中国指挥与控制学会会刊 
随着武器系统信息化和制导弹药技术的发展,针对武器信息化系统和制导控制系统的电磁干扰,已经成为武器系统面临的主要威胁和影响武器系统作战性能的决定性因素。为了提高复杂电磁环境的适应性和抗干扰能力,武器系统均采用了电子防护设计。目前,国内绝大多数武器装备的科研试验都是在靶场理想环境下进行的,武器系统复杂电磁环境下的抗干扰能力没有得到充分的、系统的考核和验证,导致现役装备在复杂电磁环境下的作战训练中,抗干扰能力不足,系统实际战技指标大大低于设计指标,系统性能严重劣化,严重损害装备体系实战能力。
针对武器装备在训练中暴露出抗干扰能力不足的问题,国家有关部委要求,今后武器系统的研制,从规划、论证、立项、研制、定型各个阶段的试验都必须进行抗干扰能力的验证与检测,以获取制导武器抗干扰优化设计所需的数据,验证抗干扰措施的有效性,测试各项抗干扰技术指标,以及考核武器系统综合抗干扰能力。本文以防空武器系统为研究对象,分析这类武器面临的战场电磁干扰环境,研究这类武器抗复杂电磁干扰的试验与评估方法。
1 防空武器系统复杂环境分析
防空武器系统主要集成了搜索雷达,火控雷达,红外、电视跟踪单元,激光测距单元等光电设备和营级指挥通信中心及导弹等。因为篇幅限制,本文仅对防空武器系统的通信、雷达和红外制导导弹的干扰因素和干扰方法进行分析。
1.1 通信干扰分析
通信的干扰方式按照干扰信号的频谱宽度分类,包括瞄准式干扰和阻塞式干扰[1]。瞄准式干扰是指干扰信号的中心频率与被干扰信号频率重合,或干扰信号和被干扰信号频谱宽度基本相同。瞄准式干扰因为干扰频率通常是对准相应的一个通信信号频率实施干扰,因此干扰频谱窄,干扰功率集中,干扰能量全部用来压制敌方的某一通信信号,功率利用率高,干扰效果好,通常用于压制敌方重要的指挥通信。
阻塞式干扰又称拦阻式干扰。阻塞式干扰是一种宽频带压制性干扰,它能对一定频段内的所有信号实施干扰。其干扰信号辐射的频谱很宽,通常能覆盖敌方通信设备的整个工作频段,同时压制该频段内的通信信号。这种干扰优点是无需频率重合,也不要引导干扰的侦察设备,干扰设备相对简单,但其缺点是干扰功率分散,干扰效率不高。阻塞式干扰主要用于压制敌方战术分队的无线通信。
1.2 雷达干扰分析
雷达干扰方式根据作用可分为两种:压制式干扰和欺骗式干扰[2]。压制式干扰是用连续波信号或大量杂乱无章的信号来压制或者掩盖雷达目标信号。典型的压制式干扰包括分布式消极干扰、杂波干扰、脉冲调幅干扰以及连续波干扰。其中最常见的是分布式消极干扰和杂波干扰,这两种干扰从第二次世界大战开始到现在,一直都被广泛采用。分布式消极干扰是一种在空间分布较广的无源干扰。分布式消极干扰采用大面积投放干扰信号形成干扰走廊,掩护机群。这种干扰在雷达的显示器上形成很强的类似噪声的乱杂波干扰波形,因而可以掩护目标回波。它要求散开时间短、留空时间长、散开性能好,以便更好地保护载体。压制式干扰中最常见也是应用最广的杂波干扰,主要包括阻塞式干扰、点频干扰、扫频干扰和自动瞄频干扰。阻塞式干扰通过宽带噪声调制,能同时干扰多部不同频率的雷达;点频干扰通过窄带人工调谐,带宽一般为几兆到几十兆,干扰功率集中,主要用来干扰特定的雷达;扫频干扰机兼有点频干扰功率集中和阻塞干扰频段宽的优点;自动瞄频干扰机能自动瞄准敌方雷达频率,接收、发射机按时分方式工作。
欺骗式干扰则是通过施放与目标信号十分相似的干扰信号,使得雷达处理程序无法正确识别有效目标,产生误跟踪甚至跟踪丢失的干扰方式。欺骗式干扰包括点式消极干扰、应答式假目标和应答式欺骗干扰等主要形式。其中应答式欺骗干扰又分为角度欺骗、距离欺骗、速度欺骗等干扰形式。近年来欺骗式干扰的发展很快,而且由于相控阵雷达大多需承担对目标进行跟踪的任务,因此欺骗式干扰的影响较大,也是目前雷达需重点对付的干扰形式。
1.3 红外干扰分析
红外干扰方式主要分为两类。一是红外有源干扰,包括红外干扰弹、红外干扰机和红外定向对抗干扰系统,红外诱饵弹是一种烟火剂类诱饵,其烟火剂多由镁粉、硝化棉、聚氟乙烯混合而成。它通过模拟与被保护目标相似的红外频谱特性(1.8~3.5μm或3.0~5.5μm),比较迅速地形成高强度的红外辐射源,红外辐射源持续较长时间来保护被攻击目标。红外干扰机是一种有源红外对抗装置,能发出经过调制精确编码的红外脉冲,使来袭导弹的视场内出现两个热源,目标与干扰信号同时进入跟踪视场, 结果使其不能提取出正确的误差信号,造成导弹脱靶。它的作用是防止和阻碍敌方红外制导导弹的导引头获取目标的正确位置信息,从而保护目标的安全。定向红外对抗(DIRCM)系统是一种自卫干扰器,其采用固定在飞机外部的四个紫外成像、无源导弹告警传感器,可提供360°范围的覆盖;无源传感器可探测到来袭的多枚导弹,并指示每个导弹的来袭方向,判断出哪一枚导弹对飞机是真正的威胁后,向逼近的导弹发射强红外波束并保持一定时间,压制导弹的光电传感器,使其光电探测器输出信号混乱、饱和甚至损坏,从而使来袭导弹不能继续跟踪目标[3-4]。二是红外烟幕、假目标、伪装、隐身等红外无源干扰,红外烟幕干扰技术是一种红外无源干扰,其通过在空中施放大量气溶胶微粒,以改变电磁波介质传输特性对光电探测、观瞄和制导武器系统实施干扰的一种技术手段。
2 干扰试验系统构建
2.1 干扰设备布设要求
为了能够逼真地从时域、频域、空域和功率域构建反映作战对象特点的电磁干扰环境,要求试验场电磁环境纯净。
有源干扰设备(布设于升空平台上)一般布设于目标靶标的侧翼或后方,升空平台上携带通信干扰设备、雷达干扰吊舱、红外干扰设备等。依据升空平台技术性能,其阵地应配置在以目标靶标为圆心、一定长度为半径的圆外,升空平台与干扰空域之间应满足通视条件,天线指向要避开高大建筑物、茂密树林、高大山峰等,其周围一定范围内应开阔平坦。武器试验中出于节约试验成本和降低试验难度考虑,对通信和雷达干扰也可以根据试验要求,选用功率稍小的干扰设备,布设于发射阵地附近的高塔上,模拟大功率干扰设备远距离干扰。如果一定要模拟实战中的干扰场景,这些设备还是应该布设在升空干扰平台上。
2.2 干扰试验实施方法
在试验场布设通信背景模拟设备、电磁背景模拟设备和电磁环境监测设备,模拟战场的电磁环境并对电磁环境进行监测。布设高精度弹道测量雷达,对红外导弹的弹道进行全程精确测量。布设多台光电经纬仪跟踪靶机,对红外导弹的脱靶量进行精确测量。通信干扰设备对首区语音、数据通信进行干扰;升空平台或高塔上的干扰吊舱对首区的目标搜索雷达、火控雷达进行干扰;以无人机作为靶标,无人机上携带干扰设备(如红外诱饵弹抛射装置),干扰防空导弹在末端的制导,也可使用升空平台携带红外定向干扰系统或红外干扰机对来袭红外制导导弹进行干扰。
进入试验流程后,通信背景模拟设备、电磁背景模拟设备和电磁环境监测设备开机工作。防空阵地进行各种通信活动,在目标进入之前可以使用升空平台或高塔上的通信干扰设备对防空阵地进行持续性的通信干扰,直到试验结束;靶机起飞后,光电经纬仪在靶机航路上等待并捕获靶机,对其进行持续跟踪,弹道跟踪雷达开机复原,准备跟踪红外导弹并获取红外导弹的精确弹道。搜索雷达持续探测飞行目标,当探测到靶机后进行跟踪,在目标临近进入光电跟踪仪作用距离后按截获通道Ⅰ使用光电跟踪仪截获跟踪目标,使用激光测距机测试目标距离,炮塔由光电角度跟踪误差控制精确瞄准目标;当目标被锁定后,导弹发射,弹道跟踪雷达被红外触发,开始全程跟踪红外防空导弹的飞行弹道,指导靶机施放红外诱饵弹或升空平台施放红外干扰的时机。在导弹飞行初始段由火控雷达引导导弹进入攻击靶机的航路范围内,靶机起飞后可以使用升空平台或高塔上的干扰吊舱对搜索雷达和火控雷达进行干扰;在防空导弹进入红外末制导段时,红外导引头侦测目标的红外特性,并锁定跟踪目标,在末制导段靶机可以通过施放红外诱饵弹或由升空平台对来袭导弹进行红外干扰,着靶段由光电经纬仪跟踪记录红外导弹的脱靶量。
试验干扰流程如图1 所示。
试验布局示意图如图2 所示。
3 干扰效果评判标准
试验结束后,对干扰和抗干扰效果的总体评价可以参照以下几项数据。
对通信的干扰效果评估采用数据通信中断率和话音通信清晰度。
数据通信中断率是指指挥控制系统数据通信遭受中断的程度。数据通信中断率Pzd的计算公式为:
Pzd=1- ,
式中:Nzdi为指挥控制系统第i个数据通信中断的总次数;n为数据通信的总次数。
话音通信清晰度是指指挥控制系统实施话音通信时,话音内容可听懂的有效程度。话音通信清晰度可划分为三级:1级为收到的话音清晰,受话方能够明白话音内容;2级为话音模糊,只能明白话音部分内容;3级为话音无法听清,无法明白话音内容或话音中断。
对搜索雷达干扰效果评估可参考空情发现率、搜索雷达发现距离平均下降率、搜索雷达目标丢失率三项数据。
空情发现率是指侦查预警系统实际发现目标数与应发现目标数之比。空情发现率Pfx的计算公式为Pfx=Nfx/Mfx;式中:Nfx为侦查预警系统实际发现目标数;Mfx为侦查预警系统应发现目标数。
搜索雷达发现距离平均下降率是指搜索雷达对各目标实际发现最大距离的平均值相对无干扰条件下目标最大发现距离的下降程度。其中无干扰条件下的目标的最大发现距离通过多次试验对最大发现距离进行统计,取平均值得到。平均下降率ηfm=(Rfm max-Rfm av)/Rfm max;式中:Rfm av为搜索雷达对各目标实际发现最大距离的平均值,(km);Rfm max为无干扰条件下的目标最大发现距离,(km)。
搜索雷达目标丢失率是指搜索雷达跟踪的目标被中断跟踪的程度。通过多次试验,统计每次试验丢失目标的个数Ndmi,目标丢失率Pdm的计算公式为:
Pdm=1- ,
式中,Ndmi为第i批目标跟踪中断个数;n为跟踪目标的数量。
对火控雷达的干扰效果评估可采用火控雷达发现距离平均下降率和火控雷达目标丢失率。
火控雷达发现距离平均下降率是指火控雷达对各目标实际发现最大距离的平均值相对无干扰条件下目标最大发现距离(或目标进入最大距离)的下降程度。其中无干扰条件下的目标的最大发现距离通过多次试验对最大发现距离进行统计,取平均值得到。发现距离平均下降率ηfz=(Rfz max-Rfz av)/Rfz max。式中:Rfz av为火控雷达对各目标实际发现最大距离的平均值,(km);Rfz max为无干扰条件下的目标最大发现距离,(km)。
火控雷达目标丢失率是指火控雷达跟踪的目标被中断跟踪的程度。通过多次试验,统计每次试验丢失目标的个数Ndmi,目标丢失率Pdz的计算公式为:
Pdz=1- ,
式中,Ndzi为第i批目标跟踪中断个数;n为跟踪目标的数量。
对导弹的命中指标考核采用导弹命中率和平均脱靶量两项指标。
导弹命中率是指火力拦截系统击落(伤)目标数与射击目标总数之比。命中率Pmz的计算公式为Pmz=Nmz/Mmz,Nmz为火力拦截系统击落(伤)目标数;Mmz为射击目标总数。
平均脱靶量:平均脱靶量归一化公式为:
当 ≤ 时,Ptd=1- ;
当 > 时,Ptd=0。
4 结束语
在武器系统朝着信息化和制导化发展的大背景下,针对目前军方训练中暴露出的武器系统抗干扰能力不足的问题,提高武器系统抗复杂电磁环境干扰能力尤为迫切。本文以防空武器系统考核抗干扰能力靶场试验为切入点,分析了该系统面临的干扰环境,构建了抗干扰试验系统,并给出了试验评判标准,为开展这类武器抗干扰试验提供了依据。