不同抛洒方向的箔条干扰仿真效果分析

2015-05-30刘哲郭少雷

科技资讯 2015年9期

关键词：箔条

刘哲　郭少雷

摘要：该文通过研究箔条云扩散的微观特性，分析箔条云内部的箔条密度分布和箔条姿态的统计分布规律，提出箔条干扰抛撒后姿态的演化模型和位置，得到了箔条抛撒后姿态和位置分布的统计规律，建立箔条运动模型。通过研究对抛洒箔条干扰弹的方向不同时，使得箔条云团扩散后得到的雷达散射截面积不同，期望得到箔条迅速散开、快速达到最大的散射截面积的抛洒方向，达到对抗雷达的最佳干扰效果。

关键词：箔条质心干扰抛洒方向 RCS

中图分类号：TN95 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）03（c）-0248-03

在电子对抗中，雷达制导武器的无源干扰主要方式是投放箔条诱饵。工作原理是不同长度的箔条对某一频率的电磁波有不同散射能量，制造假目标，干扰真目标不被雷达发现或跟踪，这样能对飞机起到保护的作用。箔条/红外干扰弹投放设备是机载电子干扰系统中极为重要的一部分。现在箔条/红外干扰弹投放设备已经被安装到了各种战斗机上。它们能使机载电子干扰系统投放箔条和红外干扰弹，对雷达或红外制导导弹释放无源干扰。欺骗式干扰的基本原理是通过机载箔条干扰弹干扰雷达，雷达在跟踪飞机的过程中，能利用箔条布在飞机所处的分辨单元内布设诱饵。金属箔片会被已知的雷达工作频率切成合适的长度，使它产生共振，使箔条云的雷达散射截面积超过飞机的雷达截面积。这样就会对目标产生干扰，使雷达跟踪点偏离飞机，从而使雷达跟踪不到真正的目标。

1 箔条质心干扰

箔条质心干扰，可以使末制导雷达等偏离攻击目标。它的工作原理是：当飞机遇到雷达的跟踪的时候，一个假目标就会出现在雷达跟踪单元内，它是被会人为设置的，也被称为诱饵。这个时候，假目标和飞机的质心效应会使雷达不跟踪目标飞机和假目标，而是跟踪目标飞机和假目标的能量中心，也就是质心，这样就可以避免目标飞机不被雷达跟踪，偏离被攻击的目标。

当末制导雷达跟踪目标飞机时，出现如图1所示的质心干扰过程。经过长期的理论和实践经验可知，波长为的电磁波，干扰箔条的长度在取0.5λ或λ的整数倍时，箔条诱饵在雷达上的反射面积最大，反射能力最强。并用干扰云中的箔条数量越多，反射功率也越大，干扰效果就会越好。箔条诱饵的反射信号是以密集亮点形式显示在雷达显示器上。如果这些亮点与目标均在雷达同一单元脉冲体积中，此时如果目标的回波亮度小于诱饵亮度的30%～50%，雷达就会没有办法分辨出目标。实施有效干扰的要求是：干扰亮度/回波亮度>2～3.3倍，这个比值被称为压制系数，因此箔条干扰的压制系数一般取2～3。

质心干扰是雷达干扰的主要表现形式，干扰物在被飞机投放前威胁雷达M的波束是指向飞机中心S点，如图1所示。

根据质心原理：

（1）

式中：：干扰云有效反射面积；

：飞机有效反射面积；

：飞机与质心的距离；

：箔条云与质心的距离。

箔条诱饵能量是飞机能量的2～3.3倍，所以波束中心O点与飞机的距离b是O点与箔条诱饵C距离a的2～3.3倍，因此得出：b/a=2～3.3。

因为惯性的作用，箔条诱饵C被投放后，它要跟飞机一起向相同的方向运动，飞行一段时间之后，由于受空气阻力和重力以及飞机的飞行速度的影响，箔条与飞机之间的距离逐渐增大，波束中心就指向飞机与箔条的能量中心O点（质心），质心干扰如图1所示。

干扰诱饵跟飞机距离和雷达波束中心跟飞机角度的慢慢增大，与此同时，飞机S与雷达波束中心O的距离也在增大，这样飞机最终就摆脱了雷达的跟踪，使飞机不被雷达跟终，受到到保护。

2 根据不同的方向，箔条云运动特性出显现出来

箔条空中运动受大气环境的影响，主要包括重力及空气阻力。在箔条发射出去的时候，因为它的运动速度跟飞机刚开始的飞行速度相似，这时就会产生较大水平频移，大约是0.1s。然后在箔条发本身的重力和空气阻力的作用下，随着风速平移下降，以一定倾角绕重力线转动，由此可知，单根箔条的运动轨迹是平动和转动组合在一起的。箔条云的动力学模型在建立时，一般会把单根箔条做为一个质点，建立如下一阶运动方程：

（2）

箔条云团不仅受到风力作用，还受飞机涡流场的作用。涡流场会受到重力、大气湍流、风速粘性力影响，在三者的作用下，形成一个强度逐渐减弱的尾涡流场。这个尾涡流场分为两个阶段，即近场涡和远场涡。从飞机尾后到大约6个翼展的距离，被称作尾涡的起动区，其强度基本保持不变，此为近场涡的范围；而在远场涡阶段，强度则会很快的消散。

对于飞机尾涡的诱导速度主要和尾涡的流场强度有关。对近涡来说，在这一阶段，尾涡强度大约消散10%，并且跟时间的倒数近似成负指数关系，下面通过一种近似的近涡消散模型来描述近涡的消散过程[3]：

箔条空中运动特性还受到箔条干扰弹的抛洒方向的影响。假设飞机投放箔条干扰弹时是斜向下投放的，那么对于箔条干扰弹的初始速度应该可以分解为如图2所示的情况。

图2中建立三維直角坐标系，这里假设飞机的速度方向是x轴，那么当飞机投放箔条干扰弹时，是飞机的飞行速度，是飞机抛洒干扰弹的抛洒速度，同时抛洒方向如图2所示，与垂直方向的夹角为，则将抛洒速度分解可以得到和平面上的，同时在水平面上与飞机飞行速度方向的夹角为。即箔条投放器在飞机上的安装角度为，箔条诱饵初期的水平运动方向和初始速度是飞机t=0时刻速度和箔条诱饵发射初速度的合成，如图3所示。

3 不同抛洒方向箔条运动特性仿真结果分析

为了研究不同的抛洒方向对箔条干扰弹初速度及对箔条云团的整体速度的影响，得到箔条干扰弹最佳的干扰效果，我们以单发箔条干扰弹的散射特征及运动特性为例进行研究，进行软件仿真，软件仿真效果如表1所示。

仿真结果如图4、图5所示。

通过以上两组战情下的仿真结果的对比，可得到如下分析：

每当发动机在的机身的两侧，干扰弹位于飞机侧翼处发射时，由于受到更多飞机尾流的影响，将会使得箔条云初始速度比其他位置速度较大，可以使箔条云的有效RCS值及最大RCS值尽快得形成，使箔条云的速度较为缓慢地降到风速。歼击机在选择箔条干扰弹发射方向时，应该尽可能地选择在飞机侧翼的地方。

向着飞机的飞行方向发射箔条干扰弹的干扰效果更佳，由于箔条束的端面受力，这种情况更有利于箔条云团的迅速散开，另外这样的发射方向有利于延长箔条云团和本机处在同一雷达分辨单元内的时间，形成有利干扰。

4 结语

综合以上各种分析，如果从缩短箔条云的形成时间方面来看，投放器应安装在飞机湍流较大的方位，但是箔条发射时最初的速度不宜过大，若初速过大，箔条弹的散开位置受到飞机湍流的影响效果就很微小。

实践表明，如果箔条弹的投放器的发射方向朝向飞机的飞行方向，这样的发射效果会更好，有利于箔条云团的快速散开，还可以增加箔条云团与飞机同处同一雷达分辨单元之内的时间。

参考文献

[1] 李敬.箔条弹干扰原理与形成机理[J].舰船电子对抗.2003，26（3）：15-19.

[2] 董士崔.雷达无源干扰技术探讨[J].电子世界，2014（11）：25-26.