的舷外有源诱饵最小布设距离Lmin越小，质心干扰效果越好。

图5 R=8000m时Lmin与PJGJ和v0关系曲线

图6所示为PjGj=200W时，质心干扰有效时舷外有源诱饵的最小布设距离Lmin与目标机动速度v0、导弹距离R之间关系的仿真结果。可以看出，当R一定时，目标机动速度越快，所需舷外有源诱饵的最小布设距离Lmin越小，目标越容易摆脱导弹跟踪；当目标机动速度v0一定时，导弹距离R越大，所需舷外有源诱饵的最小布设距离Lmin越小。即越早发现舰船被导弹跟踪实施质心干扰，干扰的效果越好。

图6 PJGJ=200W时Lmin与R和v0关系曲线

表1～4分别给出了舷外有源诱饵的有效功率PjGj分别为200W、300W、400W和500W时，舷外有源诱饵的最小布设距离Lmin与导弹距离R、目标机动速度v0关系的仿真结果。可以看出，舷外有源诱饵的有效功率PjGj越大，导弹距离R越远（越早发现舰船被导弹跟踪释放舷外有源诱饵），对导弹的质心干扰效果越好；舰船机动速度v0越大，越容易摆脱导弹的跟踪，质心干扰的效果越好。

表1 PJGJ=200W时，Lmin与R和v0关系仿真结果

表2 PJGJ=300W时，Lmin与R和v0关系仿真结果

表3 PJGJ=400W时，Lmin与R和v0关系仿真结果

表4 PJGJ=500W时，Lmin与R和v0关系仿真结果

5 结语

本文从实际作战需求出发，通过分析舷外有源诱饵对导引头质心干扰机理，建立了舷外有源诱饵的雷达截面积模型、导弹跟踪模型、舰船运动模型，仿真计算了有源诱饵对抗反舰导弹的干扰过程。对舷外有源诱饵的干扰有效功率、舰船速度、雷达导引头开机距离和诱饵布设距离等条件对干扰效果的影响进行定量分析，得到了不同作战态势下，要使得舷外有源诱饵干扰成功，诱饵要求布放的最短距离，可为舷外有源诱饵的战术使用提供参考，也可为水面舰艇规避反舰导弹的威胁提供借鉴。