舰船箔条干扰过程仿真建模研究

侯国超，刘 蜀

(解放军91336部队，河北 秦皇岛 066001)



舰船箔条干扰过程仿真建模研究

侯国超，刘 蜀

(解放军91336部队，河北 秦皇岛 066001)

雷达箔条干扰技术是现代电子对抗的重要组成部分，对于箔条弹作战过程，弹道特性、运动特性和雷达截面积(RCS)是评估箔条弹干扰效果的重要因素。分析了舰船箔条干扰的基本原理，以质心干扰为例建立了箔条干扰弹弹道模拟模型、箔条云运动仿真模型和箔条云RCS分析模型，研究了箔条干扰工作流程和作战效果，并通过计算机仿真验证了模型的正确性。

箔条干扰；质心干扰；仿真建模

0 引 言

箔条弹作为电子对抗中的一种无源干扰手段，以其制造简单、使用方便、干扰可靠、适用范围广、研制周期短、价格低廉、干扰效果突出等优点，在电子战领域获得了广泛应用，在历次现代化战争中都证明其在保护飞机和舰船等方面发挥了重要的作用。如何评估箔条弹干扰效果，箔条弹干扰战术应该如何使用，干扰时机该如何选择等都成为作战指挥员最为关心的问题[1]。为解决上述问题，本文着重对箔条干扰弹弹道特性、箔条云运动特性和箔条云雷达截面(RCS)特性进行深入分析研究，建立了相应的仿真模型，并进行了计算机模拟仿真验证。

1 箔条干扰过程

当舰船遭受雷达制导导弹攻击时，箔条干扰是一种行之有效的干扰手段，但是干扰能否有效与如何施放箔条干扰有着密切的关系。对导弹而言，导弹是否在跟踪其跟踪波门内的能量质心点，就可判断出导弹最终能否击中目标，因此，箔条干扰的最终效果的计算就转化为导弹跟踪波门范围内能量质心点变化的计算[2]。箔条干扰过程如图1所示。

图中，T1为舰船发现来袭目标时刻；T2为箔条干扰云形成时刻；T3为导弹运动到不灵敏控制区时刻；R为箔条云发射距离。

实际交战过程中，箔条干扰的基本流程如下：

(1)T1时刻，舰船探测到来袭目标并进行告警；

(2) 舰载电子对抗装备解算干扰弹发射参数，发射箔条干扰弹；

(3) 干扰弹根据引信定时爆炸；

(4)T2时刻形成箔条云，对目标造成干扰效果；

(5) 经过一段时间后箔条云逐渐消散。

2 箔条干扰仿真模型建立

2.1 箔条弹弹道模拟模型

箔条弹发射后至爆炸前，主要是依靠出炮口时的初速度进行无动力飞行，在飞行过程中主要受到重力和风速、风向的影响。

假设干扰弹发射仰角为β，出炮口时初速度为v0，则建立以炮口位置为坐标原点的平面直角坐标系如图2所示。图2中，O为炮口位置，y轴为垂直向上方向，x轴为水平方向，x正方向为干扰弹发射方位方向。

干扰弹飞行过程中t时刻水平方向速度为：

vx=vo·cosβ

(1)

干扰弹飞行过程中t时刻垂直方向速度为：

vy=vo·sinβ-gt

(2)

t时刻干扰弹距炮口的水平距离计算公式如下：

D=vo·cosβ·t

(3)

t时刻干扰弹距炮口的高度计算公式如下：

(4)

若干扰弹引信定时时间为T，则干扰弹炸点距炮口位置关系为：

(5)

2.2 箔条云运动仿真模型

箔条弹爆炸后，产生大量的箔条丝，箔条丝在空中迅速扩散，并受到重力、空气阻力、浮力、风力的影响，随着飞行时间延长而不断膨胀。

在水平方向上，箔条云大约在0.15 s的时间内由原干扰弹运动产生的速度降至0，此时箔条云的运动只受风速影响，仿真模型中，箔条水平运动速度为：

vl=vw·0.4

(6)

在垂直方向上，由于受到空气浮力及重力的作用，箔条的运动近似为匀速运动，其下降速度和海拔高度有关，一般为0.4～0.8m/s。箔条的速度变化为：

v=vo·e-kt

(7)

式中：vo为箔条弹的初始速度，vo与箔条弹爆炸时的速度和风速有关；k为箔条的阻力系数，其值与箔条自身的长度及材料有关。

箔条云达到稳定状态后，箔条的密度分布服从高斯分布，即如果以箔条云的中心为原点，以垂直向上方向为z轴，那么箔条的位置分布服从如下分布：

(8)

2.3 箔条云RCS特性分析模型

由于受到自然环境及各种随机因素等的影响，箔条云的实际RCS特性与理论值存在较大差异，因此利用靶场箔条干扰弹实测数据建立箔条云RCS的统计模型。

通过对箔条弹实测数据进行分析，以典型箔条弹实测数据为基础，研究了箔条云RCS概率分布特性，建立了箔条云RCS的统计模型，并得出如下结论：

(1) 箔条云在空中达到稳定状态后其RCS的分布规律符合正态分布，其概率密度函数为：

(9)

式中：σ为标准差；μ为均值。

(2) 虽然箔条云RCS的分布规律可以用正态分布的概率密度函数来表示，但是不同型号、不同频点的箔条弹其分布的均值和标准差各不相同，即使是相同型号的箔条弹在相同的频点下进行多次试验,其分布的均值和标准差也不相同，因此必须通过数理统计的方法建立一个参数模型来描述不同箔条弹不同频点的分布规律。

(3) 在箔条云RCS仿真过程中,要根据不同型号、不同频点的箔条弹参数模型来模拟产生箔条弹仿真数据。

基于实测数据的箔条云RCS解算方法如下：

(1) 根据箔条弹型号查表得到对应的箔条云RCS的均值和标准差，随机选择1组；

(2) 根据所要求的样本量，按照正态分布的随机数产生方法，生成1组箔条云RCS仿真数据。

利用概率密度函数和随机数，生成箔条云RCS仿真数据的公式。

3 仿真过程与分析

箔条干扰计算机仿真主要是对从箔条弹发射至箔条干扰失效全过程的模拟验证[3]，其基本流程如图3所示。

(1) 箔条弹发射阶段：发射控制设备收到箔条干扰弹发射指令后，根据箔条弹发射参数调转炮位射角射向，自动完成箔条弹发射；

(2) 箔条弹飞行阶段：箔条弹发射后，调用箔条弹弹道模拟模型实时解算飞行位置坐标，并根据当前位置坐标与下一时刻位置坐标解算箔条弹飞行姿态角；

(3) 箔条弹爆炸阶段：箔条弹达到引信定时时间，调用箔条云运动仿真模型实时模拟箔条云形状；

(4) 箔条有效干扰阶段：箔条弹爆炸后，调用箔条云运动仿真模型和箔条云RCS特性分析模型输出解算结果以判定箔条干扰是否有效。

将上述箔条干扰仿真模型进行计算机模拟验证，应用到网上战斗推演系统中，按照作战需求配置箔条弹发射参数(图4为箔条干扰应用参数配置界面)，执行后调用箔条弹干扰过程仿真模型，查看箔条干扰对导弹末制导的影响[4]。试验结果表明上述模型能够流畅地模拟箔条干扰全过程，保证战斗对抗行为正常推进。

4 结束语

箔条是雷达无源干扰技术中应用最早且干扰效果较好的干扰器材，对箔条干扰特性的研究将会对国防武器建设具有一定的推动作用[5]。本文着重研究了箔条干扰弹弹道特性、箔条云运动特性和箔条云RCS特性，建立了相应的数学模型，并进行了计算机模拟仿真，对于下一步建立起一套完整的箔条干扰模型及解决复杂作战环境中箔条弹无源干扰效果鉴定评估具有重要的意义。

[1] 许金萍，梅永华，杨沛,等.箔条云空间分布特性的建模与仿真[J].电子科技，2011，24(1)：38-40.

[2] 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.

[3] 武先利，齐子忠.仿真在箔条干扰中的应用[J].电子测量与仪器学报，2008，22(2):111-115.

[4] 张兵，袁亮.箔条干扰显示建模与实现[J].舰船电子对抗，2010，33(6):27-29.

[5] 吕萌萌.箔条云的运动模型及雷达电磁散射特性[J].电子元器件应用，2012(9):30-33.

Research into The Simulation and Modeling of Ship Chaff Jamming Process

HOU Guo-chao，LIU Shu

(Unit 91336 of PLA,Qinhuangdao 066001,China)

Radar chaff jamming technology is an important part of modern electronic countermeasure.For the operational process of chaff cartridges,ballistic characteristic,movement characteristic and radar cross section (RCS) are the important factors to evaluate the jamming effect of chaff cartridges.This paper analyzes the basic principle of ship chaff jamming,taking the centroid jamming as an example,sets up the ballistic simulation model of chaff jamming cartridges,movement simulation model of chaff cloud and analysis model of chaff cloud RCS,researches the workflow and operational effect of chaff jamming,and verifies the model correctness through computer simulation.

chaff jamming;centroid jamming;simulation and modeling

2017-01-04

TP202+.2

A

CN32-1413(2017)02-0069-03

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2017.02.016