面源紅外誘餌與煙幕復(fù)合使用及仿真研究

劉靜梅

(解放軍91404部隊(duì),河北 秦皇島 066001)

面源紅外誘餌與煙幕復(fù)合使用及仿真研究

劉靜梅

(解放軍91404部隊(duì),河北 秦皇島 066001)

隨著紅外成像技術(shù)的不斷發(fā)展,紅外成像制導(dǎo)導(dǎo)彈對艦船構(gòu)成嚴(yán)重威脅,面源紅外誘餌是對抗紅外成像制導(dǎo)導(dǎo)彈的新型對抗手段。但實(shí)際對抗使用時,適當(dāng)調(diào)整跟蹤算法很可能導(dǎo)致面源紅外誘騙失敗。煙幕遮蔽協(xié)同的面源紅外干擾是用于對抗紅外成像導(dǎo)引頭跟蹤階段的一種新型干擾樣式,對于保護(hù)大中型水面艦船目標(biāo)效果更好。本文介紹了面源紅外誘餌和煙幕干擾的工作特性,對面源紅外誘餌與煙幕復(fù)合使用原理進(jìn)行分析,并通過仿真平臺進(jìn)行測試。結(jié)果表明,復(fù)合使用面源紅外誘餌和煙幕干擾,充分利用煙幕遮蔽作用和面源紅外誘餌的誘騙作用,可以達(dá)到更優(yōu)的干擾效果。

面源; 紅外誘餌; 煙幕; 仿真

1 引 言

隨著紅外成像技術(shù)的不斷發(fā)展,紅外成像制導(dǎo)導(dǎo)彈已對艦船構(gòu)成嚴(yán)重威脅,因此,如何保護(hù)艦船免遭紅外成像導(dǎo)彈攻擊成為各國軍方面臨的重大課題[1]。面源紅外誘餌因其紅外輻射特性與被保護(hù)目標(biāo)相似、輻射能量高、燃燒時間長以及輻射面積大并與被保護(hù)目標(biāo)相交融,已經(jīng)發(fā)展成為一種比較高效的紅外成像制導(dǎo)導(dǎo)彈干擾手段。而在實(shí)際作戰(zhàn)過程中,目標(biāo)的紅外圖像始終在導(dǎo)彈的搜索視場中,適當(dāng)調(diào)整跟蹤算法,就有可能使面源紅外誘餌誘騙失敗。因此,使用中需要復(fù)合使用面源紅外誘餌和煙幕干擾,利用煙幕遮蔽作用和面源紅外誘餌的誘騙作用,以達(dá)到更好的干擾效果。

2 面源紅外干擾特性研究

布放假目標(biāo)實(shí)施欺騙干擾是無源/光電干擾的常用方法,面源紅外干擾是通過發(fā)射控制裝置在艦船與來襲導(dǎo)彈之間布放能模擬艦船目標(biāo)紅外輻射特征的面源紅外誘餌,將紅外成像制導(dǎo)導(dǎo)彈誘離目標(biāo)艦船,轉(zhuǎn)向跟蹤紅外假目標(biāo),從而到達(dá)對抗紅外成像反艦導(dǎo)彈的目的,以滿足艦艇自衛(wèi)反導(dǎo)使用需求。目前面源紅外誘餌的主要使用方法是利用面源紅外干擾材料燃燒后的光譜特性與艦船的紅外輻射光譜特性相匹配的特點(diǎn),單獨(dú)使用或通過與煙幕配合使用,對敵紅外及紅外成像制導(dǎo)反艦導(dǎo)彈實(shí)施欺騙干擾,降低反艦導(dǎo)彈命中概率,保護(hù)我方艦船[2]。單獨(dú)使用面源紅外干擾的仿真效果如圖1所示。圖中所示是導(dǎo)彈正對艦船航向的干擾效果圖。由于面源紅外誘餌與目標(biāo)艦船有相似的紅外特性,隨著導(dǎo)彈不斷接近目標(biāo),由于目標(biāo)艦船和干擾之間的相對運(yùn)動,跟蹤中心會不斷移動,最終誘使導(dǎo)彈脫離艦船目標(biāo)。

3 煙幕干擾特性研究

煙幕遮蔽干擾的工作原理主要是利用煙幕中的溶膠微粒對目標(biāo)和背景的紅外輻射產(chǎn)生吸收、散射和反射作用,使進(jìn)入紅外探測器的紅外輻射能低于分辨率,或降低目標(biāo)與環(huán)境的紅外圖像對比度,使導(dǎo)彈不能持續(xù)穩(wěn)定跟蹤和認(rèn)清目標(biāo),從而起到保護(hù)目標(biāo)艦船不被發(fā)現(xiàn)的作用。煙幕干擾的紅外特性圖像如圖2所示。

煙幕在爆開的瞬間溫度比較高,紅外成像中的灰度值要高于目標(biāo)灰度,面積擴(kuò)大的同時溫度也迅速降低,從圖中可以看到其與天空背景的紅外灰度相似。煙幕爆炸后面積比較大,可以擴(kuò)散到幾十至幾百米的空間當(dāng)中,其在空中的持續(xù)時間可達(dá)數(shù)十秒以上,可以遮擋紅外搜索視窗方向后面的目標(biāo)。

圖1 面源紅外干擾仿真效果Fig.1 Emulation effectiveness of surface-type infrared jamming

圖2 煙幕干擾紅外特性圖像Fig.2 Infrared characteristics image of smoke screen jamming

4 復(fù)合干擾機(jī)理分析

面源紅外誘餌與煙幕復(fù)合干擾原理是當(dāng)紅外成像制導(dǎo)反艦導(dǎo)彈來襲跟蹤目標(biāo)艦船時,首先在來襲導(dǎo)彈和艦船之間發(fā)射煙幕彈布放煙幕,形成煙幕屏障遮蔽艦船,以破壞紅外成像導(dǎo)引頭目標(biāo)景象,使其丟失艦船目標(biāo),由跟蹤轉(zhuǎn)為重新搜索。隨后在來襲導(dǎo)彈紅外成像導(dǎo)引頭視場內(nèi)布放能模擬艦船紅外輻射特征的面源紅外假目標(biāo),誘使紅外成像導(dǎo)引頭重新搜索時捕獲面源紅外假目標(biāo),從而引偏紅外成像制導(dǎo)導(dǎo)彈,保護(hù)艦船目標(biāo)。由于大中型水面艦船目標(biāo)幾何尺寸大,尤其是在靜止和低速運(yùn)動時,單獨(dú)使用煙幕干擾后盡管可使導(dǎo)引頭丟失對艦船目標(biāo)的跟蹤,但受煙幕消光率所限,導(dǎo)彈飛臨艦船后仍有可能跟蹤并擊中艦船,因此隨后布放能模擬艦船紅外輻射特征的面源紅外假目標(biāo),誘偏紅外成像制導(dǎo)導(dǎo)彈,保護(hù)艦船目標(biāo),提高干擾的成功率。面源紅外干擾與煙幕遮蔽干擾配合使用,尤其對保護(hù)大尺寸及靜止或低速運(yùn)動艦船目標(biāo)效果更好,可有效對抗紅外成像反艦導(dǎo)彈,滿足未來艦艇的自衛(wèi)反導(dǎo)使用需求[3-4]。面源紅外誘餌與煙幕復(fù)合使用時,情況要比單獨(dú)使用復(fù)雜很多。為了適應(yīng)實(shí)際作戰(zhàn)要求,需要找到一種面源紅外誘餌與煙幕的最佳空間位置關(guān)系,并把此位置關(guān)系作為固定參數(shù)。因此,面源紅外誘餌與煙幕復(fù)合使用的重要參數(shù)是兩種干擾的相對位置參數(shù)。仿真圖像如圖3所示。

如圖3所示,艦船向北行駛(屏幕右方),威脅方向?yàn)?0度(以船頭方向?yàn)?度,順時針方向?yàn)檎较?,煙幕干擾的發(fā)射水平角為80度,面源紅外誘餌的發(fā)射水平角為110度,假設(shè)兩種干擾源的發(fā)射高低角同為15度。假設(shè)測試平臺中艦船模型長度為150米,面源紅外誘餌可覆蓋范圍與煙幕可覆蓋范圍相當(dāng),兩種干擾源在同一水平面時,可覆蓋整個艦船寬度。

根據(jù)紅外搜索跟蹤算法原理,理論上最好的干擾就是利用煙幕遮蔽艦船,同時利用面源紅外誘餌與艦船的相對位移來誘騙導(dǎo)引頭。由于煙幕的覆蓋范圍有限,所以在仿真平臺試驗(yàn)中,選擇在來襲方向與艦船中心連線的左邊10度布放煙幕,右邊10度布放面源紅外誘餌(假設(shè)艦船規(guī)避方向?yàn)闊熌幌鄬τ谂灤姆较?這樣有利于快速誘偏紅外搜索裝置)。如圖4所示。

圖3 仿真測試圖像Fig.3 Emulation test images

圖4 來襲方向示意圖Fig.4 Diagram of attacking direction

5 面源紅外誘餌與煙幕復(fù)合干擾仿真測試

通過紅外對抗試驗(yàn)仿真平臺,分別對單獨(dú)使用面源紅外誘餌和復(fù)合使用面源紅外誘餌與煙幕兩種不同方式導(dǎo)彈跟蹤結(jié)果進(jìn)行仿真試驗(yàn)。紅外對抗試驗(yàn)仿真平臺需要建立艦船、面源誘餌及背景的紅外輻射數(shù)學(xué)模型、煙幕消光模型、艦船及誘餌運(yùn)動模型、紅外成像導(dǎo)彈制導(dǎo)模型、彈船(誘)運(yùn)動關(guān)系模型大氣紅外傳輸模型等[5],仿真結(jié)構(gòu)圖見圖5。

圖5 紅外對抗試驗(yàn)仿真結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Emulation structure chart of infrared countermeasure test

艦船和面源誘餌紅外輻射數(shù)學(xué)模型以紅外輻射特性實(shí)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行構(gòu)建。海面、天空紅外輻射模型和大氣紅外傳輸模型為統(tǒng)計(jì)模型,在一定范圍具有隨機(jī)性。煙幕消光模型采用試驗(yàn)場定型試驗(yàn)時的煙幕透過率時間特性測量數(shù)據(jù),對其進(jìn)行迭代處理,形成煙幕消光時間特性數(shù)學(xué)模型。紅外成像制導(dǎo)模型包括紅外成像導(dǎo)引頭的信號接收與轉(zhuǎn)換模塊、信號處理模塊以及導(dǎo)彈運(yùn)動控制模塊,信號處理模塊要考慮紅外成像導(dǎo)引頭信號處理系統(tǒng)的處理方法、進(jìn)行目標(biāo)提取的圖像處理方法等具體處理技術(shù)。艦船、導(dǎo)彈、誘餌運(yùn)動關(guān)系模型依據(jù)艦船運(yùn)動參數(shù)、誘餌運(yùn)動特性參數(shù)、導(dǎo)彈飛行速度和運(yùn)動矢量以及艦船依據(jù)機(jī)動策略進(jìn)行規(guī)避后三者的運(yùn)動關(guān)系等進(jìn)行構(gòu)建[6]。干擾初始條件與艦船的運(yùn)動速度、誘餌及煙幕的布放參數(shù)和使用時機(jī)有關(guān),誘餌及煙幕布放后主要受風(fēng)力和重力的影響。通過改變導(dǎo)彈與目標(biāo)艦船交會角度,在仿真平臺運(yùn)行面源紅外干擾對抗試驗(yàn)和復(fù)合干擾對抗試驗(yàn),記錄統(tǒng)計(jì)導(dǎo)彈受干擾后捕獲跟蹤目標(biāo)艦船情況。仿真試驗(yàn)結(jié)果見表1、表2。

表1 單獨(dú)使用面源紅外誘餌的仿真測試結(jié)果

表2 面源紅外與煙幕復(fù)合使用仿真測試結(jié)果

從表中可以看出,無論對于單獨(dú)使用面源紅外誘餌還是對于面源紅外誘餌與煙幕復(fù)合使用時,導(dǎo)彈與艦船交會角度在30度和150度時,導(dǎo)彈跟蹤目標(biāo)艦船成功概率較高,在0度和180度時跟蹤成功概率較低。單獨(dú)使用面源紅外誘餌時最高跟蹤成功概率可達(dá)82.9%,而復(fù)合使用面源紅外誘餌和煙幕干擾時,不同交會角度最高成功概率為27.5%,導(dǎo)彈捕獲目標(biāo)艦船的成功概率明顯降低。仿真試驗(yàn)結(jié)果說明,復(fù)合使用面源紅外誘餌與煙幕遮蔽策略,干擾效果顯著提升。

6 結(jié)束語

通過對面源紅外誘餌與煙幕使用原理和特性進(jìn)行分析,以及通過紅外對抗仿真平臺進(jìn)行仿真測試的結(jié)果表明,在實(shí)際使用中,復(fù)合使用面源紅外誘餌和煙幕干擾,充分利用煙幕遮蔽作用和面源紅外誘餌的誘騙作用,可以達(dá)到更好的干擾效果。

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KONG Xiaoling,MA Shengxian,DU Yuping,et al.Simulation Research on Surface-Type Infrared Decoy for Jamming Infrared Imaging Guided Missile[J].Command Control&Simulation,2011,33(1):78-81.

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劉靜梅 女(1976-),河北唐山人,工程師,主要研究為光電對抗試驗(yàn)方面的研究。

Research on Usage and Emulation of Surface-type InfraredDecoy Combined with Smoke Screen

LIUJingmei

(Unit 91404 of PLA,Qinhuangdao 066001,China)

With the development of infrared imaging technology,infrared imaging guiding missile is serious menace to naval ship.Surface-type decoy is one new countermeasure to infrared imaging guiding missile.But by adjusting tracking algorithm,surface-type infrared deception probably fails in actual antagonizing course.Surface-type infrared jamming combined with smoke screen is one new jamming style used to tracking stage for infrared imaging seeker.It is more effective to protect large and middle-scale naval ship.In the article,the work characteristics of surface-type infrared decoy and smoke screen jamming are introduced.The usage theory of surface-type infrared decoy combined with smoke screen is analyzed and tested through emulation platform.The results showed that the use of surface-type infrared decoy combined with smoke screen can make the best of shielding function of smoke screen and deception function of surface-type infrared decoy,thus the more effective jamming are achieved.

surface-type; infrared decoy; smoke screen; emulation

TN 219

A