防空武器系統復雜干擾環境下的試驗評估技術

韋 卓,黃建忠,姚德龍,李曉哲

(中國兵器工業試驗測試研究院,陜西華陰 714200)

防空武器系統復雜干擾環境下的試驗評估技術

韋 卓,黃建忠,姚德龍,李曉哲

(中國兵器工業試驗測試研究院,陜西華陰 714200)

為了驗證防空武器系統在復雜環境下的抗干擾性能,分析了針對防空武器的干擾因素及干擾方法,構建了靶場中防空武器系統抗干擾試驗系統,給出了試驗數據的評估標準,能夠有效地考核防空武器系統抗復雜干擾環境的能力。

防空武器系統;通信干擾;雷達干擾;紅外干擾

隨著武器系統信息化和制導彈藥技術的發展,針對武器信息化系統和制導控制系統的電磁干擾,已經成為武器系統面臨的主要威脅和影響武器系統作戰性能的決定性因素。為了提高復雜電磁環境的適應性和抗干擾能力,武器系統均采用了電子防護設計。目前,國內絕大多數武器裝備的科研試驗都是在靶場理想環境下進行的,武器系統復雜電磁環境下的抗干擾能力沒有得到充分的、系統的考核和驗證,導致現役裝備在復雜電磁環境下的作戰訓練中,抗干擾能力不足,系統實際戰技指標大大低于設計指標,系統性能嚴重劣化,嚴重損害裝備體系實戰能力。

針對武器裝備在訓練中暴露出抗干擾能力不足的問題,國家有關部委要求,今后武器系統的研制,從規劃、論證、立項、研制、定型各個階段的試驗都必須進行抗干擾能力的驗證與檢測,以獲取制導武器抗干擾優化設計所需的數據,驗證抗干擾措施的有效性,測試各項抗干擾技術指標,以及考核武器系統綜合抗干擾能力。本文以防空武器系統為研究對象,分析這類武器面臨的戰場電磁干擾環境,研究這類武器抗復雜電磁干擾的試驗與評估方法。

1 防空武器系統復雜環境分析

防空武器系統主要集成了搜索雷達,火控雷達,紅外、電視跟蹤單元，激光測距單元等光電設備和營級指揮通信中心及導彈等。因為篇幅限制,本文僅對防空武器系統的通信、雷達和紅外制導導彈的干擾因素和干擾方法進行分析。

1.1 通信干擾分析

通信的干擾方式按照干擾信號的頻譜寬度分類,包括瞄準式干擾和阻塞式干擾[1]。瞄準式干擾是指干擾信號的中心頻率與被干擾信號頻率重合,或干擾信號和被干擾信號頻譜寬度基本相同。瞄準式干擾因為干擾頻率通常是對準相應的一個通信信號頻率實施干擾,因此干擾頻譜窄,干擾功率集中,干擾能量全部用來壓制敵方的某一通信信號,功率利用率高,干擾效果好,通常用于壓制敵方重要的指揮通信。

阻塞式干擾又稱攔阻式干擾。阻塞式干擾是一種寬頻帶壓制性干擾,它能對一定頻段內的所有信號實施干擾。其干擾信號輻射的頻譜很寬,通常能覆蓋敵方通信設備的整個工作頻段,同時壓制該頻段內的通信信號。這種干擾優點是無需頻率重合,也不要引導干擾的偵察設備,干擾設備相對簡單,但其缺點是干擾功率分散,干擾效率不高。阻塞式干擾主要用于壓制敵方戰術分隊的無線通信。

1.2 雷達干擾分析

雷達干擾方式根據作用可分為兩種：壓制式干擾和欺騙式干擾[2]。壓制式干擾是用連續波信號或大量雜亂無章的信號來壓制或者掩蓋雷達目標信號。典型的壓制式干擾包括分布式消極干擾、雜波干擾、脈沖調幅干擾以及連續波干擾。其中最常見的是分布式消極干擾和雜波干擾,這兩種干擾從第二次世界大戰開始到現在,一直都被廣泛采用。分布式消極干擾是一種在空間分布較廣的無源干擾。分布式消極干擾采用大面積投放干擾信號形成干擾走廊,掩護機群。這種干擾在雷達的顯示器上形成很強的類似噪聲的亂雜波干擾波形,因而可以掩護目標回波。它要求散開時間短、留空時間長、散開性能好,以便更好地保護載體。壓制式干擾中最常見也是應用最廣的雜波干擾,主要包括阻塞式干擾、點頻干擾、掃頻干擾和自動瞄頻干擾。阻塞式干擾通過寬帶噪聲調制,能同時干擾多部不同頻率的雷達;點頻干擾通過窄帶人工調諧,帶寬一般為幾兆到幾十兆,干擾功率集中,主要用來干擾特定的雷達;掃頻干擾機兼有點頻干擾功率集中和阻塞干擾頻段寬的優點;自動瞄頻干擾機能自動瞄準敵方雷達頻率,接收、發射機按時分方式工作。

欺騙式干擾則是通過施放與目標信號十分相似的干擾信號,使得雷達處理程序無法正確識別有效目標,產生誤跟蹤甚至跟蹤丟失的干擾方式。欺騙式干擾包括點式消極干擾、應答式假目標和應答式欺騙干擾等主要形式。其中應答式欺騙干擾又分為角度欺騙、距離欺騙、速度欺騙等干擾形式。近年來欺騙式干擾的發展很快,而且由于相控陣雷達大多需承擔對目標進行跟蹤的任務,因此欺騙式干擾的影響較大,也是目前雷達需重點對付的干擾形式。

1.3 紅外干擾分析

紅外干擾方式主要分為兩類。一是紅外有源干擾,包括紅外干擾彈、紅外干擾機和紅外定向對抗干擾系統,紅外誘餌彈是一種煙火劑類誘餌,其煙火劑多由鎂粉、硝化棉、聚氟乙烯混合而成。它通過模擬與被保護目標相似的紅外頻譜特性(1.8～3.5μm或3.0～5.5μm),比較迅速地形成高強度的紅外輻射源,紅外輻射源持續較長時間來保護被攻擊目標。紅外干擾機是一種有源紅外對抗裝置,能發出經過調制精確編碼的紅外脈沖,使來襲導彈的視場內出現兩個熱源,目標與干擾信號同時進入跟蹤視場, 結果使其不能提取出正確的誤差信號,造成導彈脫靶。它的作用是防止和阻礙敵方紅外制導導彈的導引頭獲取目標的正確位置信息,從而保護目標的安全。定向紅外對抗(DIRCM)系統是一種自衛干擾器,其采用固定在飛機外部的四個紫外成像、無源導彈告警傳感器,可提供360°范圍的覆蓋;無源傳感器可探測到來襲的多枚導彈,并指示每個導彈的來襲方向,判斷出哪一枚導彈對飛機是真正的威脅后,向逼近的導彈發射強紅外波束并保持一定時間,壓制導彈的光電傳感器,使其光電探測器輸出信號混亂、飽和甚至損壞,從而使來襲導彈不能繼續跟蹤目標[3-4]。二是紅外煙幕、假目標、偽裝、隱身等紅外無源干擾,紅外煙幕干擾技術是一種紅外無源干擾,其通過在空中施放大量氣溶膠微粒,以改變電磁波介質傳輸特性對光電探測、觀瞄和制導武器系統實施干擾的一種技術手段。

2 干擾試驗系統構建

2.1 干擾設備布設要求

為了能夠逼真地從時域、頻域、空域和功率域構建反映作戰對象特點的電磁干擾環境,要求試驗場電磁環境純凈。

有源干擾設備(布設于升空平臺上)一般布設于目標靶標的側翼或后方,升空平臺上攜帶通信干擾設備、雷達干擾吊艙、紅外干擾設備等。依據升空平臺技術性能,其陣地應配置在以目標靶標為圓心、一定長度為半徑的圓外,升空平臺與干擾空域之間應滿足通視條件,天線指向要避開高大建筑物、茂密樹林、高大山峰等,其周圍一定范圍內應開闊平坦。武器試驗中出于節約試驗成本和降低試驗難度考慮,對通信和雷達干擾也可以根據試驗要求,選用功率稍小的干擾設備,布設于發射陣地附近的高塔上,模擬大功率干擾設備遠距離干擾。如果一定要模擬實戰中的干擾場景,這些設備還是應該布設在升空干擾平臺上。

2.2 干擾試驗實施方法

在試驗場布設通信背景模擬設備、電磁背景模擬設備和電磁環境監測設備,模擬戰場的電磁環境并對電磁環境進行監測。布設高精度彈道測量雷達,對紅外導彈的彈道進行全程精確測量。布設多臺光電經緯儀跟蹤靶機,對紅外導彈的脫靶量進行精確測量。通信干擾設備對首區語音、數據通信進行干擾;升空平臺或高塔上的干擾吊艙對首區的目標搜索雷達、火控雷達進行干擾;以無人機作為靶標,無人機上攜帶干擾設備(如紅外誘餌彈拋射裝置),干擾防空導彈在末端的制導,也可使用升空平臺攜帶紅外定向干擾系統或紅外干擾機對來襲紅外制導導彈進行干擾。

進入試驗流程后,通信背景模擬設備、電磁背景模擬設備和電磁環境監測設備開機工作。防空陣地進行各種通信活動,在目標進入之前可以使用升空平臺或高塔上的通信干擾設備對防空陣地進行持續性的通信干擾,直到試驗結束;靶機起飛后,光電經緯儀在靶機航路上等待并捕獲靶機,對其進行持續跟蹤,彈道跟蹤雷達開機復原,準備跟蹤紅外導彈并獲取紅外導彈的精確彈道。搜索雷達持續探測飛行目標,當探測到靶機后進行跟蹤,在目標臨近進入光電跟蹤儀作用距離后按截獲通道Ⅰ使用光電跟蹤儀截獲跟蹤目標,使用激光測距機測試目標距離,炮塔由光電角度跟蹤誤差控制精確瞄準目標;當目標被鎖定后,導彈發射,彈道跟蹤雷達被紅外觸發,開始全程跟蹤紅外防空導彈的飛行彈道,指導靶機施放紅外誘餌彈或升空平臺施放紅外干擾的時機。在導彈飛行初始段由火控雷達引導導彈進入攻擊靶機的航路范圍內,靶機起飛后可以使用升空平臺或高塔上的干擾吊艙對搜索雷達和火控雷達進行干擾;在防空導彈進入紅外末制導段時,紅外導

引頭偵測目標的紅外特性,并鎖定跟蹤目標,在末制導段靶機可以通過施放紅外誘餌彈或由升空平臺對來襲導彈進行紅外干擾,著靶段由光電經緯儀跟蹤記錄紅外導彈的脫靶量。

試驗干擾流程如圖1所示。

圖1 防空導彈復雜電磁環境試驗流程

試驗布局示意圖如圖2所示。

圖2 防空導彈靶場復雜環境試驗布局圖

3 干擾效果評判標準

試驗結束后,對干擾和抗干擾效果的總體評價可以參照以下幾項數據。

對通信的干擾效果評估采用數據通信中斷率和話音通信清晰度。

話音通信清晰度是指指揮控制系統實施話音通信時,話音內容可聽懂的有效程度。話音通信清晰度可劃分為三級：1級為收到的話音清晰,受話方能夠明白話音內容；2級為話音模糊,只能明白話音部分內容；3級為話音無法聽清,無法明白話音內容或話音中斷。

對搜索雷達干擾效果評估可參考空情發現率、搜索雷達發現距離平均下降率、搜索雷達目標丟失率三項數據。

空情發現率是指偵查預警系統實際發現目標數與應發現目標數之比?？涨榘l現率Pfx的計算公式為Pfx=Nfx/Mfx;式中:Nfx為偵查預警系統實際發現目標數;Mfx為偵查預警系統應發現目標數。

搜索雷達發現距離平均下降率是指搜索雷達對各目標實際發現最大距離的平均值相對無干擾條件下目標最大發現距離的下降程度。其中無干擾條件下的目標的最大發現距離通過多次試驗對最大發現距離進行統計,取平均值得到。平均下降率ηfm=(Rfm max-Rfm av)/Rfm max;式中:Rfm av為搜索雷達對各目標實際發現最大距離的平均值,(km);Rfm max為無干擾條件下的目標最大發現距離,(km)。

對火控雷達的干擾效果評估可采用火控雷達發現距離平均下降率和火控雷達目標丟失率。

火控雷達發現距離平均下降率是指火控雷達對各目標實際發現最大距離的平均值相對無干擾條件下目標最大發現距離(或目標進入最大距離)的下降程度。其中無干擾條件下的目標的最大發現距離通過多次試驗對最大發現距離進行統計,取平均值得到。發現距離平均下降率ηfz=(Rfz max-Rfz av)/Rfz max。式中:Rfz av為火控雷達對各目標實際發現最大距離的平均值,(km);Rfz max為無干擾條件下的目標最大發現距離,(km)。

對導彈的命中指標考核采用導彈命中率和平均脫靶量兩項指標。

導彈命中率是指火力攔截系統擊落(傷)目標數與射擊目標總數之比。命中率Pmz的計算公式為Pmz=Nmz/Mmz,Nmz為火力攔截系統擊落(傷)目標數;Mmz為射擊目標總數。

平均脫靶量:平均脫靶量歸一化公式為:

4 結束語

在武器系統朝著信息化和制導化發展的大背景下,針對目前軍方訓練中暴露出的武器系統抗干擾能力不足的問題,提高武器系統抗復雜電磁環境干擾能力尤為迫切。本文以防空武器系統考核抗干擾能力靶場試驗為切入點,分析了該系統面臨的干擾環境,構建了抗干擾試驗系統,并給出了試驗評判標準,為開展這類武器抗干擾試驗提供了依據。

[1] 楊同茂.軍事通信抗干擾技術的發展現狀及趨勢[J].通信技術,2014,47(7):707-712.

[2] 曹鑫,陳欣.雷達干擾技術分析與應用[J].科技傳播,2011(13):188-189.

[3] 劉永昌,陳洪印.紅外制導與紅外對抗技術分析[J].紅外技術,1997,19(1):16-21.

[4] 王建勛,張東洋.紅外有源干擾技術分析[J].制導與引信,2003,24(2):48-51,62.

Test and Evaluation Technology of Air Defense Weapon System Under Complex Jamming Environment

WEI Zhuo, HUANG Jian-zhong,YAO De-long,LI Xiao-zhe

(Weapon Industry Test and Measuring Academy in China, Huayin 714200， China)

In order to verify the anti-jamming performance of air defense weapon system in complex environment, this paper analyzes the interference factor and the interference method of air defense weapon, constructs the air defense weapon system anti-interference test system in the shooting range, and the assessment standard of test data is given, which is able to effectively assess the capability of air defense weapon system against the complex interference environment.

air defense weapon system; communication jamming; radar jamming; infrared jamming

2016-07-21

韋 卓(1982-),男,陜西西安人,碩士,工程師,研究方向為靶場復雜環境試驗、半實物仿真試驗。 黃建忠(1966-),男，研究員。 姚德龍(1981-),男，工程師。 李曉哲(1984-)，男，工程師。

1673-3819(2017)01-0135-04

TN97；E926.4

A

10.3969/j.issn.1673-3819.2017.01.028

修回日期： 2016-08-16