1.2　电子战相关的主要武器系统

各国及其盟国的军队通常至少由三个军种组成：陆军、海军和空军（在本书中，将海军陆战队归到海军），它们分别承担国家/联盟不同的领土防御任务以及与敌方进行战争活动等任务。在执行任务过程中，它们各自拥有大量不同的平台（飞机、舰船、坦克、装甲车以及士兵），平台中装备的各种武器系统，如弹药、枪炮和导弹，其任务是摧毁敌方资源（设施）。

摧毁敌方资源（设施）最好是在远距离完成，以防止对己方设施造成损害：距离越远，己方资源（设施）的安全性越高，因为这降低了敌方有效反击的概率。目前对现代武器的设想是在更远的距离以更快的速度打击目标，从而缩短敌方有效防御的反应时间，提高武器攻击的成功概率。武器系统需要足够高的瞄准精度，这一需求通过远程探测和准确跟踪目标的电磁传感器（和电子设备）得以满足，从而使炸弹、火炮、导弹能够对目标实施精确打击和引导。各种空对地打击武器的作用距离［2］的示意图见图1.2。

空军的任务是确保关注区域上的空中/太空优势以及重要领土防空。这些任务是通过综合防空系统（IADS）完成的。它由大量资源（设施）构成，包括：

●防空系统，由地面与机载预警雷达、地空导弹（SAM）的指挥控制中心以及要地与机场防空高炮（AAA）组成；

●制空（或防空）战斗机；

●突防/攻击飞机；

●各种类型无人机（UAV）。

电子战的目的是控制电磁频谱，使己方部队获得优势并对敌传感器实施压制，通过对敌方传感器定位以及采取行动降低其性能，通过放大敌方的问题并限制、削弱其相关武器系统效能（即杀伤概率）实现。

下面简要介绍主要武器系统的工作原理。其驱动传感器的工作及其局限将在第2章中详细讨论。

各国武装部队所采用的主要武器系统类型如下：

（1）地面/舰载或机载预警监视系统。预警系统由各种远程（超过400 km）监视雷达组成，主要工作在较低的雷达频段（100～3500 MHz）。

（2）各种类型的导弹系统，包括：

●地对空导弹；

●空对空导弹；

●反舰导弹或对付地面高价值目标的导弹，它们从空中发射（ASM）或从地面/水面发射（SSM）。

上述导弹均可用雷达或红外寻的器制导，并且在相应攻击距离上实施攻击，攻击距离是指从导弹发射平台到导弹攻击点的距离。红外制导导弹通常比雷达制导导弹的作用距离更短。反舰导弹主要采用雷达制导，但有些为复合制导（雷达+红外）。其他类型导弹包括：

●反坦克系统，主要采用有线制导或红外激光制导，有些由毫米波（MMW）制导；

●反辐射导弹（ARM）；

●弹道导弹（末制导采用红外导引头），攻击能力类型如图1.3所示。

各种导弹类型的典型作用距离如图1.4所示。

（3）火炮系统，如雷达制导防高射炮（AAA）。

（4）打击坦克或建筑物用的精确制导弹药，由光学/红外跟踪器与激光测距仪制导的炮弹构成。

（5）通信网络，是所有军事行动的干线，为C2提供战斗态势信息并处理C2下发的各项指令。

1.2.1　火炮系统

火炮系统一般由各种口径的枪炮构成，受火控系统（FCS）命令的指挥，可对固定和移动目标进行射击。火控系统根据目标参数、弹道与枪炮参数、气象条件计算出达到目标的射弹弹道。

对于飞机等移动目标，防空高射炮火控系统装有跟踪雷达，在该雷达收到监视雷达发出的2D数据（射程和方位）后，对指定目标进行俯仰探测搜索。一旦截获到目标，跟踪雷达就连续为火控系统提供精确的3D（射程、方位与俯仰）目标坐标，并通过该数据确定目标的运动数据。通过这些数据和对目标弹道的推断，确定出火炮射击对目标的拦截点，如图1.5所示。

为了达到所需的杀伤概率，必须发射多枚炮弹。在射击过程中，跟踪雷达测量炮弹对飞机的脱靶距离，使火控系统能够校正炮弹的瞄准点和所计算的炮弹弹道。为判断攻击是否成功，跟踪雷达还将提供对目标交战的毁伤评估。

防空高射炮的杀伤概率主要取决于跟踪雷达所提供的目标的运动数据和弹道数据的测量精度，在某种程度上还取决于炮弹的杀伤半径。

1.2.2　导弹系统

当对目标的运动数据和弹道的测量都很准确时（尤其是目标处于非机动状态时），并且弹道飞行时间很短时，火炮系统在近程上是相当有效的。对于远距离的情况，弹道飞行时间长，目标有机会机动，经过适度的机动就会使计算的拦截点变得无效。

通过两类导弹可增加拦截点的距离：一是使用惯性制导或GPS制导来攻击固定位置目标的导弹（弹道导弹和地形匹配制导导弹）；二是通过制导对移动目标（即使在交战期间这些目标处于机动状态）实施攻击的导弹，即制导导弹。

根据制导方式不同，制导导弹可分为两类：指令制导导弹或导引头制导导弹。实际上，导弹可通过跟踪目标或导弹的远程传感器（雷达、红外或光电探头）实现指令制导或导弹内部传感器（称为“导引头”）的指令制导跟踪目标。

制导导弹［3］一般包括以下设备：

●接收机：解调远程传感器发来的指令数据；或导引头（雷达、红外或光电探头）：封装在顶段天线罩/红外罩内，可跟踪目标并形成发往制导系统的指令信号。

●弹头：含有摧毁目标的爆炸物。爆炸物一般使用近炸引信触发，从而使处于弹头杀伤半径内的所有目标都会被击中。

●制导系统或自动导航系统：将导引头发来的指令信号转换为操纵舵方位，从而引导导弹指向目标拦截点。

●引擎：由推进装置推动，为导弹提供动力并提供导引头与制导系统所需的电源。导弹结构和导弹导引头/制导系统的工作示意图如图1.6所示。

导弹武器系统包含有搜索雷达，如果是地面或舰载导弹系统，它将向C2上报相关信息；如果是机载导弹系统，它要向主控计算机上报信息，用于评估威胁并引导跟踪雷达以及相关导弹发射装置，导弹发射装置一般能够快速按序发射多枚导弹。

导弹系统类型多样，包括攻击敌方固定位置的超远程弹道导弹和远程巡航导弹系统、防御较大范围（包括地面和海面）的局域中远程（50～150 km）导弹系统，以及防御/攻击高价值目标（如舰船、机场、军事地面设施）的中近程（5～50 km）战场导弹系统。

导弹可采用多种制导系统，从近程指令制导和驾束制导系统到中远程的半主动/主动寻的导弹。超远程和远程导弹系统通常只在末端采用主动寻的制导，在其余飞行过程中则通过惯性制导、卫星导航系统制导或地形数据匹配制导。

指令导弹由地面/舰载导弹武器系统的指令链路发射的指令进行制导，这些武器系统装有两种跟踪雷达：目标跟踪雷达（TTR）和导弹跟踪雷达（MTR）。导弹一般提供有信标，以便导弹跟踪雷达进行跟踪。两种跟踪雷达由一个通用指挥控制中心管理，它评估从跟踪雷达得到的数据并计算出指令发送给导弹。使用两部独立的跟踪雷达可确保为导弹选定最佳的拦截弹道。指令制导中有一个跟踪器对目标和导弹进行跟踪。这种情况叫做指令视线制导（CLOS），导弹必须始终保持在瞄准目标的雷达波束内。

由于角目标跟踪精度σθ是雷达波束宽度θB的一部分（通常σθ = 0.01θB～0.05θB），假定导弹飞行对准了雷达的视线，那么导弹对目标的脱靶距离md随着目标与跟踪雷达的距离R增加而加大，即md = Rσθ。因此，指令导弹通常在近程时使用。这些系统的优势在于该导弹简单并且地面/舰船上采用的跟踪雷达有效辐射功率（ERP）高，能提供良好的ECCM特征。

驾束导弹上有一部弹载接收机，可感知导弹是否对准了跟踪雷达的视线，向导弹制导系统提供该数据以控制导弹保持在波束内。如图1.7所示，该导弹在打击的末端，即使在目标没有机动的情况下，也要沿着一个需要大的加速度的弹道。这种导弹制导类型大多用于攻击慢速的非机动目标，因为这只要求较小的加速度。

半主动寻的导弹装有射频导引头。当高功率的连续波（CW）或间断的连续波（ICW）跟踪雷达照射到目标时，射频导引头的接收机能够对目标的散射信号进行角度跟踪。该类导弹的优势在于不需要费用高昂的弹载发射机。这种类型的导弹类似于有源脉冲多普勒（PD）导弹，具有通过多普勒频率信号处理区分目标和杂波物的能力。角跟踪信号在非常窄的带宽内（1 kHz的量级，因此也可实现较高的接收机灵敏度），其中频位于闭合速度νc 相关的多普勒频率，其中，λ是传输波长，νt和νm分别是目标与导弹沿目标—导弹连线的速度投影，如图1.8所示。

在打击末端，导弹角跟踪精度不再取决于与跟踪/照射雷达的距离，因为导引头已接近目标，导弹不再需要驻留在照射波束内，因此导弹可采用比例导引，如图1.9所示。

导弹朝预测的拦截点发射，同时导引头天线对目标进行跟踪。参见图1.7，导弹已经确定目标，也定义了角度参数。通过该图，可证明导弹速度矢量的校准指令（因为导弹以匀速度νm飞行时，只有一个横向加速度alm）只能通过其旋转率dγ/dt发生作用，该旋转率与测得的导引头视线的旋转率dα/dt成正比，这个选定的导航常数（无量纲）N=k（νt/νm ）。其中，νt为目标速度，k为常数（通常假定在2和4之间）。

由于横向加速度可采用上述方程式表示，可得出

这意味着施加给导弹的模向加速度与目标横向加速度alt成正比。采用该制导方式，在拦截匀速航行的飞行目标时，不会对导弹施加横向加速度。因此，导弹的全部加速度只在目标规避机动时施加在导弹上。该功能使导弹具有更远的拦截距离，同时在打击末端有一个合理的剩余加速度。

半主动导弹系统非常有效，是中远程地空导弹的主要构成。该制导方式的主要不足是在导弹全程飞行过程内始终要求对目标进行照射，这在空空交战中是非常危险的，因为发射平台必须保持接近目标，从而有可能被敌机攻击。

1.2.3　主动寻的导弹

主动寻的导弹的导引头是一个完整的跟踪雷达，也就是说，它具有发射机，可自主确定目标，无需发射平台的协助。因此，这种导弹被称为“发射后不管”的导弹。

中远程主动寻的导弹具有双重制导系统：目标飞行初期中使用惯性制导或指令制导，当距离目标一定位置时，转换为主动寻的比例导引。

由于需要发射机，所以该类型导弹成本较高。

导弹跟踪系统

为了以合理的成本改进中远程的性能，通过导弹跟踪（TVM）的系统［1］采用指令与半主动导弹混合制导。

这类系统需要地面照射器和安装在导弹上的半主动雷达传感器。但是，角跟踪数据不能在导弹内进行处理，需通过下行链路发送给地面发射平台上功能强大的中央处理器。目标与导弹的弹道数据在中央处理器内进行处理，然后通过上行链路将精确的制导指令发送给导弹。

现代系统采用基于相控阵技术的多功能雷达（“爱国者”“主动防空导弹系统”等），对于半主动和TVM（借助于ICW照射器）、主动寻的导引头或指令制导导弹，无论哪种类型的导弹，均可为导弹提供同时攻击多目标的能力。装有相控阵火控雷达的导弹系统可在分时模式下同时发射和跟踪多枚导弹以对抗多个不同的目标。如果是半主动和TVM制导，相控阵火控雷达采用间断的连续波（ICW）方式照射目标，在照射目标的同时，实现对目标和导弹的跟踪。该武器系统如图1.10所示。

1.2.4　无源红外制导导弹

无源红外制导导弹含有红外导引头，可自动跟踪目标的热辐射信号，并在接近目标时向比例导引系统发送指令。它们也属于“发射后不管”导弹。

由于具备高机动性（因为质量轻）加上在高空时的传播衰减较低，该类型导弹被大量用作中程空空导弹；在低空时传播衰减较高，用作近程地空导弹使用。这些导弹通常为便携式和肩射式（一般称为单兵便携式防空导弹，MANPAD），用于保护地面部队和装甲车辆（在当前时期，也被恐怖分子所用）。

有关各种红外导引头的内容在第2章2.6节有深入的讨论。

1.2.5　掠海导弹

掠海导弹为主动寻的导弹，在海面上低空飞行，如同掠过海面一样，专门用于攻击舰船。掠海导弹可从飞机、舰船、沿海阵地远程发射，通常装有双制导系统（巡航阶段的惯性制导和末端的主动目标寻的），并且带有测高仪，可保持高度恒定。海上的导弹攻击示意图如图1.11所示。

对于掠海导弹而言，对舰船目标攻击既存在困难也有优势。面临的困难是舰船的长度将产生较大的角度闪烁波动（见第2章2.3.8节），这要求通过鲁棒的角数据滤波进行平滑。其优势在于舰船的雷达横截面较大，提供了超过海杂波的大目标回波，导弹导引头在超杂波条件下［即在单个雷达脉冲内具备高信噪比（SMR）和信杂功率比（S/C）］作战。这些条件允许使用具有很窄脉宽的大载频脉间捷变雷达波形，这对舰载的电子对抗防御（在第6章的6.2节中讨论）提出了极大的挑战。

1.2.6　反辐射导弹

反辐射导弹（ARM）的无源导引头与小型宽带超外差电子侦察（ESM）接收机（见第3章3.4节）类似，能够监听并跟踪选定的地面雷达或通信源辐射的信号，并以很高的精度进行反辐射攻击。反辐射导弹通常为空对地导弹，由飞机携载，专门用于对敌防空压制（SEAD）。

反辐射导弹的导引头由机载ESM系统引导。ESM系统一旦监听、识别并定位了目标雷达，就为反辐射雷达提供辐射源数据并验证反辐射导弹是否锁定了辐射源。

发射后，反辐射导弹的导引头利用高精度相位测向天线（DF），从收到的辐射源信号计算出（采用有源寻的导弹类似的方法）角度指令，发送给制导系统，从而锁定目标雷达。

反辐射导弹可以说是典型的“发射后不管”导弹。从远距离发射后，就不需要从发射平台获得任何协助。很多反辐射导弹覆盖0.5～18 GHz的雷达波段。目标雷达可采用的保护措施是停止辐射（但这样也不能确保雷达能生存，因为导弹会基于所存储的坐标追踪该雷达）或激活附近的诱饵发射机发射出与目标雷达类似的波形。

表1.1列出了多种飞机特征，表1.2～表1.5列出了各种导弹特征。

1.2.7　战区弹道导弹

按传统说法，战区弹道导弹（TBM）是一种具备短程和中程打击距离的导弹，其典型射程为300～3500 km。

目前，专用反舰弹道导弹（ASBM）使用数量激增。这些导弹通过采用先进的上行链路技术，在飞行中段就可以不断修正目标位置信息，而且在其再入段弹头上还装有自主末制导导引头，因而对舰船，特别是高价值的远洋海军目标构成了直接威胁。虽然反舰弹道导弹所采用的技术水平较低，如末端导引头，通过下行链路将目标瞄准/弹道信息传送至与上行链路相连接的终端制导工作站，但它却代表了一种非常有效的威胁手段，尤其是在沿海作战条件下，反舰弹道导弹可以从海岸防护区发射，而上行链路控制站可能就坐落于被打击目标的瞄准线（ELOS）范围内。

弹道导弹一旦发射出去，通常易于探测和跟踪，但是其高超声速的末段飞行速度，对于防御性武器系统来说是面临的一个实际问题。

对弹道导弹实施雷达截获可采用下面三种策略。

（1）在导弹的助推段，利用导弹排放的移动缓慢或高度可视的羽烟实施雷达截获。

（2）在导弹飞行中段，通过搜索弹头特性实施雷达截获，而且，如果弹头与弹体尚未分离，可通过搜索处于中段飞行轨迹最高点的末级弹头实施雷达截获。

（3）在导弹飞行末段，当整个弹头部分俯冲飞向目标开始交战时实施雷达截获。

从探测、跟踪与运动学角度看，助推段截获是最容易实现的。导弹排出的羽烟从导弹进入预定飞行轨迹开始在距离几百千米远的地方就可以观测到。导弹以超音速度爬升，在助推段的早期飞行段，导弹级与级之间还未进行分离，呈现一个大的雷达截获目标。地基或海基传感器根据战区弹道导弹在战场中所处的环境，可对正处于助推段的战区弹道导弹进行探测。所以可将军舰任务准确定义为在弹道导弹发射的最早阶段对其进行监视和探测。

从探测和跟踪角度看，中段实施雷达截获无疑是最具挑战性的，因为导弹已飞行到弹道的最高点，与助推器完全脱离，形成一个小的已经冷却的雷达截获目标。在导弹飞行中段对雷达截获要求极苛刻，主要是因为在这个阶段导弹的飞行高度很高，即便导弹在飞越弹道弧顶时的飞行速度不是特别高。由于场景与弹道各式各样，在飞行中段对战区弹道导弹轨迹的监视要由专用预警雷达来完成。

末段截获面临的情况是，导弹进入再入段，此时由投射弹头形成的离子化尾迹非常明显，而且因烧蚀层的热量蒸发还产生出热信号。电离羽流提供了一个比弹头本身产生的热信号还要强烈得多的雷达信号，从而允许雷达跟踪系统给出弹头位置的精确信息。雷达跟踪面临的主要挑战是，要将再入段弹头与碎片，与弹头同时再入的对抗突防措施或机动变轨轨道区分开来。军舰传感器将不得不依靠自身或者利用由整个战区弹道导弹监视与预警系统提供的有用信息来探测和截获再入目标。对于军舰来说，其主要任务是引导对战区弹道导弹，同时还要具备获取、跟踪、火控、拦截导弹制导的能力。

我们需考虑军舰传感器承担的两项任务。

（1）预警探测：传感器必须探测、跟踪和重新构建导弹初始弹道，以便评估导弹的发射点、预测导弹的弹着点，并在导弹命中目标之前的某个距离点给出一个信息提示。

（2）360°全仰角搜索：进行360°全仰角搜索，以便探测和跟踪正瞄准该舰船的任意反舰弹道导弹（或者反辐射导弹）。同时，军舰传感器的自身防护也要做好。

对战区弹道导弹威胁采取的应对措施与对典型大气中的目标不同。由于战区弹道导弹飞行速度快，而且弹道处于极高的高空，因此将战区弹道导弹探测与跟踪定义为以下三个阶段：

（1）第一阶段探测。此阶段的目的是，当战区弹道导弹正穿越雷达覆盖区域时对其进行探测。到此极短阶段结束前（无论是哪种作战场景，时间都不会超过30 s），传感器必须要提供目标分类信息（战区弹道导弹的分类）并开启主动目标跟踪模式。

（2）第二阶段主动跟踪。专用雷达将测量第一阶段已探测到的战区弹道导弹。假设战区弹道导弹目标具备了弹道特性，本阶段的任务是重新构建一个精确的弹道轨迹，并以此估算出导弹的弹着点和发射点，然后向拦截系统发出提示信息。

（3）第三阶段为再入大气层段。接下来传感器要跟踪的是更小的目标，此阶段目标的飞行速度是不连续的，但仍沿弹道飞行。该阶段主要与截获武器相关，所以将不作为本书传感器论述中的一部分。

图1.12所示是对不同阶段战区弹道导弹（TBM）的探测与跟踪示意图。