激光對(duì)風(fēng)標(biāo)式激光制導(dǎo)炸彈干擾效能分析

方艷超，郭立紅，李 巖，王建軍，于國(guó)權(quán)，崔 爽

(1.中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，吉林長(zhǎng)春 130033;2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

1 引 言

激光制導(dǎo)是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興技術(shù)。由于突出的制導(dǎo)精度及高作戰(zhàn)效費(fèi)比，以激光制導(dǎo)的武器得到飛速發(fā)展和廣泛裝備，已成為高技術(shù)局部戰(zhàn)爭(zhēng)中的主要作戰(zhàn)武器。與此同時(shí)，為干擾激光制導(dǎo)武器，各國(guó)開(kāi)始競(jìng)先研制光電對(duì)抗裝備［1］。

利用仿真技術(shù)對(duì)光電對(duì)抗裝備與技術(shù)措施進(jìn)行仿真，可為檢驗(yàn)對(duì)抗能力提供技術(shù)評(píng)估數(shù)據(jù)，為光電對(duì)抗裝備研發(fā)提供仿真論證，還可為攻防對(duì)抗雙方提供開(kāi)展模擬仿真研究的平臺(tái)與環(huán)境［2］。風(fēng)標(biāo)式激光制導(dǎo)炸彈是光電對(duì)抗的主要目標(biāo)之一［3］，利用速度追蹤導(dǎo)引規(guī)律，以炸彈運(yùn)動(dòng)體為控制對(duì)象，由地面照射站或激光照射機(jī)提供目標(biāo)位置信息，利用導(dǎo)引頭提取的誤差信號(hào)產(chǎn)生控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)精確制導(dǎo)。目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)激光制導(dǎo)武器的光電對(duì)抗系統(tǒng)［4-7］主要采取煙幕無(wú)源干擾、激光角度欺騙干擾、激光阻塞干擾、激光壓制干擾等光電對(duì)抗手段，減小或削弱各種激光制導(dǎo)武器的打擊效果?，F(xiàn)有光電對(duì)抗仿真技術(shù)的研究主要針對(duì)對(duì)抗過(guò)程中的某一環(huán)節(jié)，由于其對(duì)干擾激光傳輸仿真、導(dǎo)引頭及彈體運(yùn)動(dòng)過(guò)程和規(guī)律模擬、導(dǎo)引頭制導(dǎo)信號(hào)生成處理方式仿真等方面存在不足，使得對(duì)干擾過(guò)程的仿真缺乏可信性。針對(duì)這些缺點(diǎn)，本文對(duì)激光對(duì)風(fēng)標(biāo)式激光制導(dǎo)炸彈對(duì)抗過(guò)程進(jìn)行了完整的仿真和分析，結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有更高的可信性。

首先，建立干擾計(jì)算仿真數(shù)學(xué)模型，包括激光能量大氣傳輸、煙幕透過(guò)率計(jì)算、激光傳輸特性仿真及干擾跟蹤計(jì)算模塊;然后，為風(fēng)標(biāo)式激光導(dǎo)引頭制導(dǎo)信號(hào)處理生成方式建立仿真模型，并對(duì)風(fēng)標(biāo)式制導(dǎo)炸彈導(dǎo)引頭及彈體的運(yùn)動(dòng)控制過(guò)程進(jìn)行仿真［8-10］;最后，根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)置仿真試驗(yàn)參數(shù)，進(jìn)行仿真試驗(yàn)，結(jié)合試驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)及試驗(yàn)結(jié)果分析了影響光電對(duì)抗手段干擾效果的主要因素，并對(duì)其進(jìn)行分類討論。

2 系統(tǒng)仿真流程

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了激光對(duì)風(fēng)標(biāo)式激光制導(dǎo)炸彈的光電對(duì)抗過(guò)程仿真，可配置對(duì)抗雙方技術(shù)參數(shù)，仿真不同的對(duì)抗過(guò)程并生成對(duì)抗結(jié)果，主要由干擾仿真、導(dǎo)引頭激光制導(dǎo)仿真及炸彈控制與運(yùn)動(dòng)仿真3個(gè)模塊組成，系統(tǒng)總體仿真流程如圖1所示。

圖1 仿真模塊關(guān)系圖Fig.1 Relationship of the simulation modules

干擾仿真模塊主要用于計(jì)算到達(dá)導(dǎo)引頭前端的干擾激光能量密度，并輸出給導(dǎo)引頭激光制導(dǎo)仿真模塊，其主要包括直射及漫反射靶傳輸激光能量密度計(jì)算、大氣透過(guò)率計(jì)算、煙幕透過(guò)率計(jì)算、激光傳輸特性仿真和干擾跟蹤計(jì)算6個(gè)模型。

導(dǎo)引頭激光制導(dǎo)仿真模塊根據(jù)外部信號(hào)狀態(tài)計(jì)算導(dǎo)引頭的制導(dǎo)控制信號(hào)、四象限探測(cè)器各象限眩盲狀態(tài)及導(dǎo)引頭信號(hào)搜索跟蹤狀態(tài)，并輸出到炸彈控制與運(yùn)動(dòng)仿真模塊。

炸彈控制與運(yùn)動(dòng)模塊根據(jù)炸彈初始狀態(tài)、目標(biāo)位置及制導(dǎo)控制信號(hào)，計(jì)算出炸彈的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、制導(dǎo)狀態(tài)及導(dǎo)引頭實(shí)時(shí)姿態(tài)，并輸出到干擾仿真模塊用于仿真計(jì)算。

以上3種模塊形成了閉環(huán)的仿真系統(tǒng)。下面介紹各個(gè)模塊的主要仿真數(shù)學(xué)模型。

3 仿真模型

3.1 干擾仿真模塊

該模塊用于計(jì)算激光束在煙幕中直射傳輸及被漫反射靶反射后的傳輸過(guò)程，并輸出激光束的性能參量。

3.1.1 直射傳輸激光能量密度計(jì)算

直射傳輸時(shí)，到達(dá)目標(biāo)的激光能量密度為激光束的初始能量密度與在此傳輸路程上大氣透過(guò)率及煙幕透過(guò)率的乘積，同時(shí)，還要考慮激光傳輸特性對(duì)激光特性參數(shù)的影響。

3.1.2 漫反射靶傳輸計(jì)算

漫反射靶傳輸分為3部分計(jì)算。

(1)到達(dá)漫反射靶的激光光斑半徑為:

式中:初始光斑半徑為r，激光束發(fā)散角為θ，激光傳輸距離為S。

根據(jù)式(1)計(jì)算的漫反射靶上激光光斑半徑，可計(jì)算到達(dá)漫反射靶的激光能量為:

式中:目標(biāo)指示器輻射功率為P，激光束傳輸距離的大氣透過(guò)率為t，煙幕透過(guò)率為T(mén)。公式(2)為公式(4)提供到達(dá)漫反射靶的激光束能量。

(2)經(jīng)過(guò)試驗(yàn)得知，漫反射靶的法線方向與導(dǎo)引頭和漫反射靶連線方向之間的夾角會(huì)影響到達(dá)導(dǎo)引頭激光束的激光能量密度，其余弦值計(jì)算如公式(3)所示:

式中:漫反射靶在地面坐標(biāo)系下的姿態(tài)俯仰角為β1(俯仰角為矢量與xoz平面的正向夾角)，偏航角為β2(偏航角為矢量與x軸正向的夾角)。導(dǎo)引頭的坐標(biāo)為 D(d1，d2，d3)，激光束入射到漫反射靶的點(diǎn)坐標(biāo)為M(m1，m2，m3)，如圖2所示。

圖2 激光束入射到漫反射靶的示意圖Fig.2 The schematic of laser beam incident to the diffuse reflectance target

經(jīng)漫反射靶反射后到達(dá)導(dǎo)引頭的激光能量密度與漫反射靶的法線方向與導(dǎo)引頭和漫反射靶連線方向之間夾角的余弦值成正比。

(3)根據(jù)式(1)、(2)、(3)可知，入射到漫反射靶的激光束經(jīng)漫反射靶反射后到達(dá)導(dǎo)引頭的激光能量密度計(jì)算公式為:

圖3 入射激光束反射到導(dǎo)引頭方向示意圖Fig.3 The diagram of incident laser beam reflected to the seeker direction

式中:Q'為入射到漫反射靶的激光束能量，漫反射靶的漫反射率為ρ，α為漫反射靶的法線方向與導(dǎo)引頭和漫反射靶連線方向之間的夾角，煙幕透過(guò)率為T(mén)，入射點(diǎn)至導(dǎo)引頭的距離為Rd，激光束在距離Rd上的大氣透過(guò)率為τ，如圖3所示。若仿真過(guò)程無(wú)煙幕干擾，則煙幕透過(guò)率T=1。

入射到漫反射靶的激光束經(jīng)漫反射靶反射后到達(dá)導(dǎo)引頭的激光能量密度J是影響干擾效果的關(guān)鍵因素之一。

3.1.3 大氣透過(guò)率計(jì)算模塊

激光在大氣中傳輸?shù)耐高^(guò)率主要受氣溶膠條件、能見(jiàn)度、傳輸距離、天頂角等的影響。其中，氣溶膠的影響較大，透過(guò)率從高到低依次是鄉(xiāng)村型、城市型、海洋型;透過(guò)率隨著能見(jiàn)度的降低而減小，隨著傳輸距離的增加而減小，其他條件相同時(shí)，天頂角越大，透過(guò)率越?。?1］。在仿真試驗(yàn)開(kāi)始前，利用成熟的輻射傳輸模型MODTRAN在設(shè)置的大氣條件下，對(duì)1.06 μm激光的透過(guò)率進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算，記錄仿真數(shù)據(jù)，仿真試驗(yàn)時(shí)通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算得到的天頂角、傳輸距離、能見(jiàn)度等的變化對(duì)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行插值計(jì)算得到仿真試驗(yàn)需要的大氣透過(guò)率，用于仿真計(jì)算。

3.1.4 煙幕透過(guò)率模塊

該模型可以計(jì)算出激光束通過(guò)煙幕的煙幕透過(guò)率。基本假設(shè)如下:發(fā)煙源的類型為瞬時(shí)體源;煙幕從生成到擴(kuò)散的過(guò)程中沒(méi)有空洞生成，即煙幕在空間上是連續(xù)的;煙幕在擴(kuò)散過(guò)程中呈橢圓體分布;激光束的傳輸距離不超過(guò)20 km;激光束的俯仰角在0°～180°之間。

煙幕透過(guò)率計(jì)算公式為:

其中τfog為激光束透過(guò)煙幕的煙幕透過(guò)率，α為煙幕消光系數(shù)，C為煙幕的平均濃度，L為輻射能在煙幕中的傳輸距離。C的計(jì)算公式為:C=N·Q0·Ku/V，其中N為使用的彈數(shù)，Q0為彈中發(fā)煙劑的質(zhì)量，Ku為煙幕化的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，V為煙幕的體積(煙幕的靜態(tài)體積可以由橢球體的三軸求出)。

但由于煙幕隨時(shí)間的變化體積不斷擴(kuò)大，欲求煙幕透過(guò)率必須先求出煙幕的體積。這里利用萊赫特曼瞬時(shí)體源群擴(kuò)散模型求煙幕在不同時(shí)刻的體積。

設(shè)煙幕起始厚度為H0，煙幕的弧長(zhǎng)(或長(zhǎng))為L(zhǎng)0，寬為W0。煙幕體積的計(jì)算公式為:

式中煙幕尺寸隨時(shí)間變化計(jì)算公式為:

上述式中:t為煙幕彈爆炸后的時(shí)間;K0，K1為水平擴(kuò)散系數(shù)及z1高度處的垂直擴(kuò)散系數(shù)(m2/s);n為大氣垂直穩(wěn)定度參數(shù);u1為1 m高處的平均風(fēng)速(m/s);κ為卡門(mén)常數(shù)，一般取為0.4;z0為地面粗糙度(m);z1為參考點(diǎn)高度，一般取為1 m。

要保證H(t)的單位是m，只有在n=2的情況下才符合要求。而n=2時(shí)大氣垂直穩(wěn)定度參數(shù)處于強(qiáng)逆溫很穩(wěn)定狀態(tài)，這一點(diǎn)在仿真試驗(yàn)氣象條件方面也較符合。

3.1.5 激光傳輸特性仿真模塊

大氣湍流會(huì)引起激光輻射在大氣中傳輸時(shí)強(qiáng)度起伏、光束擴(kuò)展以及光束漂移效應(yīng)，該模塊分別對(duì)其進(jìn)行分析計(jì)算。

(1)強(qiáng)度起伏效應(yīng)分析

當(dāng)把大氣湍流的高度分布作為平行平面處理且天頂角為φ時(shí)，對(duì)數(shù)強(qiáng)度方差可按照下式計(jì)算:

大氣湍流引起的光強(qiáng)閃爍隨傳輸距離、湍流強(qiáng)度的增加而增大，波長(zhǎng)越長(zhǎng)則光強(qiáng)閃爍越小。當(dāng)激光脈沖波長(zhǎng) λ=1.06 μm，垂直傳輸距離R1cosφ =6 km，天頂角 φ≤45°時(shí)，經(jīng)計(jì)算可知:對(duì)數(shù)強(qiáng)度方差最大為0.045，對(duì)于激光制導(dǎo)導(dǎo)引頭探測(cè)激光制導(dǎo)脈沖的影響可以忽略不計(jì)［12-14］。當(dāng)激光波長(zhǎng)及傳輸距離等試驗(yàn)參數(shù)變化不在可忽略范圍內(nèi)時(shí)，則需要考慮光強(qiáng)閃爍的影響。

(2)光束擴(kuò)展與光束漂移效應(yīng)分析

目前，光束擴(kuò)展與光束漂移通常采用均方值進(jìn)行描述。光束擴(kuò)展分為長(zhǎng)期和短期光束擴(kuò)展［15-16］。三者有如下關(guān)系:

式中:R2為傳輸距離，D為激光發(fā)射系統(tǒng)的孔徑直徑，ρ0為激光束橫向相干長(zhǎng)度(計(jì)算見(jiàn)公式12)，λ為激光波長(zhǎng)。

當(dāng)激光脈沖波長(zhǎng) λ=1.06 μm，傳輸距離R2cosφ 為3，5，10 km，天頂角 φ≤45°時(shí)，由公式(10)～(13)計(jì)算可知:長(zhǎng)期光束擴(kuò)展、光束漂移及短期光束擴(kuò)展的最大均方根值分別為6.2，2.24，6 cm。

3.1.6 干擾跟蹤計(jì)算模塊

該模塊對(duì)干擾設(shè)備干擾跟蹤激光制導(dǎo)炸彈的過(guò)程建模，根據(jù)計(jì)算的激光制導(dǎo)炸彈在某時(shí)刻相對(duì)于干擾設(shè)備的俯仰角速度ωθ和偏航角速度ωφ來(lái)判斷干擾跟蹤效果。計(jì)算公式如下:

其中，激光制尋炸彈在干擾設(shè)備坐標(biāo)的坐標(biāo)為(Vx，Vy，Vz)，R3是激光制導(dǎo)炸彈與干擾設(shè)備之間的距離，θ為激光制導(dǎo)炸彈相對(duì)于干擾設(shè)備的俯仰方向上的角度，φ為激光制導(dǎo)炸彈相對(duì)于干擾設(shè)備的偏航方向上的角度。

在地面坐標(biāo)系內(nèi)，在已知激光制導(dǎo)炸彈坐標(biāo)與干擾設(shè)備坐標(biāo)的情況下，可以求出激光制導(dǎo)炸彈與干擾設(shè)備之間的距離R3、激光制導(dǎo)炸彈相對(duì)于干擾設(shè)備坐標(biāo)系的俯仰角度θ與偏航角度φ，進(jìn)而可計(jì)算得到ωθ與ωφ。計(jì)算在程序步長(zhǎng)內(nèi)干擾設(shè)備在俯仰和偏航兩個(gè)方向上的最大偏轉(zhuǎn)角以及干擾設(shè)備的最小偏轉(zhuǎn)角，同時(shí)計(jì)算此時(shí)刻干擾設(shè)備在俯仰和偏航兩個(gè)方向上的角速度值，最后判斷激光制導(dǎo)炸彈相對(duì)于前一時(shí)刻的偏轉(zhuǎn)角是否在干擾設(shè)備的最小偏轉(zhuǎn)角和最大偏轉(zhuǎn)角之間。若在俯仰和偏航方向上都在區(qū)間內(nèi)，則判斷能跟蹤上目標(biāo)，否則就無(wú)法跟蹤。

3.2 導(dǎo)引頭激光制導(dǎo)仿真模塊

該模塊對(duì)風(fēng)標(biāo)式激光導(dǎo)引頭信號(hào)處理進(jìn)行建模，輸出風(fēng)標(biāo)式導(dǎo)引頭的制導(dǎo)控制信號(hào)、四象限探測(cè)器各象限眩盲狀態(tài)以及風(fēng)標(biāo)式導(dǎo)引頭信號(hào)搜索跟蹤狀態(tài)。主要數(shù)學(xué)模型如下:

(1)激光發(fā)射點(diǎn)是否在導(dǎo)引頭視場(chǎng)內(nèi)的數(shù)學(xué)模型

計(jì)算在地面坐標(biāo)系內(nèi)導(dǎo)引頭光軸矢量與彈體和激光發(fā)射點(diǎn)視線角矢量的夾角，利用這一夾角判斷激光發(fā)射點(diǎn)是否在導(dǎo)引頭視場(chǎng)內(nèi)，并判斷經(jīng)大氣衰減后的能量是否在導(dǎo)引頭能量門(mén)限內(nèi)。計(jì)算公式如下:

θ為導(dǎo)引頭的俯仰角，φ為導(dǎo)引頭的偏航角。(x1，y1，z1)為導(dǎo)引頭的坐標(biāo)，(x2，y2，z2)為激光出射點(diǎn)的坐標(biāo)。

將計(jì)算得到的夾角與導(dǎo)引頭視場(chǎng)角作比較，若夾角大于導(dǎo)引頭視場(chǎng)角則入射激光不在導(dǎo)引頭視場(chǎng)內(nèi);反之，則射激光在導(dǎo)引頭視場(chǎng)內(nèi)。

(2)激光信號(hào)在四象限探測(cè)器中所處象限運(yùn)算數(shù)學(xué)模型

平移地面坐標(biāo)系到導(dǎo)引頭坐標(biāo)系的變換矩陣如下:

則激光發(fā)射點(diǎn)在導(dǎo)引頭坐標(biāo)系的坐標(biāo)為

由于導(dǎo)引頭安裝方式不同會(huì)造成分劃線象限的不同，因此分劃線的坐標(biāo)計(jì)算需要分為兩個(gè)部分:

首先，分劃線的視場(chǎng)范圍利用變換后的x1坐標(biāo)結(jié)合視場(chǎng)角θlimit的大小計(jì)算，即:

然后，根據(jù)計(jì)算得到的ylimit、zlimit的正負(fù)組合，即可判斷激光信號(hào)在十字型或叉型導(dǎo)引頭所處的象限。

3.3 炸彈控制與運(yùn)動(dòng)模塊

風(fēng)標(biāo)式激光制導(dǎo)炸彈采用的是速度追蹤法制導(dǎo)，風(fēng)標(biāo)式激光導(dǎo)引頭測(cè)量的是炸彈空速矢量與彈目視線矢量間的夾角，以此夾角作為制導(dǎo)誤差信號(hào)控制炸彈飛行。該模塊利用外部設(shè)定的激光制導(dǎo)炸彈的初始設(shè)置、目標(biāo)位置以及導(dǎo)引頭模塊輸出的制導(dǎo)控制信號(hào)，對(duì)風(fēng)標(biāo)式激光制導(dǎo)炸彈的運(yùn)動(dòng)控制進(jìn)行建模，輸出激光制導(dǎo)炸彈的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、導(dǎo)引頭的實(shí)時(shí)姿態(tài)。為了加快運(yùn)算速度同時(shí)保證精度，本模塊采用相對(duì)變步長(zhǎng)和絕對(duì)變步長(zhǎng)龍格庫(kù)塔法結(jié)合的策略［17-19］。

激光制導(dǎo)炸彈運(yùn)動(dòng)控制模型框圖如圖4所示。

其中，采樣時(shí)間與激光脈沖到達(dá)時(shí)刻一致，保持時(shí)間應(yīng)與激光脈沖間隔對(duì)應(yīng)，保持時(shí)間應(yīng)與激光脈沖間隔相等。

圖4 激光制導(dǎo)炸彈運(yùn)動(dòng)控制模型框圖Fig.4 The diagram of laser-guided bomb motion control model

ug為重力補(bǔ)償信號(hào)。制導(dǎo)開(kāi)始后始終累加在俯仰制導(dǎo)信號(hào)上。在捕獲目標(biāo)前不用加重補(bǔ)信號(hào)，捕獲后且制導(dǎo)信號(hào)落入不靈敏區(qū)再加。重力補(bǔ)償信號(hào)的大小與炸彈與水平面的夾角相關(guān)。

4 仿真試驗(yàn)

仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境如下:CPU為AMD Athlon(tm)64 X2 Dual Core Processor 4200+(主頻 2.20 GHz)，內(nèi)存2 GB，操作系統(tǒng)為 Windows XP，軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境為VC++6.0。

4.1 仿真結(jié)果分析

利用仿真試驗(yàn)系統(tǒng)分別對(duì)無(wú)干擾、角度欺騙干擾、壓制干擾及阻塞干擾進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中數(shù)值不同的參數(shù)如表1所示，數(shù)值不變的參數(shù)設(shè)置如下:目標(biāo)指示器激光波長(zhǎng)1.064 μm;目標(biāo)指示器激光發(fā)散角0.5 mrad;目標(biāo)指示器激光能量130 mJ;炸彈導(dǎo)引頭制式為激光制導(dǎo);制導(dǎo)作用距離100～4 000 m;導(dǎo)引頭視場(chǎng)范圍17°;門(mén)限能量密度閾值10～40 000 fJ/cm2;目標(biāo)反射率0.3;大氣模式為中緯度夏季;氣溶膠模式為鄉(xiāng)村氣溶膠;水平能見(jiàn)度為20 km。

從圖5中的彈道曲線可以看出:

(1)角度欺騙干擾下激光制導(dǎo)炸彈的彈道與無(wú)干擾時(shí)類似，但可以看到其航向明顯指向假目標(biāo)，最終的彈著點(diǎn)也在假目標(biāo)上;

(2)在壓制干擾作用下，激光制導(dǎo)炸彈的彈道發(fā)生了明顯的偏轉(zhuǎn)，彈著點(diǎn)與目標(biāo)之間的距離為數(shù)百米;

(3)阻塞干擾時(shí)，激光制導(dǎo)炸彈導(dǎo)引頭狀態(tài)在跟蹤與搜索之間不斷切換，致使其航向變化頻繁，偏離目標(biāo);

(4)3種干擾方式都使目標(biāo)得到了有效的保護(hù)。

表1 實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置Table 1 Test conditions settings

表2 仿真結(jié)果Table 2 Simulation results

圖5 彈道曲線圖Fig.5 The curve chart of trajectory

4.2 影響干擾效果的因素分析

干擾方式對(duì)激光制導(dǎo)炸彈干擾效果的主要性能指標(biāo)包括:制導(dǎo)精度(制導(dǎo)誤差和脫靶量)、干擾作用距離、引偏起始時(shí)間、干擾有效起始能量密度等。在相同試驗(yàn)條件下進(jìn)行多次重復(fù)試驗(yàn)，對(duì)獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并采用概率評(píng)估準(zhǔn)則評(píng)估各干擾因素。

影響角度欺騙干擾效果的因素主要有干擾波長(zhǎng)、導(dǎo)引頭的工作波長(zhǎng)、干擾功率、假目標(biāo)反射率、導(dǎo)引頭的視場(chǎng)范圍、上下門(mén)限能量密度閾值、激光編碼形式等。實(shí)現(xiàn)激光角度欺騙干擾需要具備兩個(gè)條件:一是要求激光干擾信號(hào)與目標(biāo)指示器激光制導(dǎo)信號(hào)的工作波長(zhǎng)、編碼形式及方位等重要信息基本一致;二是要求傳遞到導(dǎo)引頭的激光干擾信號(hào)的強(qiáng)度要大于激光制導(dǎo)信號(hào)的強(qiáng)度。

根據(jù)阻塞干擾設(shè)備的激光是直接照射到導(dǎo)引頭的還是經(jīng)過(guò)漫反射照射到導(dǎo)引頭，將其分為跟蹤式和漫反射式兩種。阻塞干擾仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)阻塞干擾激光波長(zhǎng)在導(dǎo)引頭接收波長(zhǎng)窗口內(nèi)時(shí)，若干擾有效，前者的發(fā)散角及重復(fù)頻率要遠(yuǎn)高于后者，激光能量小于漫反射式，與外場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果吻合。二者的主要試驗(yàn)參數(shù)對(duì)比如表3所示。此外跟蹤式需考慮跟蹤性能參數(shù)的影響。激光的重復(fù)頻率、脈沖激光的峰值功率與干擾效果成正比關(guān)系，同時(shí)激光的高重復(fù)頻率必須與能量搭配，僅提高頻率而單脈沖能量在導(dǎo)引頭靈敏閾值以下的，起不到良好的干擾作用。

表3 阻塞干擾方式參數(shù)對(duì)比Table 3 The comparison of blocking interference parameters

除去導(dǎo)引頭性能參數(shù)外，壓制干擾效果主要受激光能量、跟蹤設(shè)備性能、束散角、光斑半徑等影響，其干擾能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于阻塞干擾，重復(fù)頻率較小。煙幕干擾效果受持續(xù)時(shí)間、消光系數(shù)、煙幕的弧長(zhǎng)、寬度、厚度及外部的風(fēng)速、溫度等氣候條件影響。其中，煙幕的消光系數(shù)與厚度越大，激光導(dǎo)引頭接收到的目標(biāo)反射功率越小，越難以準(zhǔn)確搜索和跟蹤目標(biāo)。

4.3 干擾效果影響因素分類

在各試驗(yàn)參數(shù)閾值范圍內(nèi)，分別單獨(dú)改變對(duì)抗雙方的導(dǎo)引頭視場(chǎng)范圍、激光波長(zhǎng)、上下門(mén)限能量密度閾值、欺騙激光干擾能量及漫反射屏反射率等參數(shù)進(jìn)行多次仿真。

根據(jù)仿真結(jié)果可知，這些參數(shù)對(duì)干擾效果的影響可分為瞬變和漸變兩類。瞬變型參數(shù)包括干擾激光波長(zhǎng)、激光編碼形式及影響到達(dá)導(dǎo)引頭能量密度的參數(shù)等，在某典型戰(zhàn)情條件下瞬變型參數(shù)的有效臨界值如表4所示。當(dāng)瞬變型參數(shù)值發(fā)生變化時(shí)，對(duì)干擾效果影響較大，會(huì)從有效跳變?yōu)闊o(wú)效。

表4 瞬變參數(shù)有效臨界值Table 4 The table of critical value of transient parameters

漸變型參數(shù)主要有導(dǎo)引頭視場(chǎng)范圍、重復(fù)頻率及對(duì)抗雙方的相對(duì)位置等，在有無(wú)干擾時(shí)，導(dǎo)引頭視場(chǎng)范圍與炸彈落點(diǎn)偏離目標(biāo)距離的關(guān)系曲線如圖6所示。

圖6 導(dǎo)引頭視場(chǎng)范圍影響曲線Fig.6 The relation curve of field of seeker view and distance between missile and target

由圖6可知:無(wú)干擾時(shí)，因?yàn)殡S著導(dǎo)引頭視場(chǎng)范圍的增大，導(dǎo)引頭的有效跟蹤時(shí)間增加，所以炸彈落點(diǎn)偏離目標(biāo)距離逐漸減小，當(dāng)視場(chǎng)范圍增大至一定程度時(shí)，由于導(dǎo)引頭始終處于穩(wěn)定跟蹤狀態(tài)，所以命中精度不再增加;有干擾時(shí)，隨著導(dǎo)引頭視場(chǎng)范圍的增大，有效引偏時(shí)間增加，故炸彈落點(diǎn)偏離目標(biāo)距離逐漸增加，當(dāng)視場(chǎng)范圍增大至一定程度時(shí)，由于導(dǎo)引頭始終處于有效引偏狀態(tài)，所以引偏距離不再增加。仿真結(jié)果顯示，其他條件相同的情況下，分別減小導(dǎo)引頭視場(chǎng)范圍及其門(mén)限能量密度閾值范圍能夠降低欺騙干擾的成功幾率，與此同時(shí)，其搜索及跟蹤性能也會(huì)受到相應(yīng)的影響，設(shè)備研制時(shí)對(duì)這類參數(shù)的選擇，就需要權(quán)衡利弊，找到最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

從上述各節(jié)的影響因素分析中可以看出，光電對(duì)抗效果同時(shí)受對(duì)抗雙方參數(shù)的影響，二者是矛與盾的關(guān)系。在實(shí)際設(shè)備研制中，首先，需根據(jù)研制需求將參數(shù)分為可變與不可變;然后，通過(guò)仿真試驗(yàn)從可變參數(shù)中找出漸變型與瞬變型參數(shù)，并再次經(jīng)過(guò)多次仿真試驗(yàn)，找到漸變參數(shù)的最佳值與瞬變參數(shù)的臨界值;最后，用于指導(dǎo)設(shè)備研制。

5 結(jié) 論

為了提高光電對(duì)抗仿真結(jié)果的可信度，研究了干擾對(duì)抗過(guò)程中必需的仿真模型，建立了激光對(duì)風(fēng)標(biāo)式激光制導(dǎo)炸彈的光電對(duì)抗仿真系統(tǒng)，能夠?qū)?種光電對(duì)抗干擾方式進(jìn)行仿真。基于該系統(tǒng)的多次仿真試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)4種干擾方式干擾效能的主要影響因素進(jìn)行了分析，為光電對(duì)抗武器作戰(zhàn)效能的分析與評(píng)估提供了平臺(tái)和依據(jù)。該系統(tǒng)已應(yīng)用于某半實(shí)物仿真項(xiàng)目中。

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