舰载激光引偏干扰系统的安全引偏距离分析

张爽，张晓辉，孙春生

（海军工程大学兵器工程系，湖北武汉430033）

舰载激光引偏干扰系统的安全引偏距离分析

张爽，张晓辉，孙春生

（海军工程大学兵器工程系，湖北武汉430033）

针对舰载激光引偏干扰系统的安全引偏距离选择问题，基于舰载激光引偏干扰系统的作战机理与水面舰船的冲击因子破坏标准研究了舰载激光引偏干扰系统安全引偏距离的计算方法。在此基础上计算了舰载激光引偏干扰系统应对不同激光制导武器时的安全引偏距离，分析了激光制导武器的飞行速度、入水角度以及装药量等相关参数对安全引偏距离的影响。结果表明，激光制导武器的装药量与飞行速度是影响安全引编距离的主要因素，激光制导武器的装药量增大会使安全引偏距离增大，飞行速度增大则会造成安全引偏距离随入水角度发生剧烈变化。研究结果对舰载激光引偏干扰系统的安全引偏距离选择具有一定的参考意义。

兵器科学与技术；舰载激光引偏干扰系统；水下爆炸冲击因子；安全引偏距离

0 引言

舰载激光引偏干扰是舰船对抗激光制导反舰武器（包括炸弹、导弹和炮弹）的有效手段，通过向舰船一定距离以外的海面发射激光，将激光半主动制导武器引偏至水中爆炸，从而达到保护舰船自身安全的目的。由此可知激光引偏距离是作战系统能否达到激光引偏作战效能的关键指标，如果引偏距离太近，激光制导武器在水中爆炸时所产生的冲击波依然会对舰船造成破坏，而引偏距离太远，又有可能使海面所反射的激光信号无法进入半主动激光制导武器的视场而无法将其引偏，因此需要根据来袭武器的装药量和被保护舰船所能承受的冲击，采用科学方法计算足以保证舰船安全的激光引偏距离，但关于舰载激光引偏干扰系统安全引偏距离的计算方法还未见公开报道。

为了计算舰载激光引偏干扰作战系统的安全引偏距离，需要参照舰船的水下爆炸破坏标准，判定激光制导武器被引偏至水下爆炸时可能造成的舰船损伤程度。众多学者对舰船的水下爆炸破坏标准进行了大量理论与实验研究［1-3］，其中冲击因子标准是目前应用较为广泛的一种评价标准［4-5］，本文基于水面舰船的冲击因子破坏标准对舰载激光引偏干扰系统安全引偏距离的计算方法进行了研究，并在此基础上模拟计算并分析了激光制导武器的各项相关参数对于舰载激光引偏干扰作战系统的安全引偏距离影响，为相关研究与工程应用提供一定参考。

1 舰载激光引偏干扰系统作战机理

舰载激光引偏干扰系统是一种用于对抗激光半主动制导武器的光电对抗系统。半主动激光制导武器的工作原理是:搭载在其他作战单元上的目标指示器向目标发射指示激光，激光制导武器上的寻的器通过接收目标对指示激光的反射或散射光信号解算出目标的方位信息，从而实现对目标的精确跟踪和打击。

激光引偏干扰系统是目前对抗半主动激光制导武器的专用装备，它先通过激光告警设备探测到敌方指示激光信号，再发射出与敌方指示激光信号特征完全相同、但光强却强得多的引偏激光到与被保护目标有一定距离之外的假目标上，让假目标所反射或散射的激光信号入射到敌方激光制导武器的寻的器中形成干扰，致使其改变攻击路线而飞向假目标。

如图1所示，与陆上光电对抗作战模式所不同的是，舰载激光引偏干扰系统无法在海面上安放其他漫反射假目标，只能将引偏激光射向海面，通过海面反射虚假的激光指示信号而将激光制导武器引偏至海面。由于舰载激光引偏干扰系统的安装高度一定，引偏距离实际上决定了引偏激光相对于海面的入射角，进而决定了海面反射引偏激光形成的干扰光区的空间分布。当引偏距离过大时，激光制导武器的飞行轨迹有可能不在干扰光区内，导致引偏作战失败。但是，当引偏距离过小时，被引偏的激光制导武器虽然没有直接命中舰船，但其在海水中爆炸产生的冲击波仍有可能对舰船造成破坏，同样导致引偏作战失败。因此，引偏距离是舰载激光引偏系统能否达到作战效能的关键因素，应当综合考虑多种因素，采用科学方法计算足以保证舰船安全的引偏距离，为舰载激光引偏干扰系统引偏距离的选择提供依据。

图1 舰载激光引偏干扰示意图Fig.1 Schematic diagram of ship-based laser deflection decoy jamming

2 安全引偏距离的计算方法

依据水下爆炸对舰船造成损伤的机理，国内外制定并使用过的舰船破坏标准主要有3种。其中，英国、意大利等许多北约国家采用的是一种基于水下爆炸冲击因子的标准。这种标准采用冲击因子描述舰船所处的冲击环境，对于同一目标，如果冲击因子相等，则可以认为舰船的水下爆炸冲击响应近似相等，舰船的损伤程度也近似相同。英国国防部采用的破坏标准中规定:当冲击因子C≈0.2时，舰船受到较难应付的损伤；C≈0.4时，舰船90%的武器失灵；C≈0.6时，舰船90%的动力失灵:C＞1.5时，可造成舰船沉没［6］。该标准中的冲击因子计算公式为

式中，W为装药量（kg）；R为爆炸距离（m）；K1为装药的TNT当量系数，对于高爆炸药其值一般在1.5以上［7］；K2为海底的反射系数，硬质海底一般取1.5.

依据该标准，在计算舰船的安全引偏距离时可以认为，当冲击因子C＜0.2时，被引偏的激光制导武器在水下爆炸对舰船造成轻微损伤，舰船处于安全状态，此时对应的引偏距离为安全引偏距离。因此，在规定了舰船处于安全状态对应的冲击因子后，依据（1）式可以得到足以保证舰船安全的爆炸距离

（2）式给出的是爆炸距离与冲击因子的关系，在实际情况中爆炸距离与引偏距离往往并不相等，而是和引偏策略的选择有关。

在图2所示的情况中，引偏位置选择在舰船与激光制导武器之间，被引偏的激光制导武器相对海面以角度θ入水，其入水速度为v0，由于引信存在延迟时间，激光制导武器会在水下运动一段时间后在水深为H处爆炸。当考虑爆炸深度对冲击因子的影响时，需要对（2）式作出如下修正［4］:

式中:h为舰船吃水深度；α为爆炸位置和舰船连线与海平面的夹角，解方程后可得

图2 引偏位置在舰船与激光制导武器之间Fig.2 The position of deflection decoy jamming between warship and laser guided weapon

激光制导武器的入水速度很高，且引信的延迟时间很短，水的粘性阻力远大于重力与浮力，可将其入水后的运动轨迹简化成直线运动。假设激光制导武器入水后的运动时间（即引信延迟时间）为t（入水时刻t=0 ms），则其入水后的运动状态可表示为

式中:FD为水的阻力；CD为阻力系数；ρ为海水密度；A为激光制导武器的横截面积；m为激光制导武器的质量。则激光制导武器在水下的运动速度v可以由（5）式推导得到:

爆炸深度H可由（8）式得到:

因此在如图2所示情况中，舰船的安全引偏距离Rd1可以表示为

而在如图3所示的情况中，舰船在选择的引偏位置与激光制导武器之间，此时舰船的安全引偏距离Rd2可以表示为

图3 舰船在引偏位置与激光制导武器之间Fig.3 Warship between deflection decoy jamming position and laser guidance weapon

实验结果显示，激光制导武器入水后的运动轨迹与其头型、长径比、入水角度等因素有关，不合适的头型、长径比，过小的入水角度会使激光制导武器在水下的运动轨迹很快偏离近似直线的运动状态，其中头型与长径比起主要作用［8］。

为了检验本文提出的安全引偏距离计算方法的适用范围，计算了不同工况下弹体在水下的运动速度随时间的变化关系，并与实验结果进行了对比，计算结果如图4所示，具体工况如表1所示［8］。

在表1所示的两种工况中，弹体在水下的运动轨迹较为稳定，均在视域中保持近似直线的运动状态。

图4 不同工况下弹体水下速度随时间的变化Fig.4 Underwater velocity vs.time in different cases

表1 不同工况下的实验参数Tab.1 Experimental parameters in different cases

分析表1所示工况数据与图4中的计算结果可以看到，当弹体的入水速度较高时（v0≈180 m/s），计算结果与实验数据吻合得较好，而当弹体的入水速度较低时（v0≈47 m/s），计算结果与实验数据偏离较远。在实际情况中，激光制导武器的末端飞行速度很高，马赫数一般都在1左右，其被引偏时的入水速度远大于表1所示的工况数据。因此采用本文提出的方法计算安全引偏距离时，可以得到较为准确的计算结果。

3 安全引偏距离的模拟计算与分析

采用上述方法计算舰载激光引偏干扰系统在不同情况下应对激光制导武器攻击时的安全引偏距离。计算中舰船吃水深度h为5 m，海水密度ρ为1 025 kg/m3，阻力系数CD取为1.0.

以某型激光制导导弹为例，计算激光制导武器的入水角度改变时，安全引偏距离的变化情况，计算中导弹的总质量m为200 kg，弹体直径d为0.3 m，装药量W为60 kg，入水速度v0的马赫数为1，引信延迟时间t为50 ms，计算结果如图5所示。

图5 安全引偏距离随入水角度的变化Fig.5 Safe distance vs.water entry angle

从图5中可以看到，当引偏位置选择在舰船与激光制导武器之间时，安全引偏距离Rd1随着入水角度的增大而减小，所以采用此种方式引偏激光制导武器时应尽量增大其入水角度。当舰船在选择的引偏位置与激光制导武器之间时，安全引偏距离Rd2随着入水角度的增大而先减小、后增大，其最小值在θ=40°附近，故采用此种方式引偏激光制导武器时应使其入水角度保持在40°左右。同时从图5中可以看到，安全引偏距离Rd2小于Rd1，且随着入水角度的增大，Rd2与Rd1逐渐趋于相等。因此，在实际引偏过程中，舰载激光引偏系统应尽量采用如图3所示的方式引偏激光制导武器。

需要说明的是，在实际引偏过程中，被引偏的激光制导武器的入水角度是由其飞行轨迹、飞行速度以及引偏位置等因素共同决定的。激光引偏系统将激光制导武器引偏至特定位置，从而改变其原有的飞行轨迹和攻击角度，在图2所示的情况中，依据激光制导武器、引偏方位与舰船的相对位置关系可以看出，激光制导武器的入水角度随着引偏距离的增大而增大，而在图3所示的情况中，激光制导武器的入水角度则随着引偏距离的增大而减小。

改变导弹的入水速度，计算安全引偏距离随入水角度的变化情况，计算结果如图6所示。从图6（a）和图6（b）中可以看到，当入水速度改变时，安全引偏距离的变化较为明显，且入水速度较小时安全引偏距离随入水角度的变化较为平缓，而入水速度较大时安全引偏距离随入水角度的变化则较为剧烈。因此当激光制导武器的飞行速度较高时，舰载激光引偏系统应增大激光制导武器的入水角度以避免舰船受到损伤。

图6 入水速度不同时安全引偏距离随入水角度的变化Fig.6 Safe distance vs.water entry angle with different flight velocity

图7所示为激光制导武器的入水角度不同时，安全引偏距离随激光制导武器装药量的变化情况，计算中激光制导武器的具体参数如表2所示。

由图7（a）和图7（b）可以看出，安全引偏距离随着激光制导武器装药量的增多而增大，当引偏位置选择在舰船与激光制导武器之间时，不同入水角度下的安全引偏距离之间存在较为明显的差距，最大差值在10 m以上。当舰船在选择的引偏位置与激光制导武器之间时，不同入水角度下的安全引偏距离之间差别不大，最大差值小于3 m，可以认为在此情况下，影响安全引偏距离的主要因素是激光制导武器的装药量，而激光制导武器的入水角度对其影响不大。

图7 入水角度不同时安全引偏距离随装药量的变化Fig.7 Safe distance vs.explosive loading with different water entry angles

表2 计算中选取的激光制导武器参数Tab.2 The parameters of laser guided weapons

4 结论

本文依据舰载激光引偏系统的作战机理和水面舰船的冲击因子破坏标准，研究了舰载激光引偏系统安全引偏距离的计算方法。通过与实验数据对比发现，当弹体入水速度的马赫数大于1/4时，该方法所得弹体的运动状态与实验数据吻合较好。因此对于末端速度很高的激光制导武器，采用该方法计算得到的安全引偏距离是较为准确的。在此基础上模拟计算了激光制导武器的相关参数对舰载激光引偏系统安全引偏距离的影响，计算结果表明:

1）在两种引偏方式中，采用图3所示的方式时安全引偏距离较小，且最小值在入水角度θ=40°附近，实际情况中应尽量采用该方式引偏激光制导武器，并使其入水角度保持在40°左右。

2）在激光制导武器的装药量、入水速度、入水角度等相关参数中，装药量与入水速度是影响安全引偏距离的主要因素，入水角度对安全引偏距离的影响效果则与选择的引偏方式有关。采用图2所示的引偏方式时，入水角度对安全引偏距离的影响较大；采用图3所示的引偏方式时，入水角度对安全引偏距离的影响较小。

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Research on Safe Distance of Ship-based Laser Deflection Decoy Jamming System

ZHANG Shuang，ZHANG Xiao-Hui，SUN Chun-sheng
（Ordnance Engineering Department，Naval University of Engineering，Wuhan 430033，Hubei，China）

Based on the operational mechanism of ship-based laser deflection decoy jamming system and the impulsive factor damage standard for underwater explosion，a calculational method of safe distance for ship-based laser deflection decoy jamming system is investigated.The safe distance of ship-based laser deflection decoy jamming system from different laser guidance weapons is calculated based on the proposed calculation method，and the results are analyzed.The effects of flight velocity，water entry angle and explosive loading of laser guided weapons on the safe distance are discussed.The calculated results show that the flight velocity and explosive loading of laser guidance weapons are the main factors of affecting the safe distance.The safe distance increases with explosive loading of laser guidance weapons，and changes dramatically with water entry angle at increased flight velocity.The results give support to the selection of safe distance of ship-based laser deflection decoy jamming system.

ordnance science and technology；ship-based laser deflection decoy jamming system；impulsive factor of underwater explosion；safe distance

TJ95

A

1000-1093（2015）11-2135-06

10.3969/j.issn.1000-1093.2015.11.018

2014-08-18

军内科研项目（2012年）

张爽（1986—），男，博士研究生。E-mail:zhangshuangyue@sina.com；张晓晖（1965—），女，教授，博士生导师。E-mail:zhangxiaohui505@vip.sina.com