隱身艦艇紅外質(zhì)心干擾作戰(zhàn)運(yùn)用研究＊

（1.海軍陸戰(zhàn)學(xué)院 廣州 510430）（2.海軍駐河海大學(xué)選培辦 南京 210098）

1 引言

非隱身艦艇因其紅外輻射強(qiáng)度大，導(dǎo)致單發(fā)紅外誘餌的壓制系數(shù)K一般小于1，在艦艇部隊(duì)訓(xùn)練和試驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)一般采用增加紅外誘餌發(fā)射數(shù)量的方式彌補(bǔ)其不足，但紅外質(zhì)心干擾的效果仍不理想，因此在實(shí)戰(zhàn)中非隱身艦艇的紅外質(zhì)心干擾將很難發(fā)揮作用。

然而，采用了反紅外隱身技術(shù)的隱身艦艇，其紅外輻射強(qiáng)度大大減小，縮減量一般可達(dá)到5dB～10dB，當(dāng)縮減量為10dB 時(shí)，其紅外輻射強(qiáng)度是同噸位非隱身艦艇的1／10。這樣，致使紅外誘餌對(duì)來襲紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈的壓制系數(shù)顯著增大，從而使紅外質(zhì)心干擾效果明顯增強(qiáng)［1］。因此，紅外質(zhì)心干擾將在隱身艦艇對(duì)抗紅外點(diǎn)源制導(dǎo)反艦導(dǎo)彈的作戰(zhàn)過程中發(fā)揮重要作用。

目前，艦艇發(fā)射紅外誘餌彈對(duì)抗反艦導(dǎo)彈的戰(zhàn)術(shù)研究已有一些成熟結(jié)論［2～3］，對(duì)紅外質(zhì)心干擾死區(qū)和紅外誘餌彈發(fā)射舷向的確定等戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用問題，給出了解決方法。針對(duì)隱身艦艇的新特點(diǎn)，相關(guān)文獻(xiàn)采用仿真的方法對(duì)紅外質(zhì)心干擾發(fā)射決策和干擾效果進(jìn)行了研究［4～6］。本文將在以上成果的基礎(chǔ)上，針對(duì)隱身艦艇，對(duì)其紅外質(zhì)心干擾作戰(zhàn)運(yùn)用方法展開討論。

2 紅外質(zhì)心干擾時(shí)機(jī)

紅外質(zhì)心干擾時(shí)機(jī)是指從發(fā)現(xiàn)敵來襲反艦導(dǎo)彈并決定實(shí)施紅外質(zhì)心干擾時(shí)刻起，到開始進(jìn)行質(zhì)心干擾所需要等待的時(shí)間。

當(dāng)艦載主動(dòng)雷達(dá)或紅外告警設(shè)備發(fā)現(xiàn)敵來襲反艦導(dǎo)彈時(shí)，紅外質(zhì)心干擾時(shí)機(jī)按下式解算：

其中，t為紅外質(zhì)心干擾時(shí)機(jī)，dms為發(fā)現(xiàn)敵導(dǎo)彈時(shí)導(dǎo)彈距我艦的距離，dt為敵導(dǎo)彈紅外導(dǎo)引頭進(jìn)入跟蹤時(shí)距我艦的距離，vm為導(dǎo)彈速度，tc為紅外誘餌彈從發(fā)射到形成誘餌的時(shí)間。

一般，dtmin≤dt≤dtmax。如果取dt＝dtmin，則可由式（1）求得tmax。

若tmax＜0，則說明已來不及進(jìn)行紅外質(zhì)心干擾；

若t＞0，則可在ts后進(jìn)行紅外質(zhì)心干擾；

若t＜0且tmax≥0，則應(yīng)立即進(jìn)行紅外質(zhì)心干擾。

3 紅外誘餌彈的發(fā)射區(qū)域

因紅外點(diǎn)源制導(dǎo)反艦導(dǎo)彈的紅外導(dǎo)引頭視場(chǎng)角一般較小，且沒有距離搜索波門，所以要使紅外誘餌能及時(shí)起到干擾作用，一個(gè)合理的要求是紅外誘餌燃燒時(shí)的初始位置處于導(dǎo)彈紅外導(dǎo)引頭視場(chǎng)內(nèi)［4］。其次，紅外誘餌與艦艇同時(shí)處于導(dǎo)彈紅外導(dǎo)引頭視場(chǎng)內(nèi)的時(shí)間不宜過長(zhǎng)，在導(dǎo)彈穩(wěn)定跟蹤兩者綜合紅外質(zhì)心的情況下，艦艇偏出視場(chǎng)的時(shí)刻應(yīng)出現(xiàn)得越早越好，這將促使導(dǎo)彈盡早僅跟蹤紅外誘餌而使艦艇擺脫導(dǎo)彈的跟蹤。第三，因隱身艦艇的紅外輻射強(qiáng)度較小，使得綜合紅外質(zhì)心的位置更加靠近紅外誘餌，這就為隱身艦艇比誘餌先偏出導(dǎo)彈紅外導(dǎo)引頭視場(chǎng)提供了條件。

基于這三個(gè)原因，我們認(rèn)為，紅外誘餌彈爆炸燃燒時(shí)的初始位置是決定干擾成敗的關(guān)鍵因素之一，而這一位置取決于它所在的區(qū)域。

下面我們以導(dǎo)彈從隱身艦艇右舷前半球來襲這一典型態(tài)勢(shì)，討論紅外誘餌彈的發(fā)射區(qū)域問題。假設(shè)艦艇長(zhǎng)度L為150m，艦艇航速vs為25 節(jié)即12.86m／s，導(dǎo)彈速度vm為289m／s即0.85馬赫，導(dǎo)彈紅外導(dǎo)引頭視場(chǎng)張角θ為2°，紅外誘餌彈發(fā)射時(shí)刻彈艦初始距離dms0為16000m。

我們以導(dǎo)彈威脅軸及艦艇首尾線為基準(zhǔn)，在導(dǎo)彈紅外導(dǎo)引頭視場(chǎng)范圍內(nèi)，在水平面內(nèi)將隱身艦艇紅外誘餌彈的可發(fā)射區(qū)域分為如圖1所示的四個(gè)區(qū)域，分別是右前為Ⅰ區(qū)、右后為Ⅱ區(qū)、左后為Ⅲ區(qū)、左前為Ⅳ區(qū)。其中E、F點(diǎn)為導(dǎo)彈威脅軸法線與視場(chǎng)邊緣的交點(diǎn)，P、Q點(diǎn)為艦艇首尾線與視場(chǎng)邊緣的交點(diǎn)。暫時(shí)不考慮風(fēng)的影響。

圖1 隱身艦艇紅外誘餌彈可發(fā)射區(qū)域示意圖

先討論干擾有效性。根據(jù)紅外誘餌形成機(jī)理我們?cè)O(shè)其從發(fā)射到形成誘餌的時(shí)間為7s，這一時(shí)段導(dǎo)彈飛行了約2023m，此時(shí)彈艦距離為16000-2023＝13977m，則紅外誘餌形成的初始時(shí)刻導(dǎo)彈紅外視場(chǎng)半寬度為

以艦艇中心S點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，設(shè)有導(dǎo)彈威脅時(shí)艦艇安全距離為60m，則艦艇安全圈半徑：

從數(shù)據(jù)可看出，導(dǎo)彈紅外視場(chǎng)半寬度大于艦艇安全圈半徑。所以，從理論上講紅外誘餌被發(fā)射到艦艇安全圈半徑以外，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)以內(nèi)，都能使導(dǎo)彈同時(shí)捕獲并跟蹤上艦艇和紅外誘餌，干擾都是有效的。

然而當(dāng)考察紅外誘餌與艦艇同時(shí)被捕獲后艦艇偏出紅外導(dǎo)引頭視場(chǎng)的時(shí)間參數(shù)時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)紅外誘餌發(fā)射到Ⅰ區(qū)和Ⅳ區(qū)時(shí)，由于艦艇是在向前航行，誘餌發(fā)射到左前方和右前方均導(dǎo)致艦艇與誘餌同時(shí)處于導(dǎo)彈紅外導(dǎo)引頭視場(chǎng)的時(shí)間較長(zhǎng)，并且艦艇航速慢，機(jī)動(dòng)時(shí)旋回半徑大，使得艦艇遲遲不能偏出視場(chǎng)［6］，導(dǎo)彈一直跟蹤綜合紅外質(zhì)心的概率很高，致使導(dǎo)彈命中艦艇的概率也很高。所以這兩個(gè)紅外質(zhì)心干擾發(fā)射方案不可行。

再分析紅外誘餌被發(fā)射到Ⅲ區(qū)時(shí)的情形。這個(gè)發(fā)射方案有一個(gè)同樣的缺陷，就是艦艇偏出導(dǎo)引頭視場(chǎng)的時(shí)間較長(zhǎng)。其原因是盡管在艦艇向前航行時(shí)向左后方發(fā)射誘餌，兩者有一定的相對(duì)速度，但是在導(dǎo)彈威脅軸的法向上艦艇與誘餌拉開距離的速度仍較慢，導(dǎo)致艦艇偏出視場(chǎng)的時(shí)間較長(zhǎng)。因此這一方案也不可行。

最優(yōu)的發(fā)射方案是發(fā)射到Ⅱ區(qū)，可保證在導(dǎo)彈威脅軸的法向上艦艇與誘餌拉開距離的速度較快，從而使艦艇偏出紅外導(dǎo)引頭視場(chǎng)的時(shí)間較短，干擾效果好。

與此同時(shí)，艦艇的機(jī)動(dòng)規(guī)則是：向左舷發(fā)射紅外誘餌時(shí)向右轉(zhuǎn)向機(jī)動(dòng)；向右舷發(fā)射紅外誘餌時(shí)向左轉(zhuǎn)向機(jī)動(dòng)。以保證艦艇盡快與誘餌拉開距離。

用同樣的方法，我們可以分析出導(dǎo)彈從右舷后半球、左舷前半球和后半球來襲這三種態(tài)勢(shì)下，紅外誘餌彈應(yīng)發(fā)射的區(qū)域。當(dāng)然，根據(jù)文獻(xiàn)［2］，當(dāng)導(dǎo)彈處于艦艇紅外干擾死區(qū)內(nèi)時(shí)，艦艇需要進(jìn)行預(yù)機(jī)動(dòng)，使導(dǎo)彈處于干擾死區(qū)以外，再發(fā)射紅外誘餌實(shí)施干擾；否則，無論如何發(fā)射，干擾都是無效的。

綜合上述分析，我們可得出如下隱身艦艇紅外質(zhì)心干擾作戰(zhàn)中紅外誘餌彈的發(fā)射區(qū)域和艦艇機(jī)動(dòng)決策的有關(guān)結(jié)論。

表1 紅外誘餌彈發(fā)射區(qū)域及艦艇機(jī)動(dòng)決策表

4 紅外誘餌彈的發(fā)射舷角和仰角

在作戰(zhàn)中確定紅外誘餌彈各發(fā)射要素時(shí)，除了確定發(fā)射舷向或發(fā)射區(qū)域外，還應(yīng)準(zhǔn)確確定其發(fā)射舷角和仰角。在上一節(jié)討論發(fā)射舷向時(shí)僅在水平面上考慮，而在討論發(fā)射舷角和仰角時(shí)必須考慮到導(dǎo)彈和誘餌都有高度，因此應(yīng)在立體空間中對(duì)質(zhì)心干擾進(jìn)行討論，且要同時(shí)考慮風(fēng)的影響。

下面根據(jù)艦艇、導(dǎo)彈、紅外誘餌的相對(duì)位置，分析紅外誘餌應(yīng)如何發(fā)射才能使導(dǎo)彈紅外導(dǎo)引頭同時(shí)捕獲艦艇和誘餌，如圖2所示。

圖2 紅外誘餌在視場(chǎng)橫截面上的投影示意圖

S點(diǎn)為隱身艦艇，M點(diǎn)為導(dǎo)彈，B點(diǎn)為紅外誘餌，SC為艦艇航向。假設(shè)紅外誘餌發(fā)射前導(dǎo)彈紅外導(dǎo)引頭指向艦艇中心S點(diǎn)，過S點(diǎn)作導(dǎo)彈威脅軸MS的垂直平面P，導(dǎo)彈紅外導(dǎo)引頭視場(chǎng)與垂直平面P相交后形成橫截面圓（圖中陰影部分），S點(diǎn)為圓心。再過B點(diǎn)作平面P的垂線BA，A點(diǎn)為垂足，連接BS、AS，顯然，A點(diǎn)即為紅外誘餌B在平面P或視場(chǎng)橫截面上的投影。

很明顯，當(dāng)A點(diǎn)位于橫截面圓內(nèi)和圓上時(shí)，說明艦艇和紅外誘餌同時(shí)處于導(dǎo)彈紅外導(dǎo)引頭的捕獲單元內(nèi)，干擾是有效的；而當(dāng)A點(diǎn)位于橫截面圓外時(shí)，導(dǎo)彈捕獲不到誘餌，干擾失敗。因此，判斷干擾是否有效，就轉(zhuǎn)變成了判斷AS線段與橫截面圓的半徑r的大小。即當(dāng)

這就是在對(duì)紅外質(zhì)心干擾有效性判斷問題進(jìn)行建模和仿真計(jì)算時(shí)的一個(gè)基本算法。建模的思路是：在航行的艦艇上，紅外誘餌彈以一定的舷角和仰角發(fā)射后，經(jīng)過一定的飛行軌跡在B點(diǎn)形成紅外誘餌，然后隨風(fēng)漂移并在降落傘作業(yè)下下落。而在紅外誘餌形成時(shí)刻，B點(diǎn)與艦艇S點(diǎn)的連線BS在導(dǎo)彈紅外導(dǎo)引頭視場(chǎng)橫截面上的投影AS的長(zhǎng)度，可以通過誘餌運(yùn)動(dòng)模型、艦艇運(yùn)動(dòng)模型和導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)模型獲得。同時(shí)在紅外誘餌形成時(shí)刻，導(dǎo)彈紅外導(dǎo)引頭視場(chǎng)橫截面圓的半徑r（或視場(chǎng)半寬度），則可由以下公式計(jì)算：

通過建模和仿真計(jì)算，我們得到如下結(jié)論：

1）為使紅外質(zhì)心干擾有效，當(dāng)導(dǎo)彈從右舷前半球來襲時(shí)，紅外誘餌最佳發(fā)射舷角（此時(shí)舷角為正）γB比導(dǎo)彈舷角γM約大80°～90°，在［γM＋80°，γM＋90°］范圍內(nèi)；當(dāng)導(dǎo)彈從右舷后半球來襲時(shí)，紅外誘餌最佳發(fā)射舷角γB（此時(shí)舷角為負(fù)）比導(dǎo)彈舷角γM（此時(shí)舷角為正）約小270°，在［γM-280°，γM-270°］范圍內(nèi)。

2）當(dāng)導(dǎo)彈從左舷前半球來襲時(shí)，紅外誘餌最佳發(fā)射舷角（此時(shí)舷角為負(fù)）γB∈［γM-90°，γM-80°］；當(dāng)導(dǎo)彈從左舷后半球來襲時(shí)，紅外誘餌最佳發(fā)射舷角（此時(shí)舷角為正）γB∈［γM＋270°，γM＋280°］。

3）當(dāng)導(dǎo)彈來襲舷角γM∈［-25°，25°］時(shí)，紅外誘餌最佳發(fā)射仰角為45°；當(dāng)γM∈［-35°，-25°）∪（25°，35°］時(shí)，紅外誘餌最佳發(fā)射仰角為55°；當(dāng)γM∈［-55°，-35°）∪（35°，55°］時(shí)，紅外誘餌最佳發(fā)射仰角 為65°；當(dāng)γM∈（-180°，-55°）∪（55°，180°）時(shí)，紅外誘餌最佳發(fā)射仰角為70°。

5 紅外誘餌彈的發(fā)射數(shù)量

設(shè)紅外誘餌彈的發(fā)射數(shù)量為n，單發(fā)紅外誘餌的紅外輻射強(qiáng)度為JB，隱身艦艇的紅外輻射強(qiáng)度為JS。根據(jù)壓制系數(shù)K等于所有紅外誘餌的紅外輻射強(qiáng)度總和與隱身艦艇的紅外輻射強(qiáng)度之比，有以下計(jì)算公式：

經(jīng)過變換得：

其中，壓制系數(shù)一般應(yīng)取2.5～3。由此得到了需要達(dá)到一定的壓制系數(shù)時(shí)隱身艦艇應(yīng)發(fā)射的紅外誘餌彈的數(shù)量。

6 結(jié)語

隱身艦艇因其紅外輻射強(qiáng)度小的特點(diǎn)，其紅外質(zhì)心干擾作戰(zhàn)運(yùn)用與非隱身艦艇有所不同。本文針對(duì)紅外點(diǎn)源制導(dǎo)反艦導(dǎo)彈來襲時(shí)隱身艦艇的紅外質(zhì)心干擾戰(zhàn)術(shù)問題，對(duì)紅外質(zhì)心干擾時(shí)機(jī)、紅外誘餌彈的發(fā)射區(qū)域、發(fā)射舷角和仰角、發(fā)射數(shù)量進(jìn)行了討論。對(duì)新型隱身艦艇的紅外質(zhì)心干擾作戰(zhàn)具有一定的指導(dǎo)和參考作用。

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