航空随队支援干扰掩护区仿真建模研究

0　引言 随着航空兵远程作战能力不断提升，致使航空突击编队的作战半径将大大超过远距离支援干扰的有效范围，为满足对压制敌防空体系的需求，通常在航空兵远程作战编队中编有电子对抗航空兵以实施随队支援干扰。作战实践中，指挥员在制定航空兵远程作战计划时对电子对抗航空兵的运用往往难以把握，因为现有的雷达压制式干扰量化分析方法通常采用以敌雷达为中心，计算敌雷达有效干扰扇面或者有效探测区域（干扰暴露区），这两种方法分别适用于航空兵突击时选择突击方向及判断某一被保卫目标是否受到敌雷达探测威胁，而无法直接体现出电子对抗航空兵的威力范围。为使电子对抗力量有效融入合成，则必须转变思维，通过借鉴火炮杀伤半径或有效杀伤区的概念，在量化分析航空电子对抗兵随队支援干扰能力时引入干扰掩护区的概念，即以电子干扰飞机为中心计算其有效掩护范围。计算航空随队支援干扰掩护区可直观得出干扰机的威力范围，并为航空兵突防编队配置及干扰力量需求分析提供依据。 1　模型构建 航空随队支援干扰掩护区，是以电子干扰飞机为中心，计算某一时刻干扰机有效掩护的空间区域（即敌雷达无法探测的空间区域）。航空随队支援干扰通常用于应对远程支援能力无法有效发挥或突发的防空火力威胁，其主要以干扰敌地面防空制导雷达为主，由于地面防空制导雷达受防空导弹射程的制约，其通常在防空导弹有效射程前10 km左右开机。因此，航空随队支援干扰掩护区的计算通常以电子干扰飞机距防空导弹有效射程前10 km时的有效掩护范围为准。 1.1　干扰掩护区域模型 通常，进行航空兵突防建模分析时，地面雷达与突防编队之间的空间几何关系如图1所示。 图1　航空兵突防编队与地面防空雷达位置关系示意图 根据航空随队支援干扰掩护区的定义，需对图1进行坐标系转换，建立以电子干扰飞机为中心的空间位置关系图，如图2所示。 图2　转换坐标系后，航空兵突防编队与地面防空雷达位置关系示意图 根据图2所示的空间位置关系，以电子干扰飞机J（0，0，0）为坐标原点，建立数学模型如下所示: 式中:PjGj为干扰机等效干扰功率；PtGt为雷达等效辐射功率；σ为目标有效反射截面积；Rm为突防飞机与地面防空雷达之间的距离；Rj为干扰机与地面防空雷达之间的距离；Lj为干扰信号空间传播损耗；γj为干扰极化损耗；Kf为雷达带宽与干扰频谱宽度之比；Lt为雷达发射信号空间传播损耗；Lr为目标回波信号空间传播损耗；Gt（θ，φ）为雷达在干扰机方向天线增益；Gt为雷达主瓣天线增益；Kjt为对雷达实施有效干扰的最小压制系数；AM'为雷达与目标在xz轴平面的投影之间的距离；JM'为干扰机与目标在xz轴平面的投影之间的距离；φ为干扰机与雷达主瓣轴向形成的俯仰夹角；θ为干扰机与雷达主瓣轴向形成的方位夹角。 1.2　地面防空制导雷达天线模型 由于雷达干扰效果评估过程中，雷达天线的方向性增益对准确评估的影响较大，然而真实的雷达天线增益方向图只能通过实测获得，为实现对雷达干扰效果的有效评估，通常采用建立替代模型的方法进行雷达天线方向性增益进行估算。 由于防空制导雷达通常采用的针状波束对敌目标实施准确跟踪，在方位平面或俯仰平面上，其天线波束的主瓣方向图一般为高斯型，而主瓣以外的方向图为辛格函数形式，其方向图函数为: 式中:θ0.5为雷达在方位平面或俯仰平面上的半功率波瓣宽度。 取θ0.5=1.3°，根据式（2）对雷达天线方向图进行仿真，得到地面防空雷达天线方向图如图3所示。 图3　雷达在方位平面或俯仰平面上的天线方向图 通过对上述模型进行对称旋转，可得雷达天线在立体空间的方位图函数: 取雷达天线主瓣增益Gt=37 dB，θ0.5=φ0.5=1.3°，根据式（3）对雷达天线方向图进行仿真，得到地面防空雷达天线方向图如图4所示。 图4　雷达对称旋转模型天线增益方向图 2　仿真分析 以电子干扰飞机掩护航空兵编队突防“爱国者”导弹为例，设电子干扰飞机飞行高度Hj=10 km，干扰机等效功率PjGj=30 dBw，干扰极化损耗γj=0.5；防空制导雷达发射峰值功率Pt=20 kw，天线主瓣增益Gt=30 dB，天线方位波束宽度θ0.5=1.3°，俯仰波束宽度φ0.5=2°，最小压制系数Kjt=9；目标雷达反射截面积σ=1，干扰总损耗K∑=0.001，导弹作战距离Rtmax=100 km。 以突防编队突防高度与电子干扰飞机飞行高度相等，Hm=Hj=10 km，进行干扰掩护区仿真计算，结果如图5所示。 图5　Hm=Hj=10 km，干扰掩护区仿真图 从图5中可以看出，由于雷达天线副瓣增益呈辛格函数，致使干扰掩护区呈现出一条以干扰飞机为中心的x型干扰带，且干扰带边沿距离干扰飞机呈现前短后长的特性，这与雷达探测为双程传播而干扰为单程传播有关，通过仿真结论可以得出，在电子干扰飞机近距掩护航空编队突防时，突防编队最好采取横队形式且与横向连线的夹角不宜超过10°。 在实际突防作战实施过程中，突防编队并非完全设计在同一高度实施突防，通常采取“高低搭配”形式，设定电子干扰飞机飞行高度Hj保持在10 km，对突防飞机在不同高度实施突防时的干扰掩护区进行仿真计算，仿真结果如图6所示。 图6　电子干扰飞机高度固定，突防飞机在不同高度时干扰掩护区仿真图 从仿真结果可以看出，当电子干扰飞机高度固定，突防飞机无论飞高或者飞低，干扰掩护区范围均会缩小，与干扰机的高度差不宜超过1 km，且突防高度高于电子干扰飞机时应靠后配置，低于则反。 上面所阐述的均假设电子干扰飞机飞行高度均保持在10 km高空，然而随着电子干扰飞机的机动性能不断提升，其也可随突防飞机一起实施高空或低空突防，下面针对整个突防编队分别在不同高度实施突防时的干扰掩护区实施仿真计算，仿真结果如下页图7所示。 从仿真结果可以看出，随着突防编队的高度逐步增高，而干扰掩护区范围并未显著提升，但在现实中，当突防高度高于敌防空火力的有效射高时，即使突防编队被敌方雷达所跟踪，敌防空火力也无法对其实施打击，因此，高空突防在另一种形式上也可以有效提高突防概率；当随着突防编队的高度逐步降低，干扰掩护区范围明显逐步扩大，且当其飞行高度在1 km及以下时，干扰掩护效果极其显著，这也与雷达低空探测能力弱，实施低空突防有利于提高突防概率的实际吻合，也从侧面验证了仿真评估模型的合理性。 图7　突防编队在不同高度实施突防时，干扰掩护区仿真图 3　结论 通过建立航空随队支援干扰掩护区仿真模型及地面防空制导雷达天线模型，进行仿真计算，经分析得电子对抗随队支援航空兵突防的运用启示如下: ①突防编队以低空突防为优； ②中、高空突防时应尽量采用横队形式； ③实施“高低搭配”突防时高度差不宜超过2 km，且采取“低前高后”原则配置。

文章来源：《航空兵器试验靶场》 网址: http://www.hkbqzz.cn/qikandaodu/2020/1021/639.html