噪聲干擾對飛機生存力貢獻

高飛 周旭 陳林元 俞仁兆

（中國電子科技集團公司第二十九研究所 四川省成都市 610036）

1 引言

軍用飛機在威脅作戰場景的生存力，已經成為在飛機四性設計（負擔力、殺傷力、保障力、生存力）中最優先考慮的指標之一，并構建了一套指標體系引導設計。生存力分析與設計問題的研究受到了各國軍方和學者的廣泛重視。以美國為例，建立了陸、海、空三軍的統一生存力信息分析中心（Survivability/Vulnerability Information Analysis Center）[1]，簡稱SURVIAC，建立了多個試驗基地和靶場，頒布了多種軍用指南與規范，同時我國也頒布了GJB5551-2006《飛機非核生存力通用準則》與GJB/Z202-2001《飛機非核生存力通用指南》等多份軍用標準。但我國目前相關生存力的研究主要集中在載機自身的生產力指標提升上，較少研究告警、電子偵察、自衛、支援干擾等電子對抗設備對生存力的貢獻，本文僅在電子對抗的自衛干擾領域中分析噪聲干擾對生存力的定量貢獻。

2 飛機生存力指標

在《美國空軍生存力計劃管理條例AFR80-38》中飛機生存力被定義為“飛機避免和經受人工敵對環境且中途不損失并完成規定任務的能力?！奔达w機在作戰環境中，被敵方武器威脅的條件下，應當具有盡可能不被敵方發現的能力（低敏感性）和在遭到敵方武器攻擊的條件下，能減少遭受致命性損傷的能力（低易損性）。所以軍用飛機生存力指標體現在敏感性和易損性兩個方面，一架飛機在敵對環境中被敵方武器殺傷的容易性由飛機被殺傷的概率來表示。飛機被殺傷的概率是由敵武器的擊中概率（敏感性）和給定一次命中后飛機被擊毀的概率（易損性）的乘積來表示，即：

式中：Pk為飛機被殺傷概率，Ph為敵武器的擊中概率（飛機敏感性），Pk/h為在給定擊中條件下的擊毀概率（飛機易損性）。

飛機在敵對環境下的生存力Ps是由生存概率來度量，它與殺傷概率的關系由下式表示：

2.1 易損性指標

易損性用飛機在給定擊中條件下的被擊毀的概率Pk/h來度量。易損性受以下因素影響：致命性部件在經受給定的一次命中后能繼續工作的能力（例如，直升機傳動裝置在失去潤滑油后可持續工作一段時間）；可以避免和抑制對致命性部件損傷的設計手段和裝置（例如：兩臺發動機有效分開，使單發命中不致于同時損壞兩臺發動機）等。

2.2 敏感性指標

敏感性用飛機被敵武器擊中的概率Ph來度量。敏感性涉及飛機面臨的非直接威脅（例如武器發射與雷達/紅外探測、跟蹤等），研究雷達的探測、跟蹤、識別、火力或武器的控制、導彈制導、引信起爆、彈頭命中等一系列事件。低敏感性主要體現為：在威脅環境中不易被敵方發現；即使被發現，也能通過自身機動以及對抗手段躲避威脅的攻擊。敏感性可以由下式表示：

式中：Pd為飛機在威脅環境中被敵方探測系統發現的概率；Ph/d 為飛機被敵方探測系統發現的條件下，被敵方威脅系統擊中的概率。

聯合式（1）～式（3），可以得到生存力Ps為：

3 電子對抗與敏感性關系

與飛機敏感性相關的因素可歸結為三個方面：威脅、環境、和飛機。威脅的特征是威脅的工作狀況、性能和殺傷力。環境包括作戰時的自然環境、作戰兵力部署和活動、飛機的飛行航線和戰術動作、護航支援力量等。飛機因素包括對威脅的探測手段、告警、自衛干擾手段的使用、飛機機動性能等。

對飛機生存力設計者而言，更關心三方面因素中的飛機因素，這是因為環境和威脅因素雖然要考慮，但屬于不可控制和改變的因素。比如對自然環境（天氣情況、地形等）或威脅體（雷達、導彈、高炮等）。而飛機因素是飛機生存力設計者可以掌控的，因此更值得飛機生存力設計者關注。在飛機因素的研究中，飛機特征信號和電子對抗（ECM）是目前研究的核心領域。

電子對抗技術在第二次世界大戰中開始被飛機方面用于對抗威脅系統，其后不斷發展進步，今天依然是主要的飛機敏感性縮減手段，尤其是對于不能大量采用隱形技術的飛機，電子對抗技術有著更為重要的作用。電子對抗技術通過向雷達發射干擾電磁波，形成虛假目標，破壞雷達對真實目標回波的檢測，掩蓋真實目標的電磁波，降低自身被雷達感知的概率。

4 噪聲干擾與生存力關系

噪聲干擾作為電子對抗技術中的基礎干擾技術，通過干擾機發射同頻率大功率的寬窄帶噪聲信號以阻塞雷達信號頻帶，使敵方雷達接收機降低或完全失去正常工作能力，噪聲干擾效果通常由雷達接收口面的信干比（信號與干擾的功率比）決定，信干比越大，說明雷達接收到信號質量越好，受干擾強度越小，信干比越小，說明雷達接收到的干擾越強，受干擾強度越大。由經典雷達方程可知，雷達信號的衰減量與距離的4 次方成正比，由干擾方程可知，干擾信號的衰減與距離的2 次方成正比，那么目標距離越遠信干比就越小，雷達受干擾越強，檢測概率越??；目標距離越近信干比越大，雷達受干擾越弱，檢測概率越大。下面定量分析噪聲干擾的距離與檢測概率的關系。

無干擾時，雷達接收的目標反射功率為Pr：

式中：σ 為目標RCS，λ 為雷達電磁波波長，Gt為雷達天線增益，Pt為雷達發射機功率，L(R)為大氣損耗因子，Lrf為目標起伏損耗因子，R 為雷達與目標的距離，Lrs為雷達損耗因子。

噪聲干擾時，雷達接收到的干擾功率為Pj：

式中：Rj為雷達與干擾機的距離，Lrsj為干擾機損耗因子，Lj(R)為大氣損耗因子，Pjt為干擾機發射功率，Gj為干擾機天線增益，Gt為雷達天線增益。

不考慮脈沖積累和大氣衰減損耗時，信干比SJR=Pr/Pj

只有噪聲干擾條件下的SJR 與雷達檢測概率Pd，雷達虛警概率Pfa之間的經驗公式為[2]：

式中：m 為脈沖積累數，A=ln(0.62/Pfa)，B= ln(Pd/(1-Pd))。Pfa典型值為10-6。

式中：C 為中間變量，有

根據式（10）和（12），在已知脈沖積累數的情況下，通過干擾源與雷達的距離變化改變SJR，可以計算出雷達檢測概率Pd與干擾源距離之間的關系，然后通過式（4）可得到裝備噪聲干擾源飛機的生存力與干擾距離之間關系。

5 仿真結果

下面按照雷達功率10kW，天線增益35dB，雷達頻率10Ghz，干擾源目標RCS 為50m2，干擾功率500W，導彈擊中概率Ph/d為90%，殺傷概率Pk/h為70%的條件進行仿真，可得到雷達探測概率Pd與干擾源距離的關系如圖1。

再根據公式（5），可得出飛機雷達距離與生存力的關系如圖2。

圖1：雷達探測概率仿真結果

圖2：生存力仿真結果

根據圖2的仿真結果可以看出，在上述條件下，干擾距離較近時生存力較低只有0.37，隨著飛機與雷達的距離增大，生存力開始提升，在干擾距離大于80km 時，生存力能夠達到0.95 以上。

6 小結

飛機生存力問題已經作為飛機設計的優先指標之一，在飛機上裝備電子對抗系統，通過噪聲干擾、角度欺騙、拖距拖速、假目標等干擾效果均能夠有效提升飛機的生存力。同時由于各種面空，空空武器的快速發展，目標指示雷達，火控雷達的作用距離增大，空空面空導彈的攻擊范圍增大，對飛機的生存力提升提出了更高的要求，同樣也是對告警、電子偵察、自衛、支援干擾等電子對抗設備提出了更高的要求，牽引電子對抗裝備向著集成化，智能化，體系化的方向發展。