不同拋灑方向的箔條干擾仿真效果分析

劉哲　郭少雷

摘 要：該文通過研究箔條云擴(kuò)散的微觀特性，分析箔條云內(nèi)部的箔條密度分布和箔條姿態(tài)的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律，提出箔條干擾拋撒后姿態(tài)的演化模型和位置，得到了箔條拋撒后姿態(tài)和位置分布的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，建立箔條運(yùn)動(dòng)模型。通過研究對(duì)拋灑箔條干擾彈的方向不同時(shí)，使得箔條云團(tuán)擴(kuò)散后得到的雷達(dá)散射截面積不同，期望得到箔條迅速散開、快速達(dá)到最大的散射截面積的拋灑方向，達(dá)到對(duì)抗雷達(dá)的最佳干擾效果。

關(guān)鍵詞：箔條 質(zhì)心干擾 拋灑方向 RCS

中圖分類號(hào)：TN95 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）03（c）-0248-03

在電子對(duì)抗中，雷達(dá)制導(dǎo)武器的無源干擾主要方式是投放箔條誘餌。工作原理是不同長(zhǎng)度的箔條對(duì)某一頻率的電磁波有不同散射能量，制造假目標(biāo)，干擾真目標(biāo)不被雷達(dá)發(fā)現(xiàn)或跟蹤，這樣能對(duì)飛機(jī)起到保護(hù)的作用。箔條/紅外干擾彈投放設(shè)備是機(jī)載電子干擾系統(tǒng)中極為重要的一部分。現(xiàn)在箔條/紅外干擾彈投放設(shè)備已經(jīng)被安裝到了各種戰(zhàn)斗機(jī)上。它們能使機(jī)載電子干擾系統(tǒng)投放箔條和紅外干擾彈，對(duì)雷達(dá)或紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈釋放無源干擾。欺騙式干擾的基本原理是通過機(jī)載箔條干擾彈干擾雷達(dá)，雷達(dá)在跟蹤飛機(jī)的過程中，能利用箔條布在飛機(jī)所處的分辨單元內(nèi)布設(shè)誘餌。金屬箔片會(huì)被已知的雷達(dá)工作頻率切成合適的長(zhǎng)度，使它產(chǎn)生共振，使箔條云的雷達(dá)散射截面積超過飛機(jī)的雷達(dá)截面積。這樣就會(huì)對(duì)目標(biāo)產(chǎn)生干擾，使雷達(dá)跟蹤點(diǎn)偏離飛機(jī)，從而使雷達(dá)跟蹤不到真正的目標(biāo)。

1 箔條質(zhì)心干擾

箔條質(zhì)心干擾，可以使末制導(dǎo)雷達(dá)等偏離攻擊目標(biāo)。它的工作原理是：當(dāng)飛機(jī)遇到雷達(dá)的跟蹤的時(shí)候，一個(gè)假目標(biāo)就會(huì)出現(xiàn)在雷達(dá)跟蹤單元內(nèi)，它是被會(huì)人為設(shè)置的，也被稱為誘餌。這個(gè)時(shí)候，假目標(biāo)和飛機(jī)的質(zhì)心效應(yīng)會(huì)使雷達(dá)不跟蹤目標(biāo)飛機(jī)和假目標(biāo)，而是跟蹤目標(biāo)飛機(jī)和假目標(biāo)的能量中心，也就是質(zhì)心，這樣就可以避免目標(biāo)飛機(jī)不被雷達(dá)跟蹤，偏離被攻擊的目標(biāo)。

當(dāng)末制導(dǎo)雷達(dá)跟蹤目標(biāo)飛機(jī)時(shí)，出現(xiàn)如圖1所示的質(zhì)心干擾過程。經(jīng)過長(zhǎng)期的理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，波長(zhǎng)為的電磁波，干擾箔條的長(zhǎng)度在取0.5λ或λ的整數(shù)倍時(shí)，箔條誘餌在雷達(dá)上的反射面積最大，反射能力最強(qiáng)。并用干擾云中的箔條數(shù)量越多，反射功率也越大，干擾效果就會(huì)越好。箔條誘餌的反射信號(hào)是以密集亮點(diǎn)形式顯示在雷達(dá)顯示器上。如果這些亮點(diǎn)與目標(biāo)均在雷達(dá)同一單元脈沖體積中，此時(shí)如果目標(biāo)的回波亮度小于誘餌亮度的30%～50%，雷達(dá)就會(huì)沒有辦法分辨出目標(biāo)。實(shí)施有效干擾的要求是：干擾亮度/回波亮度>2～3.3倍，這個(gè)比值被稱為壓制系數(shù)，因此箔條干擾的壓制系數(shù)一般取2～3。

質(zhì)心干擾是雷達(dá)干擾的主要表現(xiàn)形式，干擾物在被飛機(jī)投放前威脅雷達(dá)M的波束是指向飛機(jī)中心S點(diǎn)，如圖1所示。

根據(jù)質(zhì)心原理：

（1）

式中：：干擾云有效反射面積；

：飛機(jī)有效反射面積；

：飛機(jī)與質(zhì)心的距離；

：箔條云與質(zhì)心的距離。

箔條誘餌能量是飛機(jī)能量的2～3.3倍，所以波束中心O點(diǎn)與飛機(jī)的距離b是O點(diǎn)與箔條誘餌C距離a的2～3.3倍，因此得出：b/a=2～3.3。

因?yàn)閼T性的作用，箔條誘餌C被投放后，它要跟飛機(jī)一起向相同的方向運(yùn)動(dòng)，飛行一段時(shí)間之后，由于受空氣阻力和重力以及飛機(jī)的飛行速度的影響，箔條與飛機(jī)之間的距離逐漸增大，波束中心就指向飛機(jī)與箔條的能量中心O點(diǎn)（質(zhì)心），質(zhì)心干擾如圖1所示。

干擾誘餌跟飛機(jī)距離和雷達(dá)波束中心跟飛機(jī)角度的慢慢增大，與此同時(shí)，飛機(jī)S與雷達(dá)波束中心O的距離也在增大，這樣飛機(jī)最終就擺脫了雷達(dá)的跟蹤，使飛機(jī)不被雷達(dá)跟終，受到到保護(hù)。

2 根據(jù)不同的方向，箔條云運(yùn)動(dòng)特性出顯現(xiàn)出來

箔條空中運(yùn)動(dòng)受大氣環(huán)境的影響，主要包括重力及空氣阻力。在箔條發(fā)射出去的時(shí)候，因?yàn)樗倪\(yùn)動(dòng)速度跟飛機(jī)剛開始的飛行速度相似，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生較大水平頻移，大約是0.1s。然后在箔條發(fā)本身的重力和空氣阻力的作用下，隨著風(fēng)速平移下降，以一定傾角繞重力線轉(zhuǎn)動(dòng)，由此可知，單根箔條的運(yùn)動(dòng)軌跡是平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)組合在一起的。箔條云的動(dòng)力學(xué)模型在建立時(shí)，一般會(huì)把單根箔條做為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，建立如下一階運(yùn)動(dòng)方程：

（2）

箔條云團(tuán)不僅受到風(fēng)力作用，還受飛機(jī)渦流場(chǎng)的作用。渦流場(chǎng)會(huì)受到重力、大氣湍流、風(fēng)速粘性力影響，在三者的作用下，形成一個(gè)強(qiáng)度逐漸減弱的尾渦流場(chǎng)。這個(gè)尾渦流場(chǎng)分為兩個(gè)階段，即近場(chǎng)渦和遠(yuǎn)場(chǎng)渦。從飛機(jī)尾后到大約6個(gè)翼展的距離，被稱作尾渦的起動(dòng)區(qū)，其強(qiáng)度基本保持不變，此為近場(chǎng)渦的范圍；而在遠(yuǎn)場(chǎng)渦階段，強(qiáng)度則會(huì)很快的消散。

對(duì)于飛機(jī)尾渦的誘導(dǎo)速度主要和尾渦的流場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)。對(duì)近渦來說，在這一階段，尾渦強(qiáng)度大約消散10%，并且跟時(shí)間的倒數(shù)近似成負(fù)指數(shù)關(guān)系，下面通過一種近似的近渦消散模型來描述近渦的消散過程[3]：

箔條空中運(yùn)動(dòng)特性還受到箔條干擾彈的拋灑方向的影響。假設(shè)飛機(jī)投放箔條干擾彈時(shí)是斜向下投放的，那么對(duì)于箔條干擾彈的初始速度應(yīng)該可以分解為如圖2所示的情況。

圖2中建立三維直角坐標(biāo)系，這里假設(shè)飛機(jī)的速度方向是x軸，那么當(dāng)飛機(jī)投放箔條干擾彈時(shí)，是飛機(jī)的飛行速度，是飛機(jī)拋灑干擾彈的拋灑速度，同時(shí)拋灑方向如圖2所示，與垂直方向的夾角為，則將拋灑速度分解可以得到和平面上的，同時(shí)在水平面上與飛機(jī)飛行速度方向的夾角為。即箔條投放器在飛機(jī)上的安裝角度為，箔條誘餌初期的水平運(yùn)動(dòng)方向和初始速度是飛機(jī)t=0時(shí)刻速度和箔條誘餌發(fā)射初速度的合成，如圖3所示。

3 不同拋灑方向箔條運(yùn)動(dòng)特性仿真結(jié)果分析

為了研究不同的拋灑方向?qū)Σ瓧l干擾彈初速度及對(duì)箔條云團(tuán)的整體速度的影響，得到箔條干擾彈最佳的干擾效果，我們以單發(fā)箔條干擾彈的散射特征及運(yùn)動(dòng)特性為例進(jìn)行研究，進(jìn)行軟件仿真，軟件仿真效果如表1所示。

仿真結(jié)果如圖4、圖5所示。

通過以上兩組戰(zhàn)情下的仿真結(jié)果的對(duì)比，可得到如下分析：

每當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在的機(jī)身的兩側(cè)，干擾彈位于飛機(jī)側(cè)翼處發(fā)射時(shí)，由于受到更多飛機(jī)尾流的影響，將會(huì)使得箔條云初始速度比其他位置速度較大，可以使箔條云的有效RCS值及最大RCS值盡快得形成，使箔條云的速度較為緩慢地降到風(fēng)速。殲擊機(jī)在選擇箔條干擾彈發(fā)射方向時(shí)，應(yīng)該盡可能地選擇在飛機(jī)側(cè)翼的地方。

向著飛機(jī)的飛行方向發(fā)射箔條干擾彈的干擾效果更佳，由于箔條束的端面受力，這種情況更有利于箔條云團(tuán)的迅速散開，另外這樣的發(fā)射方向有利于延長(zhǎng)箔條云團(tuán)和本機(jī)處在同一雷達(dá)分辨單元內(nèi)的時(shí)間，形成有利干擾。

4 結(jié)語

綜合以上各種分析，如果從縮短箔條云的形成時(shí)間方面來看，投放器應(yīng)安裝在飛機(jī)湍流較大的方位，但是箔條發(fā)射時(shí)最初的速度不宜過大，若初速過大，箔條彈的散開位置受到飛機(jī)湍流的影響效果就很微小。

實(shí)踐表明，如果箔條彈的投放器的發(fā)射方向朝向飛機(jī)的飛行方向，這樣的發(fā)射效果會(huì)更好，有利于箔條云團(tuán)的快速散開，還可以增加箔條云團(tuán)與飛機(jī)同處同一雷達(dá)分辨單元之內(nèi)的時(shí)間。

參考文獻(xiàn)

[1] 李敬.箔條彈干擾原理與形成機(jī)理[J].艦船電子對(duì)抗.2003，26（3）：15-19.

[2] 董士崔.雷達(dá)無源干擾技術(shù)探討[J].電子世界，2014（11）：25-26.

[3] 魏志強(qiáng)，徐肖豪.飛機(jī)尾渦流場(chǎng)的建模與仿真計(jì)算研究[J].交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息，2010：10（8）：186-191.

[4] 韓朝，趙國志，楊志強(qiáng)，等.箔條拋撒運(yùn)動(dòng)特性研究[J].火工品，2005（1）：5-8.

[5] 李星，趙宏鐘.箔條云團(tuán)擴(kuò)散過程的建模仿真[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（11）：16-18.

[6] 楊軍，趙鋒，宮穎.多目標(biāo)無源箔條質(zhì)心干擾的應(yīng)用研究[J].航天電子對(duì)抗，2007，23（3）：34-36.

[7] 柴宏亮，方永平.箔條干擾效果評(píng)估方法的研究[J].艦船電子對(duì)抗2005，28（4）：32-34.