舰载红外质心干扰效果在线评估方法研究*

刘松涛，刘振兴，姜宁

(海军大连舰艇学院 信息作战系，辽宁 大连 116018)

舰载红外质心干扰效果在线评估方法研究*

刘松涛，刘振兴，姜宁

(海军大连舰艇学院 信息作战系，辽宁 大连 116018)

针对作战应用时电子对抗干扰效果的在线评估问题，以舰载红外质心干扰为例，提出基于我方干扰装备与被保护目标的实际状态和预期状态的差别进行评估。具体思路是综合考虑干扰弹发射延迟、哑弹数量、是否执行舰艇机动等作战使用因素对干扰成功概率的影响，结合舰载红外质心干扰的干扰成功概率理论模型，实现干扰效果的在线评估。仿真结果表明，新方法对干扰效果的评估更具有实际应用价值。

舰载红外弹；质心干扰；干扰效果；在线评估；成功概率；作战使用

0 引言

干扰效果评估是电子对抗系统作战使用研究的一个重要内容[1-6]。通过评判干扰效果的好坏，可以指导电子对抗系统在技术研究、装备研制及使用过程中采取相应的对策[7-9]。当前干扰效果评估的基本思路是利用有或无干扰条件下导弹末制导系统的某些性能或效能参数作为评估指标，比如信干比、最大探测距离、探测区域、压制系数、发现概率、欺骗概率等变化来度量干扰效果；也提出了诸如信息准则、功率准则、效率准则、概率准则等一系列评估准则。这类干扰效果评估方法可以实施的前提是已知敌方末制导系统的性能参数变化情况。这种评估应用在电子对抗装备的试验和训练中完全可行，因为实验或训练时，敌我双方装备性能参数的变化情况都是已知的，但在实战条件下由于缺乏直接从敌方获取的评估指标数据，将会导致无法实施干扰效果评估[10]，然而此时的评估结果却非常关键，对其他干扰手段的复合使用和软硬武器协同具有重要指导作用。

针对作战应用时干扰效果的在线评估问题，国内外相关单位都非常重视。目前的评估方法主要是基于侦察信息的变化进行评估。文献[11]利用干扰方在实施干扰前后其侦察设备接收雷达信号所携带的被干扰信息(比如战术改频、采用不同的工作模式等)，分析雷达遭受干扰后可能采取的措施，以及采取这些措施后干扰方侦察接收机信号的改变情况；文献[12]以多功能相控阵体制雷达为干扰研究对象，从雷达对抗装备作战应用层面提出了对相控阵雷达实施有源干扰的干扰效果评估方法和基本原则。本文以舰载红外质心干扰为例，提出基于我方干扰装备与被保护目标的实际状态和预期状态的差别进行评估。具体思路是综合考虑红外弹发射延迟、哑弹数量、是否执行舰艇机动等对干扰成功概率的影响，结合舰载红外质心干扰的干扰成功概率理论模型，在线评估本次干扰的成功概率。

1 红外质心干扰效果的理论评估模型

红外质心干扰将导致反舰导弹攻击路径发生偏移，若新路径上导弹可能引爆的位置为B[xm(t)，ym(t)]，引爆的概率为Pb(B)，且引爆后导弹对舰艇的命中(或毁伤)概率为Pm(B)，则红外质心干扰反导防御成功概率Pc为

(1)

式中：L为干扰条件下，反舰导弹可能引爆的航路段；反舰导弹的Pb(B)和Pm(B)的求解方法详见文献[13]。求解过程中，需要建立红外质心干扰和反舰导弹的对抗过程，涉及的仿真模型如下：

(1) 红外弹初始位置解算子模型

设红外弹的出射速度为vY，则抛出距离R0=vY·t1，t1为红外弹的形成时间，则舰艇发射红外弹的初始位置为

(2)

(2) 红外弹运动子模型

红外弹在风的作用下，时间t2后的位置为

(3)

式中：θb为红外弹的布防角度；φc为舰艇航向；当θb+φc≥2π时，k取1，否则，k取0；R0为红外弹布防点与舰艇的距离；vf为风速；θf为风向。

(3) 红外弹辐射特性模型

红外弹的辐射特性与被保护舰艇目标的工作波段一致，辐射强度大于舰艇辐射强度的2倍。

(4) 质心点解算子模型

综合红外质心的位置计算公式为

(4)

式中：Ic为舰艇的辐射强度；xc，zc为舰艇的瞬时坐标；Ik，xkb，Ikb为跟踪波门内第k个红外弹的辐射强度及瞬时坐标；n为跟踪波门内红外弹的总数量。

(5) 舰艇偏出视场判断模型

舰艇中心与导弹瞬时位置连线l4的斜率满足如下条件：

(5)

式中：l1和l2分别为导弹水平方向上搜索波门的边界线；kl1和kl2分别为直线l1和l2的斜率，见图1。满足式(5)时，舰艇偏出导引头视场，干扰成功。

图1 舰艇偏出导弹视场时位置关系Fig.1 Location relation of ship out of missile’s view field

(6) 命中模型

导弹离舰艇中心点的最近距离为

(6)

式中：dKSH(t)为综合红外质心与舰艇间的距离在水平面内的投影线段的长度；ϑ为综合红外质心与舰艇的连线与导弹导引头轴线两者在水平面投影的夹角。令舰艇长度为L，则舰艇一半长度在与导弹轨迹垂直方向上的投影长度为(L/2)sinθKm，θKm为导弹相对于综合红外质心的方位。如果dm>(L/2)·sinθKm，说明导弹未命中舰艇；否则，导弹命中舰艇[14]。

(7) 舰艇规避机动决策模型

舰艇的运动方向只能在当前航向的左右舷90°范围内机动[15]。可以分直航和转弯后直航2种情况。转弯时，舰艇位置坐标为

(7)

式中：R为舰艇回转战术半径；t为红外弹发射后的时间；ω为转向角速度；ψ0为舰艇完成转向后的航向；式中舰艇向左转取“正”号，向右转取“负”号。

直航时，舰艇位置坐标为

(8)

式中：vc为舰艇的航速。

(8) 导弹模型

末制导开机后，按照预定的角度搜捕参数和模式，进行搜索、截获，完成目标截获并稳定跟踪后，按照比例导引规律导引，形成导弹点迹坐标(xm，ym，zm)。

2 作战使用对红外质心干扰效果影响的修正模型

(1) 红外弹发射延迟对干扰效果影响的修正

主要考察发射时间变化对干扰效果的影响。改变发射延迟时间，通过对抗过程仿真，可以得到干扰成功概率随发射延迟时间的变化曲线。

(2) 哑弹对干扰效果影响的修正

主要考察红外弹发射数量变化对干扰效果的影响，比如出现哑弹或弹本身数量不满足要求时，会影响干扰成功概率。

(3) 舰艇机动对干扰效果影响的修正

主要考察舰艇机动位置变化对干扰效果的影响。舰艇是否机动以及机动是否正确，都会影响干扰的成功概率。

3 红外质心干扰成功概率的在线评估模型

红外弹在线评估要统筹考虑发射延迟、哑弹数量、舰艇机动3个作战使用因素，以及红外质心干扰效果的理论评估模型，才能得出合理的干扰效果评估结论。红外质心干扰成功概率的在线评估模型见图2。其中干扰弹发射延迟概率损失模型是指红外弹发射延迟对干扰效果影响的修正；哑弹概率损失模型是指哑弹对干扰效果影响的修正；舰艇是否机动概率损失模型是指舰艇机动对干扰效果影响的修正。

图2 干扰效果在线评估模型Fig.2 Online evaluation model of jamming effect

4 仿真验证

仿真初始条件为：仿真时刻从红外弹发射开始计算，并以该时刻舰艇位置为坐标原点，正南方位为z轴方向，垂直于地球表面方向为y轴方向，x轴方向符合右手法则。在这个三维坐标系内，考虑舰艇、红外弹和导弹的运动轨迹和辐射特性，仿真步长取为0.1 s。

4.1 红外质心干扰效果的理论评估模型仿真

设导弹来袭方向为150°、风向为270°，当红外弹的布放舷角为100°，舰艇机动方向为左舷60°时，通过对抗仿真，利用式(1)可以获得该发射机动决策方案的干扰成功概率，见图3的决策和评估结果输出部分。干扰成功概率偏低，说明发射机动决策方案不是最优的。点击“最佳发射机动决策”按钮，可知红外弹的最优布放舷角为160°，舰艇机动方向为左舷30°，再对该发射机动决策方案进行评估，干扰成功概率为99.18%。

图3 红外质心干扰效果的理论评估结果Fig.3 Theoretical evaluation result of infrared centroid jamming

4.2 作战使用对红外质心干扰效果影响的修正模型仿真

在最优发射机动方案决策的基础上，更改作战使用的影响因素，进行干扰效果影响的修正效果仿真。

(1) 红外弹发射延迟对干扰效果的影响

通过仿真来发现红外弹不同延迟时间的影响，延迟时间以0.1s为间隔进行仿真。延迟时间是横坐标，干扰成功概率为纵坐标，得出延迟时间对干扰效果的影响。分析图4发现，延迟时间对干扰效果的影响存在一个阈值。若延迟时间大于该阈值，则干扰无效；否则，干扰有效，但是干扰成功概率随延迟时间增加逐渐减小。

(2) 哑弹对干扰效果影响

设红外弹正常齐发数为3枚，随着哑弹数的增加，红外弹的整体辐射强度减弱，肯定会影响质心干扰效果。图5为干扰成功概率随哑弹数变化的曲线，与理论分析完全吻合，其中横坐标为哑弹数，纵坐标为干扰成功概率。

(3) 舰艇机动对干扰效果影响

如果舰艇实施左舷机动，通过仿真分析，可以得到不同机动角度对干扰成功概率的影响，见图6。当舰艇机动角度为30°时，干扰成功概率最高。在干扰成功概率变化曲线中，有一段曲线突然降低，原因是仿真结束时舰艇没有偏出导弹视场，干扰成功概率求解时最终距离的解算为舰船与质心点的距离。

图4 红外弹发射延迟时间对干扰效果的影响Fig.4 Influence of launching delay of infrared bomb on jamming effect

图5 哑弹个数对干扰效果的影响Fig.5 Influence of the duds’ number on jamming

图6 舰艇不同机动角度对干扰效果的影响Fig.6 Influence of the different angle of ship maneuver on jamming effect

如果舰艇实施右舷机动，通过仿真分析，也可以得到不同机动角度对干扰成功概率的影响，见图7。很明显，由于机动方向偏向于导弹方向，随着机动角度变化，干扰成功概率下降明显。

图7 舰艇反向机动角度对干扰效果的影响Fig.7 Influence of the opposite angle of ship maneuver on jamming effect

总之，机动角度错误对干扰效果的影响不大，但是机动方向相反可能会导致干扰效果急剧下降。

4.3 红外质心干扰成功概率的在线评估模型仿真

针对不同的延迟时间，不同哑弹数以及不同的舰艇机动角度，点击“在线干扰效果评估”按钮，可以得到干扰效果的在线评估结果。比如：针对最优发射机动决策方案，理论评估结果为99.18%；当延迟时间为5 s，哑弹数为0，实际机动角度为20°时，在线干扰成功概率为66.69%。结果说明，延迟时间和机动角度错误使得红外弹的质心干扰成功概率降低了。

5 结束语

本文针对作战使用时舰载红外质心干扰效果评估问题，建立了红外弹、舰艇和导弹的运动和辐射特性模型，以及干扰效果评估的理论模型，分析了作战使用对干扰效果的影响因素，比如：红外弹发射的延迟时间、哑弹数量、舰艇机动到非预期角度等，对干扰效果评估的理论模型进行修正，得到干扰效果评估的综合模型，实现干扰效果的在线评估。仿真结果表明，新方法对干扰效果的评估更具有实际应用价值。

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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

国家自然科学基金(61303192)；中国博士后基金(2015M572694；2016T90979)

刘松涛(1978-)，男，河南孟津人。副教授，博士后，主要从事电子对抗、图像处理、光电工程等研究工作。

通信地址：116018 海军大连舰艇学院信息作战系 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