箔条质心干扰的舰艇机动决策模型*

孙卫东　王　勃,2

(1.海军大连舰艇学院作战软件与仿真研究所　大连　116018)(2.92819部队　大连　116018)



箔条质心干扰的舰艇机动决策模型*

孙卫东1王勃1,2

(1.海军大连舰艇学院作战软件与仿真研究所大连116018)(2.92819部队大连116018)

依据质心干扰基本原理，分析质心干扰成功的基本条件，指出合理的舰艇机动是保证质心干扰效应的关键；根据质心干扰的基本过程，建立质心干扰舰艇机动模型；通过仿真分析验证模型的有效性。建立的舰艇机动决策模型，将复杂的指挥决策转化为量化计算方法，为指挥员在各种情况下均能做出快速、精确的机动决策提供可靠保障。

质心干扰; 舰艇机动; 决策模型

Class NumberTP391

1　引言

箔条质心干扰是指在导弹末制导雷达已经跟踪上目标舰以后，利用雷达是跟踪目标能量质心这一特点，在雷达的跟踪范围内、目标舰的周围布放假目标(箔条诱饵)，使雷达跟踪真、假目标的能量中心，破坏敌制导雷达对目标舰的稳定跟踪，最后在一定条件下，促使雷达从跟踪质心转向跟踪假目标，这一干扰方式称为质心干扰[1]。

正确的舰艇机动方式是决定质心干扰是否成功的重要条件。干扰弹发射后，在形成质心效应的过程中，舰艇应选择合适的航向与航速，尽早摆脱敌导弹跟踪。舰艇机动方式与敌导弹来袭的方向与速度、当前海区的风向与风速、本舰干扰弹的发射方向密切相关。如果本舰采用软硬武器协同抗击方式，则舰艇机动还应该考虑是否会影响到舰载导弹或舰炮武器系统的正常使用。可见，箔条质心干扰的舰艇机动是个复杂的指挥决策问题，需要从原理上分析质心干扰舰艇机动的数学本质，建立舰艇机动的决策模型，给出可精确量化计算的机动决策方法，为切实发挥质心干扰的效能，保证舰艇整体的协同抗击能力提供合理依据[2～3]。

2　质心干扰原理

质心干扰的作战对象是处于跟踪段的敌导弹末制导雷达。当有目标(无论真假)同时位于跟踪雷达的跟踪范围内时，跟踪雷达的电轴将指向这几个目标的雷达截面积中心(即质心，反射能量中心)。根据这一原理，质心干扰用于干扰导弹末制导雷达的跟踪段，使导弹从跟踪舰艇的状态转到跟踪真假目标的能量中心(质心)，从而起到保护舰艇的作用[4]。质心干扰的原理示意图如图1所示。

图1　质心干扰原理示意图

图中，目标舰与箔条假目标均在导弹末制导雷达跟踪波束内，目标舰雷达截面积为δ1，假目标雷达截面积为δ2。以导弹当前位置点M点为基准，真假目标之间的夹角为θ1，导弹末制导雷达跟踪真假目标形成的质心点Z点与目标舰的夹角为θ2，则：

从上式可以看出，箔条假目标雷达截面积越大，质心与目标舰的夹角就越大，导弹末制导雷达的跟踪点就离目标舰越远。

通过分析质心干扰的原理可以看出，成功的质心干扰要使敌导弹跟踪雷达完成两个转移过程：一是要使雷达由单独跟踪舰艇转到跟踪舰艇和假目标共同形成的质心点上去；二是要使雷达跟踪质心点转移到单独跟踪假目标，即舰艇要脱离雷达的跟踪，这才能使干扰成功[5]。

完成第一个转移过程需要具备的条件：

假目标所处的位置，要在末制导雷达的跟踪范围内；假目标的雷达截面积要远大于舰艇的雷达截面积，一般要大于2～3倍为好；假目标从发射到形成有效干扰云的时间要短，而留空时间要长；导弹的来袭方向相对于舰艇应处于有利的舷角[6]。

完成第二个转移过程需要具备的条件：

质心效应形成后，舰艇应选择正确的方向机动，尽早摆脱敌导弹末制导雷达的跟踪；同时，干扰弹的发射方向应有利于舰艇在最短时间内脱离导弹跟踪[7]。

综上所述，干扰弹的发射方向和舰艇的机动方向，是质心干扰成功的重要条件。而干扰弹发射后在空中形成的干扰云受海面常值风的影响比较大，这个时候的舰艇机动就显得更为重要，合理的舰艇机动(航向、航速)是质心干扰能否成功的关键。

3　干扰机动决策模型

首先，分析质心干扰真假目标的相对运动关系。如图所示。图中，OT为舰艇速度矢量，OF为海面常值风矢量，二者合成为甲板风速度矢量OG，OG也是箔条假目标速度矢量，OZ为质心速度矢量，OM为来袭导弹速度矢量，OM与OG的合成速度矢量为MG。假目标的角速度为ω1，质心的角速度为ω2。其中：

图2　质心干扰真假目标相对运动关系示意图

质心干扰的过程如图3所示。目标舰释放假目标后，由于质心效应，导弹末制导雷达由跟踪目标舰转向跟踪舰艇和假目标共同形成的质心点Z[8]。此时，导弹、舰艇和假目标同时运动，如果舰艇的运动方向正确，舰艇会先于假目标离开末制导雷达的跟踪波门，末制导雷达将只跟踪假目标，干扰成功[9]。

图3　质心干扰的过程

图中，v1为假目标的移动速度，v2为质心的移动速度，vm为导弹的来袭速度，L为舰艇的物理长度(非雷达截面积)，D为导弹的当前距离，d为质心干扰最小有效距离[10]，α为导弹末制导雷达的方位跟踪波门的角度[11]。由上述质心干扰的过程可得，干扰成功的条件如下：

ω1=f(v1)

t=(D-d)/vm

v1=[δ2/(δ1+δ2)]v2

v2×t≥L

(ω1-ω2)×t≤α/2

式中，f表示由假目标速度到角速度的函数转换，由两步三角函数转换组成。在图2的ΔOFG中，通过三角函数转换，由目标舰速度矢量OT和海面常值风矢量OF，得到假目标速度矢量OG；在ΔOMG中，通过三角函数转换，由假目标速度矢量OG和来袭导弹速度矢量OM，得到假目标相对导弹的角速度ω1。

那么ω1的取值范围为

只有确保ω1在这个区间内，才能保证假目标始终在导弹末制导雷达跟踪波门内，且导弹到达质心干扰最小有效距离时，已经偏离舰艇至安全距离。

4　仿真分析

某舰艇正以航向350°、航速18节航渡，突然遭到敌方反舰导弹袭击，敌反舰导弹方位50°、速度330m/s。海面常值风风向290°、风速7m/s。舰艇按照防空预案进行软硬武器协同抗击，在导弹距离25km处，舰载雷达侦测到末制导雷达信号，舰载指控系统依据实时态势，给出质心干扰决策；指挥员适时发射箔条弹，并配合进行舰艇机动。

上述态势条件下，舰艇航向在0～360°范围内ω1的取值情况如下：

图4　一般海情下假目标相对导弹角速度

假设舰艇与质心假目标雷达截面积的大小比为1∶2，舰艇的实际物理长度为200m，来袭导弹末制导雷达跟踪方位跟踪角为5°。由第3节给出的质心干扰机动模型可得，确保质心干扰成功的ω1取值范围为[2，3.7]。在这个取值范围内的航向范围如图4中阴影覆盖部分，即质心干扰的合理舰艇机动航向范围为[240°，25°]。

假设当时海面常值风风速很大，达到20m/s。此时ω1的取值情况如下：

图5　高海情下假目标相对导弹角速度

为确保质心效应，舰艇航向范围如图5中虚线标出的三个区间。其中，航向范围为[100°，170°]的区间与导弹来袭方向呈垂直态势，是舰艇应当执行的航向区间。可见，高海情情况下，如果不得以必须发射质心干扰，则应根据实际情况采取顺风机动的方式进行规避。

5　结语

通过对高海情情况下质心干扰舰艇机动实例的计算，可以看出，传统的经验粗放式的指挥决策方式，不能完全适应多种复杂情况。质心干扰的舰艇机动模型从原理上揭示了质心干扰及其规避机动的数学本质，将复杂的指挥决策转化为量化计算方法，为保证指挥员在各种情况下均能做出快速、精确的指挥决策提供科学、合理的依据。

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Ship Maneuvering Decision Model of Chaff Centroid Jamming

SUN Weidong1WANG Bo1,2

(1. Operation Software and Simulation Institute, Dalian Naval Academy, Dalian116018) (2. No. 92819 Troops of PLA, Dalian116018)

According to the principle of centroid jamming, the basic condition for success of centroid jamming is analyzed. Then it is pointed out that the reasonable ship maneuver is the key to ensure the effect of chaff centroid jamming. Ship maneuvering model of centroid jamming is established according to the basic process of centroid jamming, which is verified availability through the simulation analysis. The ship maneuvering decision model is established, which transforms the complex command decision into the quantitative calculation method, which can provide the reliable guarantee for the commanders to make fast and accurate decision.

centroid jamming, ship maneuvering, decision model

2016年4月16日,

2016年5月21日

中国博士后科学基金项目(编号:2014M562557)资助。

孙卫东,男,博士,助理研究员,研究方向：海军战术与作战仿真。王勃,男,博士后,工程师,研究方向：系统工程与作战仿真。

TP391

10.3969/j.issn.1672-9722.2016.10.015