固定阵地无源烟幕干扰装备作战配置计算研究

王亦之，王 斌，邵 立，赵禄达

(国防科技大学电子对抗学院，合肥 230000)

0 引言

无源烟幕干扰作为泛用性强、效费比高的一种光电防护手段，能够有效地对被保护目标的可见光或中远红外辐射特征进行遮蔽。作为时效性较强的防御手段，无源烟幕干扰装备为了确保其作战使用效果，其部署通常需要提前进行筹划，或在临机使用时需要快速决断[1]。为了能够科学合理地对其作战配置进行筹划与决策，十分需要采用作战计算的方法对相关问题进行定量分析。

目前，运用现有的烟幕扩散模型解决相关问题，已有一些较成熟的方法能够满足无源烟幕干扰装备在部分作战形式下的配置计算需求。如文献[2]讨论了防空阵地发烟装备的部署优化问题；文献[3-4]对掩护舰船的发烟装备数量需求进行了一系列的计算；文献[5-6]则对烟幕的投放、控制与修正进行了深入的研究。其中：偏向于理论研究的文献大都缺少系统的计算方法分析和明确的流程步骤，实际作战运用时较为不便；而研究烟幕干扰装备在实际作战中运用的文献则在研究其计算时，对于烟幕释放的时效性要求较低，难以适应目前信息战争不断加快的节奏，无法满足指挥机关或指挥员对其作战决策与部署方面的需求。

因此，本文以固定阵地电子防护作战为背景，在考虑其作战形式特点的基础上，结合指挥机关对筹划无源烟幕干扰装备部署的要求，分析其作战配置的计算需求，选择时效性更强的烟幕计算模型，研究其计算的方法和流程，并具体阐述其求解过程。

1 无源烟幕干扰装备作战配置计算需求

利用无源烟幕干扰装备掩护固定阵地，其主要任务是防止敌方光瞄设备或电视红外末制导系统发现或识别我方阵地目标。对无源烟幕干扰装备作战配置的计算需求，即通过计算获得合理有效的配置位置和需求数量，使得烟幕能够在敌来袭前对被保护目标特征进行完全遮蔽，如图1所示。

图1 无源烟幕干扰装备作战配置示意Fig.1 Schematic of passive smoke jamming equipment

对单个发烟器材的配置位置计算需求，即通过计算确定其与被保护目标间的距离，使得施放的烟幕在到达目标时能覆盖其高度和宽度特征，并在有限的时间内完成对目标长度上的覆盖。当单个发烟器材不能完成对被保护目标某一维度特征的遮蔽时，通常还需采取升高发烟源、横向或纵向多点部署等方式完成干扰任务。对多个发烟器材而言，其配置位置的计算需求还应包括发烟源的抬升高度、多个发烟器材的横向间距或纵向间距等[7]。

对发烟器材数量的计算需求，一是要计算完成目标遮蔽的需求数量，二是要计算在此基础上，为达到烟幕遮蔽区域大于目标区域3～5倍的要求而需增加的发烟器材数量。计算完成目标遮蔽的需求数量，即计算需部署多少数量的发烟器材才能有效遮蔽目标的长宽高特征。不难看出，当使用多个发烟器材掩护同一目标时，其配置位置计算与完成目标遮蔽的需求数量计算具有一定的关联性，所以，计算时通常将配置位置和完成目标遮蔽的需求数量作为一个整体问题加以考虑，得出结果后，再根据被保护目标区域面积和遮蔽区域倍数要求，计算需增加的发烟器材数量。

2 计算方法、流程及步骤

为方便进行分析、推导与计算，选择合适的烟幕扩散模型是十分必要的。通常对烟幕扩散的描述采用较数值模式更为简单的解析解模式，其中发展较为成熟的高斯烟羽模型被认为是此模式的代表。然而利用高斯烟羽模型进行烟幕配置计算时，其主要的关注点还是在生成烟幕空间浓度方面，对施放的时间灵敏度和相关性都不高。但对固定阵地无源烟幕干扰而言，其装备数量有限且对施放时间的要求较高。一方面，利用高斯烟羽模型可以对满足其烟幕遮蔽质量的发烟器材需求数量与配置位置得出较准确的计算结果，但显然不能完全满足与时间相关的配置计算需求[8]；另一方面，由于烟幕材料及遮蔽技术的不断发展，目前单个发烟器材所产生烟幕的空间浓度已基本满足对敌典型目标的干扰要求[9]，这在关于烟幕弹制作的文献和相关研究中均有所体现[10-11]。综合以上两方面条件，文献[12]的烟幕干扰战术计算模型更适用于固定阵地无源烟幕干扰装备的作战配置计算。

2.1 计算方法

与其他模型相比，烟幕干扰战术计算模型使用更加方便快捷，且结果与实际作战效果的偏差也在可接受的范围内，与在战时指挥机关需要快速、准确进行决策的要求更为契合，烟幕干扰战术计算模型如图2所示。

图2 烟幕干扰战术计算模型Fig.2 Tactical calculation model of smoke jamming

根据其模型，烟幕总长度L为

L=vT

(1)

式中:v为风速；T为发烟器材的作用时间。

烟幕形成的地幅距离d为

d=vT1

(2)

式中,T1为烟幕形成一定高度的时间。

烟幕有效长度l为

l=L-d=v(T-T1)。

(3)

烟幕高度h为

(4)

烟幕宽度w为

(5)

烟幕干扰战术计算模型描述了当烟幕顺风施放时，其成烟的长度、宽度及高度随时间变化的情况。采用无源烟幕干扰装备掩护固定阵地时，一般选择多点顺风平行配置发烟点，而多点施放烟幕本质上是单点施放烟幕的空间几何叠加。

2.2 计算流程

其作战配置计算，首先需要确定发烟器材与被保护目标间的最小距离，即烟幕达到遮蔽高度要求时的地幅距离，可通过烟幕高度和形成的地幅距离两者与时间的关系计算得出。若在发现敌目标直至其来袭前的反应时间内，施放的烟幕都不能完成对被保护目标高度上的遮蔽，则要完成掩护任务，需要考虑升高发烟源。在升高发烟源后，为防止敌方通过侧视发现识别目标，还需对升高后产生的烟幕空隙进行遮蔽，即相当于将被保护目标在其高度上进行分解，此时发烟器材的数量需求与布设难度将显著增加。所以，一般在条件允许的情况下，为取得较好的作战费效比，使用无源烟幕干扰装备掩护固定阵地时会尽可能地避免升高发烟源。

根据模型，可计算不同时间的烟幕施放宽度。由于模型中烟幕的有效遮蔽面积近似于梯形，且固定阵地需掩护的目标均可被视作较规则的矩形或圆形，所以，通过有效遮蔽起始时间得出的烟幕遮蔽宽度与被保护目标宽度做比较，即可得到其宽度上需求的发烟器材数量及配置的位置和间距。之后，可以通过烟幕达到有效遮蔽高度的时间与来袭目标进入其瞄准或寻的范围的时间计算产生的烟幕长度，即烟幕的有效遮蔽长度，并判断其是否能够完成掩护任务。若不能完成，则可根据其烟幕有效遮蔽长度和被保护目标长度确定完成目标长度特征遮蔽的最小数量以及纵深配置时的发烟器材最小间距。

再根据掩护目标烟幕的长度、宽度及高度，确定其烟幕遮蔽面积。通常在作战中使用烟幕，其遮蔽面积需要达到被保护目标面积的3～5倍，可通过烟幕掩护的需求面积和烟幕遮蔽面积计算是否需要增加发烟器材数量。

最后将新增发烟器材根据实际地形特点按照烟幕配置的原则要求进行布设，即可得出固定阵地无源烟幕干扰装备的初步配置，其流程如图3所示。

图3 烟幕干扰装备作战配置计算流程Fig.3 Calculation process of operational configuration ofsmoke jamming equipment

2.3 计算步骤

固定阵地无源烟幕干扰装备作战配置计算的具体步骤如下所述。

1) 计算烟幕能够有效遮蔽目标高度的时间t1,即

(6)

式中：z为被保护目标的高度，由于有效掩护目标时所需要的烟幕遮蔽高度应不小于目标高度，z同时也是烟幕的有效遮蔽高度h；v1为烟幕的扩散速度，约等同于风速。

2) 计算自发现敌方目标直至其来袭前的反应时间t，即

(7)

式中：s为对敌目标的发现距离；r为来袭目标瞄准或寻的范围；v2为来袭目标的飞行速度。若不能够在反应时间t内完成对被保护目标长宽高特征上的有效遮蔽，则有可能被敌来袭目标识别发现，致使掩护任务失败。

3) 比较t1与t的大小,若t1>t，则在发现敌目标直至其来袭前的反应时间内，与被保护目标在同一水平面上施放的烟幕不能完成对其高度的有效遮蔽。若要完成掩护任务，需要利用地形或使用支架、设备平台等手段升高发烟源。此时视作把原目标在高度上分解为多个目标进行掩护，并将新目标分别返回1)重新进行计算。

4) 计算发烟器材与被保护目标最小距离dmin，即

dmin=v1t1。

(8)

通过式(8)可计算出烟幕在达到有效遮蔽高度时的烟云长度，则当发烟源与被保护目标距离大于这一长度时，施放的烟幕就可以对被保护目标高度上的特征进行完全遮蔽，dmin即为发烟源与被保护目标的最小距离。因考虑实际作战使用时的时效性要求，配置发烟器材时基本采用最小距离进行布设，如实际条件不允许在最小距离上布设时，发烟器材与被保护目标间的距离应不大于d。

5) 计算满足掩护被保护目标宽度特征的发烟器材数量需求Nw，即

(9)

式中：「⎤表示向下取整；y为被保护目标宽度；w1为单个发烟器材达到有效遮蔽高度时的烟幕宽度，w1=2h。由于在模型中，烟幕的有效遮蔽面积近似梯形，且固定阵地需掩护目标均可被视作较规则的矩形或圆形，则Nw即是在宽度方向上满足遮蔽要求的最少发烟器材需求数量，此时发烟器材在宽度方向上配置的间距dw=w1。

6) 计算烟幕有效长度l，即

l=v1(t-t1)。

(10)

7) 计算发烟器材对目标的有效遮蔽烟幕的边缘宽度w′，即来袭目标进入其瞄准或寻的范围时发烟器材产生的烟幕宽度为

(11)

8) 计算发烟器材施放烟幕面积S，即

(12)

9) 计算掩护各目标烟幕的最小面积需求S′，即

S′=n·x·y

(13)

式中:n为烟幕掩护面积与被保护目标面积的倍数要求；x，y分别为被保护目标的长度、宽度。若S′>S，则需要增加发烟器材，且新增发烟器材应按照避免使被保护目标处于烟幕中心、避免烟幕遮蔽区域出现较大空隙、尽量覆盖偏移指示目标或其他次要保护目标的要求进行配置。

3 实例分析

3.1 算例数据

假定某固定阵地的主要保护目标区域经简化后如图4所示。

图4 某固定阵地示意图Fig.4 Schematic diagram of a fixed position

设其计算所需的参数如表1所示。

表1 布设计算基本参数Table 1 Parameters for configuration calculation

3.2 配置计算

图5 无源烟幕干扰装备配置示意图Fig.5 Schematic diagram of passive smoke jamming equipment configuration

4 结束语

本文以固定阵地电子防护作战为背景，从无源烟幕干扰装备的运用要求入手，根据对其作战配置计算的需求，为着重突出时间对形成烟幕体积的影响，选取了烟幕干扰战术计算模型作为配置计算的依据，并通过对模型的使用方法分析，阐述了其求解的详细过程。利用此计算方法，指挥员即能够快捷简便地计算烟幕掩护目标的正面宽度、纵深长度以及需求数量和配置位置，确保其合理进行决策或迅速完成部署，更好地发挥无源烟幕干扰装备的作战效果。