双基地雷达在抗反辐射武器系统中的应用分析精.docx

1、双基地雷达在抗反辐射武器系统中的应用分析精第 31卷 第 3期 指挥控制与仿真 V ol.31 No.3 2009年 6月 Command Control & Simulation Jun.2009 文章编号:1673-3819(200903-0035-04双基地雷达在抗反辐射武器系统中的应用分析 何晓卒,刘昌锦(解放军炮兵学院,安徽 合肥 230031摘 要:针对当前雷达系统受反辐射武器系统的威胁越来越严重的问题,分析了双基地雷达在现代防御体系中抗 反辐射武器系统的优势及主要技术,并提出了采用合理布置双基地雷达收发基地对 ARM 加以对抗的措施。通过 模拟计算得出收发基地经过合理布置后的双基

2、地雷达,受 ARM 的杀伤概率会降至 0.13,这充分说明了双基地雷 达在未来军事斗争中有着显而易见的作用及可观的发展前景。关键词:双基地雷达;反辐射武器;抗打击中图分类号:TN953 文献标识码:AThe applied analysis of Bistatic Radar in the countermeasuresystem of Anti-Radiation WeaponHE Xiao-zu, LIU Chang-jin(Artillery Academy of PLA, Hefei 230031, ChinaAbstract: Nowadays, the radar system i

3、s meeting more and more serious threats from anti-radiation weapon system. This paper analyzes the primary countermeasure technology advantages of anti-radiation weapon and bistatic radar in modern defense system in brief, and puts forward corresponding methods of arranging receiving and radiating b

4、ases properly. According to the calculation and emulation, the result is that the rate of killing lows to 0.13 by arranging the bases properly. It shows the importance of bistatic radar and the perfect foreground in the future military conflict.Key words: bistatic radar; anti-radiation weapon; anti-

5、attack在现代战争中,雷达构成了侦察、监视和 C 4I 系 统的重要环节,发挥着至关重要的作用。因此雷达也 成了现代高技术战争中敌方袭击的首要目标,而雷达 系统是否能承受敌方打击并生存下来,已经成为防御 体系是否有效并可能决定战争胜败的关键因素。在电 磁环境日趋复杂的情况下,进攻性武器单靠电子干扰 的软杀伤手段, 已难以摆脱雷达的 “ 跟踪盯梢 ” 。 因此, 许多国家加紧发展摧毁雷达的硬杀伤武器 反辐射 武器。利用雷达的电磁辐射,反辐射武器对雷达进行 寻找、跟踪直至摧毁,对雷达的生存构成了严重的威 胁,人们积极探讨各种对策,结果发现了双基地雷达 的潜在优势,它能大大提高雷达在反辐射武器打

6、击下 的生存能力, 在对抗反辐射武器中更是有其独到之处。1 双基地雷达的概念一般的雷达是单基地的,即发射机和接收机安装 在一起,且通常共用一个天线(如图 1所示。而双 基地雷达是将发射机和接收机分别安装在相距很远的 两个站址上的雷达系统(如图 2所示。双基地雷达的结构与单基地雷达相比较为复杂, 双基地雷达系统的探测范围与系统的几何配置关系极 其密切。为了完成对目标的定位,它们除了具有一般 单基地雷达的收、发和信号处理功能之外,还需用数 字波束形成技术和脉冲追赶式扫描方法解、数据链和收稿日期:2008-10-04 修回日期:2008-11-26 作者简介:何晓卒(1982-,男,江苏昆山人,硕士

7、研究 生,研究方向为通信与信息系统。刘昌锦(1957-,男,教授,硕士生导师。 原子钟解决收、 发之间的空间、 时间和相位的 “ 三大同 步 ” 问题。 可以说, 双基地雷达是现代各种高技术的综 合系统,它采用了雷达、通信、导航、电子对抗和数 字计算机等方面的先进技术。2 双基地雷达抗反辐射武器措施分析 2.1 在抗反辐射武器中的优势反辐射武器打击雷达时是破坏力很强的 “ 硬杀 伤 ” , 除了摧毁雷达阵地外, 它还能杀伤雷达操作人员, 迫使对方重新装备或长时间维修,使雷达在作战中不 36 何晓卒, 等:双基地雷达在抗反辐射武器系统中的应用分析 第 31卷能有效地发挥作用,从而使防空武器和其他

8、有关武器 失效。由此看出,雷达在反辐射武器打击下的生存能 力十分重要。下面具体分析一下双基地雷达在抗反辐 射武器中的优势、采用的主要技术及对抗方法。 考虑到反辐射导弹(ARM 的局限性,双基地雷 达具有明显的抗 ARM 优势。反辐射导弹是通过跟踪 雷达发射的电磁波束进行制导而摧毁雷达系统的,双 基地雷达使用两个分离基地,发射站与接收站分开设 置,其中在战区前沿的接收站是无源的,处在极为隐 蔽的地方,它受到敌方电子侦察的概率几乎为零,反 辐射导弹只能追踪和攻击发射站。如果我们能够合理 配置发射站,就可以避免反辐射导弹的攻击,增强防 御系统的抗摧毁能力。目前尚无数学公式或通用的标准来评判 ARM

9、的 作战效能和雷达抗 ARM 能力。我们仍用概率的观点 来讨论单、双基地雷达与 ARM 对抗中各方面所处的 优势。设 ARM 对雷达攻击的成功率为 1 321=ARM (1 式中, 1为 ARM 或其平台对雷达侦察的概率。因为 无论采用何种作战模式,总要对雷达侦察、识别之后 才决定是否进行攻击。经证实,对单基地雷达有 8. 01,而对双基地雷达 10.42; 2为 ARM 实 施攻击的概率, 一般 ARM 首先攻击威胁最大的目标, 制导、火控雷达受攻击的概率比警戒雷达概率大。根 据经验,单基地雷达受攻击概率 20.85,而经部署的双基地雷达, ARM 实施攻击的概率 20.8; 3为 ARM

10、的命中概率。 在近距离上 ARM 对一般的单基地雷达命中概率可达 1,而采取保护措施的雷达,其命 中概率将大为降低。 对双基地雷达, 因发射机在后方, ARM 在攻击过程中就遭到拦截, 其命中概率更低。 我 们设 ARM 对单基地雷达有 30.8, 而对双基地雷达有 3 0.6。 根据以上讨论, ARM 对单基地雷达的攻击成功率 为 ARM =0.800.850.8=0.55; ARM 对同等技术水 平的双基地雷达的攻击成功率为 ARM =0.40.80.6=0.26。可见,双基地雷达在和反辐射导弹对抗中,其生 存概率要比单基地雷达强一倍。另外,在遭到 ARM 攻击后单、双基地雷达所受 的损失

11、也是不一样的。 因为单基地雷达收、 发在一起, 而且它距指挥中心和战斗单位也不可能太远,一旦被 击中,受损失的不仅是一副天线,可能导致整个防空 阵地瘫痪,而双基地雷达情况就大不相同,因为发射 机远离接收机地和战斗阵地,被击中时只损失一部发 射机,双基地接收机还可转换到利用另外发射机继续 工作。虽然我们所作的分析是概念性的,但可肯定地作 出结论:双基地雷达与同等技术水平的单基地雷达相 比,在抗 ARM 方面有明显的优势,它在未来战争中 将具有更好的生存能力和系统冗余度。2.2 合理布置双基地雷达收发基地在抗 ARM 中的措 施分析针对反辐射武器所存在的局限性以及双基地雷达 所具有的优势,我们具体

12、地分析一下合理布置双基地 雷达收发基地在抗 ARM 中的措施。双基地雷达区别于单基地雷达最显著的特征就是 收发基地能够分开布置,这也是双基地雷达较单基地 雷达在抗 ARM 中优势所在。通过合理地布置雷达的 收发基地,能有效地提高雷达的生存能力。在满足双 基地雷达的几何关系的同时,将双基地雷达的接收机 尽可能布置于战地前沿,这样就能充分发挥出双基地 雷达探测较远超低空目标的优势,根据反辐射导弹从 载机发射出并以较高的径向速度(可达 3m 及以上 指向雷达站的特点,采用多普勒成像等手段,识别出 反辐射导弹的回波或图像, 及早发现来袭的 ARM , 延 长告警时间,在 ARM 未能攻击到雷达发射机之

13、前, 引导硬杀伤性武器将其在中途拦截,从而有效地保护 雷达的发射机,如图 3所示。双基地雷达是以收发分置为其本质特征,它的特 点都是由于该系统的几何结构引起的,能否合理布置 收发基地, 有效地抗击 ARM , 就要清楚双基地雷达的 几何结构(如图 4所示及方程。用类似于单基地雷达方程的推导方法,可以得到 双基地雷达方程 3:min322max4(R B R T T R T P G G P R R = (2 图 3 硬毁伤拦截示意图ARM 硬杀伤摧毁 图 4 双基地雷达几何结构XT X R 目标第 3期 指挥控制与仿真 37与单基地雷达一样,有min R P =min /(N S B kT n

14、S (3考虑方向图传播因子和损耗因子的影响后,双基 地雷达方程变为RT n S RTB R T T R T L L N S B kT FF G G P R R min 32222max /( 4( ( (=(4 式中, T P 为发射基地的发射机输出的功率; T G 为发 射天线的功率增益; T R 为发射基地至目标的距离; R G 为接收基地天线的功率增益; R R 为目标至接收基地的 距离; 为雷达的工作波长; (B 为目标的双基地 雷达截面积; min R P 为接收基地接收机的最小可检测信 号功率; k 波耳为兹曼常数 /1038. 1(23Ws ; S T 为接收机的噪声温度; n

15、B 接为收机检波器前的噪声带 宽; min /(N S 为正常检测时接收机输入端所需的最小信噪比; T F 为发射方向图传播因子; R F 为接收方向 图传播因子; T L 为发射损耗; R L 为接收损耗。 与单基地雷达不同,双基地雷达在探测目标(包 括 ARM 得到的是距离乘积(R T R R 的最大值,而 并非单基地情况下的最大距离 max (M R ,(R T R R 取 得最大值并不意味着某个值可以很小而另一个值可以 很大。实际上的(R T R R 允许值会受到双基地雷达 三角形基本几何关系上的限制,即L R T R R R L R T R R R + (5在对空情报的通常运用中,收

16、发站的配置还应符合基线半径小于双基地雷达常数 a 的关系, a 为雷达 参数与雷达截面积 (B 值的综合。此时,平面探测 范围是接近椭圆状的 Cassini 卵形线(如图 5所示。至于空间探测范围,理论上说应是卵形线以基线 为轴的旋转体,这是未考虑接收与发射空间匹配,并 把接收天线与发射天线都看成是全向性的情况。 此外,双基地雷达较单基地雷达而言,在前向散 射区(即双基地角 135 180的雷达截面积(B 明显增大,对于探测象 ARM 一样的点目标更能发挥出其优势。因此,在布置双基地雷达的收发基地时要考虑上述几个主要因素,进行合理搭配布置,尽可能做到对ARM 告警时间早、安全性能好、覆盖范围广

17、等。2.3 示例分析针对双基地雷达的收发基地经合理布置后在对抗ARM 优势所在, 现以某海岸为例模拟布置双基地雷达进行警戒探测,对抗 ARM 的情况,如图 6所示。将双基地雷达的接收机布置在前沿海岸,在满足双基地雷达几何及能量关系的情况下,将发射机布置在远离前沿后方约 100km 处。 假设来袭敌机为一架 A型战机, 发射一枚第三代 B 型高速反辐射导弹预攻击我雷达发射机。 根据资料, A 型战机的飞行速度 机 V 2马赫,发射反辐射导弹时设飞行高度 10km h ,在此 高度上 B 型反辐射导弹的最大射程为 80km ,飞行速 度 弹 V 3马赫, 接收机最远探测距离 30km r , 接收

18、 机从发现到检测出敌战机的反应时间为 10s, 敌机发射ARM 后我方也要 10s 才能检测出 ARM 进行告警, 通过组网技术及传感器数据融合技术应用后,从接收机 检测出目标到告警第一、第二、第三火力摧毁区的时 间分别只需 3s 、 6s 、 9s 。 ARM 的飞行轨迹为直线指向 雷达发射站(如图 5所示,是正向多普勒频率 4-5。 设敌用 B 型反辐射导弹攻击我雷达发射站的距离 约为 60km ,敌 A 型战机势必只能在进入我方接收机 纵深 40km 时才能发射反辐射导弹攻击我方发射站, 在这 40km 处我方将之设为第一火力摧毁区,设置地 对空导弹拦截进入该区的战机;在第一火力摧毁区后

19、 30km 为第二火力摧毁区, 在该区内设置高能激光武器 用以拦截第一火力摧毁区未能摧毁战机而发射的反辐 射导弹;在第二火力摧毁区后至接收机 30km 为第三 火力摧毁区,在该区内设置密集阵火炮及高重频脉冲 激光武器用以拦截第二火力摧毁区未能摧毁的反辐射 导弹。 敌机从被检测出到进入第一火力摧毁区的时间11032s t = (6图 5 Cassini 卵形线最大 距离 Cassini 卵形线38 何晓卒, 等:双基地雷达在抗反辐射武器系统中的应用分析 第 31卷 敌机经过第一火力摧毁区的所需的时间为s t 6033421000402= (7从接收机检测出敌机到告警第一火力摧毁区的告 警时间为

20、3s, 第一火力摧毁区的地对空导弹系统做好 攻击准备的反应时间约为 30s 。这说明只要敌机进入 第一火力摧毁区 1s 后, 我地对空导弹就可对其进行拦 截,拦截时间约为 59s, 飞机的被击毁概率 1P 0.4。 若敌机在第一火力摧毁区未被摧毁,发射反辐射 导弹通过第二火力摧毁区所需的时间为330s 23334t = (8 从接收机检测出敌机到告警第二火力摧毁区的告 警时间为 6s, 从敌机发射 ARM 后我方要 10s 才能检测 出 ARM , 第二火力摧毁区的高能激光武器系统 (在反 辐射导弹对抗系统中 , 可供使用的主要是氟化氚化学 激光器等做好攻击准备的反应时间也约为 30s 。这

21、说明只要敌机一发射反辐射导弹进入第二火力摧毁 区,我高能激光武器只要在一检测出敌 ARM 后就可 对其进行拦截, 除去检测时间, 拦截时间约为 20s, 导弹的被击毁概率 2P 0.4。若反辐射导弹在第二火力摧毁区未被摧毁,通过 第三火力摧毁区射向发射机所需的时间是4330s t t = (9 从接收机检测出敌机的第一时间告警第三火力摧 毁区的告警时间为 9s ,第三火力摧毁区的密集阵火炮 (密集阵系统发射的炮弹形成一个扇面,足以拦截来 袭的反辐射导弹及高重频脉冲激光武器(高重频脉 冲激光是将反辐射导弹的激光近炸引信提前引爆就 做好拦截准备,准备时间为 30s 。那样的话我方一检 测出敌 AR

22、M , 告警第三火力摧毁区的告警时间为 3s , 密集阵火炮可在反辐射导弹进入第三火力摧毁区前 5s 就布置好火力网对其进行拦截,高重频脉冲激光在反辐射导弹一进入第三火力摧毁区就对其进行拦截,拦 截 时 间 都 约 为 30s , 导 弹 的 被 击 毁 概 率 12P 0.60.6=0.64。综上,双基地雷达发射机被杀伤概率为(123111P P P P i i 杀伤 =0.13 (10由此例可以看出,通过合理布置双基地雷达的收发基地,经过多个阶段的有效防御后,在受反辐射导 弹打击下的双基地雷达发射机的生存能力得到很大提 高, 被杀伤概率明显降低, 若再配合发射机处的诱骗、 机动、干扰等技术

23、的话,雷达的抗摧毁能力将得到进 一步提高。3 结束语目前,反辐射导弹(ARM 已成为雷达生存的最 大威胁之一,随着反辐射导弹技术的发展,要对其进 行对抗的难度将越来越大。经过本文分析与验证,双 基地雷达在其抗反辐射摧毁方面与单基地雷达相比有 着明显的优势。通过双基地雷达收发基地的合理布置 及多阶段的有效防御,雷达受 ARM 的杀伤概率大大 降低, 生存能力大大提高。 相信在未来的军事斗争中, 双(多基地雷达将越来越广泛地被运用并发挥出重 要作用。参考文献:1 邵国培 , 刘湘伟 , 曹志耀 , 等 . 电子对抗作战效能分析 M.解放军出版社 ,1998.2 杨振起 , 张永顺 , 骆永军 . 双 (多 基地雷达系统 M.北京 :国防工业出版社 ,1998.3 丁鹭飞 . 双(多 基地雷达体制及其展望 J.系统工程与电子技术 ,1988(1:7-11.4 文树梁 . 一种基于神经网络的识别反辐射导弹方法 J.系统工程与电子技术 ,1996(9:12-19.5 文 树 梁 . 识 别 反 辐 射 导 弹 技 术 探 讨 J.电 子 对 抗 ,1994(3:17-23.图 6 双基地雷达布防示意图