薛增全，鄭 斌，李建偉，李學(xué)英

(中國兵器工業(yè)第203研究所，西安 710065)

0 引言

主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)安裝在裝甲車輛上，由雷達(dá)、信息處理控制系統(tǒng)和多枚防護(hù)彈藥組成[1]。通常多枚防護(hù)彈藥沿坦克炮塔外沿周向布置，形成直至360°防護(hù)范圍。系統(tǒng)開機(jī)后自動(dòng)工作:首先探測識別來襲威脅彈藥;接著信息處理得到攔截參數(shù)，選彈并實(shí)時(shí)裝定起爆時(shí)間;然后以向上傾斜的射角適時(shí)發(fā)射防護(hù)彈藥并起爆，在空間特定區(qū)域形成自上而下圓錐狀擴(kuò)散的定向破片流場攔截來襲彈藥。通常一枚防護(hù)彈藥負(fù)責(zé)一個(gè)防護(hù)區(qū)域。假設(shè)每枚防護(hù)彈藥水平向防護(hù)區(qū)域張角為α，相臨兩枚防護(hù)彈藥中心軸在水平面投影夾角為θ，為了減小系統(tǒng)的防護(hù)區(qū)域的盲區(qū)，這樣鄰近的防護(hù)區(qū)域就存在重疊，相鄰兩個(gè)防護(hù)區(qū)域的水平張角記為β，見圖1。由于防護(hù)區(qū)域有重疊，這樣來襲彈藥可能穿過多枚防護(hù)彈藥的攔截區(qū)域，那么究竟哪個(gè)區(qū)域攔截最佳呢?

1 最佳攔截區(qū)域設(shè)計(jì)原理

1.1 最佳攔截區(qū)域描述

圖1 攔截區(qū)域示意

考慮防護(hù)范圍重疊和來襲威脅彈藥航跡，通常系統(tǒng)存在數(shù)發(fā)防護(hù)彈藥形成的破片流場區(qū)域可與來襲彈藥交會(huì)[2]。但在每個(gè)交會(huì)區(qū)域內(nèi)破片流場與來襲彈藥的交會(huì)概率和攔截效能有所不同，不妨將系統(tǒng)真正實(shí)施攔截的交會(huì)區(qū)域定義為攔截區(qū)域。最佳攔截區(qū)域就是從這些交會(huì)區(qū)域中優(yōu)選出來的具有較高交會(huì)概率和較高攔截效能的攔截區(qū)域。通常，選擇最佳防護(hù)彈藥和增大交會(huì)時(shí)破片區(qū)域半徑可提高交會(huì)概率，增大攔截區(qū)域破片密度可提高攔截效能。但實(shí)際工程中因總破片數(shù)量有限[2]，增大交會(huì)時(shí)破片區(qū)半徑會(huì)使破片密度降低，導(dǎo)致命中來襲彈藥破片數(shù)減少，引起攔截效能降低。因此，在系統(tǒng)其它參數(shù)一定的情況下，破片區(qū)域半徑需要優(yōu)選，以得到合理取值。所以，確定最佳攔截區(qū)域?qū)嵸|(zhì)上就是優(yōu)選防護(hù)彈藥號和破片區(qū)半徑。

1.2 防護(hù)彈藥和破片半徑選取模型

圖2 來襲目標(biāo)與防護(hù)彈藥交會(huì)情況示意圖

如圖2示意了來襲目標(biāo)與防護(hù)彈藥交會(huì)的情況。圖中O點(diǎn)為防護(hù)區(qū)域的幾何中心，A1和A2為布置的2枚防護(hù)彈藥，2枚防護(hù)彈藥中心線水平投影分別為A1B1、A2B2，且兩兩夾角為θ;2枚防護(hù)彈藥射角與水平面有一定夾角，射向分別為 A1C1、A2C2，防護(hù)彈藥起爆點(diǎn)分別在各自射向線上，飛行距離由攔截參數(shù)解算確定的引信實(shí)時(shí)裝定時(shí)間決定;面A1B1C1、A2B2C2分別定義為2枚防護(hù)彈藥的破片中心面，防護(hù)彈藥殺傷破片按各自破片中心面對稱分布;P1、P2分別為來襲目標(biāo)航跡與2個(gè)防護(hù)彈藥破片中心面的交點(diǎn)。∠P1A1B1、∠P2A2B2分別為來襲威脅飛過2枚防護(hù)彈藥破片中心面時(shí)對應(yīng)的仰角，記為 γ1、γ2。D1、D2為破片流中心線分別通過 P1、P2的 2枚防護(hù)彈藥起爆點(diǎn)，對應(yīng)的防護(hù)彈藥飛行距離分別記為 L1、L2，即圖中 AD 長度。

當(dāng)選定防護(hù)彈藥時(shí)，破片區(qū)半徑由防護(hù)彈藥飛行距離和對應(yīng)的仰角確定[3－4]。仿真表明:攔截點(diǎn)(破片與來襲彈藥交會(huì)點(diǎn))相對防護(hù)彈藥的仰角相同的情況下，當(dāng)防護(hù)彈藥飛行距離變化，破片有效交會(huì)概率不同，如圖3所示，P和P'為兩個(gè)攔截點(diǎn)，相對防護(hù)彈藥A的仰角相同，D和D'是兩個(gè)攔截點(diǎn)分別對應(yīng)的防護(hù)彈藥起爆點(diǎn)，防護(hù)彈藥飛行距離指從A點(diǎn)飛至起爆點(diǎn)的距離，則在兩個(gè)飛行距離下起爆攔截，對應(yīng)的有效交會(huì)概率不同。仿真進(jìn)一步表明:同一個(gè)仰角下，對應(yīng)一個(gè)距離范圍，當(dāng)防護(hù)彈藥飛行距離在此范圍內(nèi)，攔截概率及攔截效能較高。表1為一組系統(tǒng)參數(shù)下經(jīng)仿真計(jì)算得的仰角與對應(yīng)的最佳飛行距離取值范圍。

圖3 仰角相同的兩個(gè)攔截點(diǎn)對應(yīng)的防護(hù)彈藥起爆點(diǎn)

2 最佳攔截區(qū)域計(jì)算模型

依據(jù)上面分析，最佳攔截區(qū)域是由優(yōu)選出的防護(hù)彈藥和最佳飛行距離共同確定的。優(yōu)選步驟可歸納為:

1)根據(jù)來襲彈藥航跡預(yù)測信息，計(jì)算得出各發(fā)防護(hù)彈藥對應(yīng)的來襲威脅攔截點(diǎn)的仰角γ1、γ2、γ3(各攔截點(diǎn)交會(huì)概率不同)和防護(hù)彈藥飛行距離m1、m2、m3。一般情況下，若來襲目標(biāo)對裝甲車輛構(gòu)成威脅，可選防護(hù)彈藥不超過3枚。

2)根據(jù)各發(fā)防護(hù)彈藥對應(yīng)的來襲目標(biāo)攔截點(diǎn)仰角數(shù)據(jù)，查表1得到對應(yīng)的最佳防護(hù)彈藥飛行距離范圍的端點(diǎn)值Lmin、Lmax。

3)用最佳飛行距離范圍端點(diǎn)值與實(shí)際各枚防護(hù)彈藥飛行距離m1、m2、m3比較，滿足Lmin≤m≤Lmax所對應(yīng)的防護(hù)彈藥就是所選防護(hù)彈藥，。

表1 仰角與飛行距離對應(yīng)關(guān)系

4)若來襲目標(biāo)航跡通過原點(diǎn)，或來襲目標(biāo)航跡接近原點(diǎn)，這時(shí)計(jì)算得出的各枚防護(hù)彈藥飛行距離很小。如圖4的來襲目標(biāo)方向1或2所示，這時(shí)選彈以方位角為準(zhǔn)，方位角偏向那枚防護(hù)彈藥即選該枚彈藥。

圖4 來襲目標(biāo)與防護(hù)彈藥交會(huì)特殊情況示意圖

3 模型驗(yàn)證

為對上述最佳攔截區(qū)域設(shè)計(jì)方法進(jìn)行驗(yàn)證，依據(jù)模型編寫C語言[5]仿真計(jì)算。假定認(rèn)為只要命中來襲彈藥的破片數(shù)不小于3片，即是一次有效攔截。為了評判模型，定義以下幾個(gè)參數(shù)作為評判依據(jù)，有效攔截次數(shù)M0為本次仿真中防護(hù)彈藥的破片至少3個(gè)破片命中來襲彈藥的次數(shù);平均破片數(shù)M1為本次仿真中非零破片數(shù)總和的平均值。對于來襲彈藥航跡，為了與戰(zhàn)場環(huán)境相符，在仿真中給定航路與水平面的傾角，其它信息由程序自動(dòng)生成，每次仿真的總次數(shù)即為N。仿真結(jié)果見表2。

從仿真結(jié)果可以看出，對于不同的來襲彈藥航跡，應(yīng)用文中方法得到的攔截區(qū)域，對來襲彈藥具有較高的攔截率，證明該方法是可行的。

表2 仿真結(jié)果

4 結(jié)論

主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)和來襲彈藥存在多個(gè)交會(huì)區(qū)域，在不同交會(huì)區(qū)域進(jìn)行攔截效能有很大差別，文中基于較高交會(huì)概率和攔截效能，提出了最佳攔截區(qū)域設(shè)計(jì)方法，并以此建立了攔截區(qū)域的選取模型。通過仿真計(jì)算表明，該方法和模型能夠得出較好的攔截區(qū)域，可滿足主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)選彈和確定攔截參數(shù)需求。

[1]Chang Yu-Wen.Active protection device and associated apparatus，sytem and mmthod:US，7066427[P].20006 － 06－27.

[2]Larry W Fullerton，Mark D Roberts，James L Richards.Systerm and method for active protection of a resource:US，7046187[P].2004 －11 －17.

[3]Llyod，Richard M.Vehicle-borne system and method for counering an incoming threat:US，6920827[P].2005 － 07－26.

[4]Peter Gregory Lloyd.Active armoe protection system for armored vechicles:US，6782793[P].2004 －08 －31.

[5]譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社，2000.