切割效应下的质心干扰研究*

黎敏谦　张　佳　罗　兵　高　峰

(海军蚌埠士官学校　蚌埠　233012)



切割效应下的质心干扰研究*

黎敏谦张佳罗兵高峰

(海军蚌埠士官学校蚌埠233012)

摘要针对反舰导弹制导中的箔条质心干扰对抗场景,首先阐述了导弹在跟踪箔条云团和目标舰的合成质心时会产生切割效应,接着对切割效应进行了分析。通过建立数学模型,设置典型参数场景,对在切割效应下的质心干扰进行了仿真,并对结果进行了分析。其结果表明,切割效应会对干扰效果产生影响。其结论对于抗箔条质心干扰技术的研究具有一定的参考意义。

关键词箔条; 切割效应; 质心干扰

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

箔条作为对抗雷达的一种重要手段,具有成本低廉、制作简单等优点,因此在防空、反舰、反导等领域均获得了广泛的应用[1～2]。利用箔条形成质心干扰是水面舰艇对抗反舰导弹的有效方法[3～4]。然而,在实际作战中影响质心干扰效果的因素很多,其中装备性能占主导地位,在末制导雷达窄脉宽发展趋势下,波束对箔条云的切割效应不容忽视[5～7],其对干扰效果产生的影响需要深入分析。

2质心干扰的切割效应

导弹在跟踪舰船时,舰船施放箔条干扰进行防御。当干扰形成时,导弹末制导雷达随即转向跟踪舰船S和箔条云C合成的能量中心即质心O。其示意图如图1。在导弹接近目标的过程中,由于雷达波束的宽度不变因此其方位跟踪单元会逐渐变小,当雷达波束的方位半宽小于箔条云团(或舰船)的外缘与质心点的距离时,箔条云团(或舰船)就开始被切割,使部分箔条云团(或舰船)偏出波束范围,而对雷达而言,二者的质心点向末被切割的一侧偏转,这更加快了箔条云团(或舰船)的切割速度。一般情况下,由于雷达波束半宽减小的速度比质心点偏转的速度快,经过一段时间后,舰船(或箔条云团)也被切割。假设在导弹雷达开机时箔条云团已经形成。在t1时刻,导弹在M点,箔条及舰艇均在雷达的波束内,导弹跟踪合成质心O,在t2时刻,由于风的作用,箔条云团的质心移动到C′,舰艇由于机动移动到S′,此时出现了切割现象,即部分箔条偏出波束范围,从而使在箔条云团有效反射面积变小,其RCS也变小,而舰船仍然在波束内,箔条云团与目标的合成质心向舰船倾斜,此时导弹跟踪舰船和雷达波束内的箔条合成的质心O′。随着箔条云团不断被切割,波束内的箔条不断减小,导致导弹的跟踪质心不断向舰船方移动,在导弹和舰船距离够长的情况下,终会使箔条云团脱离波束范围,波束内只有舰船,使导弹跟踪舰船[8～9]。

3模型的建立

3.1导弹的数学模型

导弹运动轨迹是复杂的,与目标、跟踪方法等都有关。为了简化仿真,采用“纯追踪法”,即导弹速度方向一直能够指向雷达分辨单元中的质心。假定在整个攻击过程中的速度V是不变的。则导弹位置的变化为

其中Vxm、Vym为导弹在X和Y轴上的分速度。

图1　导弹跟踪合成质心示意图

3.2舰船的数学模型

由于一般的舰船都有大的长宽比,故可以将舰船看作为一直线排列的反射体,文献[10]将舰船建模为一条长度为l线段,其雷达有效反射面积中心即为直线的几何中心,这里考虑舰船的机动,将其建模为一条长度为L速度为Vs的运动线段。则舰船位置的变化为

其中vxs、vys为导弹在X和Y轴上的分速度。

3.3箔条云团的数学模型

箔条云在空气中的分布是不规则的,一般来说将其简化成一均匀的球体,其半径为达到某一定反射面积所需的最小半径。在平面坐标系里可以将其等效为一个RCS相等的面目标[7],因此面目标的半径rc与箔条云团的雷达反射截面积σc的关系为

根据σc的大小,可求出干扰云等效半径rc和质心点到干扰云团外侧对导弹的张角θc,从而判断干扰云是否偏出末制导雷达跟踪波束。

4切割效应分析

4.1合成质心的计算

导弹在跟踪过程中,导弹末制导雷达始终跟踪在雷达波束范围内的箔条云和舰船合成的能量中心即质心。由平面几何定比分点公式可以求得质心O′的坐标为

4.2舰船的切割效应

将舰船建模为长度为l的直线段,其速度为Vs。设波束已切割舰船,如图2所示。波束内的舰船的长度为lm,波束中心线与舰船的夹角为α,则在波束内的舰船有效长度为ls=lm*sinα,由此可以得到波束内的舰船有效RCS为

其有效质心的坐标为

图2　波束切割舰船示意图

4.3箔条云的切割效应

4.4箔条云和舰船的切割判断

图3　波束切割箔条云团示意图

5仿真结果及分析

根据以上模型对其进行仿真。以目标舰初始位置为坐标原点,船头方向为y轴,x轴由右手规则确定建立直角坐标系。目标舰的长度为150m,其速度为20Kn,RCS的平均值为6000m2。设风速为6m/s,风向为180°,导弹以300m/s速度飞向目标舰,雷达的波束宽度为5°,设开始时目标舰向右舷90°发射干扰弹,在距离目标舰300m的位置形成箔条云,同时舰艇并以500m的最小转弯半径进行左转弯机动。忽略箔条云的成型时间,设其RCS为20000m2。图4(a)和4(b)分别给出了导弹从(2000,8000)、(8000,2000)处飞向目标时目标舰、箔条、合成质心及导弹的运动轨迹图。

由图4(a)可以看到,在该仿真场景中,雷达波束只对目标舰进行了切割,而箔条云始终在雷达波束以内,具体来说导弹从(1392,5266)点开始切割舰船,合成质心向箔条云方向移动,且移动速度越来越快,经过4个仿真步长,舰船完全偏出雷达波束,导弹跟踪箔条云,干扰成功。由图4(b)可以看到,在该场景中,雷达波束对箔条云进行了切割,而舰船在雷达波束内,具体来说导弹从(3827,959.2)开始切割箔条云团,合成质心向舰船方向移动,且移动速度越来越快,经过7个仿真步长,箔条云完全偏出雷达波束,导弹跟踪舰船,干扰失败。若不考虑雷达波束对舰船或者箔条云团的切割,一般来说,导弹会飞向箔条云,质心干扰成功,而这正好与图4(b)的仿真场景得到相反的判断。而在现实情况中切割效应确实是存在的,因此切割效应下的质心变化研究更具有借鉴意义。

图4　仿真运动轨迹图

对比图4(a)和4(b)的仿真场景,唯一不同的是导弹的来袭方向不同。因此考虑切割效应的情况下,导弹的来袭方向对干扰的效果会产生影响。这也说明目标舰在使用箔条弹对抗反舰导弹时,必须在考虑导弹来袭方向的前提下进行箔条弹的发射和舰艇的机动。关于进行怎样的机动、箔条弹以怎样的角度发射以及还有哪些因素影响干扰效果,后续将进一步深入研究。

6结语

本文针对反舰导弹制导阶段,在考虑切割效应情况下对质心干扰进行了研究。文中在典型场景和参数情况下,仿真了目标舰、箔条、合成质心及导弹的运动轨迹图并由此得到了与未考虑切割效应相反的结论。文中对其他场景和参数情况也进行了对比和分析,切割效应下的质心变化对质心干扰成功与否的判断更具有借鉴意义。

另外,通过对切割效应下的质心干扰的分析研究,为反舰导弹的抗箔条质心干扰提供一种新的思路。通过提取其主要特征,为箔条云的识别抗干扰技术提供参考。关于怎样利用该变化进行抗干扰是下一步的主要研究内容。

参 考 文 献

[1] 陈静.雷达箔条干扰原理[M].北京:国防工业出版社,2007.

[2] 李金梁.箔条干扰的特性与雷达抗箔条技术研究[D].长沙:国防科学技术大学.

[3] 白岚,王科.机载箔条干扰弹投放时机的仿真研究[J].舰船电子工程,2012(12):85-87.

[4] 姜宁,陈奇.舰艇箔条质心干扰对抗多威胁目标方法[J].指挥控制与仿真,2014(1):41-43.

[5] 朱禧,林华.切割效应下的质心干扰仿真[J].微计算机信息,2008,24:307-308.

[6] 曲长文,李亚南.箔条对毫米波末制导雷达波束的切割效应研究[J].系统仿真学报,2013(2):356-360.

[7] 来庆福,赵晶,张文明,等.切割效应下质心干扰的跟踪质心变化仿真分析[J].系统仿真学报,2011(7):1518-1521.

[8] 夏雄志,黄高明,金嘉旺.质心干扰与切割效应探讨[J].舰船电子对抗,2007(1):34-37.

[9] 傅妤华,张波,王斌.大型舰艇箔条质心干扰防御反舰导弹仿真[J].火力与指挥控制,2014(12):100-103.

[10] 朱森,姜宁,孙永侃.质心干扰中的面目标效应分析研究[J].航天电子对抗,2001(2):5-8.

中图分类号TJ765

DOI:10.3969/j.issn.1672-9730.2016.01.020

作者简介:黎敏谦,男,硕士研究生,助理讲师,研究方向:电子对抗,雷达跟踪。张佳,女,助理讲师,研究方向:材料化学,雷达材料。罗兵,男,讲师,研究方向:电子对抗,雷达跟踪。高峰,男,硕士,讲师,研究方向:电子对抗,雷达跟踪。

*收稿日期:2015年7月3日,修回日期:2015年9月2日