艦船箔條干擾過程仿真建模研究

侯國超，劉 蜀

(解放軍91336部隊，河北 秦皇島 066001)

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艦船箔條干擾過程仿真建模研究

侯國超，劉 蜀

(解放軍91336部隊，河北 秦皇島 066001)

雷達箔條干擾技術是現代電子對抗的重要組成部分，對于箔條彈作戰過程，彈道特性、運動特性和雷達截面積(RCS)是評估箔條彈干擾效果的重要因素。分析了艦船箔條干擾的基本原理，以質心干擾為例建立了箔條干擾彈彈道模擬模型、箔條云運動仿真模型和箔條云RCS分析模型，研究了箔條干擾工作流程和作戰效果，并通過計算機仿真驗證了模型的正確性。

箔條干擾；質心干擾；仿真建模

0 引 言

箔條彈作為電子對抗中的一種無源干擾手段，以其制造簡單、使用方便、干擾可靠、適用范圍廣、研制周期短、價格低廉、干擾效果突出等優點，在電子戰領域獲得了廣泛應用，在歷次現代化戰爭中都證明其在保護飛機和艦船等方面發揮了重要的作用。如何評估箔條彈干擾效果，箔條彈干擾戰術應該如何使用，干擾時機該如何選擇等都成為作戰指揮員最為關心的問題[1]。為解決上述問題，本文著重對箔條干擾彈彈道特性、箔條云運動特性和箔條云雷達截面(RCS)特性進行深入分析研究，建立了相應的仿真模型，并進行了計算機模擬仿真驗證。

1 箔條干擾過程

當艦船遭受雷達制導導彈攻擊時，箔條干擾是一種行之有效的干擾手段，但是干擾能否有效與如何施放箔條干擾有著密切的關系。對導彈而言，導彈是否在跟蹤其跟蹤波門內的能量質心點，就可判斷出導彈最終能否擊中目標，因此，箔條干擾的最終效果的計算就轉化為導彈跟蹤波門范圍內能量質心點變化的計算[2]。箔條干擾過程如圖1所示。

圖中，T1為艦船發現來襲目標時刻；T2為箔條干擾云形成時刻；T3為導彈運動到不靈敏控制區時刻；R為箔條云發射距離。

實際交戰過程中，箔條干擾的基本流程如下：

(1)T1時刻，艦船探測到來襲目標并進行告警；

(2) 艦載電子對抗裝備解算干擾彈發射參數，發射箔條干擾彈；

(3) 干擾彈根據引信定時爆炸；

(4)T2時刻形成箔條云，對目標造成干擾效果；

(5) 經過一段時間后箔條云逐漸消散。

2 箔條干擾仿真模型建立

2.1 箔條彈彈道模擬模型

箔條彈發射后至爆炸前，主要是依靠出炮口時的初速度進行無動力飛行，在飛行過程中主要受到重力和風速、風向的影響。

假設干擾彈發射仰角為β，出炮口時初速度為v0，則建立以炮口位置為坐標原點的平面直角坐標系如圖2所示。圖2中，O為炮口位置，y軸為垂直向上方向，x軸為水平方向，x正方向為干擾彈發射方位方向。

干擾彈飛行過程中t時刻水平方向速度為：

vx=vo·cosβ

(1)

干擾彈飛行過程中t時刻垂直方向速度為：

vy=vo·sinβ-gt

(2)

t時刻干擾彈距炮口的水平距離計算公式如下：

D=vo·cosβ·t

(3)

t時刻干擾彈距炮口的高度計算公式如下：

(4)

若干擾彈引信定時時間為T，則干擾彈炸點距炮口位置關系為：

(5)

2.2 箔條云運動仿真模型

箔條彈爆炸后，產生大量的箔條絲，箔條絲在空中迅速擴散，并受到重力、空氣阻力、浮力、風力的影響，隨著飛行時間延長而不斷膨脹。

在水平方向上，箔條云大約在0.15 s的時間內由原干擾彈運動產生的速度降至0，此時箔條云的運動只受風速影響，仿真模型中，箔條水平運動速度為：

vl=vw·0.4

(6)

在垂直方向上，由于受到空氣浮力及重力的作用，箔條的運動近似為勻速運動，其下降速度和海拔高度有關，一般為0.4～0.8m/s。箔條的速度變化為：

v=vo·e-kt

(7)

式中：vo為箔條彈的初始速度，vo與箔條彈爆炸時的速度和風速有關；k為箔條的阻力系數，其值與箔條自身的長度及材料有關。

箔條云達到穩定狀態后，箔條的密度分布服從高斯分布，即如果以箔條云的中心為原點，以垂直向上方向為z軸，那么箔條的位置分布服從如下分布：

(8)

2.3 箔條云RCS特性分析模型

由于受到自然環境及各種隨機因素等的影響，箔條云的實際RCS特性與理論值存在較大差異，因此利用靶場箔條干擾彈實測數據建立箔條云RCS的統計模型。

通過對箔條彈實測數據進行分析，以典型箔條彈實測數據為基礎，研究了箔條云RCS概率分布特性，建立了箔條云RCS的統計模型，并得出如下結論：

(1) 箔條云在空中達到穩定狀態后其RCS的分布規律符合正態分布，其概率密度函數為：

(9)

式中：σ為標準差；μ為均值。

(2) 雖然箔條云RCS的分布規律可以用正態分布的概率密度函數來表示，但是不同型號、不同頻點的箔條彈其分布的均值和標準差各不相同，即使是相同型號的箔條彈在相同的頻點下進行多次試驗,其分布的均值和標準差也不相同，因此必須通過數理統計的方法建立一個參數模型來描述不同箔條彈不同頻點的分布規律。

(3) 在箔條云RCS仿真過程中,要根據不同型號、不同頻點的箔條彈參數模型來模擬產生箔條彈仿真數據。

基于實測數據的箔條云RCS解算方法如下：

(1) 根據箔條彈型號查表得到對應的箔條云RCS的均值和標準差，隨機選擇1組；

(2) 根據所要求的樣本量，按照正態分布的隨機數產生方法，生成1組箔條云RCS仿真數據。

利用概率密度函數和隨機數，生成箔條云RCS仿真數據的公式。

3 仿真過程與分析

箔條干擾計算機仿真主要是對從箔條彈發射至箔條干擾失效全過程的模擬驗證[3]，其基本流程如圖3所示。

(1) 箔條彈發射階段：發射控制設備收到箔條干擾彈發射指令后，根據箔條彈發射參數調轉炮位射角射向，自動完成箔條彈發射；

(2) 箔條彈飛行階段：箔條彈發射后，調用箔條彈彈道模擬模型實時解算飛行位置坐標，并根據當前位置坐標與下一時刻位置坐標解算箔條彈飛行姿態角；

(3) 箔條彈爆炸階段：箔條彈達到引信定時時間，調用箔條云運動仿真模型實時模擬箔條云形狀；

(4) 箔條有效干擾階段：箔條彈爆炸后，調用箔條云運動仿真模型和箔條云RCS特性分析模型輸出解算結果以判定箔條干擾是否有效。

將上述箔條干擾仿真模型進行計算機模擬驗證，應用到網上戰斗推演系統中，按照作戰需求配置箔條彈發射參數(圖4為箔條干擾應用參數配置界面)，執行后調用箔條彈干擾過程仿真模型，查看箔條干擾對導彈末制導的影響[4]。試驗結果表明上述模型能夠流暢地模擬箔條干擾全過程，保證戰斗對抗行為正常推進。

4 結束語

箔條是雷達無源干擾技術中應用最早且干擾效果較好的干擾器材，對箔條干擾特性的研究將會對國防武器建設具有一定的推動作用[5]。本文著重研究了箔條干擾彈彈道特性、箔條云運動特性和箔條云RCS特性，建立了相應的數學模型，并進行了計算機模擬仿真，對于下一步建立起一套完整的箔條干擾模型及解決復雜作戰環境中箔條彈無源干擾效果鑒定評估具有重要的意義。

[1] 許金萍，梅永華，楊沛,等.箔條云空間分布特性的建模與仿真[J].電子科技，2011，24(1)：38-40.

[2] 李敬.箔條彈干擾原理與形成機理[J].艦船電子對抗，2003，26(3):15-19.

[3] 武先利，齊子忠.仿真在箔條干擾中的應用[J].電子測量與儀器學報，2008，22(2):111-115.

[4] 張兵，袁亮.箔條干擾顯示建模與實現[J].艦船電子對抗，2010，33(6):27-29.

[5] 呂萌萌.箔條云的運動模型及雷達電磁散射特性[J].電子元器件應用，2012(9):30-33.

Research into The Simulation and Modeling of Ship Chaff Jamming Process

HOU Guo-chao，LIU Shu

(Unit 91336 of PLA,Qinhuangdao 066001,China)

Radar chaff jamming technology is an important part of modern electronic countermeasure.For the operational process of chaff cartridges,ballistic characteristic,movement characteristic and radar cross section (RCS) are the important factors to evaluate the jamming effect of chaff cartridges.This paper analyzes the basic principle of ship chaff jamming,taking the centroid jamming as an example,sets up the ballistic simulation model of chaff jamming cartridges,movement simulation model of chaff cloud and analysis model of chaff cloud RCS,researches the workflow and operational effect of chaff jamming,and verifies the model correctness through computer simulation.

chaff jamming;centroid jamming;simulation and modeling

2017-01-04

TP202+.2

A

CN32-1413(2017)02-0069-03

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2017.02.016