劉松濤，劉振興，姜寧

(海軍大連艦艇學院 信息作戰(zhàn)系，遼寧 大連 116018)

艦載紅外質心干擾效果在線評估方法研究*

劉松濤，劉振興，姜寧

(海軍大連艦艇學院 信息作戰(zhàn)系，遼寧 大連 116018)

針對作戰(zhàn)應用時電子對抗干擾效果的在線評估問題，以艦載紅外質心干擾為例，提出基于我方干擾裝備與被保護目標的實際狀態(tài)和預期狀態(tài)的差別進行評估。具體思路是綜合考慮干擾彈發(fā)射延遲、啞彈數(shù)量、是否執(zhí)行艦艇機動等作戰(zhàn)使用因素對干擾成功概率的影響，結合艦載紅外質心干擾的干擾成功概率理論模型，實現(xiàn)干擾效果的在線評估。仿真結果表明，新方法對干擾效果的評估更具有實際應用價值。

艦載紅外彈；質心干擾；干擾效果；在線評估；成功概率；作戰(zhàn)使用

0 引言

干擾效果評估是電子對抗系統(tǒng)作戰(zhàn)使用研究的一個重要內容[1-6]。通過評判干擾效果的好壞，可以指導電子對抗系統(tǒng)在技術研究、裝備研制及使用過程中采取相應的對策[7-9]。當前干擾效果評估的基本思路是利用有或無干擾條件下導彈末制導系統(tǒng)的某些性能或效能參數(shù)作為評估指標，比如信干比、最大探測距離、探測區(qū)域、壓制系數(shù)、發(fā)現(xiàn)概率、欺騙概率等變化來度量干擾效果；也提出了諸如信息準則、功率準則、效率準則、概率準則等一系列評估準則。這類干擾效果評估方法可以實施的前提是已知敵方末制導系統(tǒng)的性能參數(shù)變化情況。這種評估應用在電子對抗裝備的試驗和訓練中完全可行，因為實驗或訓練時，敵我雙方裝備性能參數(shù)的變化情況都是已知的，但在實戰(zhàn)條件下由于缺乏直接從敵方獲取的評估指標數(shù)據(jù)，將會導致無法實施干擾效果評估[10]，然而此時的評估結果卻非常關鍵，對其他干擾手段的復合使用和軟硬武器協(xié)同具有重要指導作用。

針對作戰(zhàn)應用時干擾效果的在線評估問題，國內外相關單位都非常重視。目前的評估方法主要是基于偵察信息的變化進行評估。文獻[11]利用干擾方在實施干擾前后其偵察設備接收雷達信號所攜帶的被干擾信息(比如戰(zhàn)術改頻、采用不同的工作模式等)，分析雷達遭受干擾后可能采取的措施，以及采取這些措施后干擾方偵察接收機信號的改變情況；文獻[12]以多功能相控陣體制雷達為干擾研究對象，從雷達對抗裝備作戰(zhàn)應用層面提出了對相控陣雷達實施有源干擾的干擾效果評估方法和基本原則。本文以艦載紅外質心干擾為例，提出基于我方干擾裝備與被保護目標的實際狀態(tài)和預期狀態(tài)的差別進行評估。具體思路是綜合考慮紅外彈發(fā)射延遲、啞彈數(shù)量、是否執(zhí)行艦艇機動等對干擾成功概率的影響，結合艦載紅外質心干擾的干擾成功概率理論模型，在線評估本次干擾的成功概率。

1 紅外質心干擾效果的理論評估模型

紅外質心干擾將導致反艦導彈攻擊路徑發(fā)生偏移，若新路徑上導彈可能引爆的位置為B[xm(t)，ym(t)]，引爆的概率為Pb(B)，且引爆后導彈對艦艇的命中(或毀傷)概率為Pm(B)，則紅外質心干擾反導防御成功概率Pc為

(1)

式中：L為干擾條件下，反艦導彈可能引爆的航路段；反艦導彈的Pb(B)和Pm(B)的求解方法詳見文獻[13]。求解過程中，需要建立紅外質心干擾和反艦導彈的對抗過程，涉及的仿真模型如下：

(1) 紅外彈初始位置解算子模型

設紅外彈的出射速度為vY，則拋出距離R0=vY·t1，t1為紅外彈的形成時間，則艦艇發(fā)射紅外彈的初始位置為

(2)

(2) 紅外彈運動子模型

紅外彈在風的作用下，時間t2后的位置為

(3)

式中：θb為紅外彈的布防角度；φc為艦艇航向；當θb+φc≥2π時，k取1，否則，k取0；R0為紅外彈布防點與艦艇的距離；vf為風速；θf為風向。

(3) 紅外彈輻射特性模型

紅外彈的輻射特性與被保護艦艇目標的工作波段一致，輻射強度大于艦艇輻射強度的2倍。

(4) 質心點解算子模型

綜合紅外質心的位置計算公式為

(4)

式中：Ic為艦艇的輻射強度；xc，zc為艦艇的瞬時坐標；Ik，xkb，Ikb為跟蹤波門內第k個紅外彈的輻射強度及瞬時坐標；n為跟蹤波門內紅外彈的總數(shù)量。

(5) 艦艇偏出視場判斷模型

艦艇中心與導彈瞬時位置連線l4的斜率滿足如下條件：

(5)

式中：l1和l2分別為導彈水平方向上搜索波門的邊界線；kl1和kl2分別為直線l1和l2的斜率，見圖1。滿足式(5)時，艦艇偏出導引頭視場，干擾成功。

圖1 艦艇偏出導彈視場時位置關系Fig.1 Location relation of ship out of missile’s view field

(6) 命中模型

導彈離艦艇中心點的最近距離為

(6)

式中：dKSH(t)為綜合紅外質心與艦艇間的距離在水平面內的投影線段的長度；?為綜合紅外質心與艦艇的連線與導彈導引頭軸線兩者在水平面投影的夾角。令艦艇長度為L，則艦艇一半長度在與導彈軌跡垂直方向上的投影長度為(L/2)sinθKm，θKm為導彈相對于綜合紅外質心的方位。如果dm>(L/2)·sinθKm，說明導彈未命中艦艇；否則，導彈命中艦艇[14]。

(7) 艦艇規(guī)避機動決策模型

艦艇的運動方向只能在當前航向的左右舷90°范圍內機動[15]?？梢苑种焙胶娃D彎后直航2種情況。轉彎時，艦艇位置坐標為

(7)

式中：R為艦艇回轉戰(zhàn)術半徑；t為紅外彈發(fā)射后的時間；ω為轉向角速度；ψ0為艦艇完成轉向后的航向；式中艦艇向左轉取“正”號，向右轉取“負”號。

直航時，艦艇位置坐標為

(8)

式中：vc為艦艇的航速。

(8) 導彈模型

末制導開機后，按照預定的角度搜捕參數(shù)和模式，進行搜索、截獲，完成目標截獲并穩(wěn)定跟蹤后，按照比例導引規(guī)律導引，形成導彈點跡坐標(xm，ym，zm)。

2 作戰(zhàn)使用對紅外質心干擾效果影響的修正模型

(1) 紅外彈發(fā)射延遲對干擾效果影響的修正

主要考察發(fā)射時間變化對干擾效果的影響。改變發(fā)射延遲時間，通過對抗過程仿真，可以得到干擾成功概率隨發(fā)射延遲時間的變化曲線。

(2) 啞彈對干擾效果影響的修正

主要考察紅外彈發(fā)射數(shù)量變化對干擾效果的影響，比如出現(xiàn)啞彈或彈本身數(shù)量不滿足要求時，會影響干擾成功概率。

(3) 艦艇機動對干擾效果影響的修正

主要考察艦艇機動位置變化對干擾效果的影響。艦艇是否機動以及機動是否正確，都會影響干擾的成功概率。

3 紅外質心干擾成功概率的在線評估模型

紅外彈在線評估要統(tǒng)籌考慮發(fā)射延遲、啞彈數(shù)量、艦艇機動3個作戰(zhàn)使用因素，以及紅外質心干擾效果的理論評估模型，才能得出合理的干擾效果評估結論。紅外質心干擾成功概率的在線評估模型見圖2。其中干擾彈發(fā)射延遲概率損失模型是指紅外彈發(fā)射延遲對干擾效果影響的修正；啞彈概率損失模型是指啞彈對干擾效果影響的修正；艦艇是否機動概率損失模型是指艦艇機動對干擾效果影響的修正。

圖2 干擾效果在線評估模型Fig.2 Online evaluation model of jamming effect

4 仿真驗證

仿真初始條件為：仿真時刻從紅外彈發(fā)射開始計算，并以該時刻艦艇位置為坐標原點，正南方位為z軸方向，垂直于地球表面方向為y軸方向，x軸方向符合右手法則。在這個三維坐標系內，考慮艦艇、紅外彈和導彈的運動軌跡和輻射特性，仿真步長取為0.1 s。

4.1 紅外質心干擾效果的理論評估模型仿真

設導彈來襲方向為150°、風向為270°，當紅外彈的布放舷角為100°，艦艇機動方向為左舷60°時，通過對抗仿真，利用式(1)可以獲得該發(fā)射機動決策方案的干擾成功概率，見圖3的決策和評估結果輸出部分。干擾成功概率偏低，說明發(fā)射機動決策方案不是最優(yōu)的。點擊“最佳發(fā)射機動決策”按鈕，可知紅外彈的最優(yōu)布放舷角為160°，艦艇機動方向為左舷30°，再對該發(fā)射機動決策方案進行評估，干擾成功概率為99.18%。

圖3 紅外質心干擾效果的理論評估結果Fig.3 Theoretical evaluation result of infrared centroid jamming

4.2 作戰(zhàn)使用對紅外質心干擾效果影響的修正模型仿真

在最優(yōu)發(fā)射機動方案決策的基礎上，更改作戰(zhàn)使用的影響因素，進行干擾效果影響的修正效果仿真。

(1) 紅外彈發(fā)射延遲對干擾效果的影響

通過仿真來發(fā)現(xiàn)紅外彈不同延遲時間的影響，延遲時間以0.1s為間隔進行仿真。延遲時間是橫坐標，干擾成功概率為縱坐標，得出延遲時間對干擾效果的影響。分析圖4發(fā)現(xiàn)，延遲時間對干擾效果的影響存在一個閾值。若延遲時間大于該閾值，則干擾無效；否則，干擾有效，但是干擾成功概率隨延遲時間增加逐漸減小。

(2) 啞彈對干擾效果影響

設紅外彈正常齊發(fā)數(shù)為3枚，隨著啞彈數(shù)的增加，紅外彈的整體輻射強度減弱，肯定會影響質心干擾效果。圖5為干擾成功概率隨啞彈數(shù)變化的曲線，與理論分析完全吻合，其中橫坐標為啞彈數(shù)，縱坐標為干擾成功概率。

(3) 艦艇機動對干擾效果影響

如果艦艇實施左舷機動，通過仿真分析，可以得到不同機動角度對干擾成功概率的影響，見圖6。當艦艇機動角度為30°時，干擾成功概率最高。在干擾成功概率變化曲線中，有一段曲線突然降低，原因是仿真結束時艦艇沒有偏出導彈視場，干擾成功概率求解時最終距離的解算為艦船與質心點的距離。

圖4 紅外彈發(fā)射延遲時間對干擾效果的影響Fig.4 Influence of launching delay of infrared bomb on jamming effect

圖5 啞彈個數(shù)對干擾效果的影響Fig.5 Influence of the duds’ number on jamming

圖6 艦艇不同機動角度對干擾效果的影響Fig.6 Influence of the different angle of ship maneuver on jamming effect

如果艦艇實施右舷機動，通過仿真分析，也可以得到不同機動角度對干擾成功概率的影響，見圖7。很明顯，由于機動方向偏向于導彈方向，隨著機動角度變化，干擾成功概率下降明顯。

圖7 艦艇反向機動角度對干擾效果的影響Fig.7 Influence of the opposite angle of ship maneuver on jamming effect

總之，機動角度錯誤對干擾效果的影響不大，但是機動方向相反可能會導致干擾效果急劇下降。

4.3 紅外質心干擾成功概率的在線評估模型仿真

針對不同的延遲時間，不同啞彈數(shù)以及不同的艦艇機動角度，點擊“在線干擾效果評估”按鈕，可以得到干擾效果的在線評估結果。比如：針對最優(yōu)發(fā)射機動決策方案，理論評估結果為99.18%；當延遲時間為5 s，啞彈數(shù)為0，實際機動角度為20°時，在線干擾成功概率為66.69%。結果說明，延遲時間和機動角度錯誤使得紅外彈的質心干擾成功概率降低了。

5 結束語

本文針對作戰(zhàn)使用時艦載紅外質心干擾效果評估問題，建立了紅外彈、艦艇和導彈的運動和輻射特性模型，以及干擾效果評估的理論模型，分析了作戰(zhàn)使用對干擾效果的影響因素，比如：紅外彈發(fā)射的延遲時間、啞彈數(shù)量、艦艇機動到非預期角度等，對干擾效果評估的理論模型進行修正，得到干擾效果評估的綜合模型，實現(xiàn)干擾效果的在線評估。仿真結果表明，新方法對干擾效果的評估更具有實際應用價值。

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Online Evaluation Method of the Jamming Effects of Shipboard Infrared Centroid Jamming

LIU Song-tao，LIU Zhen-xing，JIANG Ning

(Dalian Naval Academy，Dept.of Information Operation，Liaoning Dalian 116018，China)

In order to solve the online evaluation problem of jamming effect of electronic countermeasure in the case of operation application, taking shipboard infrared centroid jamming as an example, the evaluation method is proposed according to the difference of practical state and expected state of jamming equipment. The specific idea is to consider the operation factors which influence the jamming effect, such as the launching delay of jamming bomb, the number of the dud, maneuvering error of ship, etc. Then the online evaluation of jamming effect is achieved by combining these factors with theoretical evaluation model of jamming effect of infrared centroid jamming. The simulation results show that the novel method is more practical for the evaluation of jamming effect in the case of operation application.

shipboard infrared bomb；centroid jamming；jamming effects；online evaluation；success probability；operation use

2016-05-30；

2016-09-02

國家自然科學基金(61303192)；中國博士后基金(2015M572694；2016T90979)

劉松濤(1978-)，男，河南孟津人。副教授，博士后，主要從事電子對抗、圖像處理、光電工程等研究工作。

通信地址：116018 海軍大連艦艇學院信息作戰(zhàn)系 E-mail：navylst@163.com

10.3969/j.issn.1009-086x.2017.03.014

U665.22；TN97；TP391.9

A

1009-086X(2017)-03-0087-06