王亦之，王 斌，邵 立，趙祿達

(國防科技大學電子對抗學院，合肥 230000)

0 引言

無源煙幕干擾作為泛用性強、效費比高的一種光電防護手段，能夠有效地對被保護目標的可見光或中遠紅外輻射特征進行遮蔽。作為時效性較強的防御手段，無源煙幕干擾裝備為了確保其作戰(zhàn)使用效果，其部署通常需要提前進行籌劃，或在臨機使用時需要快速決斷[1]。為了能夠科學合理地對其作戰(zhàn)配置進行籌劃與決策，十分需要采用作戰(zhàn)計算的方法對相關(guān)問題進行定量分析。

目前，運用現(xiàn)有的煙幕擴散模型解決相關(guān)問題，已有一些較成熟的方法能夠滿足無源煙幕干擾裝備在部分作戰(zhàn)形式下的配置計算需求。如文獻[2]討論了防空陣地發(fā)煙裝備的部署優(yōu)化問題；文獻[3-4]對掩護艦船的發(fā)煙裝備數(shù)量需求進行了一系列的計算；文獻[5-6]則對煙幕的投放、控制與修正進行了深入的研究。其中：偏向于理論研究的文獻大都缺少系統(tǒng)的計算方法分析和明確的流程步驟，實際作戰(zhàn)運用時較為不便；而研究煙幕干擾裝備在實際作戰(zhàn)中運用的文獻則在研究其計算時，對于煙幕釋放的時效性要求較低，難以適應目前信息戰(zhàn)爭不斷加快的節(jié)奏，無法滿足指揮機關(guān)或指揮員對其作戰(zhàn)決策與部署方面的需求。

因此，本文以固定陣地電子防護作戰(zhàn)為背景，在考慮其作戰(zhàn)形式特點的基礎上，結(jié)合指揮機關(guān)對籌劃無源煙幕干擾裝備部署的要求，分析其作戰(zhàn)配置的計算需求，選擇時效性更強的煙幕計算模型，研究其計算的方法和流程，并具體闡述其求解過程。

1 無源煙幕干擾裝備作戰(zhàn)配置計算需求

利用無源煙幕干擾裝備掩護固定陣地，其主要任務是防止敵方光瞄設備或電視紅外末制導系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)或識別我方陣地目標。對無源煙幕干擾裝備作戰(zhàn)配置的計算需求，即通過計算獲得合理有效的配置位置和需求數(shù)量，使得煙幕能夠在敵來襲前對被保護目標特征進行完全遮蔽，如圖1所示。

圖1 無源煙幕干擾裝備作戰(zhàn)配置示意Fig.1 Schematic of passive smoke jamming equipment

對單個發(fā)煙器材的配置位置計算需求，即通過計算確定其與被保護目標間的距離，使得施放的煙幕在到達目標時能覆蓋其高度和寬度特征，并在有限的時間內(nèi)完成對目標長度上的覆蓋。當單個發(fā)煙器材不能完成對被保護目標某一維度特征的遮蔽時，通常還需采取升高發(fā)煙源、橫向或縱向多點部署等方式完成干擾任務。對多個發(fā)煙器材而言，其配置位置的計算需求還應包括發(fā)煙源的抬升高度、多個發(fā)煙器材的橫向間距或縱向間距等[7]。

對發(fā)煙器材數(shù)量的計算需求，一是要計算完成目標遮蔽的需求數(shù)量，二是要計算在此基礎上，為達到煙幕遮蔽區(qū)域大于目標區(qū)域3～5倍的要求而需增加的發(fā)煙器材數(shù)量。計算完成目標遮蔽的需求數(shù)量，即計算需部署多少數(shù)量的發(fā)煙器材才能有效遮蔽目標的長寬高特征。不難看出，當使用多個發(fā)煙器材掩護同一目標時，其配置位置計算與完成目標遮蔽的需求數(shù)量計算具有一定的關(guān)聯(lián)性，所以，計算時通常將配置位置和完成目標遮蔽的需求數(shù)量作為一個整體問題加以考慮，得出結(jié)果后，再根據(jù)被保護目標區(qū)域面積和遮蔽區(qū)域倍數(shù)要求，計算需增加的發(fā)煙器材數(shù)量。

2 計算方法、流程及步驟

為方便進行分析、推導與計算，選擇合適的煙幕擴散模型是十分必要的。通常對煙幕擴散的描述采用較數(shù)值模式更為簡單的解析解模式，其中發(fā)展較為成熟的高斯煙羽模型被認為是此模式的代表。然而利用高斯煙羽模型進行煙幕配置計算時，其主要的關(guān)注點還是在生成煙幕空間濃度方面，對施放的時間靈敏度和相關(guān)性都不高。但對固定陣地無源煙幕干擾而言，其裝備數(shù)量有限且對施放時間的要求較高。一方面，利用高斯煙羽模型可以對滿足其煙幕遮蔽質(zhì)量的發(fā)煙器材需求數(shù)量與配置位置得出較準確的計算結(jié)果，但顯然不能完全滿足與時間相關(guān)的配置計算需求[8]；另一方面，由于煙幕材料及遮蔽技術(shù)的不斷發(fā)展，目前單個發(fā)煙器材所產(chǎn)生煙幕的空間濃度已基本滿足對敵典型目標的干擾要求[9]，這在關(guān)于煙幕彈制作的文獻和相關(guān)研究中均有所體現(xiàn)[10-11]。綜合以上兩方面條件，文獻[12]的煙幕干擾戰(zhàn)術(shù)計算模型更適用于固定陣地無源煙幕干擾裝備的作戰(zhàn)配置計算。

2.1 計算方法

與其他模型相比，煙幕干擾戰(zhàn)術(shù)計算模型使用更加方便快捷，且結(jié)果與實際作戰(zhàn)效果的偏差也在可接受的范圍內(nèi)，與在戰(zhàn)時指揮機關(guān)需要快速、準確進行決策的要求更為契合，煙幕干擾戰(zhàn)術(shù)計算模型如圖2所示。

圖2 煙幕干擾戰(zhàn)術(shù)計算模型Fig.2 Tactical calculation model of smoke jamming

根據(jù)其模型，煙幕總長度L為

L=vT

(1)

式中:v為風速；T為發(fā)煙器材的作用時間。

煙幕形成的地幅距離d為

d=vT1

(2)

式中,T1為煙幕形成一定高度的時間。

煙幕有效長度l為

l=L-d=v(T-T1)。

(3)

煙幕高度h為

(4)

煙幕寬度w為

(5)

煙幕干擾戰(zhàn)術(shù)計算模型描述了當煙幕順風施放時，其成煙的長度、寬度及高度隨時間變化的情況。采用無源煙幕干擾裝備掩護固定陣地時，一般選擇多點順風平行配置發(fā)煙點，而多點施放煙幕本質(zhì)上是單點施放煙幕的空間幾何疊加。

2.2 計算流程

其作戰(zhàn)配置計算，首先需要確定發(fā)煙器材與被保護目標間的最小距離，即煙幕達到遮蔽高度要求時的地幅距離，可通過煙幕高度和形成的地幅距離兩者與時間的關(guān)系計算得出。若在發(fā)現(xiàn)敵目標直至其來襲前的反應時間內(nèi)，施放的煙幕都不能完成對被保護目標高度上的遮蔽，則要完成掩護任務，需要考慮升高發(fā)煙源。在升高發(fā)煙源后，為防止敵方通過側(cè)視發(fā)現(xiàn)識別目標，還需對升高后產(chǎn)生的煙幕空隙進行遮蔽，即相當于將被保護目標在其高度上進行分解，此時發(fā)煙器材的數(shù)量需求與布設難度將顯著增加。所以，一般在條件允許的情況下，為取得較好的作戰(zhàn)費效比，使用無源煙幕干擾裝備掩護固定陣地時會盡可能地避免升高發(fā)煙源。

根據(jù)模型，可計算不同時間的煙幕施放寬度。由于模型中煙幕的有效遮蔽面積近似于梯形，且固定陣地需掩護的目標均可被視作較規(guī)則的矩形或圓形，所以，通過有效遮蔽起始時間得出的煙幕遮蔽寬度與被保護目標寬度做比較，即可得到其寬度上需求的發(fā)煙器材數(shù)量及配置的位置和間距。之后，可以通過煙幕達到有效遮蔽高度的時間與來襲目標進入其瞄準或?qū)さ姆秶臅r間計算產(chǎn)生的煙幕長度，即煙幕的有效遮蔽長度，并判斷其是否能夠完成掩護任務。若不能完成，則可根據(jù)其煙幕有效遮蔽長度和被保護目標長度確定完成目標長度特征遮蔽的最小數(shù)量以及縱深配置時的發(fā)煙器材最小間距。

再根據(jù)掩護目標煙幕的長度、寬度及高度，確定其煙幕遮蔽面積。通常在作戰(zhàn)中使用煙幕，其遮蔽面積需要達到被保護目標面積的3～5倍，可通過煙幕掩護的需求面積和煙幕遮蔽面積計算是否需要增加發(fā)煙器材數(shù)量。

最后將新增發(fā)煙器材根據(jù)實際地形特點按照煙幕配置的原則要求進行布設，即可得出固定陣地無源煙幕干擾裝備的初步配置，其流程如圖3所示。

圖3 煙幕干擾裝備作戰(zhàn)配置計算流程Fig.3 Calculation process of operational configuration ofsmoke jamming equipment

2.3 計算步驟

固定陣地無源煙幕干擾裝備作戰(zhàn)配置計算的具體步驟如下所述。

1) 計算煙幕能夠有效遮蔽目標高度的時間t1,即

(6)

式中：z為被保護目標的高度，由于有效掩護目標時所需要的煙幕遮蔽高度應不小于目標高度，z同時也是煙幕的有效遮蔽高度h；v1為煙幕的擴散速度，約等同于風速。

2) 計算自發(fā)現(xiàn)敵方目標直至其來襲前的反應時間t，即

(7)

式中：s為對敵目標的發(fā)現(xiàn)距離；r為來襲目標瞄準或?qū)さ姆秶?；v2為來襲目標的飛行速度。若不能夠在反應時間t內(nèi)完成對被保護目標長寬高特征上的有效遮蔽，則有可能被敵來襲目標識別發(fā)現(xiàn)，致使掩護任務失敗。

3) 比較t1與t的大小,若t1>t，則在發(fā)現(xiàn)敵目標直至其來襲前的反應時間內(nèi)，與被保護目標在同一水平面上施放的煙幕不能完成對其高度的有效遮蔽。若要完成掩護任務，需要利用地形或使用支架、設備平臺等手段升高發(fā)煙源。此時視作把原目標在高度上分解為多個目標進行掩護，并將新目標分別返回1)重新進行計算。

4) 計算發(fā)煙器材與被保護目標最小距離dmin，即

dmin=v1t1。

(8)

通過式(8)可計算出煙幕在達到有效遮蔽高度時的煙云長度，則當發(fā)煙源與被保護目標距離大于這一長度時，施放的煙幕就可以對被保護目標高度上的特征進行完全遮蔽，dmin即為發(fā)煙源與被保護目標的最小距離。因考慮實際作戰(zhàn)使用時的時效性要求，配置發(fā)煙器材時基本采用最小距離進行布設，如實際條件不允許在最小距離上布設時，發(fā)煙器材與被保護目標間的距離應不大于d。

5) 計算滿足掩護被保護目標寬度特征的發(fā)煙器材數(shù)量需求Nw，即

(9)

式中：「?表示向下取整；y為被保護目標寬度；w1為單個發(fā)煙器材達到有效遮蔽高度時的煙幕寬度，w1=2h。由于在模型中，煙幕的有效遮蔽面積近似梯形，且固定陣地需掩護目標均可被視作較規(guī)則的矩形或圓形，則Nw即是在寬度方向上滿足遮蔽要求的最少發(fā)煙器材需求數(shù)量，此時發(fā)煙器材在寬度方向上配置的間距dw=w1。

6) 計算煙幕有效長度l，即

l=v1(t-t1)。

(10)

7) 計算發(fā)煙器材對目標的有效遮蔽煙幕的邊緣寬度w′，即來襲目標進入其瞄準或?qū)さ姆秶鷷r發(fā)煙器材產(chǎn)生的煙幕寬度為

(11)

8) 計算發(fā)煙器材施放煙幕面積S，即

(12)

9) 計算掩護各目標煙幕的最小面積需求S′，即

S′=n·x·y

(13)

式中:n為煙幕掩護面積與被保護目標面積的倍數(shù)要求；x，y分別為被保護目標的長度、寬度。若S′>S，則需要增加發(fā)煙器材，且新增發(fā)煙器材應按照避免使被保護目標處于煙幕中心、避免煙幕遮蔽區(qū)域出現(xiàn)較大空隙、盡量覆蓋偏移指示目標或其他次要保護目標的要求進行配置。

3 實例分析

3.1 算例數(shù)據(jù)

假定某固定陣地的主要保護目標區(qū)域經(jīng)簡化后如圖4所示。

圖4 某固定陣地示意圖Fig.4 Schematic diagram of a fixed position

設其計算所需的參數(shù)如表1所示。

表1 布設計算基本參數(shù)Table 1 Parameters for configuration calculation

3.2 配置計算

圖5 無源煙幕干擾裝備配置示意圖Fig.5 Schematic diagram of passive smoke jamming equipment configuration

4 結(jié)束語

本文以固定陣地電子防護作戰(zhàn)為背景，從無源煙幕干擾裝備的運用要求入手，根據(jù)對其作戰(zhàn)配置計算的需求，為著重突出時間對形成煙幕體積的影響，選取了煙幕干擾戰(zhàn)術(shù)計算模型作為配置計算的依據(jù)，并通過對模型的使用方法分析，闡述了其求解的詳細過程。利用此計算方法，指揮員即能夠快捷簡便地計算煙幕掩護目標的正面寬度、縱深長度以及需求數(shù)量和配置位置，確保其合理進行決策或迅速完成部署，更好地發(fā)揮無源煙幕干擾裝備的作戰(zhàn)效果。