特種泡沫云對紅外成像反艦導彈的干擾效果分析*

張　磊　黃雁群　焦　力

(1.安徽省蚌埠市燕山路1454號五系　蚌埠　233012)(2.91462部隊　青島　266104)

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特種泡沫云對紅外成像反艦導彈的干擾效果分析*

張磊1黃雁群1焦力2

(1.安徽省蚌埠市燕山路1454號五系蚌埠233012)(2.91462部隊青島266104)

特種泡沫云(SFS)是一種新型多波段無源干擾技術。通過分析其干擾特性和紅外成像反艦導彈的工作原理，建立了特種泡沫云對紅外成像反艦導彈的干擾效果評估模型，給出了干擾試驗的驗證原理。通過實例試驗，驗證了干擾的有效性，表明了評估模型的確切性和實用性。

特種泡沫云;紅外成像;干擾效果評估;模型

Class NumberTN97

1　引言

隨著精確制導武器的不斷更新變化，其制導方式逐漸由單一模式的制導體制向雙模復合制導、多模復合制導發展，其工作波段逐漸由厘米波向毫米波、可見光、紅外點源、紅外成像等多波段發展[1]，特別是裝備紅外成像制導設備、電視制導設備等的反艦導彈，對水面艦艇構成日益嚴峻的威脅。然而現有的干擾技術和設備，普遍存在干擾時間短、干擾頻段窄、實施困難等缺點和不足[2～3]，難以實現對以上目標的可靠干擾。為此文獻[4]研究提出了一種基于特種干擾泡沫的新型多波段無源干擾技術，簡稱為特種泡沫云技術。特種泡沫云對常用頻段紅外有很強的衰減作用,一般只需幾到幾十厘米厚的泡沫云即可使得常用頻段的紅外制導系統完全失效,可以滿足不同溫度下不同目標戰時實施干擾的要求[5～6]。特種泡沫云對軍事上常用的3mm、8mm和3cm頻段微波也具有良好干擾效果[7,10]。

鑒于特種泡沫云這種優良的干擾特性，文章結合紅外成像反艦導彈的工作原理，對特種泡沫云對紅外成像反艦導彈的干擾效果進行了研究，建立了干擾效果的評估模型，并通過相關試驗，驗證了其干擾效果。

2　干擾有效性分析

工作在紅外成像波段的光電設備或光電武器統稱為紅外成像設備。當前，紅外成像制導的反艦導彈大部分是被動式的成像，通過探測目標的熱輻射來發現、識別跟蹤目標，其制導工作原理如圖1所示。

圖1　紅外成像制導組成原理框圖

分析可知，對于這種制導方式的反艦導彈，如果在導引頭和目標之間施放一定厚度的特種泡沫云，如圖2所示，使紅外導引頭接收的目標輻射發生變化，那么導引頭對目標的識別、跟蹤能力就會大打折扣，甚至喪失跟蹤的能力，那么反艦導彈也就無法攻擊目標。

圖2　特種泡沫云對紅外輻射的遮蔽原理示意圖

實驗證明，紅外輻射是很容易被H2O、CO2吸收的，如雨天、霧天等氣象條件下，紅外系統一般都無法正常工作[8]。在特種泡沫云中，由于特殊的化學配方，使得泡沫腔內充滿了CO2氣體，同時由于特種泡沫云中顯然還有大量的水分子存在，加上特種泡沫云所含的大量不同粒徑超細顆粒對紅外光線的吸收、散射(大粒子的米氏散射和小粒子的瑞利散射)，使得它對紅外輻射具有很好的干擾作用。

而紅外成像制導系統正常工作必須具備以下兩個條件：

1)成像系統能夠接受到足夠強的紅外輻射；

2)目標與背景之間應有一定的輻射對比度。若用輻射強度表示，其表達式為

(1)

式中：C為目標與背景之間的輻射對比度；It、Ib分別表示目標和背景的輻射強度。

由此可見，如果能夠改變目標和背景的輻射特性，減少兩者之間的對比度，或者大幅度地衰減進入導引頭紅外成像系統的輻射強度，就可以使紅外成像導彈頭系統受到干擾。如果特種泡沫云干擾的強度足夠的大，紅外成像導引頭分辨不出目標與背景，導引頭就無法正常工作，干擾即成功。

3　干擾效果評估模型的建立

特種泡沫云對紅外輻射的衰減作用，理論上可稱此作用為消光。消光的實質是特種泡沫云中的氣泡和微粒對紅外光的散射和吸收，從而使入射的紅外光能量損失，使反艦導彈的導引頭不能拾取足夠能量的輻射信號以區分目標和背景，從而無法對目標進行有效攻擊。

根據Mie散射理論的消光模型[9]，一般用透過率τ來描述介質的消光能力。按照郎伯—比爾定律，特種泡沫云的透過率τSFS可以表示為

(2)

式中：I0、I分別表示入射光強和透射光強；αe(λ)為特種泡沫云的質量消光系數；λ為輻射波長；D為特種泡沫云的厚度。

而特種泡沫云的質量消光系數αe(λ)可認為是由其質量吸收系數αa(λ)和質量散射系數αS(λ)組成的，即：

αe(λ)=αa(λ)+αS(λ)

(3)

質量消光系數與特種泡沫云的物理特性也是密切相關的，同特種泡沫云氣泡的大小分布、粒子形狀及取向、粗糙度以及光的波長等多因素相關。由氣泡的衰減效率因子Qe的定義，可得出衰減效率因子與質量消光系數的關系為

(4)

式中：E為由于散射和吸收從入射光中損失的能量；A為氣泡的迎光截面積；I0A為透射到該氣泡上的光能量。

衰減效率因子Qe與吸收效率因子Qa和散射效率因子QS存在以下關系：

Qe=QS+Qa

(5)

在已知輻射波長λ、散射氣泡的半徑r和復折射率的情況下，根據米氏理論，可得衰減效率因子Qe、散射效率因子QS和吸收效率因子Qa的表達為

(6)

(7)

(8)

為了計算處理的方便，假設特種泡沫云氣泡均為大小一致的理想球體，則單位體積的特種泡沫云的總消光系數、散射系數和吸收系數為

ki=Pσi=Pπr2Qi(i=e,a,s)

(9)

若特種泡沫云的濃度分布C(l)已知，由朗伯—比爾定律可以求得特種泡沫云的透過率為

(10)

式中：ρ為特種泡沫云氣泡的密度；L為傳輸的距離。

以上推導得出了特種泡沫云透過率的計算模型，利用Mie散射理論的消光模型，按照特種泡沫云對紅外工作波段的透過率值得大小即可對特種泡沫云的遮蔽效果進行具體的評估。

根據特種泡沫云的透過率τSFS取值將遮蔽效果劃分為如表1所示的四個等級。

表1　干擾效果評估等級劃分表

4　試驗驗證與分析

為獲取特種泡沫云對紅外成像系統的干擾圖像，以檢驗以上的干擾效果評估模型和驗證特種泡沫云的干擾效果，設計了原理如圖3所示的實驗裝置。

圖3　對紅外成像設備的干擾試驗原理圖

試驗用紅外熱像儀采用的是美國FLIR公司生產的ThermaCAM E320型紅外熱像儀，其溫度探測范圍在-20C～+500C，具有4倍變焦，其探測波長范圍為7.5μm～13μm，其實物如圖4所示。

圖4　Therma CAM E320型紅外熱像儀實物圖

以下圖5和圖6～圖9分別為無干擾時的靶標紅外熱像圖和特種泡沫云不同透過率時的靶標紅外熱圖。

圖5　無干擾時的靶標紅外熱圖

圖6　τSFS<τ1時的靶標紅外熱圖

圖7　τ1≤τSFS<τ2時的靶標紅外熱圖

圖8　τ2≤τSFS<τ3時的靶標紅外熱圖

圖9　τSFS≥τ3靶標紅外熱圖

通過以上的實驗結果圖，可以明顯看出特種泡沫云的干擾效果，同時驗證了以上基于特種泡沫云透過率對特種泡沫云干擾效果進行評估的可行性和確切性。

5　結語

文章通過對特種泡沫云干擾紅外成像反艦導彈的基礎性研究，建立了基于透過率的干擾效果評估模型，并通過實例試驗，對特種泡沫云的干擾效果和評估模型進行了驗證。文章的研究成果對于完善特種泡沫云干擾技術的應用研究，加速其向實裝實戰的發展，都具有重要的價值。

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[2]KroneU.Pyrotechnic smoke generator for camouflage purpose[R].DE 4337071.

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[5]金良安,王孝通.特種泡沫云對常用頻段紅外的干擾實驗研究[J].激光與紅外,2004,34(4):279-281.

[6]謝春思,王敏慶.提高泡沫云對導引頭干擾效果的理論與實驗研究[J].微波學報,2008,24(3):10-13.

[7]金良安,王孝通.特種泡沫云干擾微波的實驗研究[J].微波學報,2004,20(4):93-96.

[8]總參兵種部.煙幕使用估算原理[M].北京:解放軍出版社,1998:86-91.

[9]姚祿玖,高鈞麟,肖凱濤等.煙幕理論與測試技術[M].北京:國防工業出版社，2004:37-50.

[10]金良安,田恒斗.特種泡沫云干擾效果退化現象的原因分析[J].紅外與毫米波學報,2007,26(2):133-136.

Analysis of the Jamming Effects of the SFS on the Infrared Thermograph Anti-Ship Missile

ZHANG Lei1HUANG Yanqun1JIAO Li2

(1.Fifth Department of No.1454 Yanshan Road in Bengbu,Anhui Province,Bengbu233012)(2.No.91462 Troops of PLA,Qingdao266104)

Special foam screen (SFS)is a new multi-band passive interfering technique.Based on the analysis of the jamming characteristic of the SFS and the working theory the infrared thermograph anti-ship missile,the jamming effect evaluation models are formed.Then the testing theory is designed,and according to the example examination,the validity and practicability of modeling methods are indicated.

special foam screen (SFS),infrared thermograph,jamming effect evaluation,model

2016年3月8日,

2016年4月24日

張磊,男,碩士研究生,講師,研究方向：武器裝備作戰使用。

TN97DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.09.032