一种基于静电引信被动探测的引战配合方法

阚 飞，刘华宁，李晓霞，姚湘荣，李曦秋

（江南机电设计研究所，贵阳 550000）

0 引言

随着隐身技术的飞速发展，隐身目标快速突防打击对我国国防安全构成了重大现实威胁，它们对传统的无线电探测、红外探测等探测手段具有较强的隐身能力，使防空导弹引信对隐身目标的探测提出了更高要求，静电探测引信应运而生。静电探测引信利用空中目标在飞行时由于摩擦起电、感应起电、引擎燃烧产生等离子起电等几种方式带上静电，且该静电无法消除，并在其周围空间几百米范围内形成可被探测的静电场现象，通过目标的静电场在探测器电极上产生感应电荷（感应电压）的现象来探测目标的相关信息。同时，静电探测能够有效地克服传统无线电探测方式抗电磁干扰能力较差以及易受工作环境条件限制等问题，具有良好的自身隐蔽性，提高了战场的生存能力。

本文研究的静电探测引信是通过探测目标周围空间的静电场，来得到目标有关信息的一种被动式探测方法。被动式静电探测引信通过探测极板布设阵列，根据探测极板感应的目标信号，结合阵列中探测极板的相对位置关系，解算出空中静电目标角度信息、弹目相对速度、弹目距离等信息，为引战配合建模提供输入。

1 静电探测引信阵列设计及信息获取

如图1 所示，静电探测引信由两个探测器布置于弹体上，每个探测器由3 对探测极板组成，其中，ABCD（GHIJ）为平板电极，EF（KL）为环形带电极。

图1 引信布设示意图

为了简化计算过程，假设3 组极板之间的距离都为a，两个探测器之间的距离为b，目标到3 个极板的距离差值很小可近似相等，根据库仑定律及点电荷周围电场的分布，把探测目标视作点电荷，如图2 所示。

图2 引信三维静电场矢量原理图

则点电荷在空间任意点处的电场为：

以上面电极板为例，则3 组电极版上感应电压为：

所以

同理可得，下面探测器3 组电极版上感应电压为：

所以

由上面推导可知，通过测量电极板感应电压信号幅度可解算得到目标高低角、方位角信息。

由上分析可知，通过在弹轴方向的两个探测器测得的高低角信息可解算弹目的距离信息。

通过两个探测器测得距离、角度信息可解算出弹目相对速度信息，推导如下：

2 引战配合建模

根据国内外现有研究成果，静电引信在弹目交会过程中，静电探测器的静电电压响应曲线有如下特点：在弹目交会时，静电引信探测器输出的电压波形类似一个周期的正弦波形。结合静电原理及电场叠加原理可知，电压信号的波峰应是由导弹接近目标时出现，波谷应是导弹原理目标时形成，电压信号的零点应是目标脱靶点。根据文献［6］静电探测阵列基于零点进行目标信息的解算精度相对较高。基于上述特点，结合静电引信可提供的信息，基于过零点（脱靶点）进行引战配合延时建模设计。

弹目交会段又称遭遇段，一般假设在交会段目标和导弹姿态保持不变，并作匀速直线运动；不考虑弹目交会时导弹攻角；战斗部破片在飞散过程中速度大小为破片初速并保持不变。在上述假设条件下，在弹体坐标系中，建立弹目遭遇的几何模型，如图3 所示，根据该模型建立全公式化理论延时计算模型。

图3 弹目遭遇几何模型图

由图3 可得，引信启动所需理论延时为：

详细推导过程如下：

1）触发时间t

由前面的推导可知，引信双静电探测器可实现在弹目交会段目标的高低角θ、方位角φ，弹目距离R，弹目相对速度V及在弹体体系中三分量（V，V，V）的解算。

式中，θ，φ 分别为目标高低角、目标方位角。

②相对速度矢量在弹体坐标系的方位角ω

③目标脱靶点坐标求取

目标在弹体坐标弹体坐标系中的瞬时位置为：

目标在脱靶点位置时，与导弹的径向速度为0，因此，将R（t）对t 求导，并令其等于零，得到目标自基准点运动到脱靶点的时间t为：将t带入式（13）得脱靶点的坐标为：

2）战斗部起爆至破片命中目标时间t的计算

设目标相对速度坐标系到弹体坐标系的转换矩阵：

3）时间t

在弹体坐标系中，

最后，通过选取全空域典型弹道对理论模型进行引战配合仿真计算，引战配合效果良好。

3 结论

本文根据静电探测原理，设计了一种静电引信双探测器布设阵列，根据阵列中探测极板的相对位置关系，详细推导了引战配合所需的目标角度信息、弹目距离信息及相对速度信息的解算过程，并结合静电探测器的静电电压响应曲线特性，提出了一种基于零点（脱靶点）的全公式化的引战配合延时模型，解决了静电引信被动探测时引战配合信息获取及高效引战配合的难题，最后，通过选取典型弹道对理论模型进行引战配合仿真计算，引战配合效果良好。