電子戰無人機對警戒雷達雙機干擾的路徑規劃研究?

汪宏宇李仙茂甘厚吉陳 德

（1.31433部隊 沈陽 110034）（2.海軍工程大學電子工程學院 武漢 430033）

1 引言

無人機具有隱蔽性，無人員傷亡，低成本，起降條件低等優點，使其在現代戰爭中得到廣泛的應用［1～2］。無人機海戰場的作戰運用由來已久，并且越來越重要。電子戰無人機在海上作戰中的對海作戰、對岸作戰可起到了重要的作用［3］。在對岸作戰中，艦載機實施突防作戰時，面臨敵方警戒雷達的威脅。針對敵方岸基警戒雷達對突防戰機的威脅，需要研究怎樣運用雷達干擾無人機對岸基警戒雷達進行干擾，特別是干擾運用過程的航線規劃問題［4～5］，以滿足空中編隊突防的需要。本文研究兩架艦載電子戰無人機協同對岸基搜索警戒雷達進行干擾，以掩護對岸作戰中作戰飛機突防。在雙機干擾運用的過程中，無人機的路徑規劃尤為重要，本文重點研究雙無人機對岸基警戒雷達干擾過程中的航路規劃。

2 無人機干擾的有效干擾扇面

有效干擾扇面是指在最小干擾距離上干擾應能壓制的信號扇面，在此扇面內雷達完全不能發現目標。無人機干擾雷達時，單架無人機形成的干擾扇面，是指雷達到無人機的連線相對雷達形成的掩護扇面角。

2.1 單無機干擾的有效干擾扇面

圖1 無人機雷達有效干擾扇面

這時，接收機輸入端的干擾信號功率應滿足［6］：

式中：Prj雷達接收到的干擾功率；Kj為端外壓制系統；Prs為雷達接收到的目標回波信號功率。

有效干擾扇面Δθj的關系式為［7］

式中：PjGj為等效雷達功率；PtGt為等效干擾功率；σ為目標有效反射面積；Rt為被掩護飛機至雷達的斜距；Rj為無人機至雷達的斜距；γj為干擾信號對雷達天線的極化系統，取γj=0.5；θ0.5為雷達天線半功率波束寬度；K為系數取0.04～0.10。

2.2 雙無機干擾的有效干擾扇面

無人機與雷達的直線距離為Rj，水平距離為Dj，無人機飛行高度為Hj；突防飛機與雷達直線距離為Rt，水平距離為Dt，突防飛行高度為Ht。實施抵近干擾時，有效干擾扇面跟突防目的、干擾機的配置方式和雷達密切相關。有效干擾扇面覆蓋角度為［8］

取θ=Δθj，此時可形成最大的有效干擾扇面（區域）。當兩架無人機的相對位置配置達到最佳時，雙無人機的有效干擾扇面可以是單無人機的兩倍［9～10］?？梢郧蟮么藭r兩機之間的間距d的最大值：

3 雙無人機側向干擾

當干擾無人機為側向干擾時，一側的干擾覆蓋角度約為120o，這就要求干擾無人機側向對準警戒雷達才能實施有效干擾。此時，無人機的干擾波束掃描中心在無人機機身正側向，朝左或朝右，干擾路徑規劃中，應將路徑中的直道設置為接近垂直于無人機與受干擾雷達之間的連線，如圖2所示。

無人機的干擾路徑選擇用跑道形，跑道直邊邊長為Dr。兩無人機之間的間距d一般只有幾公里，相對較近，可以考慮將兩架無人機布置在同一跑道上進行干擾，如圖2所示。

圖2 雙無人機干擾跑道規劃示意圖

從圖2可以得出干擾無人機跑道的限制條件。

1）兩架無人機不可同時處于同一轉彎弧線（變道中）中，即dmax≥πr。

2）兩架無人機不可同時處于兩個轉彎弧線（變道中）中，即 Dr≥dmax。

3）兩架無人機不可同時處于直線軌道的同一半范圍，否則意味著干擾角度穩定覆蓋范圍太小，即Dr≤2dmax。

結合以上3項限制條件，如下：

無人機跑道Dr的設軒與無人機到雷達的距離有關。結合式（3）和式（5），兩架無人機采用相同的參數，利用Matlab仿真，結果如圖3所示。

由圖3可知，干擾無人機與雷達的水平距離越遠，無人機干擾跑道的直線距離Dr也越大，但是Dr的變化不明顯。結合圖2給出的作戰場景，當無人機起飛提前2min到達指定干擾區域后，以一前一后、相距dmax的隊形在同一跑道上實施干擾，當無人機布置在距警戒雷達20km處時，無人機的干擾跑道的直線跑道距離Drmax≤5.534km，設彎道半徑r為0.5km。

圖3 無人機干擾跑道Dr與水平距離Dj的關系示意圖

為計算無人機運動，建立坐標系如圖3所示。

圖4 無人機運動坐標系

對于無人機A，假設運動時間為t，t T的余數為t0，跑道周長s0=2πr+2Dr其運動坐標有以下幾種情況：

1）當 0≤t0≤Dr·T/s0時，x=0，y=vt0；

2）當 Dr·T/s0＜t0＜(Dr+πr)/s0·T 時，無人機在彎道上，對雷達沒有干擾作用，所以此時的干擾扇面 Δθj=0；

3）當 (Dr+πr)/s0·T≤t0≤(2 Dr+πr)/s0·T 時 ，x=2r，y=Dr-vt0；

4）當 (2 Dr+πr)/s0·T＜t0＜T 時，同2）。

兩無人機間距的飛行時間為tj=d/v，對于無人機B，對(t+tj)T取余為t1，其運動坐標有以下幾種情況：

1）當0≤t1≤Dr·T/s0時，x=0，y=vt1；

2）當 Dr·T/s0≤t1≤(Dr+πr)/s0·T 時，無人機處于彎道，Δθj=0；

3）當 (Dr+πr)/s0·T≤t1≤(2 Dr+πr)/s0·T 時 ，x=2r，y=Dr-vt1；

4）當 (2 Dr+πr)/s0·T＜t1＜T 時，同2）。

結合有效干擾扇面的計算公式（3）仿真計算可以得到無人機的有效干擾區，如圖5所示。

圖5 側向干擾的干擾帶示意圖

如圖5所示，是兩架無人機對于雷達形成干擾帶的疊加，當其中一架無人機在轉向時，其對雷達無干擾作用即沒有干擾帶，此時另一架無人機對雷達還在繼續干擾，形成一條干擾帶，保證同一時刻最多只有一架無人機在轉向。對應時刻在帶狀里面的就是兩架無人機疊加形成的有效干擾區，由圖可以看出在不同時刻兩架無人機掩護的角度是不同的，都是以達到掩護突防編隊在0°左右不被發現和鎖定為目的。

4 雙無人機前后向干擾

當干擾無人機為前向干擾時，干擾機的干擾波束分布無人機機身軸向朝前或朝后，一向的干擾覆蓋角度約為60o，這就要求干擾無人機前向或后向對準警戒雷達才能實施有效干擾，所以無人機的干擾路徑選擇采用跑道形，跑道直邊邊長為Dr。此時，無人機的干擾波束掃描中心在無人機機身軸向，干擾路徑規劃中，應將路徑中的直道設置為接近平行于無人機與受干擾雷達之間的連線［11］。

設作戰飛機編隊在距警戒雷達600km的位置，要求干擾無人機以最快的速度達到干擾效果以掩護作戰飛機的突防，保證突防機群在50km以外不被敵方警戒雷達發現。根據前面給出的限制條件，即無人機的控制距離最大為200km，所以干擾無人機平臺（艦艇）應機動到距對方警戒雷達200km的位置，然后放飛干擾無人機到最佳干擾位置。

因為，無人機是前后向干擾，只能頭部或者尾部對準雷達實施干擾［12］。綜合前面的仿真計算和參數的設定，以及參考文獻［11］得到干擾無人機的轉彎半徑r可取500m，可以得到以下作戰場景下無人機實施有效干擾的路徑規劃如圖6所示。

圖6 無人機是前向和后向干擾時的路徑規劃

根據式（3），對圖7的對暴露區進行仿真計算，可以得出干擾距離 Dj為200km， ||θ ≤θ0.5/2時，無人機完全能夠掩護380km處的作戰機群，如圖7所示。因此在200km處起飛的無人機可以立即開機實施干擾掩護600km處起飛的作戰機群，讓其盡快的切入戰場實現突防。

圖7 干擾距離Dj為200km時的暴露區

無人機起飛后立即開干擾機，根據圖5場景仿真，可以得出當無人機與雷達的距離Dj大于30km時，d1=2.48km≤dmax；當Dj小于30km但大于無人機自衛距離時，為了飛行方便無人機的間距呈線性變化以滿足掩護距離Dt為50km時有效干擾扇面最大的要求，如圖7所示。

由圖8可知，想要掩護作戰機群突防到50km，且滿足干擾扇面要求s=6km，那么干擾無人機的最大配置距離Dj約為20km。無人機的自衛距離約為5km，因此無人機想要滿足干擾要求就必須在5km～20km的范圍內進行干擾。以500m為轉彎半徑，在轉彎過程中無人機對雷達處于非干擾狀態，要保證全時干擾兩架無人機就必須在時間上達到互補的目的，因此不難得出無人機的前后間距Dq要滿足 πr≤Dq≤Dr。

圖8 無人機配置距離示意圖

由于兩架無人機的間距di變化較小，所以在最后的干擾跑道上取di（滿足最大距離的要求）為定量進行仿真計算。建立坐標系如圖9所示。

圖9 無人機前后干擾坐標系

分析和計算思路同側向干擾飛行跑道的仿真方法，得到無人機的有效干擾區如圖10所示。

圖10 前后向干擾的干擾帶示意圖

如圖10可知，在帶狀內部的都表示有效干擾區，下邊沿是其中一架雷達干擾無人機形成的干擾帶的一個邊，凹進去的一段時間是無人機處于轉向時，為確保對雷達形成不間斷的干擾，兩架無人機不能同時處于轉向狀態（彎道），如圖9所示上下凹陷區域需要錯開。零度方位在整個時間段基本都是干擾壓制區，因此突防飛機可以選擇從零度方位進行突防，但是考慮到敵方的打擊概率，因此在飛行過程中應該適當機動前進，根據每個時刻的壓制區做出在角度上的變化。

5 結語

綜合兩種干擾方式的干擾壓制區對比，側向干擾對無人機飛行控制要求較低。前后向干擾的干擾壓制區覆蓋角度較穩定，更有利于無人機逐漸抵近雷達干擾，更有利于作戰飛機的突防。

本文研究了兩架無人機為掩護突防機群而對一部岸基警戒雷達進行干擾的規劃問題，給出了干擾無人機實施前后向干擾和側向干擾時的規劃方法，得出了兩種情況下干擾無人機的干擾詳細航路，雖然只對一部雷達進行了詳細的研究，對于多個雷達的干擾只需干擾無人機采用分布式的干擾方式，其他的思路和算法基本一致。進一步的研究可以針對邊轉彎邊干擾的情況進行研究，可進一步提高干擾的時間覆蓋率。