切割效應(yīng)下的質(zhì)心干擾研究*

黎敏謙　張　佳　羅　兵　高　峰

(海軍蚌埠士官學(xué)?！“霾骸?33012)

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切割效應(yīng)下的質(zhì)心干擾研究*

黎敏謙張佳羅兵高峰

(海軍蚌埠士官學(xué)校蚌埠233012)

摘要針對反艦導(dǎo)彈制導(dǎo)中的箔條質(zhì)心干擾對抗場景,首先闡述了導(dǎo)彈在跟蹤箔條云團(tuán)和目標(biāo)艦的合成質(zhì)心時會產(chǎn)生切割效應(yīng),接著對切割效應(yīng)進(jìn)行了分析。通過建立數(shù)學(xué)模型,設(shè)置典型參數(shù)場景,對在切割效應(yīng)下的質(zhì)心干擾進(jìn)行了仿真,并對結(jié)果進(jìn)行了分析。其結(jié)果表明,切割效應(yīng)會對干擾效果產(chǎn)生影響。其結(jié)論對于抗箔條質(zhì)心干擾技術(shù)的研究具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞箔條; 切割效應(yīng); 質(zhì)心干擾

Research on Centroid Jamming in Incision Effect

LI MinqianZHANG JiaLUO BingGAO Feng

(Bengbu Naval Petty Officer Academy, Bengbu233012)

AbstractAiming at chaff centroid jamming confrontation in anti-ship missile guidance, the effect of incising would be generated when the missile tracked the centre of chaff cloud and ship. A precise beam incision impact model was derived. Based on the model and reasonable scene assumption, centroid jamming in incision effect was simulated. Simulation results were analyzed, which indicated the effect of incising would influence the result of jamming. These results had kind of reference value in the judgment of centroid jamming validity and the coming research on chaff centroid jamming countermeasure.

Key Wordschaff, the effect of incising, centroid jamming

Class NumberTJ765

1引言

箔條作為對抗雷達(dá)的一種重要手段,具有成本低廉、制作簡單等優(yōu)點(diǎn),因此在防空、反艦、反導(dǎo)等領(lǐng)域均獲得了廣泛的應(yīng)用[1～2]。利用箔條形成質(zhì)心干擾是水面艦艇對抗反艦導(dǎo)彈的有效方法[3～4]。然而,在實(shí)際作戰(zhàn)中影響質(zhì)心干擾效果的因素很多,其中裝備性能占主導(dǎo)地位,在末制導(dǎo)雷達(dá)窄脈寬發(fā)展趨勢下,波束對箔條云的切割效應(yīng)不容忽視[5～7],其對干擾效果產(chǎn)生的影響需要深入分析。

2質(zhì)心干擾的切割效應(yīng)

導(dǎo)彈在跟蹤艦船時,艦船施放箔條干擾進(jìn)行防御。當(dāng)干擾形成時,導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)隨即轉(zhuǎn)向跟蹤艦船S和箔條云C合成的能量中心即質(zhì)心O。其示意圖如圖1。在導(dǎo)彈接近目標(biāo)的過程中,由于雷達(dá)波束的寬度不變因此其方位跟蹤單元會逐漸變小,當(dāng)雷達(dá)波束的方位半寬小于箔條云團(tuán)(或艦船)的外緣與質(zhì)心點(diǎn)的距離時,箔條云團(tuán)(或艦船)就開始被切割,使部分箔條云團(tuán)(或艦船)偏出波束范圍,而對雷達(dá)而言,二者的質(zhì)心點(diǎn)向末被切割的一側(cè)偏轉(zhuǎn),這更加快了箔條云團(tuán)(或艦船)的切割速度。一般情況下,由于雷達(dá)波束半寬減小的速度比質(zhì)心點(diǎn)偏轉(zhuǎn)的速度快,經(jīng)過一段時間后,艦船(或箔條云團(tuán))也被切割。假設(shè)在導(dǎo)彈雷達(dá)開機(jī)時箔條云團(tuán)已經(jīng)形成。在t1時刻,導(dǎo)彈在M點(diǎn),箔條及艦艇均在雷達(dá)的波束內(nèi),導(dǎo)彈跟蹤合成質(zhì)心O,在t2時刻,由于風(fēng)的作用,箔條云團(tuán)的質(zhì)心移動到C′,艦艇由于機(jī)動移動到S′,此時出現(xiàn)了切割現(xiàn)象,即部分箔條偏出波束范圍,從而使在箔條云團(tuán)有效反射面積變小,其RCS也變小,而艦船仍然在波束內(nèi),箔條云團(tuán)與目標(biāo)的合成質(zhì)心向艦船傾斜,此時導(dǎo)彈跟蹤艦船和雷達(dá)波束內(nèi)的箔條合成的質(zhì)心O′。隨著箔條云團(tuán)不斷被切割,波束內(nèi)的箔條不斷減小,導(dǎo)致導(dǎo)彈的跟蹤質(zhì)心不斷向艦船方移動,在導(dǎo)彈和艦船距離夠長的情況下,終會使箔條云團(tuán)脫離波束范圍,波束內(nèi)只有艦船,使導(dǎo)彈跟蹤艦船[8～9]。

3模型的建立

3.1導(dǎo)彈的數(shù)學(xué)模型

導(dǎo)彈運(yùn)動軌跡是復(fù)雜的,與目標(biāo)、跟蹤方法等都有關(guān)。為了簡化仿真,采用“純追蹤法”,即導(dǎo)彈速度方向一直能夠指向雷達(dá)分辨單元中的質(zhì)心。假定在整個攻擊過程中的速度V是不變的。則導(dǎo)彈位置的變化為

其中Vxm、Vym為導(dǎo)彈在X和Y軸上的分速度。

圖1　導(dǎo)彈跟蹤合成質(zhì)心示意圖

3.2艦船的數(shù)學(xué)模型

由于一般的艦船都有大的長寬比,故可以將艦船看作為一直線排列的反射體,文獻(xiàn)[10]將艦船建模為一條長度為l線段,其雷達(dá)有效反射面積中心即為直線的幾何中心,這里考慮艦船的機(jī)動,將其建模為一條長度為L速度為Vs的運(yùn)動線段。則艦船位置的變化為

其中vxs、vys為導(dǎo)彈在X和Y軸上的分速度。

3.3箔條云團(tuán)的數(shù)學(xué)模型

箔條云在空氣中的分布是不規(guī)則的,一般來說將其簡化成一均勻的球體,其半徑為達(dá)到某一定反射面積所需的最小半徑。在平面坐標(biāo)系里可以將其等效為一個RCS相等的面目標(biāo)[7],因此面目標(biāo)的半徑rc與箔條云團(tuán)的雷達(dá)反射截面積σc的關(guān)系為

根據(jù)σc的大小,可求出干擾云等效半徑rc和質(zhì)心點(diǎn)到干擾云團(tuán)外側(cè)對導(dǎo)彈的張角θc,從而判斷干擾云是否偏出末制導(dǎo)雷達(dá)跟蹤波束。

4切割效應(yīng)分析

4.1合成質(zhì)心的計算

導(dǎo)彈在跟蹤過程中,導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)始終跟蹤在雷達(dá)波束范圍內(nèi)的箔條云和艦船合成的能量中心即質(zhì)心。由平面幾何定比分點(diǎn)公式可以求得質(zhì)心O′的坐標(biāo)為

4.2艦船的切割效應(yīng)

將艦船建模為長度為l的直線段,其速度為Vs。設(shè)波束已切割艦船,如圖2所示。波束內(nèi)的艦船的長度為lm,波束中心線與艦船的夾角為α,則在波束內(nèi)的艦船有效長度為ls=lm*sinα,由此可以得到波束內(nèi)的艦船有效RCS為

其有效質(zhì)心的坐標(biāo)為

圖2　波束切割艦船示意圖

4.3箔條云的切割效應(yīng)

4.4箔條云和艦船的切割判斷

圖3　波束切割箔條云團(tuán)示意圖

5仿真結(jié)果及分析

根據(jù)以上模型對其進(jìn)行仿真。以目標(biāo)艦初始位置為坐標(biāo)原點(diǎn),船頭方向?yàn)閥軸,x軸由右手規(guī)則確定建立直角坐標(biāo)系。目標(biāo)艦的長度為150m,其速度為20Kn,RCS的平均值為6000m2。設(shè)風(fēng)速為6m/s,風(fēng)向?yàn)?80°,導(dǎo)彈以300m/s速度飛向目標(biāo)艦,雷達(dá)的波束寬度為5°,設(shè)開始時目標(biāo)艦向右舷90°發(fā)射干擾彈,在距離目標(biāo)艦300m的位置形成箔條云,同時艦艇并以500m的最小轉(zhuǎn)彎半徑進(jìn)行左轉(zhuǎn)彎機(jī)動。忽略箔條云的成型時間,設(shè)其RCS為20000m2。圖4(a)和4(b)分別給出了導(dǎo)彈從(2000,8000)、(8000,2000)處飛向目標(biāo)時目標(biāo)艦、箔條、合成質(zhì)心及導(dǎo)彈的運(yùn)動軌跡圖。

由圖4(a)可以看到,在該仿真場景中,雷達(dá)波束只對目標(biāo)艦進(jìn)行了切割,而箔條云始終在雷達(dá)波束以內(nèi),具體來說導(dǎo)彈從(1392,5266)點(diǎn)開始切割艦船,合成質(zhì)心向箔條云方向移動,且移動速度越來越快,經(jīng)過4個仿真步長,艦船完全偏出雷達(dá)波束,導(dǎo)彈跟蹤箔條云,干擾成功。由圖4(b)可以看到,在該場景中,雷達(dá)波束對箔條云進(jìn)行了切割,而艦船在雷達(dá)波束內(nèi),具體來說導(dǎo)彈從(3827,959.2)開始切割箔條云團(tuán),合成質(zhì)心向艦船方向移動,且移動速度越來越快,經(jīng)過7個仿真步長,箔條云完全偏出雷達(dá)波束,導(dǎo)彈跟蹤艦船,干擾失敗。若不考慮雷達(dá)波束對艦船或者箔條云團(tuán)的切割,一般來說,導(dǎo)彈會飛向箔條云,質(zhì)心干擾成功,而這正好與圖4(b)的仿真場景得到相反的判斷。而在現(xiàn)實(shí)情況中切割效應(yīng)確實(shí)是存在的,因此切割效應(yīng)下的質(zhì)心變化研究更具有借鑒意義。

圖4　仿真運(yùn)動軌跡圖

對比圖4(a)和4(b)的仿真場景,唯一不同的是導(dǎo)彈的來襲方向不同。因此考慮切割效應(yīng)的情況下,導(dǎo)彈的來襲方向?qū)Ω蓴_的效果會產(chǎn)生影響。這也說明目標(biāo)艦在使用箔條彈對抗反艦導(dǎo)彈時,必須在考慮導(dǎo)彈來襲方向的前提下進(jìn)行箔條彈的發(fā)射和艦艇的機(jī)動。關(guān)于進(jìn)行怎樣的機(jī)動、箔條彈以怎樣的角度發(fā)射以及還有哪些因素影響干擾效果,后續(xù)將進(jìn)一步深入研究。

6結(jié)語

本文針對反艦導(dǎo)彈制導(dǎo)階段,在考慮切割效應(yīng)情況下對質(zhì)心干擾進(jìn)行了研究。文中在典型場景和參數(shù)情況下,仿真了目標(biāo)艦、箔條、合成質(zhì)心及導(dǎo)彈的運(yùn)動軌跡圖并由此得到了與未考慮切割效應(yīng)相反的結(jié)論。文中對其他場景和參數(shù)情況也進(jìn)行了對比和分析,切割效應(yīng)下的質(zhì)心變化對質(zhì)心干擾成功與否的判斷更具有借鑒意義。

另外,通過對切割效應(yīng)下的質(zhì)心干擾的分析研究,為反艦導(dǎo)彈的抗箔條質(zhì)心干擾提供一種新的思路。通過提取其主要特征,為箔條云的識別抗干擾技術(shù)提供參考。關(guān)于怎樣利用該變化進(jìn)行抗干擾是下一步的主要研究內(nèi)容。

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中圖分類號TJ765

DOI:10.3969/j.issn.1672-9730.2016.01.020

作者簡介:黎敏謙,男,碩士研究生,助理講師,研究方向:電子對抗,雷達(dá)跟蹤。張佳,女,助理講師,研究方向:材料化學(xué),雷達(dá)材料。羅兵,男,講師,研究方向:電子對抗,雷達(dá)跟蹤。高峰,男,碩士,講師,研究方向:電子對抗,雷達(dá)跟蹤。

*收稿日期:2015年7月3日,修回日期:2015年9月2日