艦艇箔條幕干擾使用與布放研究

白 爽，姜 寧

(1.海軍大連艦艇學(xué)院，遼寧 大連 116018；2.解放軍92896部隊，遼寧 大連 116000)

艦艇箔條幕干擾使用與布放研究

白 爽1,2，姜 寧1

(1.海軍大連艦艇學(xué)院，遼寧 大連 116018；2.解放軍92896部隊，遼寧 大連 116000)

針對艦艇箔條幕對抗邊搜索邊跟蹤末制導(dǎo)導(dǎo)彈的作戰(zhàn)使用問題，分析了雷達工作原理及箔條幕干擾原理，建立了箔條幕布放模型，及箔條幕、艦艇、導(dǎo)彈的運動模型，通過仿真計算得出了箔條幕的使用及布放方法。研究結(jié)果可以為相關(guān)無源干擾作戰(zhàn)使用提供參考。

邊搜索邊跟蹤；箔條幕；無源干擾

0 引 言

具有邊搜索邊跟蹤功能的導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達，在保持對干擾源或假目標(biāo)跟蹤的同時，繼續(xù)在干擾源或假目標(biāo)附近搜索真實的目標(biāo)，這使得箔條沖淡式干擾和質(zhì)心式干擾失效，對艦艇生存造成極大威脅。箔條幕干擾可以借助箔條幕墻遮蔽艦艇位置信息，使導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達始終保持對艦艇目標(biāo)的搜索狀態(tài)，最終選擇跟蹤箔條幕墻能量中心。研究箔條幕干擾具有邊搜索邊跟蹤末制導(dǎo)導(dǎo)彈的方法，對提高艦艇電子干擾能力具有重要意義。

1 邊搜索邊跟蹤雷達工作原理

邊掃描邊跟蹤雷達能在指定的空域中搜索目標(biāo)，同時完成對多個目標(biāo)的離散跟蹤，兼?zhèn)淞怂阉骼走_和跟蹤雷達的功能。這種雷達不僅解決了多目標(biāo)環(huán)境下搜索和跟蹤的問題，而且能提供多批目標(biāo)的數(shù)據(jù)。邊搜索邊跟蹤工作方式是依靠相控陣天線波束掃描的靈活性和時間分割原理實現(xiàn)的。末制導(dǎo)雷達在搜索過程中發(fā)現(xiàn)目標(biāo)之后，一方面要對該目標(biāo)進行跟蹤，另一方面還要對整個監(jiān)視空域進行搜索。因此，只要監(jiān)視空域里有目標(biāo)存在，末制導(dǎo)雷達就按邊搜索邊跟蹤的方式進行工作。由于對多目標(biāo)跟蹤已經(jīng)建立的航跡不止一個，因而還要進一步確定新錄取的點跡是屬于已經(jīng)建立航跡的目標(biāo)中哪一個目標(biāo)的點跡，這種對點跡與已有航跡之間歸屬關(guān)系的判別，具有目標(biāo)識別、瞄準(zhǔn)選擇、動目標(biāo)顯示及自動決策等功能。

2 箔條幕干擾原理分析

箔條幕干擾是當(dāng)敵導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達開機時，在導(dǎo)彈和艦艇之間的一定距離和高度上，形成一個具有足夠長度和厚度的箔條幕墻，用以衰減和散射導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達電磁波及艦艇的反射回波，使得雷達不能有效地捕捉和跟蹤到箔條幕墻另一側(cè)的艦艇，迫使導(dǎo)彈跟蹤箔條幕能量中心的一種無源干擾方式[1-2]。

通過分析箔條幕干擾過程可知，箔條幕干擾分為2個過程：第1個過程，箔條幕墻對艦艇進行有效遮蔽。箔條幕遮蔽過程需要保持足夠的遮蔽時間，由于艦艇、箔條幕、導(dǎo)彈三者不停地運動，艦艇為保證遮蔽態(tài)勢應(yīng)適時作轉(zhuǎn)向機動。第2個過程，導(dǎo)彈跟蹤箔條幕能量中心。導(dǎo)彈進入預(yù)定目標(biāo)一定范圍內(nèi)仍未發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，末制導(dǎo)雷達停止搜索，轉(zhuǎn)而跟蹤假目標(biāo)。此時，在保持有效遮蔽的態(tài)勢下，導(dǎo)彈將一直跟蹤箔條幕的能量中心。

3 建立仿真模型

3.1 建立仿真坐標(biāo)系

以初始時刻艦艇位置為原點，艦艇直航方向為Y軸方向，平行海平面右旋90°為X軸方向。此坐標(biāo)系作為絕對坐標(biāo)系，用于解算對抗過程中艦艇、箔條幕、導(dǎo)彈的相對位置關(guān)系。

3.2 艦艇回轉(zhuǎn)運動模型

在建立艦艇運動模型時，將艦艇抽象為一段長度為2L的線段，艦艇回轉(zhuǎn)運動時速率為常量[3-5]。設(shè)t-1時刻的艦艇航向為C(t-1)，從t-1到t時刻艦艇轉(zhuǎn)過角度為ΔC。設(shè)時間步長為Δt，艦回轉(zhuǎn)戰(zhàn)術(shù)半徑為R，則：

(1)

C(t)=C(t-1)+ΔC

(2)

艦艇質(zhì)心坐標(biāo)為：

(3)

艦艏的坐標(biāo)為：

(4)

艦艉的坐標(biāo)為：

(5)

3.3 導(dǎo)彈運動模型

用q表示目標(biāo)瞄準(zhǔn)線與攻擊平面內(nèi)某一基準(zhǔn)線之間的夾角，稱為目標(biāo)線方位角；Bt、Bm分別表示目標(biāo)速度矢量、導(dǎo)彈速度矢量與基準(zhǔn)線之間的夾角；q′、Bt′、Bm′表示經(jīng)過時間步長Δt后各角度變化后的數(shù)值。

導(dǎo)彈采用比例導(dǎo)引法[4]，則有：

(6)

變化得：

Bm(t)=Bm(t-1)+k×Δq

(7)

導(dǎo)彈運動的坐標(biāo)為：

(8)

3.4 箔條幕布放模型

箔條幕布放樣式如圖1所示。導(dǎo)彈來襲方向為左舷θm，直線L0、L1是布放箔條幕的軸線，直線L0垂直于導(dǎo)彈與艦艇的連線，直線L1與直線L0成偏角α(向左偏為正，向右偏為負)。箔條彈C0發(fā)射角度與導(dǎo)彈來襲方向相同，為θm，設(shè)箔條彈C0發(fā)射距離為R0，則箔條彈C0爆炸點的坐標(biāo)為：

(9)

圖1 箔條幕布放樣式示意圖

設(shè)相鄰2個箔條彈爆炸點距離為D，則箔條幕首端初始坐標(biāo)為：

(10)

箔條幕末端初始坐標(biāo)為：

(11)

3.5 箔條幕運動模型

假設(shè)在風(fēng)力作用下箔條幕運動形狀保持不變，運動方向與風(fēng)向Cw一致。

箔條幕首端運動坐標(biāo)：

(12)

箔條幕末端運動坐標(biāo)：

(13)

箔條幕質(zhì)心運動坐標(biāo)：

(14)

3.6 艦艇溢出判斷模型

導(dǎo)彈、箔條幕墻和艦艇三者間運動關(guān)系如圖2所示，直線M1是任意時刻導(dǎo)彈與箔條幕首部端點的連線，直線M2是任意時刻導(dǎo)彈與箔條幕尾部端點的連線，直線L是任意時刻箔條幕軸線。

圖2 箔條幕遮蔽判斷圖

設(shè)艦艇艏、艉到直線M1的距離為DB1、DS1；艦艇艏、艉到直線M2的距離為DB2、DS2；艦艇艏、艉到直線L的距離為DBL、DSL；導(dǎo)彈到直線L的距離為DML。

箔條幕遮蔽艦艇判斷準(zhǔn)則：

(1) 當(dāng)DML≥0時：導(dǎo)彈突破箔條幕，艦艇不受保護。

(2) 當(dāng)DML<0時：若DBL≤0或DSL≤0，艦艇突破箔條幕，艦艇不受保護；若DBL>0且DSL>0，如果DB1≤0或DS1≤0或DB2≤0或DS2≤0，則艦艇從箔條幕遮蔽區(qū)域溢出，艦艇不受保護；如果DB1>0且DS1>0且DB2>0且DS2>0，則艦艇在箔條幕遮蔽區(qū)域，艦艇受保護。

4 仿真與結(jié)果分析

4.1 箔條幕發(fā)射模型分析

導(dǎo)彈來襲舷角變化范圍為左舷10°～170°，間隔1°，布放箔條幕軸線偏轉(zhuǎn)角度-40°～40°(向右為正，向左為負)，間隔10°。對箔條彈發(fā)射角度、距離進行仿真。

箔條彈發(fā)射角度如圖3所示，箔條彈C0發(fā)射角度和導(dǎo)彈來襲方位一致，箔條彈C1～C4的發(fā)射角度受箔條幕軸線偏角和導(dǎo)彈來襲方位影響，當(dāng)導(dǎo)彈從艦艇左舷艏艉方向來襲時，部分箔條彈會右舷發(fā)射。

箔條彈發(fā)射距離如圖4所示，在箔條幕軸線偏角確定的情況下，箔條彈發(fā)射距離和導(dǎo)彈來襲方位無關(guān)，且箔條彈C1、C2與箔條彈C3、C4發(fā)射距離具有對稱性。

所以，導(dǎo)彈從左舷來襲，箔條彈不一定從左舷發(fā)射，在某一導(dǎo)彈來襲方位上，箔條彈發(fā)射舷角要通過箔條幕軸線偏角決策確定；箔條彈的發(fā)射距離不受導(dǎo)彈來襲方向影響，可以提前對干擾彈射距離完成設(shè)定，縮短作戰(zhàn)反應(yīng)時間。

4.2 箔條幕干擾布放決策分析

仿真條件：風(fēng)速5 m/s、10 m/s，風(fēng)向變化范圍0°～360°，間隔10°；導(dǎo)彈飛行速度290 m/s，末制導(dǎo)雷達開機后，在搜索區(qū)內(nèi)邊搜索邊跟蹤，導(dǎo)彈攻擊末端搜索角度為±30°；艦艇長度160 m，航速10 m/s，艦艇轉(zhuǎn)向機動角度范圍-70°～70°(向左轉(zhuǎn)向為正，向右轉(zhuǎn)向為負)，間隔10°；布放箔條幕軸線偏轉(zhuǎn)角度-40°～40°(向右為正，向左為負)，間隔10°。艦艇偵察到導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達信號時導(dǎo)彈與艦艇距離15 km。假設(shè)導(dǎo)彈殺傷半徑為50 m，仿真結(jié)果表明導(dǎo)彈距離艦艇最近距離大于130 m時，可認(rèn)為干擾成功，否則干擾失敗[5]。

仿真過程中，力求減小艦艇轉(zhuǎn)向機動角度，通過改變箔條幕軸線偏轉(zhuǎn)角度，達到干擾成功條件。仿真得到導(dǎo)彈距離艦艇最近距離、干擾實施決策中箔條幕軸線偏角和艦艇的轉(zhuǎn)向機動角度。

本文只考慮導(dǎo)彈從艦艇左舷來襲，導(dǎo)彈從艦艇右舷來襲的結(jié)果與左舷相對。

圖3 箔條彈發(fā)射角度

圖4箔條彈發(fā)射距離

4.3 箔條幕軸線偏角決策

改變箔條幕軸線偏角會影響箔條幕干擾是否成功，但在干擾成功的前提下，改變箔條幕軸線偏角不會改變干擾效果，所以在保證箔條幕干擾成功的前提下，仿真選取箔條幕軸線偏角小的結(jié)果輸出。

圖5表示在風(fēng)速5 m/s和10 m/s時，箔條幕軸線偏角決策圖。

分析可知，當(dāng)風(fēng)速較小時，箔條幕軸線偏角基本為0°，只有在導(dǎo)彈從艦艏方向來襲且艦艏迎風(fēng)時，箔條幕軸線要適當(dāng)偏轉(zhuǎn)；當(dāng)風(fēng)速較大時，考慮箔條幕軸線偏角的時機增多，當(dāng)導(dǎo)彈從艦艇正橫后來襲，艦艇右舷迎風(fēng)時，箔條幕軸線偏角均為0°。

4.4 艦艇機動決策

圖6表示在風(fēng)速5 m/s和10 m/s時，艦艇機動方向角度決策圖。分析可知，艦艇右舷艦首小角度迎風(fēng)，導(dǎo)彈左舷艦首小角度來襲時，在2種風(fēng)速條件下，均需要轉(zhuǎn)向機動。當(dāng)風(fēng)速較小時，艦艇在左舷迎風(fēng)情況下，導(dǎo)彈來襲方位小于45°時艦艇需要轉(zhuǎn)向機動，且機動角度小于30°；其它情況下，艦艇可不轉(zhuǎn)向機動。當(dāng)風(fēng)速較大時，艦艇在左舷迎風(fēng)情況下，導(dǎo)彈來襲方位小于125°時艦艇需要轉(zhuǎn)向機動，且機動角度比風(fēng)速小時變大，最大轉(zhuǎn)向角達到70°；風(fēng)向小于50°情況下，導(dǎo)彈來襲方位50°～110°，艦艇需要轉(zhuǎn)向機動；其它情況下，艦艇可不轉(zhuǎn)向機動。

圖5 箔條幕軸線偏角決策示意圖

圖6 艦艇機動決策示意圖

艦艇轉(zhuǎn)向機動時一般向右機動，即與導(dǎo)彈來襲方向相異方向機動，值得指出的是，在一些特殊情況下，艦艇應(yīng)采取向左機動。如圖6所示，風(fēng)速10 m/s，風(fēng)向為0°、10°，當(dāng)導(dǎo)彈從左舷60°～80°來襲時，艦艇應(yīng)向左機動，也就是要向?qū)梺硪u方向機動。

導(dǎo)彈來襲方向左舷70°，風(fēng)向0°，艦艇發(fā)射箔條幕后向右機動30°、70°，箔條幕干擾的過程如圖7所示。

圖7 艦艇向右機動箔條幕干擾過程示意圖

導(dǎo)彈來襲方向左舷70°，風(fēng)向0°，艦艇發(fā)射箔條幕后向左機動30°，箔條幕干擾過程如圖8所示。

分析發(fā)現(xiàn)，艦艇發(fā)射箔條幕后向右機動30°，艦艇駛出箔條幕遮蔽范圍，導(dǎo)彈跟蹤艦艇，箔條幕干擾失敗。經(jīng)實驗，在機動角度達到70°時，箔條幕墻才能對艦艇保持遮蔽，使導(dǎo)彈跟蹤箔條幕能量中心，箔條幕干擾成功。而當(dāng)艦艇發(fā)射箔條幕后向左機動30°，箔條幕墻能對艦艇保持遮蔽，使導(dǎo)彈跟蹤箔條幕能量中心，箔條幕干擾成功。

圖8 艦艇向左機動箔條幕干擾過程示意圖

綜上所述，艦艇進行機動時，不能盲目向背離導(dǎo)彈來襲方向轉(zhuǎn)向，要根據(jù)當(dāng)時的風(fēng)向風(fēng)速、導(dǎo)彈來襲舷角進行合理機動；當(dāng)風(fēng)速較大時，為保證箔條幕干擾成功，艦艇可增大機動角度。

4.5 箔條幕干擾效果分析

圖9為經(jīng)過箔條幕發(fā)射決策后，艦艇實施箔條幕干擾最終的干擾效果示意圖。

圖9 箔條幕干擾效果圖

分析發(fā)現(xiàn)，風(fēng)速較小時，艦艇通過發(fā)射決策后，箔條幕干擾均能成功；但風(fēng)速較大時，在一定條件下，艦艇無法通過發(fā)射決策成功實施箔條幕干擾，此時需要考慮在實施箔條幕干擾前艦艇進行預(yù)機動。

圖10為風(fēng)速10 m/s時，箔條幕干擾失敗態(tài)勢示意圖。

圖10 箔條幕干擾失敗態(tài)勢示意圖

圖10中內(nèi)圈陰影區(qū)域為箔條幕干擾失敗時導(dǎo)彈來襲的方位，外圈陰影區(qū)表示箔條幕干擾失敗時的風(fēng)向，內(nèi)圈和外圈共同作用。陰影區(qū)域用Ⅰ表示，導(dǎo)彈來襲方向和風(fēng)向均在陰影區(qū)內(nèi)，箔條幕干擾失??；陰影區(qū)域用Ⅱ表示，導(dǎo)彈來襲方向和風(fēng)向一致時，箔條幕干擾失敗。

艦艇處于陰影區(qū)域態(tài)勢下需要先進行預(yù)機動，再發(fā)射箔條幕。為了不改變導(dǎo)彈來襲舷向，艦艇處于陰影區(qū)域Ⅰ時，應(yīng)向右進行小角度預(yù)機動；艦艇處于陰影區(qū)域Ⅱ時，應(yīng)向左進行小角度預(yù)機動。

5 結(jié)束語

本文考慮了影響箔條幕干擾效果的諸多因素，并對綜合態(tài)勢進行了仿真模擬和數(shù)據(jù)的初步分析，在仿真范圍內(nèi)得到一些箔條幕干擾的使用方法。需要指出的是，箔條幕的干擾效果與箔條幕布放樣式、艦艇航向、機動方向、導(dǎo)彈來襲方位、風(fēng)向、風(fēng)速等因素綜合作用有關(guān)，戰(zhàn)時必須綜合考慮各要素，進行合理決策，只有這樣才能真正發(fā)揮出箔條幕干擾的作用。

[1] 高東華.箔條幕防御反艦導(dǎo)彈的原理論證與作戰(zhàn)仿真研究[J].兵工學(xué)報,2005,26(3):418-422.

[2] 何文濤.干擾捕鯨叉反艦導(dǎo)彈的一種新方法[J].光電技術(shù)應(yīng)用,2003(4):56-58.

[3] 王小非.海軍作戰(zhàn)模擬理論與實踐[M].北京:國防工業(yè)出版社,2010.

[4] 雷虎民.導(dǎo)彈制導(dǎo)與控制原理[M].北京:國防工業(yè)出版社,2006.

[5] 高東華.艦艇電子對抗戰(zhàn)術(shù)[M].北京:解放軍出版社,2004.

ResearchintoTheUsageandArrangementofShipChaff-screenJamming

BAI Shuang1,2,JIANG Ning1

(1.Dalian Naval Academy,Dalian 116018,China;2.Unit 92896 of PLA，Dalian 116000,China)

Aiming at the problem of operational usage of ship chaff-screen confronting track-while-scan terminal guidance missiles,this paper analyzes the radar working principle and chaff-screen jamming principle,establishes the arrangement models of chaff-screen and the movement models of chaff-screen,ship and missile,fetches the chaff-screen usage and arrangement method through simulation calculation.The study result can provide reference for the operation usage of related passive jamming.

track-while-scan;chaff-screen;passive jamming

TN972.41

A

CN32-1413(2017)05-0018-06

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2017.05.004

2017-05-17