红外探测设备抗烟幕干扰试验及评估方法

王 琦，张洪波

（1.92941部队，辽宁葫芦岛125001；2.海军航空工程应用所，北京100071）

红外探测设备抗烟幕干扰试验及评估方法

王 琦1，张洪波2

（1.92941部队，辽宁葫芦岛125001；2.海军航空工程应用所，北京100071）

红外探测设备抗烟幕干扰能力是其抗干扰能力的重要部分。常规方法对场地和实施要求很高，试验次数安排有限。文章对该试验设计的关键问题开展分析和研究，根据红外探测设备作用距离与目标能量的关系，采用“等效试验”构建外场静态试验干扰环境，并合理选择试验因素采用均匀设计方法进行试验设计，确定抗干扰试验方案和评估方法。该方案可指导试验获得科学合理有效的数据，从而实现烟幕干扰环境下红外探测设备的抗干扰能力的准确评估。

红外探测设备；烟幕干扰；试验设计；试验评估

烟幕是严重影响红外探测设备作战性能的干扰因素之一。红外探测设备抗烟幕干扰能力是其抗干扰能力的重要部分，一般可组织安排动态试验对红外探测设备该能力进行检测。红外探测设备对红外目标的跟踪距离指标为R/km，常规试验时需要安排一个至少为R/km长的宽阔无遮区域，在此区域内施放烟幕，烟幕需弥漫在红外探测设备视场内，目标与红外探测设备的距离由远及近，检测红外探测设备的跟踪情况。动态试验的优点是与实际情况相符，缺点是环境条件不能人为控制，且使用的发烟剂量大、烟幕覆盖范围宽、扩散快、实际操作时难度较大、数据重复性差。因此，如何科学、合理设计试验获得等效跟踪距离并进行有效评估是抗烟幕干扰试验亟待解决的问题。

本文主要对红外探测设备抗烟幕干扰试验设计的关键问题开展分析和研究。试验以红外探测设备面临的自然烟幕环境和战场烟幕干扰为研究背景，根据红外探测设备作用距离与目标能量的关系，采用“等效试验”构建小场地外场静态试验干扰环境，并合理选择试验因素，采用均匀设计方法进行试验设计，确定抗干扰试验方案和评估方法。该方案实施要求低、操作便利，可指导试验获得科学合理有效的数据，从而实现烟幕干扰环境下红外探测设备抗干扰能力的准确评估。

1 烟幕干扰原理

烟幕干扰是指采用烟幕弹在空中形成烟幕墙，利用烟幕对光辐射的折射、散射和吸收作用，衰减目标红外辐射能量和目标对光的反射能量，从而使光电探测设备难以发现目标的一种无源干扰方式。烟幕干扰主要有辐射遮蔽和衰减遮蔽2种形式，辐射遮蔽通常是利用燃烧反应生成大量高温气溶胶微粒，凭借其较强的红外辐射来遮蔽目标、背景的红外辐射。衰减遮蔽主要是利用烟幕中多达109/cm3数量级的微粒对目标和背景的红外辐射产生吸收、散射使进入红外探测器的辐射能低于系统的探测门限，从而保护目标不被发现[1-2]。

对红外探测设备进行烟幕干扰的主要战术运用方式是在空袭的主要突击方向上布设大面积烟幕干扰，形成干扰幕，以掩护目标。实际作战中，导弹、目标和烟幕三者都是运动的，相对的瞬时位置不断变化，烟幕墙必须布放在红外探测器和目标之间，以遮挡红外探测器的视线，使其失去目标位置，破坏其对目标的跟踪。

2 烟幕干扰试验等效实施方法

常规方案对试验场地、烟幕施放范围等要求比较高，实际操作时难度较大，尤其多次试验更难以实现。因此，考虑小场地等效试验完成对红外探测设备抗烟幕干扰能力的检测。红外探测设备的干扰效果常用其在干扰条件下的跟踪距离来描述[3-5]，干扰设备的干扰效果并非只依赖于干扰设备本身，还与被干扰设备的性能以及两者之间的位置关系有密切联系。在固定大气条件下，红外探测设备作用距离与目标能量的平方根成正比，因而可将目标的红外能量进行调整以模拟目标与红外探测设备间距离的变化。根据红外探测设备稳定截获目标时测试的红外目标源及背景的辐射能量估算等效距离，该距离大于红外探测设备所要求的最小距离即为抗烟幕干扰成功。

假设在标准大气条件下对于能量为J指的目标跟踪距离为R指。

红外探测设备作用距离[6-8]：

式（1）中：τΔλ为在Δλ波段内的大气透过率的平均值；JΔλ为目标在Δλ波段内辐射强度；Vs/VN为红外探测设备正常工作所需的信噪比；D0为光学系统有效通光孔径；NA为光学系统的数值孔径；τ′Δλ为光学系统在Δλ波段内的效率；ω光学系统的瞬时视场；Δf系统的等效噪声带宽；D∗红外器件的比探测率。

红外探测设备作用距离与目标及背景的红外辐射特性、红外探测器件自身的探测性能相关，对于固定大气条件、相同的红外探测设备来说，红外探测设备作用距离与目标能量存在以下关系：

试验中在没有干扰的条件下，红外稳定截获后，红外目标在Δλ波段内能量为JA，目标距离为RA，此时等效为在标准大气条件下对于J指的目标跟踪距离为R指；根据以上公式可以得出：

在有干扰情况下，红外稳定截获后，红外目标在Δλ波段内能量为JB，目标距离为RA，此时等效干扰情况下对于J指目标的等效跟踪距离记为RX，根据红外探测设备作用距离公式可以得出：

根据式（3）、（4），可以得出等效跟踪距离RX为：

3 试验方案设计

试验时，将发烟器放置在红外探测设备与红外目标源之间，模拟战场烟幕遮蔽环境。综合考虑烟幕干扰设备的干扰频段、烟幕墙覆盖范围（长×高，保证发烟器烟幕弥散在红外探测设备视场内），烟幕浓度厚度、气象条件等因素，再根据红外探测设备视场和试验场地确定烟幕弹的数量。试验示意图见图1。

均匀设计是考虑试验点在试验范围内均匀散布的一种试验设计方法。在均匀试验设计中，每个试验因素要根据经验来选择一个试验范围，然后在试验范围内挑出有代表性的几个值来进行试验（即该因素的水平）。均匀设计使得试验点在因素的水平变化范围内散布均匀，具有代表性，而且为了更全面的考核系统的性能，必须增加试验水平时，并不导致试验次数骤增，试验次数仅按水平数的增加量增加[9-10]。本文就是基于均匀设计的理论设计抗烟幕干扰试验方案。

3.1 试验因素及水平

1）烟幕墙面积及厚度（长×高）。选择合适的烟幕剂，使其具有全波段遮蔽能力或对红外探测设备有较好的遮蔽效果。烟幕墙面积根据红外探测设备的视场和红外探测设备与发烟器的相对位置而定，确保发烟器烟幕弥散在红外探测设备视场内。

烟幕墙长度为：x=2R⋅tan(α/ 2)；烟幕墙高度为：y=2R⋅tan(β/ 2)。其中：R为红外探测设备与发烟器的垂直距离；α为红外探测设备的水平视场；β为红外探测设备的垂直视场。

烟幕墙的厚度和浓度对烟幕干扰的效果影响很大，随着烟幕厚度和浓度的增大，烟幕透过率越来越小，烟幕的干扰效果就越好。本试验中，可根据实际战场情况，设计薄、中、厚3种烟幕厚度。

2）烟幕弹数N的确定。由于每枚烟幕弹所形成的烟幕墙的面积σ大致一定，可根据试验需要的烟幕墙面积及厚度计算需要的烟幕弹数N：

式（6）中，vi为厚度因子，i=1,2,3，分别代表薄、中、厚3种烟幕墙厚度。

3）气象因素。烟幕属于一种可变流体，影响烟幕大气扩散及分布的主要气象因素是风向、风速、湍流强度、垂直温度梯度、混合层高度及空气湿度等[11-13]。风向决定了烟幕流动的方位；风速表征了大气对烟幕的输送速率；湍流强度显示了大气的扩散能力；混合层高度决定了烟幕扩散空间大小；空气相对湿度影响烟幕的浓度。对于烟幕干扰试验，最重要的是烟幕的浓度和烟流的形状，对应的气象因素即为风向、风速和大气温度分布。为了遮蔽效果较好，试验时大气温度分布应尽量选取逆温（温度随高度增加而增加）或等温（温度随高度没有明显变化）状态。红外探测设备抗烟幕干扰试验的具体因素内容见表1。

表1 红外探测设备抗烟幕干扰试验因素、水平表Tab.1 Infrared detector factor and level of test

各因素水平不同，烟幕浓度厚度、气象因素为3水平，空气相对湿度为2水平，可采用混合水平均匀设计表。将烟幕浓度厚度、气象因素放在第Ⅰ列，第Ⅱ列，空气相对湿度放在第Ⅲ列。将前两列的水平进行合并：{1，2}∈Ⅰ，{3，4}∈Ⅱ，{5，6}∈Ⅲ，同时，将第Ⅲ列的水平进行合并：{1，2，3}∈Ⅰ，{4，5，6}∈Ⅱ，得到混合水平设计表2和红外探测设备抗烟幕干扰试验方案表3。

表2 混合水平设计表U6∗(32×21)Tab.2 Test design of mixed levelsU6∗(32×21)

表3 红外探测设备抗烟幕干扰试验方案表Tab.3 Test scheme of anti-jamming of smoke screen

3.2 试验实施

1）将红外探测设备、发烟器和目标源按图1态势布置好后，打开目标源和红外探测设备，使红外探测设备瞄准目标源，从小到大调整红外目标源辐射能量至红外探测设备刚好截获时停止。记录此时红外目标源辐射强度JA。

2）根据红外探测设备、发烟器和目标源的位置关系和红外探测设备视场计算出烟幕墙最小面积，发烟器按表3所示方案开始发烟。待烟幕释放满足条件后，再逐步调整红外目标源辐射能量至红外探测设备刚好截获时停止。记录此时红外目标源辐射强度JB。

3）结合红外探测设备跟踪红外目标指标R指，利用式（5）计算出等效距离。

4 评估方法

假设红外探测设备其抗烟雾干扰成功概率指标为p0，服从（0-1）分布[14-16]，试验次数为n，试验结果的成功次数为s，失败次数为f=n-s，当给定置信度γ时，成功概率置信下限估计pLC为：

用不完全Beta函数表示时，上式可写为：

根据Beta分布与F分布分位数间的关系，可计算置信下限：

式（9）中，F2f+2,2s,γ是自由度为(2f+2,2s)的F分布的γ分位点。

若pLC＞p0，则表明红外探测设备具有抗烟幕干扰能力，其成功概率满足规定的指标要求。

5 实例计算

在标准大气条件下，红外探测设备对于50 w/Sr的目标截获距离为30km，其最小作用距离为1.5km，抗烟幕干扰成功概率指标为80%。

试验过程如上所述。若红外探测设备视场为30°，红外探测设备、目标和发烟器的位置关系见图2，烟幕墙的面积需大于26.8 m×13.4 m（因红外探测设备、目标和发烟器均放置于地面，俯仰上面积可减半），能保证烟幕弥散在红外探测设备视场内。

红外探测设备共完成抗烟幕干扰试验12次，根据试验数据，计算出12次最小作用距离，结果见表4。在烟幕干扰情况下，红外探测设备等效截获距离为2.0～6.8km之间，作用距离均大于红外探测设备要求的最小距离1.5km。抗烟幕干扰有效样本12个，成功样本12个，置信度为0.8时抗烟幕干扰成功概率下限估计为87.5%。试验表明红外探测设备具有抗烟幕干扰能力，其成功概率满足规定的80%指标要求。

表4 抗烟幕干扰试验结果Tab.4 Result of anti-jamming of smoke screen

6 结束语

烟幕干扰是红外探测设备面临的重要干扰形式，本文主要对当前红外探测设备抗烟幕干扰试验设计的关键问题开展分析和研究，构建“等效试验”外场静态试验干扰环境，采用均匀设计方法进行试验设计，确定抗干扰试验方案和评估方法。该方案可指导试验获得科学合理有效的数据，从而实现烟幕干扰环境下红外探测设备的抗干扰能力的准确评估。由于烟幕干扰因素存在着复杂性和多样性，本方法还需在实践中进行不断的验证和完善。

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Test Design and Evaluation Method of Infrared Detector Smoke Interference

WANG Qi1，ZHANG Hongbo2
（1.The 92941stUnit of PLA,Huludao Liaoning 125001,China; 2.Naval Aeronautical Engineering Application Institute,Beijing 100071,China）

Anti-jamming of smoke screen capability of infrared detector is an important part of anti-jamming capability. The requirements of conventional methods for the site and the implementation is high,and test times are limited.To effec⁃tive test，the key-problem was analyzed and studied.Firstly，according to the relationship between the distance and the tar⁃get energy of infrared detector,the interference environment of external field static test was constructed by equivalent test method.Then an uniform design method was used to test design.Finally，test execution plan and evaluation method is de⁃termined.The plan could guide the test to obtain the effective data，and the accurate evaluation of Anti-jamming of smoke screen capability of infrared detector was finished.

infrared detector;jamming of smoke screen;test design;test evaluation

TN215

：A

1673-1522（2017）01-0138-05

10.7682/j.issn.1673-1522.2017.01.007

2016-09-28；

：2016-12-22

王 琦（1976-），女，高工，硕士。