孫衛(wèi)東　王　勃,2

(1.海軍大連艦艇學(xué)院作戰(zhàn)軟件與仿真研究所　大連　116018)(2.92819部隊(duì)　大連　116018)

?

箔條質(zhì)心干擾的艦艇機(jī)動(dòng)決策模型*

孫衛(wèi)東1王勃1,2

(1.海軍大連艦艇學(xué)院作戰(zhàn)軟件與仿真研究所大連116018)(2.92819部隊(duì)大連116018)

依據(jù)質(zhì)心干擾基本原理，分析質(zhì)心干擾成功的基本條件，指出合理的艦艇機(jī)動(dòng)是保證質(zhì)心干擾效應(yīng)的關(guān)鍵；根據(jù)質(zhì)心干擾的基本過(guò)程，建立質(zhì)心干擾艦艇機(jī)動(dòng)模型；通過(guò)仿真分析驗(yàn)證模型的有效性。建立的艦艇機(jī)動(dòng)決策模型，將復(fù)雜的指揮決策轉(zhuǎn)化為量化計(jì)算方法，為指揮員在各種情況下均能做出快速、精確的機(jī)動(dòng)決策提供可靠保障。

質(zhì)心干擾; 艦艇機(jī)動(dòng); 決策模型

Class NumberTP391

1　引言

箔條質(zhì)心干擾是指在導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)已經(jīng)跟蹤上目標(biāo)艦以后，利用雷達(dá)是跟蹤目標(biāo)能量質(zhì)心這一特點(diǎn)，在雷達(dá)的跟蹤范圍內(nèi)、目標(biāo)艦的周圍布放假目標(biāo)(箔條誘餌)，使雷達(dá)跟蹤真、假目標(biāo)的能量中心，破壞敵制導(dǎo)雷達(dá)對(duì)目標(biāo)艦的穩(wěn)定跟蹤，最后在一定條件下，促使雷達(dá)從跟蹤質(zhì)心轉(zhuǎn)向跟蹤假目標(biāo)，這一干擾方式稱為質(zhì)心干擾[1]。

正確的艦艇機(jī)動(dòng)方式是決定質(zhì)心干擾是否成功的重要條件。干擾彈發(fā)射后，在形成質(zhì)心效應(yīng)的過(guò)程中，艦艇應(yīng)選擇合適的航向與航速，盡早擺脫敵導(dǎo)彈跟蹤。艦艇機(jī)動(dòng)方式與敵導(dǎo)彈來(lái)襲的方向與速度、當(dāng)前海區(qū)的風(fēng)向與風(fēng)速、本艦干擾彈的發(fā)射方向密切相關(guān)。如果本艦采用軟硬武器協(xié)同抗擊方式，則艦艇機(jī)動(dòng)還應(yīng)該考慮是否會(huì)影響到艦載導(dǎo)彈或艦炮武器系統(tǒng)的正常使用?？梢?jiàn)，箔條質(zhì)心干擾的艦艇機(jī)動(dòng)是個(gè)復(fù)雜的指揮決策問(wèn)題，需要從原理上分析質(zhì)心干擾艦艇機(jī)動(dòng)的數(shù)學(xué)本質(zhì)，建立艦艇機(jī)動(dòng)的決策模型，給出可精確量化計(jì)算的機(jī)動(dòng)決策方法，為切實(shí)發(fā)揮質(zhì)心干擾的效能，保證艦艇整體的協(xié)同抗擊能力提供合理依據(jù)[2～3]。

2　質(zhì)心干擾原理

質(zhì)心干擾的作戰(zhàn)對(duì)象是處于跟蹤段的敵導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)。當(dāng)有目標(biāo)(無(wú)論真假)同時(shí)位于跟蹤雷達(dá)的跟蹤范圍內(nèi)時(shí)，跟蹤雷達(dá)的電軸將指向這幾個(gè)目標(biāo)的雷達(dá)截面積中心(即質(zhì)心，反射能量中心)。根據(jù)這一原理，質(zhì)心干擾用于干擾導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)的跟蹤段，使導(dǎo)彈從跟蹤艦艇的狀態(tài)轉(zhuǎn)到跟蹤真假目標(biāo)的能量中心(質(zhì)心)，從而起到保護(hù)艦艇的作用[4]。質(zhì)心干擾的原理示意圖如圖1所示。

圖1　質(zhì)心干擾原理示意圖

圖中，目標(biāo)艦與箔條假目標(biāo)均在導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)跟蹤波束內(nèi)，目標(biāo)艦雷達(dá)截面積為δ1，假目標(biāo)雷達(dá)截面積為δ2。以導(dǎo)彈當(dāng)前位置點(diǎn)M點(diǎn)為基準(zhǔn)，真假目標(biāo)之間的夾角為θ1，導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)跟蹤真假目標(biāo)形成的質(zhì)心點(diǎn)Z點(diǎn)與目標(biāo)艦的夾角為θ2，則：

從上式可以看出，箔條假目標(biāo)雷達(dá)截面積越大，質(zhì)心與目標(biāo)艦的夾角就越大，導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)的跟蹤點(diǎn)就離目標(biāo)艦越遠(yuǎn)。

通過(guò)分析質(zhì)心干擾的原理可以看出，成功的質(zhì)心干擾要使敵導(dǎo)彈跟蹤雷達(dá)完成兩個(gè)轉(zhuǎn)移過(guò)程：一是要使雷達(dá)由單獨(dú)跟蹤艦艇轉(zhuǎn)到跟蹤艦艇和假目標(biāo)共同形成的質(zhì)心點(diǎn)上去；二是要使雷達(dá)跟蹤質(zhì)心點(diǎn)轉(zhuǎn)移到單獨(dú)跟蹤假目標(biāo)，即艦艇要脫離雷達(dá)的跟蹤，這才能使干擾成功[5]。

完成第一個(gè)轉(zhuǎn)移過(guò)程需要具備的條件：

假目標(biāo)所處的位置，要在末制導(dǎo)雷達(dá)的跟蹤范圍內(nèi)；假目標(biāo)的雷達(dá)截面積要遠(yuǎn)大于艦艇的雷達(dá)截面積，一般要大于2～3倍為好；假目標(biāo)從發(fā)射到形成有效干擾云的時(shí)間要短，而留空時(shí)間要長(zhǎng)；導(dǎo)彈的來(lái)襲方向相對(duì)于艦艇應(yīng)處于有利的舷角[6]。

完成第二個(gè)轉(zhuǎn)移過(guò)程需要具備的條件：

質(zhì)心效應(yīng)形成后，艦艇應(yīng)選擇正確的方向機(jī)動(dòng)，盡早擺脫敵導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)的跟蹤；同時(shí)，干擾彈的發(fā)射方向應(yīng)有利于艦艇在最短時(shí)間內(nèi)脫離導(dǎo)彈跟蹤[7]。

綜上所述，干擾彈的發(fā)射方向和艦艇的機(jī)動(dòng)方向，是質(zhì)心干擾成功的重要條件。而干擾彈發(fā)射后在空中形成的干擾云受海面常值風(fēng)的影響比較大，這個(gè)時(shí)候的艦艇機(jī)動(dòng)就顯得更為重要，合理的艦艇機(jī)動(dòng)(航向、航速)是質(zhì)心干擾能否成功的關(guān)鍵。

3　干擾機(jī)動(dòng)決策模型

首先，分析質(zhì)心干擾真假目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系。如圖所示。圖中，OT為艦艇速度矢量，OF為海面常值風(fēng)矢量，二者合成為甲板風(fēng)速度矢量OG，OG也是箔條假目標(biāo)速度矢量，OZ為質(zhì)心速度矢量，OM為來(lái)襲導(dǎo)彈速度矢量，OM與OG的合成速度矢量為MG。假目標(biāo)的角速度為ω1，質(zhì)心的角速度為ω2。其中：

圖2　質(zhì)心干擾真假目標(biāo)相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系示意圖

質(zhì)心干擾的過(guò)程如圖3所示。目標(biāo)艦釋放假目標(biāo)后，由于質(zhì)心效應(yīng)，導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)由跟蹤目標(biāo)艦轉(zhuǎn)向跟蹤艦艇和假目標(biāo)共同形成的質(zhì)心點(diǎn)Z[8]。此時(shí)，導(dǎo)彈、艦艇和假目標(biāo)同時(shí)運(yùn)動(dòng)，如果艦艇的運(yùn)動(dòng)方向正確，艦艇會(huì)先于假目標(biāo)離開(kāi)末制導(dǎo)雷達(dá)的跟蹤波門，末制導(dǎo)雷達(dá)將只跟蹤假目標(biāo)，干擾成功[9]。

圖3　質(zhì)心干擾的過(guò)程

圖中，v1為假目標(biāo)的移動(dòng)速度，v2為質(zhì)心的移動(dòng)速度，vm為導(dǎo)彈的來(lái)襲速度，L為艦艇的物理長(zhǎng)度(非雷達(dá)截面積)，D為導(dǎo)彈的當(dāng)前距離，d為質(zhì)心干擾最小有效距離[10]，α為導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)的方位跟蹤波門的角度[11]。由上述質(zhì)心干擾的過(guò)程可得，干擾成功的條件如下：

ω1=f(v1)

t=(D-d)/vm

v1=[δ2/(δ1+δ2)]v2

v2×t≥L

(ω1-ω2)×t≤α/2

式中，f表示由假目標(biāo)速度到角速度的函數(shù)轉(zhuǎn)換，由兩步三角函數(shù)轉(zhuǎn)換組成。在圖2的ΔOFG中，通過(guò)三角函數(shù)轉(zhuǎn)換，由目標(biāo)艦速度矢量OT和海面常值風(fēng)矢量OF，得到假目標(biāo)速度矢量OG；在ΔOMG中，通過(guò)三角函數(shù)轉(zhuǎn)換，由假目標(biāo)速度矢量OG和來(lái)襲導(dǎo)彈速度矢量OM，得到假目標(biāo)相對(duì)導(dǎo)彈的角速度ω1。

那么ω1的取值范圍為

只有確保ω1在這個(gè)區(qū)間內(nèi)，才能保證假目標(biāo)始終在導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)跟蹤波門內(nèi)，且導(dǎo)彈到達(dá)質(zhì)心干擾最小有效距離時(shí)，已經(jīng)偏離艦艇至安全距離。

4　仿真分析

某艦艇正以航向350°、航速18節(jié)航渡，突然遭到敵方反艦導(dǎo)彈襲擊，敵反艦導(dǎo)彈方位50°、速度330m/s。海面常值風(fēng)風(fēng)向290°、風(fēng)速7m/s。艦艇按照防空預(yù)案進(jìn)行軟硬武器協(xié)同抗擊，在導(dǎo)彈距離25km處，艦載雷達(dá)偵測(cè)到末制導(dǎo)雷達(dá)信號(hào)，艦載指控系統(tǒng)依據(jù)實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)，給出質(zhì)心干擾決策；指揮員適時(shí)發(fā)射箔條彈，并配合進(jìn)行艦艇機(jī)動(dòng)。

上述態(tài)勢(shì)條件下，艦艇航向在0～360°范圍內(nèi)ω1的取值情況如下：

圖4　一般海情下假目標(biāo)相對(duì)導(dǎo)彈角速度

假設(shè)艦艇與質(zhì)心假目標(biāo)雷達(dá)截面積的大小比為1∶2，艦艇的實(shí)際物理長(zhǎng)度為200m，來(lái)襲導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)跟蹤方位跟蹤角為5°。由第3節(jié)給出的質(zhì)心干擾機(jī)動(dòng)模型可得，確保質(zhì)心干擾成功的ω1取值范圍為[2，3.7]。在這個(gè)取值范圍內(nèi)的航向范圍如圖4中陰影覆蓋部分，即質(zhì)心干擾的合理艦艇機(jī)動(dòng)航向范圍為[240°，25°]。

假設(shè)當(dāng)時(shí)海面常值風(fēng)風(fēng)速很大，達(dá)到20m/s。此時(shí)ω1的取值情況如下：

圖5　高海情下假目標(biāo)相對(duì)導(dǎo)彈角速度

為確保質(zhì)心效應(yīng)，艦艇航向范圍如圖5中虛線標(biāo)出的三個(gè)區(qū)間。其中，航向范圍為[100°，170°]的區(qū)間與導(dǎo)彈來(lái)襲方向呈垂直態(tài)勢(shì)，是艦艇應(yīng)當(dāng)執(zhí)行的航向區(qū)間?？梢?jiàn)，高海情情況下，如果不得以必須發(fā)射質(zhì)心干擾，則應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況采取順風(fēng)機(jī)動(dòng)的方式進(jìn)行規(guī)避。

5　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)高海情情況下質(zhì)心干擾艦艇機(jī)動(dòng)實(shí)例的計(jì)算，可以看出，傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)粗放式的指揮決策方式，不能完全適應(yīng)多種復(fù)雜情況。質(zhì)心干擾的艦艇機(jī)動(dòng)模型從原理上揭示了質(zhì)心干擾及其規(guī)避機(jī)動(dòng)的數(shù)學(xué)本質(zhì)，將復(fù)雜的指揮決策轉(zhuǎn)化為量化計(jì)算方法，為保證指揮員在各種情況下均能做出快速、精確的指揮決策提供科學(xué)、合理的依據(jù)。

[1] 胡劍光,朱正中.艦載電子戰(zhàn)系統(tǒng)質(zhì)心干擾作戰(zhàn)使用研究[J]. 艦船電子工程,2005(6):57-59.

HU Jianguang, ZHU Zhengzhong. Research on Centroid Jamming Combat of Shipborne Electronic Warfare System[J]. Ship Electronic Engineering,2005(6):57-59.

[2] 錢進(jìn),張金華.箔條質(zhì)心干擾發(fā)射機(jī)動(dòng)決策仿真[J].光電技術(shù)應(yīng)用,2005(6):68-71.

QIAN Jin, ZHANG Jinhua. Operational Simulation on Decision of Chaff Launching in Centroid Jamming Mode and Ship Maneuvering[J]. Electro-Optic Technology Application,2005(6):68-71.

[3] 趙威,陳晨,陳戎.箔條質(zhì)心干擾發(fā)射舷角決策仿真研究[J].艦船電子對(duì)抗,2010(4):40-42.

ZHAO Wei, CHEN Chen, CHEN Rong. Research into The Decision-making Simulation of Launching Relative Bearing of Chaff Centroided Jamming[J]. Shipboard Electronic Countermeasure,2010(4):40-42.

[4] 李海浩,李海濤,朱寧龍.箔條質(zhì)心干擾仿真模型研究[J].電子信息對(duì)抗技術(shù),2010(1):52-55.

LI Haihao, LI Haitao, ZHU Ninglong. Simulation Model on Chaff Centroid Jamming[J]. Electronic Information Countermeasure Technology,2010(1):52-55.

[5] 湯永濤,王國(guó)恩,林鴻生.箔條質(zhì)心干擾抗反艦導(dǎo)彈效果評(píng)估及機(jī)動(dòng)研究[J].航天電子對(duì)抗,2012(4):1-3.

TANG Yongtao, WANG Guoen, LIN Hongsheng. Effect evaluation of chaff centroid jamming for anti-ship missile and move model[J]. Space Electronic Countermeasure,2012(4):1-3.

[6] 熊勤,盧景雙,周瑞.質(zhì)心干擾的應(yīng)用研究[J].艦船電子對(duì)抗,2009(4):28-30.

XIONG Qin, LU Jingshuang, ZHOU Rui. Research into The Application of Centroid Jamming[J]. Shipboard Electronic Countermeasure,2009(4):28-30.

[7] 傅妤華,張波,王斌.大型艦艇箔條質(zhì)心干擾防御反艦導(dǎo)彈仿真[J].火力與指揮控制,2014(12):100-103.

FU Yuhua, ZHANG Bo, WANG Bin. Research into Simulation of Chaff Centroid Jamming in Anti-missile Campaign of Warship[J]. Fire Control & Command Control,2014(12):100-103.

[8] 竇心連,李寒梅.艦載質(zhì)心干擾建模分析與仿真試驗(yàn)[J].光電技術(shù)應(yīng)用,2006(6):65-68.

DOU Xinlian, LI Hanmei. Shipboard Centroid Jamming Modeling Analysis and Simulation Test[J]. Electro-Optic Technology Application,2006(6):65-68.

[9] 韓偉,李寒梅.質(zhì)心干擾對(duì)抗多方向?qū)楜R射的戰(zhàn)術(shù)研究[J].艦船電子對(duì)抗,2009(5):33-35.

HAN Wei, LI Hanmei, ZHOU Rui. Tactics Study of Centroid Jamming Confronting with The Multi-direction Missile Salvo Firing[J]. Shipboard Electronic Countermeasure,2009(5):33-35.

[10] 陳超,沙基昌,張正強(qiáng).無(wú)源質(zhì)心干擾模型及末制導(dǎo)雷達(dá)開(kāi)機(jī)策略[J].火力與指揮控制,2010(5):13-15.

CHEN Chao, SHA Jichang, ZHANG Zhengqiang. Study on Chaff Centroid Jamming Model and the Tactic of Detecting Distance of the Terminal Guidance Radar[J]. Fire Control & Command Control,2010(5):13-15.

[11] 周璽,周常堯,曹焱.基于命中概率的箔條質(zhì)心干擾反導(dǎo)能力研究[J]. 指揮控制與仿真,2007(5):52-55.

HAN Wei, LI Hanmei, ZHOU Rui. Research on Antimissile Ability Under Chaff Centroid Jamming Based on Hitting Probability[J]. Command Control & Simulation,2007(3):52-55.

Ship Maneuvering Decision Model of Chaff Centroid Jamming

SUN Weidong1WANG Bo1,2

(1. Operation Software and Simulation Institute, Dalian Naval Academy, Dalian116018) (2. No. 92819 Troops of PLA, Dalian116018)

According to the principle of centroid jamming, the basic condition for success of centroid jamming is analyzed. Then it is pointed out that the reasonable ship maneuver is the key to ensure the effect of chaff centroid jamming. Ship maneuvering model of centroid jamming is established according to the basic process of centroid jamming, which is verified availability through the simulation analysis. The ship maneuvering decision model is established, which transforms the complex command decision into the quantitative calculation method, which can provide the reliable guarantee for the commanders to make fast and accurate decision.

centroid jamming, ship maneuvering, decision model

2016年4月16日,

2016年5月21日

中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào):2014M562557)資助。

孫衛(wèi)東,男,博士,助理研究員,研究方向：海軍戰(zhàn)術(shù)與作戰(zhàn)仿真。王勃,男,博士后,工程師,研究方向：系統(tǒng)工程與作戰(zhàn)仿真。

TP391

10.3969/j.issn.1672-9722.2016.10.015