基于主動防護系統的最佳攔截區域設計*

薛增全，鄭 斌，李建偉，李學英

(中國兵器工業第203研究所，西安 710065)

0 引言

主動防護系統安裝在裝甲車輛上，由雷達、信息處理控制系統和多枚防護彈藥組成[1]。通常多枚防護彈藥沿坦克炮塔外沿周向布置，形成直至360°防護范圍。系統開機后自動工作:首先探測識別來襲威脅彈藥;接著信息處理得到攔截參數，選彈并實時裝定起爆時間;然后以向上傾斜的射角適時發射防護彈藥并起爆，在空間特定區域形成自上而下圓錐狀擴散的定向破片流場攔截來襲彈藥。通常一枚防護彈藥負責一個防護區域。假設每枚防護彈藥水平向防護區域張角為α，相臨兩枚防護彈藥中心軸在水平面投影夾角為θ，為了減小系統的防護區域的盲區，這樣鄰近的防護區域就存在重疊，相鄰兩個防護區域的水平張角記為β，見圖1。由于防護區域有重疊，這樣來襲彈藥可能穿過多枚防護彈藥的攔截區域，那么究竟哪個區域攔截最佳呢?

1 最佳攔截區域設計原理

1.1 最佳攔截區域描述

圖1 攔截區域示意

考慮防護范圍重疊和來襲威脅彈藥航跡，通常系統存在數發防護彈藥形成的破片流場區域可與來襲彈藥交會[2]。但在每個交會區域內破片流場與來襲彈藥的交會概率和攔截效能有所不同，不妨將系統真正實施攔截的交會區域定義為攔截區域。最佳攔截區域就是從這些交會區域中優選出來的具有較高交會概率和較高攔截效能的攔截區域。通常，選擇最佳防護彈藥和增大交會時破片區域半徑可提高交會概率，增大攔截區域破片密度可提高攔截效能。但實際工程中因總破片數量有限[2]，增大交會時破片區半徑會使破片密度降低，導致命中來襲彈藥破片數減少，引起攔截效能降低。因此，在系統其它參數一定的情況下，破片區域半徑需要優選，以得到合理取值。所以，確定最佳攔截區域實質上就是優選防護彈藥號和破片區半徑。

1.2 防護彈藥和破片半徑選取模型

圖2 來襲目標與防護彈藥交會情況示意圖

如圖2示意了來襲目標與防護彈藥交會的情況。圖中O點為防護區域的幾何中心，A1和A2為布置的2枚防護彈藥，2枚防護彈藥中心線水平投影分別為A1B1、A2B2，且兩兩夾角為θ;2枚防護彈藥射角與水平面有一定夾角，射向分別為 A1C1、A2C2，防護彈藥起爆點分別在各自射向線上，飛行距離由攔截參數解算確定的引信實時裝定時間決定;面A1B1C1、A2B2C2分別定義為2枚防護彈藥的破片中心面，防護彈藥殺傷破片按各自破片中心面對稱分布;P1、P2分別為來襲目標航跡與2個防護彈藥破片中心面的交點。∠P1A1B1、∠P2A2B2分別為來襲威脅飛過2枚防護彈藥破片中心面時對應的仰角，記為 γ1、γ2。D1、D2為破片流中心線分別通過 P1、P2的 2枚防護彈藥起爆點，對應的防護彈藥飛行距離分別記為 L1、L2，即圖中 AD 長度。

當選定防護彈藥時，破片區半徑由防護彈藥飛行距離和對應的仰角確定[3－4]。仿真表明:攔截點(破片與來襲彈藥交會點)相對防護彈藥的仰角相同的情況下，當防護彈藥飛行距離變化，破片有效交會概率不同，如圖3所示，P和P'為兩個攔截點，相對防護彈藥A的仰角相同，D和D'是兩個攔截點分別對應的防護彈藥起爆點，防護彈藥飛行距離指從A點飛至起爆點的距離，則在兩個飛行距離下起爆攔截，對應的有效交會概率不同。仿真進一步表明:同一個仰角下，對應一個距離范圍，當防護彈藥飛行距離在此范圍內，攔截概率及攔截效能較高。表1為一組系統參數下經仿真計算得的仰角與對應的最佳飛行距離取值范圍。

圖3 仰角相同的兩個攔截點對應的防護彈藥起爆點

2 最佳攔截區域計算模型

依據上面分析，最佳攔截區域是由優選出的防護彈藥和最佳飛行距離共同確定的。優選步驟可歸納為:

1)根據來襲彈藥航跡預測信息，計算得出各發防護彈藥對應的來襲威脅攔截點的仰角γ1、γ2、γ3(各攔截點交會概率不同)和防護彈藥飛行距離m1、m2、m3。一般情況下，若來襲目標對裝甲車輛構成威脅，可選防護彈藥不超過3枚。

2)根據各發防護彈藥對應的來襲目標攔截點仰角數據，查表1得到對應的最佳防護彈藥飛行距離范圍的端點值Lmin、Lmax。

3)用最佳飛行距離范圍端點值與實際各枚防護彈藥飛行距離m1、m2、m3比較，滿足Lmin≤m≤Lmax所對應的防護彈藥就是所選防護彈藥，。

表1 仰角與飛行距離對應關系

4)若來襲目標航跡通過原點，或來襲目標航跡接近原點，這時計算得出的各枚防護彈藥飛行距離很小。如圖4的來襲目標方向1或2所示，這時選彈以方位角為準，方位角偏向那枚防護彈藥即選該枚彈藥。

圖4 來襲目標與防護彈藥交會特殊情況示意圖

3 模型驗證

為對上述最佳攔截區域設計方法進行驗證，依據模型編寫C語言[5]仿真計算。假定認為只要命中來襲彈藥的破片數不小于3片，即是一次有效攔截。為了評判模型，定義以下幾個參數作為評判依據，有效攔截次數M0為本次仿真中防護彈藥的破片至少3個破片命中來襲彈藥的次數;平均破片數M1為本次仿真中非零破片數總和的平均值。對于來襲彈藥航跡，為了與戰場環境相符，在仿真中給定航路與水平面的傾角，其它信息由程序自動生成，每次仿真的總次數即為N。仿真結果見表2。

從仿真結果可以看出，對于不同的來襲彈藥航跡，應用文中方法得到的攔截區域，對來襲彈藥具有較高的攔截率，證明該方法是可行的。

表2 仿真結果

4 結論

主動防護系統和來襲彈藥存在多個交會區域，在不同交會區域進行攔截效能有很大差別，文中基于較高交會概率和攔截效能，提出了最佳攔截區域設計方法，并以此建立了攔截區域的選取模型。通過仿真計算表明，該方法和模型能夠得出較好的攔截區域，可滿足主動防護系統選彈和確定攔截參數需求。

[1]Chang Yu-Wen.Active protection device and associated apparatus，sytem and mmthod:US，7066427[P].20006 － 06－27.

[2]Larry W Fullerton，Mark D Roberts，James L Richards.Systerm and method for active protection of a resource:US，7046187[P].2004 －11 －17.

[3]Llyod，Richard M.Vehicle-borne system and method for counering an incoming threat:US，6920827[P].2005 － 07－26.

[4]Peter Gregory Lloyd.Active armoe protection system for armored vechicles:US，6782793[P].2004 －08 －31.

[5]譚浩強.C程序設計[M].北京:清華大學出版社，2000.