切割效應下的質心干擾研究*

黎敏謙　張　佳　羅　兵　高　峰

(海軍蚌埠士官學?！“霾骸?33012)

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切割效應下的質心干擾研究*

黎敏謙張佳羅兵高峰

(海軍蚌埠士官學校蚌埠233012)

摘要針對反艦導彈制導中的箔條質心干擾對抗場景,首先闡述了導彈在跟蹤箔條云團和目標艦的合成質心時會產生切割效應,接著對切割效應進行了分析。通過建立數學模型,設置典型參數場景,對在切割效應下的質心干擾進行了仿真,并對結果進行了分析。其結果表明,切割效應會對干擾效果產生影響。其結論對于抗箔條質心干擾技術的研究具有一定的參考意義。

關鍵詞箔條; 切割效應; 質心干擾

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

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

2質心干擾的切割效應

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

3模型的建立

3.1導彈的數學模型

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

其中Vxm、Vym為導彈在X和Y軸上的分速度。

圖1　導彈跟蹤合成質心示意圖

3.2艦船的數學模型

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[10]將艦船建模為一條長度為l線段,其雷達有效反射面積中心即為直線的幾何中心,這里考慮艦船的機動,將其建模為一條長度為L速度為Vs的運動線段。則艦船位置的變化為

其中vxs、vys為導彈在X和Y軸上的分速度。

3.3箔條云團的數學模型

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

根據σc的大小,可求出干擾云等效半徑rc和質心點到干擾云團外側對導彈的張角θc,從而判斷干擾云是否偏出末制導雷達跟蹤波束。

4切割效應分析

4.1合成質心的計算

導彈在跟蹤過程中,導彈末制導雷達始終跟蹤在雷達波束范圍內的箔條云和艦船合成的能量中心即質心。由平面幾何定比分點公式可以求得質心O′的坐標為

4.2艦船的切割效應

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

其有效質心的坐標為

圖2　波束切割艦船示意圖

4.3箔條云的切割效應

4.4箔條云和艦船的切割判斷

圖3　波束切割箔條云團示意圖

5仿真結果及分析

根據以上模型對其進行仿真。以目標艦初始位置為坐標原點,船頭方向為y軸,x軸由右手規則確定建立直角坐標系。目標艦的長度為150m,其速度為20Kn,RCS的平均值為6000m2。設風速為6m/s,風向為180°,導彈以300m/s速度飛向目標艦,雷達的波束寬度為5°,設開始時目標艦向右舷90°發射干擾彈,在距離目標艦300m的位置形成箔條云,同時艦艇并以500m的最小轉彎半徑進行左轉彎機動。忽略箔條云的成型時間,設其RCS為20000m2。圖4(a)和4(b)分別給出了導彈從(2000,8000)、(8000,2000)處飛向目標時目標艦、箔條、合成質心及導彈的運動軌跡圖。

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

圖4　仿真運動軌跡圖

對比圖4(a)和4(b)的仿真場景,唯一不同的是導彈的來襲方向不同。因此考慮切割效應的情況下,導彈的來襲方向對干擾的效果會產生影響。這也說明目標艦在使用箔條彈對抗反艦導彈時,必須在考慮導彈來襲方向的前提下進行箔條彈的發射和艦艇的機動。關于進行怎樣的機動、箔條彈以怎樣的角度發射以及還有哪些因素影響干擾效果,后續將進一步深入研究。

6結語

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

另外,通過對切割效應下的質心干擾的分析研究,為反艦導彈的抗箔條質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提供參考。關于怎樣利用該變化進行抗干擾是下一步的主要研究內容。

參 考 文 獻

[1] 陳靜.雷達箔條干擾原理[M].北京:國防工業出版社,2007.

[2] 李金梁.箔條干擾的特性與雷達抗箔條技術研究[D].長沙:國防科學技術大學.

[3] 白嵐,王科.機載箔條干擾彈投放時機的仿真研究[J].艦船電子工程,2012(12):85-87.

[4] 姜寧,陳奇.艦艇箔條質心干擾對抗多威脅目標方法[J].指揮控制與仿真,2014(1):41-43.

[5] 朱禧,林華.切割效應下的質心干擾仿真[J].微計算機信息,2008,24:307-308.

[6] 曲長文,李亞南.箔條對毫米波末制導雷達波束的切割效應研究[J].系統仿真學報,2013(2):356-360.

[7] 來慶福,趙晶,張文明,等.切割效應下質心干擾的跟蹤質心變化仿真分析[J].系統仿真學報,2011(7):1518-1521.

[8] 夏雄志,黃高明,金嘉旺.質心干擾與切割效應探討[J].艦船電子對抗,2007(1):34-37.

[9] 傅妤華,張波,王斌.大型艦艇箔條質心干擾防御反艦導彈仿真[J].火力與指揮控制,2014(12):100-103.

[10] 朱森,姜寧,孫永侃.質心干擾中的面目標效應分析研究[J].航天電子對抗,2001(2):5-8.

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,雷達跟蹤。張佳,女,助理講師,研究方向:材料化學,雷達材料。羅兵,男,講師,研究方向:電子對抗,雷達跟蹤。高峰,男,碩士,講師,研究方向:電子對抗,雷達跟蹤。

*收稿日期:2015年7月3日,修回日期:2015年9月2日