基于多源信息的舷外有源+烟幕协同干扰研究*

智存，吕明山，王龙涛

(海军大连舰艇学院 信息系统系，辽宁 大连 116018)

0 引言

舷外有源+烟幕干扰是一种新型的复合干扰方式，综合利用舷外有源干扰机可造成较大的角度欺骗以及烟幕干扰可隐藏我方红外特征的原理，对反舰导弹的雷达和红外2种制导方式同时产生干扰。当舷外有源诱饵的干扰策略确定时，烟幕干扰弹与舷外有源干扰机的协同决策对干扰成功有着重要的影响。

文献[1]基于工程化定性分析和分类思想，对烟幕干扰以及舰艇机动决策进行了仿真分析，得出的结论可在一定程度上对复合干扰提供依据。文献[2]对舷外有源干扰机的干扰方式进行了分析，舷外有源干扰机采取复制转发的原理进行干扰，因此舷外有源干扰机的布设决策就较为固定[3]。对于复合干扰来说，舷外有源干扰机布设决策与烟幕弹的布设决策之间的协同方案尤为重要。目前针对雷达+红外复合制导反舰导弹使用较多的干扰方法是箔条+烟幕干扰[4]，舰载箔条和烟幕分别可对反舰导弹的末制导雷达及红外制导进行干扰，但是箔条的使用与舰艇机动决策存在冲突，且随着反舰导弹抗干扰技术的发展，箔条的干扰效果下降[5]。文献[6]对舷外有源干扰+烟幕干扰复合决策做出了定性分析，但是没有对决策进行定量仿真，没有提出精确具体的协同决策，不能很好地运用在实际作战之中。

本文基于雷达和电子战信息建立复合干扰决策模型，对来袭反舰导弹攻击舰艇的过程进行建模仿真，着重分析了舷外有源干扰机与烟幕干扰之间的最佳协同决策，仿真结果对实际战场中制定舷外有源+烟幕复合干扰决策具有一定的指导意义。

1 对雷达+红外复合制导的干扰分析

雷达+红外复合制导主要有转换式以及同控式2种工作模式[7-8]。转换式是早期的工作方式，在距离目标较近时从雷达制导转换为精度更高的红外制导，转换式制导工作模式固定，无法同时使用 2种制导方式，本质上还是通过单一的制导手段对目标进行跟踪，难以产生很好的抗干扰效果。同控式可以同时使用2种制导方式，对捕捉到的目标信息进行处理融合，提高抗干扰能力。由于转换式复合制导较易被干扰，实际使用较少，因此着重对同控式复合制导进行研究。

干扰基本原理：利用舷外有源干扰机对反舰导弹末制导雷达的跟踪状态进行破坏，即通过更大的雷达回波信号使导弹飞行轨迹偏向舷外有源干扰机[9]。借助雷达所提供的距离信息精确协同舷外有源干扰机的布设决策以及烟幕干扰弹的发射决策，确保反舰导弹开启红外制导时烟幕干扰已经布设完毕且覆盖舰艇与舷外有源干扰机，从而实现对我方目标在红外制导模式下的“隐真”[10-12]。当反舰导弹红外制导受到干扰后，反舰导弹会改变跟踪策略，选择依靠末制导雷达进行跟踪搜索，舰艇通过舷外有源干扰机进行足够的角度诱骗后，快速机动离开反舰导弹的打击范围，从而实现舷外有源+烟幕的复合干扰，如图1所示。

图1 舷外有源+烟幕干扰示意图Fig.1 Schematic diagram of outboard active+smoke screen jamming

2 舷外有源+烟幕干扰成功条件

2.1 舷外有源干扰机的布设位置模型

舰艇电子战侦察设备是依靠搜索反舰导弹的末制导雷达信号来进行预警的。一般情况下当舰艇发现反舰导弹时，反舰导弹已经进入末制导阶段，舷外有源干扰机首先要完成对反舰导弹的破锁，然后才能对其进行诱骗[13]。舷外有源干扰机通过复制转发形成能量大于舰艇回波能量的方式来完成对反舰导弹的质心干扰。假设反舰导弹跟踪上舰艇时，舰艇处于跟踪波门的中心位置，为了保证有源假目标和舰艇处于反舰导弹同一雷达跟踪波门内，舷外有源干扰机的布设角度不能大于雷达波束宽度的一半，舷外有源干扰机与反舰导弹之间的距离应当与转发时延相匹配，通过控制有源干扰机转发信号的时延，使得舷外有源干扰机形成的假目标与舰艇处于同一雷达跟踪波门内[14]。其布设位置如图2所示。

图2 舷外有源干扰机布设决策Fig.2 Layout decision of outboard active jammer

(1)

(2)

式中：Dmm为导弹到舷外有源干扰机的距离；Dms为导弹到舰艇的距离；θsf为舰艇与导弹连线和舷外有源干扰机与导弹连线的夹角；c为光速；J为雷达波束宽度；τ为舷外有源干扰机转发延时。

通过分析可知，舷外干扰机的布设位置随着反舰导弹的距离不同而产生变化，因此具体确定舷外干扰机布设位置需要融合电子战侦察设备提供的方位、雷达波束宽度、雷达脉冲宽度信息以及雷达所提供的距离信息作综合判断。

2.2 烟幕弹的发射时机要求

烟幕弹的发射时机Tsmoke主要取决于反舰导弹开启红外制导的时刻T0和烟幕弹的准备时间t，其发射时间可表示为

Tsmoke=T0-t，

(3)

t表示从准备发射烟幕干扰弹到烟幕干扰弹形成烟幕的时间，可表示为

t=Dsmoke/vsmoke+Tb,

(4)

式中：Dsmoke为烟幕弹的发射距离;vsmoke为烟幕弹的飞行速度；Tb为烟幕弹形成干扰烟幕的时间。

当T0>t时，可以先进行舷外有源干扰，当开启红外制导后再进行烟幕干扰；

当T0≤t时，应当先进行烟幕墙的布设，当烟幕墙形成时再进行舷外有源干扰。

2.3 烟幕墙大小要求

烟幕干扰是通过布设烟幕墙来吸收、散射舰艇与舷外有源干扰机的红外辐射信号，同时阻隔红外辐射路径，使反舰导弹的红外制导无法对目标进行识别。根据烟幕干扰的作战要求，红外弹在发射数量上要保证能够对舰艇与舷外有源干扰机同时进行遮蔽。

传统烟幕干扰布设决策主要是对舰艇进行遮蔽，舷外有源干扰机不在烟幕墙的遮蔽之下，当反舰导弹开启红外制导后会很快对舷外有源干扰机进行识别，导致干扰失效[15]。基于雷达和电子战的信息，提出一种新的烟幕布设方式。在布设烟幕时，根据电子战设备的方位信息和雷达提供的距离信息精确计算舰艇、舷外有源干扰机和反舰导弹三者之间的相对位置，在舷外有源干扰机与反舰导弹垂直方向上布设烟幕，考虑到舰艇的机动以及舰艇本身长度问题，烟幕长度应当适当沿着舰艇机动方向延伸，一般至少增加vsT1+Lship，因此烟幕大小可表示为

(5)

式中：Lsmoke为烟幕墙的长度；Ls为舰艇到导弹与舷外有源干扰机连线的距离；Ssmoke为烟幕墙到导弹的距离；Lms为导弹与舰艇在导弹与舷外有源干扰机连线方向上投影的距离；vs为舰艇机动速度；T1为从烟幕干扰开始布设到反舰导弹跟踪上舷外有源干扰机的时间；Lship为舰艇长度。

烟幕墙长度示意图如图3所示。

图3 烟幕墙长度示意图Fig.3 Schematic diagram of the length of the smoke wall

2.4 烟幕墙布放位置模型

以海面为Oxy平面，舰艇发现导弹时导弹位置为坐标原点，以正北方向为x轴建立仿真坐标系，舰艇以vs匀速机动。为了对舰艇与舷外有源干扰机进行有效遮蔽，烟幕墙应当保证舰艇、舷外有源干扰机及反舰导弹在运动过程中，能一直对舰艇与舷外有源干扰机进行遮盖[14]。假设烟幕墙起点为Sb，距离舷外有源干扰机100 m，布设示意图如图4所示。

图4 烟幕墙布设起点示意图Fig.4 Schematic diagram of the starting point of the smoke wall

(6)

YSb=Ym+(Dmm-100)sinα，

(7)

式中：α为反舰导弹来袭方向；(XSb,YSb)为烟幕墙起点Sb的坐标位置；(Xg,Yg)为舷外有源干扰机的布设位置；(Xs,Ys)为舰艇位置；(Xm,Ym)为导弹位置。

当确定烟幕墙起点后，通过式(5)可以得到具体的烟幕墙长度，同时根据导弹的来袭方向，确定烟幕墙的布设方向，通过多枚烟幕弹，形成可以同时遮蔽舰艇和舷外有源干扰机的烟幕墙。

3 仿真分析

舷外有源干扰+烟幕干扰主要分为如下几个阶段：

阶段1： 来袭导弹发现并锁定舰船。

阶段2： 我舰发现并对来袭导弹进行跟踪，结合距离信息布设舷外有源干扰。

阶段3： 根据来袭导弹方位和距离信息，布设烟幕干扰。

阶段4： 结合战场态势信息，舰艇持续进行机动并反馈干扰效果。

在研究舷外有源+烟幕复合干扰时，导弹、舰艇、舷外干扰机和烟幕可近似看在同一平面，可将三维空间简化到二维平面来研究，忽略高度信息。

假设舰艇发现并开始对导弹进行干扰的时刻为开始时刻，此时导弹所处位置为目标原点。以东西方向为x轴，南北方向为y轴建立平面直角坐标系。

3.1 参数设定

仿真中以海面为Oxy平面，假设舰艇初始位置(20 000,20 000) m，舰艇长度为100 m，舰艇航速15 m/s，舰艇航向135°；舷外有源干扰机转发延时2 μs；反舰导弹飞行速度300 m/s，来袭方向225°，其末制导雷达脉冲宽度2 μs，波束宽度4°；导弹在距离舰艇10 000 m处开启红外制导，红外制导识别目标时间为2 s。根据距离信息布设舷外有源干扰机以及发射烟幕弹，烟幕弹从发射到起效时间约为5 s，烟幕弹持续时间为30 s，不考虑烟幕散开过程，仿真步长为1 s。

上述信息可知，舷外有源干扰机的布设距离相较于反舰导弹到舰艇的距离小300 m，反舰导弹距离分辨精度为75 m。

3.2 仿真输出

图5～7分别表示反舰导弹与舰艇相距15,11和8 km时布设舷外有源干扰机，舰艇采取直线机动下不同的导弹跟踪波门状态图，通过分析可以得到以下信息：

(1) 按照协同决策制定舷外有源干扰机与烟幕墙布设方案，在反舰导弹红外制导工作时可完全遮蔽舰艇和舷外有源干扰机，提高复合干扰的成功率。

(2) 对于来袭方向相同的反舰导弹，在不同距离下开始复合干扰其干扰决策不同。当开始复合干扰的距离大于11 km时可先进行舷外有源干扰，当距离小于11 km时，应当先进行烟幕墙的布设，然后再进行舷外有源干扰。

图5 在舰艇距离反舰导弹15 km时进行复合干扰示意图Fig.5 Schematic diagram of composite interference when the ship is 15 km away from the anti-ship missile

(2) 开始干扰的距离越远，烟幕墙的距离越长，一般可认为反舰导弹距离舰艇20 km以外时，烟幕墙布设所需烟幕弹过多，因此可以考虑分别对舰艇和舷外有源干扰机进行遮蔽，节省烟幕弹资源。

(3) 舷外有源干扰机布设时，舰艇与反舰导弹越近，角度欺骗干扰效果越差，要注意当反舰导弹距离舰艇过近时，一般可认为5 km以内时，舷外有源+烟幕复合干扰手段来不及布设完毕，导致无法对来袭反舰导弹进行干扰，此时应考虑其他末端防空反导手段。

4 结束语

本文基于雷达和电子战信息，制定舷外有源+烟幕干扰决策，通过仿真建模的手段，证明了舷外有源+烟幕干扰对抗雷达+红外制导反舰导弹的可行性。随着综合射频系统的发展，多源信息的使用成为可能，未来基于多源自动化、精确化的干扰决策能大大提高水面舰艇的海上生存能力。本文仿真中没有考虑气象、海况等环境因素，下一步将继续增加相关变量，制定更加完善的复合干扰决策。