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指挥控制与仿真

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2026 , Vol. 48 >Issue 2: 64 - 70

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1673-3819.2026.02.009

信息融合

空中编队协同抗干扰空域配置方法研究

  • 张财生 1 ,
  • 秦政祥 2
展开
  • 1 海军航空大学, 山东 烟台 264001
  • 2 中国人民解放军92485部队, 山东 烟台 264000

张财生(1983—),男,副教授,博士,研究方向为雷达信号处理、多源融合、航空预警探测等。

秦政祥(2002—),男,本科。

Office editor: 许韦韦

收稿日期: 2025-11-11

  修回日期: 2025-11-18

  网络出版日期: 2026-03-25

收起

Research on airspace configuration method for formation cooperative anti-jamming

  • ZHANG Caisheng 1 ,
  • QIN Zhengxiang 2
Expand
  • 1 Naval Aviation University, Yantai 264001
  • 2 Unit 92485 of the PLA, Yantai 264000, China

Received date: 2025-11-11

  Revised date: 2025-11-18

  Online published: 2026-03-25

Fold

摘要

针对空中编队态势感知协同抗干扰空域配置问题,以单平台实时探测覆盖区面积为基础,仿真分析了空中态势感知平台在受到干扰时对责任区的覆盖度,同时为满足保卫重点目标时抗干扰与责任区全覆盖的需求,研究了多平台阵位间距的设置依据,可为空中编队在复杂电磁环境下的协同空域配置提供定量化、可操作的决策支持。

关键词： 编队协同; 实时探测覆盖区; 抗干扰; 阵位间距

本文引用格式

张财生 , 秦政祥 . 空中编队协同抗干扰空域配置方法研究[J]. 指挥控制与仿真, 2026 , 48(2) : 64 -70 . DOI: 10.3969/j.issn.1673-3819.2026.02.009

Abstract

Aiming at the problem of airspace configuration for cooperative anti-jamming in airborne formation situational awareness, this study is based on the real-time detection coverage area of a single platform. It simulates and analyzes the coverage degree of the airborne situational awareness platform over the responsibility area when subjected to jamming. Furthermore, to meet the requirements of both anti-jamming and full coverage of the responsibility area when protecting key targets, the basis for setting the station spacing of multiple platforms is investigated. This research can provide quantitative and operable decision support for the cooperative airspace configuration of air formations in complex electromagnetic environments.

Key words： formation cooperation; real-time detection coverage area; anti-jamming; station spacing

随着电磁环境的日益复杂,空中态势感知平台在干扰条件下执行作战任务成为常态。空中态势感知平台探测高机动目标和小目标点迹不连续、不可靠,且受到干扰条件下,探测范围明显减小,导致目标更加难以掌握与确定。为了扩大探测覆盖区域,确保探测的连续性与可靠性,这就需要多个空中态势感知平台通过协同共同完成探测任务,而多空中态势感知平台的空中部署情况直接影响各空中态势感知平台探测效能的发挥。
目前,国外只有美、俄等开展了多空中态势感知平台协同探测部署的一些研究,但是研究比较粗略。国内对空域配置问题的早期研究大多基于对国外空中态势感知平台性能和实际应用情况的概略分析和定性描述。近年来,国内对空中态势感知平台空域配置问题的研究主要基于巡逻航线规划和阵位选择来进行。
单博楠等对空中态势感知平台典型巡逻航线下探测区域进行了仿真分析,得到典型巡逻航线下平台总覆盖区、强效区、弱效区的估算面积[1],为平台巡逻航线规划问题的解决打下了基础。刘波等提出多空中态势感知平台并立和串接组合航线协同探测的概念,对两种航线进行了较为深入地分析,并指出在平台数量有限的情况下,串接航线易导致实时探测覆盖区不稳定,从而形成盲区,为多平台协同作战通常应采用并立航线模式提供了理论支撑[2]。陈浩等对压制干扰条件下预警雷达探测范围进行了研究,为干扰条件下预警机实时覆盖区的计算提供了理论基础[3]。
本文通过构建无干扰背景下的探测覆盖区模型、干扰背景下的探测覆盖区模型、受扰覆盖度评估模型及双平台协同配置模型,系统开展了由探测任务驱动的双平台协同抗干扰部署研究。

1 实时探测覆盖区面积估算模型

1.1 实时探测覆盖区定义

实时探测覆盖区也称强效区[4],是指空中态势感知平台飞行在一定高度,处于巡逻航线上的任意位置时,在基于一定的发现概率Pd和虚警概率Pfa下,一直能对某类特定目标进行有效探测的区域。某类特定目标是指目标类型和目标雷达截面积确定,有效探测是指能够准确发现目标、能够精确获取目标信息、目标点迹连续。

1.2 模型构建

(1)仿真背景假设
国外某型舰载空中态势感知平台的雷达在水平方位上采用机械扫描,雷达威力全方位均匀覆盖,平台常采用双平行线形巡逻航线,转弯半径通常为23 km,对于在5 000 m高度上的战斗机最大探测距离为480 km。
(2)模型的输入变量和输出变量
输入变量为空中态势感知平台直飞航线长度、转弯半径、机载雷达在目标高度层的探测距离。输出变量为空中态势感知平台实时探测覆盖区面积。
(3)公式及参数和变量说明
模型以巡逻航线中心点O为坐标原点,A、B、C、D分别为航线的4个转弯点;L为空中态势感知平台直飞航线长度;W为空中态势感知平台转弯半径;RHmax为机载雷达在高度层H的最大作用距离;S0为以4个转弯点为圆心、RHmax为半径的4个圆的交集部分;S1为四边形EFGH的面积;S2为EF、FG、GH、HE 4条弧对应4个扇形面积之和;S3为三角形ECF、三角形EDH、三角形HBG、三角形GAF面积之和;θ为∠ECF; E F是∠ECF对应的三角形边长。
由图1可知,空中态势感知平台实时探测覆盖区面积S0为
S0=S1+S2-S3
S 1 = 2 R H m a x 2 - L 2 2 - W R H m a x 2 - W 2 - L 2 S 2 = 2 R H m a x 2 θ S 3 = 2 E F R H m a x 2 - E F 2 2 θ = 2 a r c s i n 2 E F 2 R H m a x E F = R H m a x 2 - L 2 R H m a x 2 - W 2 - W R H m a x 2 - L 2 2
将式(2)代入式(1),我们即可得双平行线形巡逻航线下空中态势感知平台的实时探测覆盖区面积。
图1 空中态势感知平台实时探测覆盖区

Fig.1 The real-time detection coverage area of the air situation awareness platform

1.3 仿真及结果分析

由图2、图3可知,在不考虑由于机载雷达波束俯仰角限制造成的锥体盲区、载机平台遮挡造成的机体盲区、转弯盲区以及径向速度盲区[5]时,空中态势感知平台实时探测覆盖区的面积与直飞航线长度、转弯半径均为单调递减函数。
图2 空中态势感知平台直飞航线长度与实时覆盖区面积关系图

Fig.2 Diagram of the relationship between the length of direct flight routes and the area of real-time coverage on the air situation awareness platform

图3 空中态势感知平台转弯半径与实时覆盖区面积关系图

Fig.3 Diagram of the relationship between turning radius and real-time coverage area of air situation awareness platform

当直飞航线长度为0,即双平行线形巡逻航线转变为圆形巡逻航线时,实时探测覆盖区面积最大。当转弯半径为0,即空中态势感知平台到达直飞航线端点时原地调转180°,如此往复飞行时,实时探测覆盖区面积最大。因此,单空中态势感知平台在采用双平行线形巡逻航线遂行作战任务时,为使实时探测覆盖区面积尽可能大,其直飞航线长度不宜过长,转弯半径不宜过大。其中,转弯半径由空中态势感知平台转弯飞行速度和转弯坡度角决定,无论采用哪种航线,一般都会采用最佳转弯半径。实际飞行中,空中态势感知平台采用双平行线形巡逻航线时,直飞边长通常为60—90 km,转弯半径通常为10—20 km[6]。

2 干扰下的平台实时覆盖区

2.1 模型构建

2.1.1 仿真背景假设

某型水平方位上采用电子扫描方式的舰载空中态势感知平台需对某片重点海域及空域进行目标探测任务,保护该海域上重点目标的安全,划定出边界长为300 km,纵深为450 km的责任区[7]。空中态势感知平台部署在责任区中心,未受到干扰时实时探测覆盖区能将责任区完全覆盖,为此对方派出某型电子战飞机,与空中态势感知平台飞行在同一高度层并实施干扰,如图4所示。
图4 重点目标防空

Fig.4 Air defense of key targets

某型电子战飞机在战术运用方面主要有防区外干扰、伴随干扰、自卫干扰、协同干扰等,每种战术运用下的挂载已在文献[8]中给出。它遂行防区外干扰时,其部署在敌防空火力范围外,对某一方向上实施压制干扰,压缩敌方探测距离,掩护攻击编队突防,通常采用环形、跑道形或八字形航线,其飞行高度视情况而定[9]。
某型电子战飞机电子对抗设备主要包括ALQ-99电子干扰吊舱、AN/APG-79有源电子扫描阵列雷达、AL1-218(V)2战术接收机和AGM-88高速反辐射导弹。ALQ-99电子干扰吊舱,是飞机执行电子攻击任务的关键,干扰的频段可以覆盖64—18 GHz,瞬时干扰波束宽度为30°,采取电子扫描方式,可以达到360°全向干扰,最大干扰距离不低于350 km。这里假定飞机实施干扰时位置固定,距离空中态势感知平台航线中心点350 km。

2.1.2 模型的输入变量和输出变量

输入变量:空中态势感知平台性能参数、干扰机性能参数、责任区大小。输出变量:干扰背景下空中态势感知平台实时覆盖区对责任区的覆盖度。
干扰下空中态势感知平台探测距离Rsm[10]为
Rsm= P t λ 2 G 0 2 c o s 2 φ σ K r 4 π B d L S N R m i n λ 2 G 0 c o s ( φ ) P j G j C r ( θ ) R j 2 L j B j + 16 π 2 K r k T 0 F n 1 4
式中,Pt为机载雷达发射机功率;λ为机载雷达发射信号的波长;G0为机载雷达发射机与接收机天线的增益,假设收发天线共用;φ为机载雷达天线主瓣指向与天线法线方向夹角;σ为目标截面积;Kr为机载雷达抗干扰因子,是雷达中引入某种抗干扰措施后雷达输出端信干比与未采取抗干扰措施时雷达输出端信干比的比值;Bd为机载雷达的工作带宽;L为机载雷达系统损耗;SNRmin为机载雷达系统最小可检测信杂比;Pj为干扰机发射功率;Gj为干扰机发射增益;Rj为干扰机与机载雷达之间的距离;Lj为干扰机的系统损失;Bj为干扰机的工作带宽;k为玻尔兹曼常数;T0为标准室温290 K;Fn为机载雷达的噪声系数。
Cr(θ)= 1 , | θ | ≤ θ 0 2 K θ 0 θ 2 , θ 0 2 < | θ | ≤ π 2 K 2 θ 0 π 2 , π 2 < | θ | ≤ π
其中,θ为机载雷达天线主瓣指向和机载雷达与干扰机连线之间的夹角;θ0为机载雷达主瓣宽度;K为与雷达天线特性有关的常数,雷达天线方向图为锐波束时,取值在[0.07,0.1];雷达天线方向图为宽波束时,取值在[0.04,0.06],这里取0.06。根据式(3),我们分别得到空中态势感知平台以转弯点A、B、C、D为圆心时的干扰探测距离圆,则干扰下空中态势感知平台的实时覆盖区S0为
S0=SA∩SB∩SC∩SD
责任区面积SZ为
SZ=LZWZ
将式(5)(6)代入式(7),即可得干扰下空中态势感知平台实时覆盖区对责任区的覆盖度γcov为
γcov= S 0 S Z
覆盖度直接关系到对来袭目标的早期预警概率与防空系统的反应时间,覆盖度越大,平台越能提前发现目标,从而增加防空系统反应时间。

2.2 仿真结果分析

本文先研究分析无干扰情况下空中态势感知平台的阵位选择与航线规划。重点目标防空作战样式下,责任区一般将纵深较大的一侧设置在敌方可能来袭方向。为充分发挥空中态势感知平台的固有探测能力,我们应将空中态势感知平台巡逻航线的中心点置于责任区中心。空中态势感知平台直飞航线平行于责任区时,空中态势感知平台理论责任区有效覆盖长度最长[11]。
由图5可知,无干扰情况下,转弯半径一定,空中态势感知平台直飞航线长度设置在0—530 km,空中态势感知平台实时覆盖区均能够有效覆盖划定的责任区,此时空中态势感知平台最长可采用530 km的直飞航线长度遂行任务,以减少转弯盲区存在的时间,降低飞行员驾驶疲劳程度。
图5 无干扰时空中态势感知平台直飞航线长度与责任区覆盖度的关系

Fig.5 The relationship between direct flight route length and responsibility zone coverage in uninterrupted spatiotemporal situational awareness platform

为达到最大实时探测覆盖区面积,这里空中态势感知平台采用直飞航线为60 km,转弯半径为10 km的双平行线形航线。由图6可知,在干扰情况下,空中态势感知平台采用最短直飞航线长度L=60 km、最小转弯半径W=10 km的双平行线形巡逻航线时,探测范围被严重压缩,实时探测覆盖区无法对责任区进行有效全覆盖,覆盖度急剧下降至0.081。因此在干扰背景下,为减少探测盲区,扩大探测覆盖区域,就需要多个空中态势感知平台协同探测,以增加防空预警时间,确保我保卫目标安全。
图6 干扰下空中态势感知平台实时覆盖区对责任区的覆盖

Fig.6 The real-time coverage area of the airborne situational awareness platform under interference covers the responsibility area

3 干扰背景下双平台空域配置

3.1 模型构建

3.1.1 仿真背景

假设某型水平方位上采用电子扫描方式的舰载空中态势感知平台在遂行重点区域防空作战任务时,受某型电子战飞机的干扰,实时探测覆盖区无法完全覆盖责任区。为保护重点目标安全,我方派出第二个同型空中态势感知平台,与第一个空中态势感知平台协同探测,实现对责任区的全覆盖。该电子战飞机采用环形航线,第四代战斗机最小转弯半径通常在400 m到600 m之间,这里假设转弯半径为500 m,干扰过程中干扰波束的角平分线(干扰轴)一直对准空中态势感知平台航线的中心点,即可对空中态势感知平台造成有效干扰,如图7所示。
图7 干扰背景下双平台协同空域配置

Fig.7 Dual-platform collaborative airspace configuration under interference background

3.1.2 模型的输入变量和输出变量

输入变量:责任区大小、无干扰时空中态势感知平台对战斗机目标最大探测距离、空中态势感知平台直飞航线以及转弯半径、干扰机直飞航线长度以及转弯半径。
输出变量:两个空中态势感知平台阵位间距。
某型电子战飞机在航线J1点发出干扰时,其干扰波束在空中态势感知平台直飞航线最远端宽度 H I最宽[12]为
H I=2 J 1 Gtan 15°
则第二个空中态势感知平台不受干扰时,航线中心点应设置在点O处,与第一个空中态势感知平台的阵位间距D为
D= J 1 Gtan 15°+W+ L 2
式中,L为空中态势感知平台直飞航线长度;W为空中态势感知平台转弯半径。
多空中态势感知平台协同探测时有两种航线模式,一种是串接组合航线,一种是并立组合航线。串接组合航线是多个空中态势感知平台沿着同一航线飞行,彼此之间相隔一定距离,采用相同的速度,实现对较大探测区的实时全覆盖。并立组合航线是多个空中态势感知平台沿着各自的短航线飞行,采用相同的速度,实现对较大探测区的实时全覆盖。两种航线模式优缺点在文献[13]中已给出。刘波等通过仿真从联合发现概率的角度证明了并立航线模式优于串接航线模式。这里我们采用并立组合航线模式。第一个平台在受到干扰的情况下,其实时覆盖区无法对责任区进行有效全覆盖。第二个平台实时覆盖区要对责任区有效全覆盖。由于实时覆盖区图形中心对称,这里以第二个空中态势感知平台部署在第一个平台右侧为例,此时以第二个平台在转弯点N处为圆心、无干扰探测下的最大作用距离Rmax=480 km为半径的圆,只要能将责任区顶点P覆盖,即能对整个责任区覆盖,因此两个空中态势感知平台阵位间距D的约束条件为
( x P - x N ) 2 + ( y P - y N ) 2 ≤ R m a x 2 L z 2 + D < - L 2 + ( R m a x 2 - W 2 )
其中, x P , y P为责任区左上角顶点P的坐标; x N , y N为第二个空中态势感知平台航线右下方转弯点N的坐标;Rmax为无干扰时机载雷达在目标高度层的探测距离。

3.2 仿真及结果分析

基于上述双平台协同空域配置模型,本节仿真分析阵位间距与关键参数之间的关系。因为干扰吊舱瞬时干扰波束宽度有限,所以双平台协同探测进行空域配置时,当第一个空中态势感知平台处于干扰波束范围内,第二个空中态势感知平台处于干扰波束范围外即能正常探测,再根据责任区的设置,寻找第二个空中态势感知平台实时探测覆盖区能够有效覆盖责任区的阵位即可。根据图8和图9可知,在保护重点目标的作战样式下,为达到两个空中态势感知平台其中一个不受干扰,双平台阵位间距的设置与空中态势感知平台直飞航线长度、空中态势感知平台和干扰机之间的距离有关。
图8 双平台阵位间距与直飞航线长度的关系

Fig.8 The relationship between the array spacing of dual platforms and the length of the direct flight route

图9 双平台阵位间距与干扰距离的关系

Fig.9 The relationship between the array spacing of dual platforms and the interference distance

从图8可以发现,在干扰距离一定时,空中态势感知平台直飞航线长度越长,则两个空中态势感知平台之间的阵位距离可供选择区间越少。在干扰距离为350 km,直飞航线长度为60 km时,两个空中态势感知平台的阵位间距小于149.275 km,此时某型电子战飞机存在同时干扰到两个空中态势感知平台的情况,两个空中态势感知平台不能对责任区有效全覆盖;当阵位距离超过232.75 km时,第一个空中态势感知平台受到干扰,第二个空中态势感知平台的实时探测覆盖区无法对责任区全覆盖,从而导致漏警,保卫目标的安全性降低。直飞航线长度为90 km时,两个空中态势感知平台阵位间距应设置在164.275 km~217.275 km之间。从图9可以看出,在空中态势感知平台直飞航线长度一定时,某型电子战飞机干扰距离越远,则两个空中态势感知平台之间的阵位距离可选择区间越少。这是受干扰波束范围的影响,当干扰波束宽度一定时,干扰距离越远,干扰范围越大[14-15]。在直飞航线长度为90 km、干扰距离为500 km时,两个空中态势感知平台之间的阵位间距最短应设置为204.468 km,最长应设置为217.468 km,当超过这个范围时,两个空中态势感知平台便不能在满足抗干扰的情况下实现对责任区的全覆盖。干扰距离为350 km时,两个空中态势感知平台之间的阵位间距最短应设置为164.275 km,最长应设置为217.275 km。

4 结束语

本文分析了空中态势感知平台实时探测覆盖区面积估算模型,仿真分析了干扰背景下空中态势感知平台实时覆盖区对责任区的覆盖度,建立了干扰背景下空中态势感知平台编队抗干扰空域配置模型,同时研究分析了双平台采用并立组合航线时阵位间距与空中态势感知平台直飞航线长度和干扰距离的关系。当空中态势感知平台受到敌方干扰时,我们可以考虑空中态势感知平台编队协同抗干扰的方式,协同时各雷达使用频率尽量远离,减小互扰程度,以及综合考虑其他因素,合理设置两个空中态势感知平台的阵位,在既达到抗干扰的同时,又达成探测目的,从而实现双平台协同探测最优效能。未来工作可围绕更多平台协同、动态干扰下的自适应阵位调整以及预警探测与防空火力单元联合部署优化等问题展开。

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