烟雾干扰下电视导引头作用距离研究*

陈 蕾，姜允东，张 峰，刘 学

(空军航空大学，长春 130022)

0 引言

电视制导作为精确制导技术的重要组成部分，已经在世界各国的武器系统中获得了成功应用。由于利用可见光，所以电视制导系统具有角分辨率高、制导精度高、抗电子干扰能力强的优点[1]。但是导弹在实际作战过程中，难以避免地要受到外界各种因素的干扰，这些干扰对电视导引头的作用距离影响比较大，电视导引头作用距离的大小又是影响电视制导空地导弹的命中概率最重要最直接的因素。因此为了提高空地导弹模拟训练的逼真度，并能够在模拟训练中设置特情，需要在导弹理想情况下的导弹弹道数学模型之上加入电视导引头作用距离的计算模型，从而为飞行员提供更为真实的模拟训练环境，增强飞行员的战斗能力，加速空军战斗力的生成。

1 电视导引头作用距离计算模型构建

电视导引头性能参数包括捕获目标的最大距离、跟踪目标最小距离、分辨力和抗干扰能力等。捕获目标的最大距离是理想条件下电视导引头能够探测到目标的最大距离;跟踪目标的最小距离等于理想条件下目标图像充满靶面的距离，即盲区。电视导引头作用距离是指实际工作中电视导引头能够发现目标的最远距离，其值越大，飞行员探测、识别和辨认目标的时间越充裕，操纵导弹命中目标的概率越大;其值越小，如果进入盲区，由于导弹外侧过载有限，光轴与弹轴的偏差角大，回路已不能修正，产生一定的脱靶量，从而大大降低命中概率。电视导引头作用距离的大小是由导引头内部因素和外部因素共同决定。

1.1 影响因素分析

导引头内部因素在导引头出厂时就已经确定，无法进行改变，但是导引头外部的影响因素(包括自然界的因素和人工干扰因素)却是不断变化的，因此，文中主要研究导引头外部的影响因素对导引头作用距离的影响。外部的影响因素中对导引头作用距离影响最大的是对比度和能见度，下面先介绍一下对比度和能见度。

对比度是画面黑与白的比值，对比度的大小直接影响着电视导引头处理和识别目标的性能，对比度越大，把目标从背景中区分出来就越容易，对比度越小，把目标从背景中区分出来就越困难。其定义式如下[2]:

式中:C为对比度;LT为目标亮度 ( c d/m2);LB为背景亮度( c d/m2)。

对于非自身发光的物体，其表面亮度是由外部光照射引起的，其亮度L与受到的照度E的关系为[3]:

式中:σ为物体表面反射系数。

能见度是指视力正常的人从背景(天空或地面)中识别出具有一定大小的目标物的最大距离。能见度的大小是评价天气气象条件的一个重要的性能指标，天气的好坏直接影响能见度，天气气象条件等级与能见度的关系如下[4]:

式中:Dg为能见度;d为天气气象条件等级。

能见度会直接影响大气平均衰减系数，其与大气平均衰减系数关系如下[4]:

式中b为大气平均衰减系数。

1.2 干扰情况下导引头作用距离计算模型

通过上述对导引头作用距离影响因素的分析，根据光学原理，并依据文献[5]的电视导引头作用距离计算方程，得到改进后的电视导引头作用距离计算方程如下:

式中:m为镜头透过率，一般在0.5～0.7之间取值;n为中性衰减片透过率，根据外界照度和摄像管靶面标准度而定，一般取 0、0.2、0.5、0.8 等数值;σB为背景反射系数，可查表获得;E为外界照度;S为摄像管灵敏度，是提高导引头作用距离最主要的内因，同时还决定了电视导引头可以在什么光照条件下工作;f为镜头焦距，其值越大，导引头作用距离越远，但导引头的体积和质量等参数也随之增大，一般选择在30～120mm范围内;D为镜头有效孔径;I为摄像管输出电流。

将式(4)代入式(5)中可得未干扰情况下电视导引头作用距离计算模型为:

对电视制导空地导弹实施的人工干扰包括人工有源干扰和人工无源干扰，其中无源干扰技术方法简单，容易实现，效果较好，所以被广泛采用。人工无源干扰中最为典型、应用最为广泛的是烟雾干扰。烟雾由大量的气溶胶微粒组成，当实施烟雾干扰时，这些气溶胶微粒通过影响目标与背景的对比度和大气的能见度，进而影响电视导引头作用距离，使飞行员进入目标区域后寻找和攻击目标比较困难，导致导弹命中概率的下降。施放的烟雾干扰源多为人造的化学烟雾筒或者白磷燃烧等能够释放浓烟的材质，烟雾干扰可以通过光学干扰厚度进行量化，其量化后的表达式为[6]:

式中:τ为光学干扰厚度;Q为干扰源的能量;l为干扰源的数目;U为风速;r为烟雾扩展半径;W为干扰源的伪装能力。

光学干扰厚度对对比度的干扰表达式为:

式中:kC为对比度干扰系数;C0为干扰前目标与背景的对比度。

光学干扰厚度对能见度的干扰表达式为[7]:

式中:kd为能见度干扰系数;Dg0为干扰前大气能见度。

将式(8)、式(9)代入式(6)并化简后得到的干扰情况下电视导引头作用距离计算模型为:

式中:k为光学厚度干扰系数，且k=kC+kd。

2 模型验证及仿真分析

文中依据某型电视制导空地导弹的数据标准，取m=0.6，n=0.8，σB=0.1，E=80000，S=100，f=100，D=0.12，I=0.005，Q=1，l=5，U=4，W=1.5对导引头作用距离计算模型进行初始化，基于导弹弹道数学运动模型，选择Matlab 7.0对未干扰情况下对比度、能见度对电视导引头作用距离的影响和光学干扰厚度对电视导引头作用距离的影响以及电视导引头作用距离对命中概率的影响进行仿真，仿真结果如图1～图4所示。

图1 对比度对电视导引头作用距离的影响

烟雾干扰对导引头作用距离的影响，是通过影响目标和背景的对比度和大气的能见度进而对导引头作用距离产生影响的，设干扰前对比度C0=0.5，天气气象条件等级d=7。

图3 光学干扰厚度对导引头作用距离的影响

图4 导引头作用距离对命中概率的影响

从图1可得，当对比度C≤0.2时，导引头作用距离小于6km。从图2可得，当能见度Dg≤5km时，导引头作用距离小于6km。从图3可得，在对比度为0.5，天气气象条件等级为7，即能见度为18km情况下，光学干扰厚度τ≥2时，导引头作用距离小于6km。从图4可以看出，当导引头作用距离L≥6km时，该型电视制导空地导弹具有很高的命中概率;导引头作用距离L≤6km时，命中概率骤减;导引头作用距离L≤4km时，命中概率很低，即很难命中目标。综上所述，实施烟雾干扰，降低导弹的命中概率，削弱了导弹的作战效能，且影响规律符合导弹的实际作战情况和导弹性能特性。

3 结论

文中在理想情况下某型电视制导空地导弹弹道数学模型的基础之上，通过对导引头作用距离影响因素的分析，建立了烟雾干扰下电视导引头作用距离计算模型，并对对比度、能见度和光学干扰厚度对导引头作用距离和导引头作用距离对命中概率的影响进行了仿真。仿真结果表明，建立的电视导引头作用距离计算模型符合实际作战情况和导弹的性能特性，提高了该型导弹模拟的逼真度。进一步对该模型进行处理后应用到模拟器上，可以为该型导弹的模拟训练提供更为逼真的训练环境和设置特情，提高飞行员的训练水平，有利于打赢未来战争。

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