電子干擾對飛機(jī)敏感性的影響

電子干擾對飛機(jī)敏感性的影響

因素:因素及其效力隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭信息的不斷提高，電子戰(zhàn)爭已成為支持作戰(zhàn)行動的重要因素，并逐漸強(qiáng)調(diào)了效率。電子戰(zhàn)的戰(zhàn)爭實踐,使得作戰(zhàn)飛機(jī)的生存力受到很大沖擊,飛機(jī)生存力的內(nèi)涵和影響因素也因此變得更為復(fù)雜。提高飛機(jī)生存力以及進(jìn)行飛機(jī)高生存力設(shè)計,都不得不考慮電子戰(zhàn)因素帶來的影響。1電子戰(zhàn)和飛機(jī)活力的基礎(chǔ)1.1干擾和電子情報電子戰(zhàn)是戰(zhàn)爭雙方為了探測和電子攻擊敵方部隊及其武器控制系統(tǒng),保護(hù)己方電子系統(tǒng)和其他目標(biāo)免于被技術(shù)偵察、人為干擾和自然干擾,而采取的一系列措施和行動。它由電子攻擊、電子支援和電子防護(hù)3個部分組成,包括電子干擾/抗干擾、欺騙/識別、隱身/反隱身等對抗手段。其作戰(zhàn)對象包括雷達(dá)、通信、光電、引信、導(dǎo)航、敵我識別以及指揮控制和武器制導(dǎo)等所有利用電磁頻譜的電子設(shè)備和裝備。干擾和電子情報的系統(tǒng)及方法是電子戰(zhàn)的基礎(chǔ)。作為用來執(zhí)行戰(zhàn)術(shù)任務(wù)的殲擊機(jī)、強(qiáng)擊機(jī)、轟炸機(jī)等軍用飛機(jī),在電子戰(zhàn)環(huán)境下主要的電子對抗措施是雷達(dá)對抗和光電對抗,其主要手段有雷達(dá)偵查、電磁干擾、電子欺騙、反輻射攻擊、隱身和光電偵查告警、光電干擾等。在以航空兵和防空兵為主體的作戰(zhàn)行動中,電子戰(zhàn)的基本目標(biāo)是各種類型的雷達(dá)、防空戰(zhàn)斗機(jī)及戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)的控制系統(tǒng)使用的無線電通信系統(tǒng)與數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)、控制防空導(dǎo)彈的指揮無線電鏈路、精確無線電導(dǎo)航系統(tǒng)和電子情報系統(tǒng),以及控制防空兵力的自動化系統(tǒng)和武器系統(tǒng)等。由此可知,在電子戰(zhàn)條件下,我方和敵方電子戰(zhàn)手段的實施,將對飛機(jī)的敏感性水平產(chǎn)生必然的影響,進(jìn)行飛機(jī)敏感性分析和評價時,必須考慮電子戰(zhàn)因素帶來的影響,這也是電子戰(zhàn)條件下飛機(jī)生存力及敏感性分析與設(shè)計遇到的新問題。1.2飛機(jī)自身參數(shù)飛機(jī)的生存力是飛機(jī)躲避和抵抗人為敵對環(huán)境的能力。它的定量指標(biāo)可用在一定的敵對環(huán)境中,在具體的遭遇條件下,飛機(jī)以其自身的敏感性及易損性所能獲得的生存概率Ps來描述:Ps=1-PHPK/H=1-PDPTPLGHPK/H(1)式(1)中,PD、PT分別為飛機(jī)的被發(fā)現(xiàn)概率及被跟蹤概率,其數(shù)值除取決于敵方雷達(dá)的探測能力、飛機(jī)遭遇條件外,還取決于飛機(jī)自身的敏感性。PLGH為入射體(導(dǎo)彈、炮彈、激光束等)成功發(fā)射、制導(dǎo)(或瞄準(zhǔn))且擊中飛機(jī)的概率,其數(shù)值除取決于發(fā)射裝置的效能、制導(dǎo)精度(或瞄準(zhǔn)精度)外,也取決于飛機(jī)自身的敏感性。PK/H為飛機(jī)被擊中條件下的損毀概率,其數(shù)值取決于入射體的威力、引爆系統(tǒng)的效能和飛機(jī)自身的易損性。飛機(jī)的敏感性是飛機(jī)難以躲避雷達(dá)、導(dǎo)彈及火炮等一切人為敵對環(huán)境因素的能力,其水平取決于3個主要因素:環(huán)境、威脅和飛機(jī)自身。環(huán)境包括飛機(jī)與威脅遭遇時的自然環(huán)境、威脅部署、飛機(jī)飛行路線以及支援力量等;威脅的特征是威脅的尋的和攻擊性能;飛機(jī)的自身參數(shù)包括飛機(jī)的可探測性、干擾的使用、飛機(jī)性能等。在電子戰(zhàn)背景下,飛機(jī)敏感性的大小與電子干擾的效能也是密切相關(guān)的。飛機(jī)通過實施電子干擾、釋放誘餌或假目標(biāo)等手段,對抗敵方的雷達(dá)、導(dǎo)航及武器制導(dǎo)系統(tǒng),能夠有效減小飛機(jī)被發(fā)現(xiàn)、被跟蹤以及被擊中的概率,從而提高飛機(jī)的生存力和作戰(zhàn)效能。因此,除了傳統(tǒng)意義上以飛機(jī)的目標(biāo)特征(雷達(dá)散射截面、紅外輻射強(qiáng)度)為反映的敏感性以外,電子戰(zhàn)背景下的敏感性及其減縮技術(shù)也已成為重要的研究內(nèi)容。2電子干擾對飛機(jī)敏感的影響2.1跟蹤概率的影響因素為了便于定量化研究電子戰(zhàn)效能對飛機(jī)生存力的影響,首先需要明確在電子戰(zhàn)背景下飛機(jī)敏感性的影響因素,確定飛機(jī)敏感性量化評價指標(biāo)體系。根據(jù)式(1),飛機(jī)的敏感性可通過概率PH=PDPTPLGH表征,其中,發(fā)現(xiàn)概率PD取決于飛機(jī)的雷達(dá)散射截面積(RCS)、雷達(dá)系統(tǒng)特征參數(shù)(包括發(fā)射機(jī)功率、天線功率增益、工作波長、接收系統(tǒng)噪聲溫度、噪聲帶寬、作用距離、系統(tǒng)損耗因子、天線方向圖傳播因子等)、雷達(dá)與飛機(jī)的距離、大氣損耗因子;跟蹤概率PT取決于雷達(dá)系統(tǒng)和武器制導(dǎo)系統(tǒng)的測角、測距精度與制導(dǎo)精度;擊中概率PLGH則受攻擊武器的圓概率偏差和引信性能水平的影響。據(jù)此可知,雷達(dá)發(fā)現(xiàn)是引導(dǎo)武器跟蹤并擊中飛機(jī)的前提,且前者主要取決于雷達(dá)性能,后者主要取決于武器制導(dǎo)系統(tǒng)性能,本文把二者區(qū)分開來,將雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率和跟蹤與擊中概率作為評價飛機(jī)敏感性的兩個二級指標(biāo),然后考慮兩種指標(biāo)在電子戰(zhàn)條件下的各種取決因素(因素間互相獨立),從而確定飛機(jī)敏感性量化評價指標(biāo)層次體系如圖1所示。利用這一體系,可以基于層次分析等數(shù)學(xué)方法量化評價飛機(jī)在特定作戰(zhàn)背景下的敏感性水平。2.2陣風(fēng)下飛機(jī)回波信號分析無干擾時,飛機(jī)被雷達(dá)發(fā)現(xiàn)的概率是反映雷達(dá)諸特征參數(shù)間一種非線性關(guān)系的函數(shù):PD=F(y0,n0,S/N,t)(2)式(2)中,y0為雷達(dá)虛警時的檢測門限,n0為反映雷達(dá)掃描特性的函數(shù),S/N為雷達(dá)的信噪比,取決于雷達(dá)系統(tǒng)的各個特征常數(shù),t為積分時間。在有干擾的情況下,飛機(jī)被雷達(dá)發(fā)現(xiàn)的概率是考慮干信比(干擾信號與飛機(jī)回波信號的功率比值)的函數(shù):PD=F(y0,n0,S/(J+N),t)=F(y0,n0,(J/S+(S/N)-1)-1,t)(3)式(3)中,J/S為干信比。因為干擾的存在,致使飛機(jī)被雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率發(fā)生了變化。2.3干擾的實施標(biāo)準(zhǔn)武器系統(tǒng)將戰(zhàn)斗部射至或?qū)б两咏w機(jī)位置的能力,可以用入射體相對飛機(jī)的脫靶距離來衡量,雷達(dá)和火控/制導(dǎo)系統(tǒng)對目標(biāo)的跟蹤精度和對攻擊武器的制導(dǎo)精度最終影響到武器的脫靶距離。無干擾條件下,脫靶距離的標(biāo)準(zhǔn)差可表示為:σr=√(AR2+B)?(S/Ν)-1+C(4)σr=(AR2+B)?(S/N)?1+C????????????????????√(4)式(4)中,A=θ20.5k2mLm(frβn)?B=(150τ)2k2rLm(frβm),C=σ2g=(CEΡ/√2ln2)2A=θ20.5k2mLm(frβn)?B=(150τ)2k2rLm(frβm),C=σ2g=(CEP/2ln2????√)2。其中,θ0.5為半功率波束寬度,km為差波束歸一化斜率,fr為雷達(dá)脈沖重復(fù)頻率,βn為伺服系統(tǒng)等效噪聲帶寬,Lm為中頻響應(yīng)匹配損失,τ為雷達(dá)發(fā)射信號脈沖寬度,βm為測距回路等效噪聲帶寬,kr為測距機(jī)的歸一化斜率,CEP為導(dǎo)彈的圓概率偏差,R為雷達(dá)距目標(biāo)的距離。若對跟蹤雷達(dá)實施干擾,脫靶距離的標(biāo)準(zhǔn)差變?yōu)?σr=√(AR2+B)?(S/(J+Ν))-1+C=√(AR2+B)?(J/S+(S/Ν)-1)+C(5)σr=(AR2+B)?(S/(J+N))?1+C?????????????????????????√=(AR2+B)?(J/S+(S/N)?1)+C???????????????????????????√(5)假設(shè)脫靶距離的均值為零,則飛機(jī)被跟蹤并被擊中的概率PH取決于脫靶距離的分布函數(shù)ρ=φ(x,y,z,σr)和擊中函數(shù)H=ζ(x,y,z)(表示入射體撞擊或貫穿截?fù)羝矫嫔系囊稽c(x,y,z)時目標(biāo)被擊中的概率):PH=∫+∞-∞+∞?∞∫+∞-∞(ρ·H)dxdydz(6)由此可見,干擾的實施對飛機(jī)被跟蹤/擊中的概率也有很大影響。從而根據(jù)敏感性量化評價體系可知,實施電子干擾,最終將影響到飛機(jī)的敏感性水平。2.4干擾效能因子根據(jù)以上分析可知,電子干擾對飛機(jī)的敏感性有重要影響作用。干擾的實施,使飛機(jī)同樣能夠達(dá)到敏感性減縮的效果。理論和算例研究表明,對敵方空防系統(tǒng)實施電子干擾,可以降低飛機(jī)被探測的概率,縮短截?fù)魴C(jī)對飛機(jī)的最遠(yuǎn)攔截距離,降低地空導(dǎo)彈對飛機(jī)的射擊精度(增大導(dǎo)彈脫靶量)。在縮小飛機(jī)雷達(dá)散射截面的同時,對敵方空防系統(tǒng)實施電子干擾可以顯著提高飛機(jī)的生存力。干信比作為雷達(dá)探測概率和脫靶距離誤差函數(shù)的重要影響指標(biāo),說明了電子干擾的效能決定了其對飛機(jī)敏感性影響的程度。本文以式(5)中干信比J/S為參量,研究了在雷達(dá)不同信噪比下干擾效能對導(dǎo)彈脫靶距離標(biāo)準(zhǔn)差的影響。算例采用參數(shù)如表1所示。算例表明,干信比越大,導(dǎo)彈的脫靶距離標(biāo)準(zhǔn)差越大,如圖2所示,說明了跟蹤雷達(dá)的測角、測距誤差隨干擾效能的增加而增大。同時,雷達(dá)信噪比越小,制導(dǎo)導(dǎo)彈的脫靶距離標(biāo)準(zhǔn)差越大,這也是符合客觀規(guī)律的。同樣的方法可以驗證,干信比越大,飛機(jī)被雷達(dá)發(fā)現(xiàn)的概率越小。由此可見,防空雷達(dá)的抗干擾能力越低,或?qū)嵤╇娮痈蓴_的效能越高,飛機(jī)的生存概率就越大。電子戰(zhàn)措施的效能大小產(chǎn)生了對飛機(jī)敏感性的不同影響程度,據(jù)此,本文引入干擾效能因子的概念,以其作為反映電子干擾措施對飛機(jī)敏感性的影響因子,從敏感性分析的角度來看,無論采取的是何種增長或減縮敏感性的電子戰(zhàn)手段,都可以通過確定該因子來直接評價干擾對敏感性的影響。在本例中,可將干信比J/S看作一種干擾效能因子,根據(jù)上面的分析方法,可以得出不同信噪比下該因子對飛機(jī)敏感性的影響程度。在分析特定干擾對飛機(jī)敏感性的影響時,無論飛機(jī)或支援機(jī)采用何種干擾類型,只要能夠確定干擾信號功率和飛機(jī)回波信號功率的比值,便可以得出這一干擾對雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率和武器跟蹤/擊中概率的影響程度,從而能夠明確干擾的實施對飛機(jī)敏感性減縮的貢獻(xiàn)度。3s減縮技術(shù)的特征飛機(jī)在電子戰(zhàn)條件下,要提高生存力,除了采用飛機(jī)隱身設(shè)計層面上的RCS減縮技術(shù)外,還必須通過實施干擾對抗等電子戰(zhàn)措施降低自身的敏感性。電子戰(zhàn)作戰(zhàn)行動的方法從本質(zhì)上可分為進(jìn)攻性和防御性。對戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)飛機(jī)而言,電子戰(zhàn)包括對地面雷達(dá)、防空戰(zhàn)斗機(jī)尋的系統(tǒng)及武器系統(tǒng)的壓制和欺騙:1機(jī)動戰(zhàn)術(shù)現(xiàn)代化實施進(jìn)攻的目的是對敵方各種軍用雷達(dá)實施主動的、壓制性干擾和欺騙,以降低或削弱敵雷達(dá)的作戰(zhàn)效能,掩護(hù)己方兵力、兵器,完成進(jìn)攻或防御作戰(zhàn)任務(wù)。其主要手段包括:(1)使用電子對抗支援機(jī),對敵方地面防空雷達(dá)接收機(jī)實施壓制性有源干擾、無源干擾;(2)使用支援機(jī)或干擾吊艙等對敵方防空戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)載雷達(dá)、通信及無線電導(dǎo)航系統(tǒng)實施干擾;(3)進(jìn)行密集戰(zhàn)術(shù)編隊、施放誘餌或假目標(biāo)等對敵方電子情報系統(tǒng)進(jìn)行主動欺騙或干擾。2進(jìn)攻和防御的防御技術(shù)進(jìn)行防御的目的是削弱敵方進(jìn)攻性電子戰(zhàn)對我方作戰(zhàn)系統(tǒng)的破壞性,達(dá)到保護(hù)己方作戰(zhàn)系統(tǒng)和戰(zhàn)斗力的目的。其主要手段包括:(1)提高隱身能力,釋放誘餌或假目標(biāo)欺騙雷達(dá),防御敵方地面和機(jī)載雷達(dá)尋的系統(tǒng)的探測;(2)減少雷達(dá)不必要開機(jī)時間,提高雷達(dá)快速反應(yīng)能力,以有效防御敵方的進(jìn)攻性電子干擾;(3)提高電子系統(tǒng)智能水平,有效識別敵方的假目標(biāo)或誘餌對我機(jī)制導(dǎo)系統(tǒng)和機(jī)載武器的誘騙;(4)使用干擾吊艙、施放紅外誘餌等對來襲導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)和電子引信實施欺騙和干擾。(5)提高干擾威脅告警系統(tǒng)性能和規(guī)避能力。進(jìn)攻和防御是相輔相成的,即在拿“矛”攻擊敵方的“盾”的同時,又要用“盾”御敵方的“矛”。進(jìn)攻和防御的效能都直接影響著飛機(jī)敏感性減縮的效果。4干擾效能因子文中通過對飛機(jī)敏感性的分析,綜合考慮直接或間接對飛機(jī)敏感性產(chǎn)生影響的電子戰(zhàn)因素,建立了飛機(jī)敏感性指標(biāo)層次體系,從而為量化評價飛機(jī)在電子戰(zhàn)背景下的敏感性水平提供了