基于對(duì)抗反艦導(dǎo)彈的箔條質(zhì)心干擾建模與仿真研究

方 良，郝建濱，朱 璐，鞏浩然

(中國人民解放軍92941部隊(duì)， 遼寧 葫蘆島 125000)

現(xiàn)代海戰(zhàn)中，箔條質(zhì)心干擾是對(duì)抗反艦導(dǎo)彈最為有效的手段之一。戰(zhàn)場態(tài)勢對(duì)箔條質(zhì)心干擾成功與否起著決定性的作用，風(fēng)向風(fēng)速、箔條發(fā)射方向、艦艇機(jī)動(dòng)決策決定了質(zhì)心干擾效果。

本文從箔條質(zhì)心干擾的工作原理出發(fā)，建立艦船機(jī)動(dòng)模型、箔條運(yùn)動(dòng)模型、導(dǎo)彈跟蹤模型及質(zhì)心干擾模型，通過數(shù)學(xué)仿真，對(duì)箔條質(zhì)心干擾對(duì)反艦導(dǎo)彈的干擾效果進(jìn)行評(píng)估，優(yōu)化了箔條質(zhì)心干擾下艦艇作戰(zhàn)使用原則，具有重要的軍事意義。

1 箔條質(zhì)心干擾工作機(jī)理

箔條質(zhì)心干擾基本原理是在導(dǎo)彈跟蹤階段打出一組質(zhì)心干擾目標(biāo)，通過在末制導(dǎo)雷達(dá)跟蹤范圍內(nèi)形成假目標(biāo)與艦艇兩個(gè)目標(biāo)，誘使導(dǎo)彈跟蹤兩目標(biāo)的能量質(zhì)心，并利用氣象條件和艦艇機(jī)動(dòng)使導(dǎo)彈偏離預(yù)定目標(biāo)，對(duì)反艦導(dǎo)彈具有較大威脅。

箔條質(zhì)心干擾時(shí)，雷達(dá)的空間跟蹤點(diǎn)位于其分辨單元的能量中心(即質(zhì)心)上。當(dāng)雷達(dá)分辨單元內(nèi)存在1個(gè)目標(biāo)時(shí)，雷達(dá)跟蹤該目標(biāo)的散射能量中心；當(dāng)雷達(dá)分辨單元存在2個(gè)目標(biāo)時(shí)，雷達(dá)則跟蹤由2個(gè)目標(biāo)共同構(gòu)成的能量中心，通常把這個(gè)能量中心稱之為質(zhì)心。當(dāng)艦艇受到雷達(dá)跟蹤時(shí)，在艦艇所處的分辨單元里利用箔條布設(shè)一雷達(dá)誘餌，并使得箔條云的雷達(dá)截面積大于艦艇的雷達(dá)截面積。箔條云的出現(xiàn)使雷達(dá)跟蹤點(diǎn)偏離艦艇，艦艇借此迅速駛出該雷達(dá)分辨單元，擺脫雷達(dá)的跟蹤[1-4]。

2 箔條質(zhì)心干擾模型

箔條質(zhì)心干擾模型包括艦船機(jī)動(dòng)模型、箔條運(yùn)動(dòng)模型、導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)模型及質(zhì)心干擾模型。

1) 艦船機(jī)動(dòng)模型

艦艇在發(fā)射質(zhì)心箔條彈后，保持航向或做轉(zhuǎn)向機(jī)動(dòng)。艦艇運(yùn)動(dòng)示意圖如圖1。

圖1 艦艇機(jī)動(dòng)示意圖

艦艇在機(jī)動(dòng)前，艦艇運(yùn)動(dòng)方向?yàn)棣龋\(yùn)動(dòng)模型為：

xsh(t+Δt)=xsh(t)+vj×Δt×cos(θ)

(1)

ysh(t+Δt)=ysh(t)+vj×Δt×sin(θ)

(2)

式中vj為艦艇速度，Δt為仿真步長。

艦艇發(fā)射箔條后，艦艇機(jī)動(dòng)方向?yàn)棣?，運(yùn)動(dòng)模型為：

xsh(t+Δt)=xsh(t)+vj×Δt×cos(θ1)

(3)

ysh(t+Δt)=ysh(t)+vj×Δt×sin(θ1)

(4)

2) 箔條運(yùn)動(dòng)模型

艦艇發(fā)現(xiàn)導(dǎo)彈來襲，發(fā)射質(zhì)心箔條彈，發(fā)射舷角為φ，發(fā)射距離為R，箔條云在風(fēng)的作用下做勻速運(yùn)動(dòng)，其速度和方向由風(fēng)速和風(fēng)向決定，假設(shè)t時(shí)刻風(fēng)速為vf，方向?yàn)棣?，箔條運(yùn)動(dòng)示意圖見圖2，則t時(shí)刻箔條云的位置為：

圖2 箔條云運(yùn)動(dòng)示意圖

箔條發(fā)射t0時(shí)刻初始位置為：

xg(t0)=xsh(t0)+Rcos(φ)

(5)

yg(t0)=ysh(t0)+Rsin(φ)

(6)

箔條運(yùn)動(dòng)模型為：

xg(t+Δt)=xg(t)+vf×Δt×cos(φ1)

(7)

yg(t+Δt)=yg(t)+vf×Δt×sin(φ1)

(8)

3) 干擾模型

在沒有干擾的情況下，反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)鎖定跟蹤艦船的能量中心，完成作戰(zhàn)目標(biāo)，實(shí)際作戰(zhàn)環(huán)境中，艦船發(fā)射箔條干擾彈，導(dǎo)彈跟蹤階段將分為兩個(gè)階段，第一階段末制導(dǎo)雷達(dá)將跟蹤艦船與箔條云共同的能量中心(質(zhì)心點(diǎn))，隨著導(dǎo)彈臨近及艦船規(guī)避和箔條云運(yùn)動(dòng)，質(zhì)心點(diǎn)將向箔條云移動(dòng)。箔條干擾態(tài)勢見圖3所示。

圖3 箔條干擾態(tài)勢

目標(biāo)艦與質(zhì)心箔條都在波束內(nèi)時(shí)，同時(shí)受到雷達(dá)導(dǎo)引頭電磁波的照射，末制導(dǎo)雷達(dá)跟蹤兩者形成的質(zhì)心[5-6]，質(zhì)心點(diǎn)與艦的偏離角度為θ1：

θ1=θσs/(σs+σg)

(9)

質(zhì)心點(diǎn)與箔條云的偏離角度為θ2：

θ2=θσg/(σs+σg)

(10)

式中：σg為干擾等效雷達(dá)截面積，σs為艦船等效雷達(dá)截面積。

4) 導(dǎo)彈跟蹤模型

導(dǎo)彈飛臨可分辨距離前，導(dǎo)彈跟蹤艦艇和質(zhì)心干擾的能量質(zhì)心[7-11]。導(dǎo)彈的跟蹤點(diǎn)坐標(biāo)為：

(11)

(12)

式中：xg、yg為箔條干擾的坐標(biāo)位置，σg為干擾等效雷達(dá)截面積，σs為艦船等效雷達(dá)截面積。

3 箔條質(zhì)心干擾仿真分析

仿真場景如下：反艦導(dǎo)彈采用近炸引信，航速300 m/s，殺傷半徑60 m；艦艇長205 m，航速25節(jié)，艦船初始航向?yàn)?0°，艦艇雷達(dá)截面積為5 000 m2；艦艇在彈目距離6 km時(shí)發(fā)射質(zhì)心箔條彈，箔條彈發(fā)射距離為120 m，雷達(dá)截面積為9 000 m2；風(fēng)向?yàn)橛蚁?45°，風(fēng)速為8 m/s。當(dāng)對(duì)抗結(jié)束時(shí)，導(dǎo)彈與艦艇的最小距離大于安全距離(導(dǎo)彈殺傷半徑加艦長一半)，本次干擾成功。

仿真結(jié)果1：艦船發(fā)現(xiàn)右舷160°方向有導(dǎo)彈來襲，艦船發(fā)射箔條干擾彈進(jìn)行質(zhì)心干擾，艦船同時(shí)進(jìn)行規(guī)避機(jī)動(dòng)，航向?yàn)橹焙剑剿贋?5節(jié)，當(dāng)箔條彈右舷135°順風(fēng)發(fā)射時(shí)，艦艇60°方向機(jī)動(dòng)時(shí)，仿真效果見圖4所示。統(tǒng)計(jì)箔條彈右舷135°發(fā)射，艦艇不同機(jī)動(dòng)方向?qū)菇Y(jié)束時(shí)導(dǎo)彈與艦艇的最小距離見圖5所示。

通過仿真分析，可以看出當(dāng)箔條彈右舷135°順風(fēng)發(fā)射，艦艇在0°～150°方向機(jī)動(dòng)時(shí)，干擾有效。當(dāng)艦艇200°～320°方向機(jī)動(dòng)時(shí)，脫靶量較小，干擾失敗。

仿真結(jié)果2：艦船發(fā)現(xiàn)右舷160°方向有導(dǎo)彈來襲，艦船發(fā)射箔條干擾彈進(jìn)行質(zhì)心干擾，艦船同時(shí)進(jìn)行規(guī)避機(jī)動(dòng)，航向?yàn)橹焙剑剿贋?5節(jié)，當(dāng)箔條彈左舷45°逆風(fēng)發(fā)射時(shí)，艦艇120°方向機(jī)動(dòng)時(shí)，仿真效果見圖6所示。統(tǒng)計(jì)箔條左舷45°發(fā)射，艦艇不同機(jī)動(dòng)方向?qū)菇Y(jié)束時(shí)導(dǎo)彈與艦艇的最小距離見圖7所示。

通過仿真分析，可以看出當(dāng)箔條彈左舷45°逆風(fēng)發(fā)射時(shí)，整體干擾效果比順風(fēng)發(fā)射時(shí)好，其中艦艇在160°～270°方向機(jī)動(dòng)時(shí)，脫靶量較小，干擾失敗；當(dāng)艦艇40°～150°及280°～360°方向機(jī)動(dòng)時(shí)，脫靶量較大，干擾有效。

綜上所述，導(dǎo)彈艦尾方向來襲，艦艇左舷受風(fēng)時(shí)，應(yīng)該右舷發(fā)射干擾彈，艦船向逆風(fēng)方向?qū)嵤C(jī)動(dòng)，并全速航行。

圖4 艦艇60°方向機(jī)動(dòng)仿真結(jié)果

圖6 艦艇120°方向機(jī)動(dòng)仿真結(jié)果

圖7 箔條左舷45°發(fā)射，艦艇不同機(jī)動(dòng)方向?qū)椗c艦艇的最小距離

4 結(jié)論

1) 通過數(shù)學(xué)仿真，統(tǒng)計(jì)干擾對(duì)抗結(jié)束時(shí)彈目最小距離；

2) 對(duì)箔條質(zhì)心干擾對(duì)反艦導(dǎo)彈的干擾效果進(jìn)行了評(píng)估；

3) 優(yōu)化了箔條質(zhì)心干擾下艦艇作戰(zhàn)使用原則，具有重要的軍事意義。