王 琦，張洪波

（1.92941部隊，遼寧葫蘆島125001；2.海軍航空工程應用所，北京100071）

紅外探測設備抗煙幕干擾試驗及評估方法

王 琦1，張洪波2

（1.92941部隊，遼寧葫蘆島125001；2.海軍航空工程應用所，北京100071）

紅外探測設備抗煙幕干擾能力是其抗干擾能力的重要部分。常規(guī)方法對場地和實施要求很高，試驗次數安排有限。文章對該試驗設計的關鍵問題開展分析和研究，根據紅外探測設備作用距離與目標能量的關系，采用“等效試驗”構建外場靜態(tài)試驗干擾環(huán)境，并合理選擇試驗因素采用均勻設計方法進行試驗設計，確定抗干擾試驗方案和評估方法。該方案可指導試驗獲得科學合理有效的數據，從而實現煙幕干擾環(huán)境下紅外探測設備的抗干擾能力的準確評估。

紅外探測設備；煙幕干擾；試驗設計；試驗評估

煙幕是嚴重影響紅外探測設備作戰(zhàn)性能的干擾因素之一。紅外探測設備抗煙幕干擾能力是其抗干擾能力的重要部分，一般可組織安排動態(tài)試驗對紅外探測設備該能力進行檢測。紅外探測設備對紅外目標的跟蹤距離指標為R/km，常規(guī)試驗時需要安排一個至少為R/km長的寬闊無遮區(qū)域，在此區(qū)域內施放煙幕，煙幕需彌漫在紅外探測設備視場內，目標與紅外探測設備的距離由遠及近，檢測紅外探測設備的跟蹤情況。動態(tài)試驗的優(yōu)點是與實際情況相符，缺點是環(huán)境條件不能人為控制，且使用的發(fā)煙劑量大、煙幕覆蓋范圍寬、擴散快、實際操作時難度較大、數據重復性差。因此，如何科學、合理設計試驗獲得等效跟蹤距離并進行有效評估是抗煙幕干擾試驗亟待解決的問題。

本文主要對紅外探測設備抗煙幕干擾試驗設計的關鍵問題開展分析和研究。試驗以紅外探測設備面臨的自然煙幕環(huán)境和戰(zhàn)場煙幕干擾為研究背景，根據紅外探測設備作用距離與目標能量的關系，采用“等效試驗”構建小場地外場靜態(tài)試驗干擾環(huán)境，并合理選擇試驗因素，采用均勻設計方法進行試驗設計，確定抗干擾試驗方案和評估方法。該方案實施要求低、操作便利，可指導試驗獲得科學合理有效的數據，從而實現煙幕干擾環(huán)境下紅外探測設備抗干擾能力的準確評估。

1 煙幕干擾原理

煙幕干擾是指采用煙幕彈在空中形成煙幕墻，利用煙幕對光輻射的折射、散射和吸收作用，衰減目標紅外輻射能量和目標對光的反射能量，從而使光電探測設備難以發(fā)現目標的一種無源干擾方式。煙幕干擾主要有輻射遮蔽和衰減遮蔽2種形式，輻射遮蔽通常是利用燃燒反應生成大量高溫氣溶膠微粒，憑借其較強的紅外輻射來遮蔽目標、背景的紅外輻射。衰減遮蔽主要是利用煙幕中多達109/cm3數量級的微粒對目標和背景的紅外輻射產生吸收、散射使進入紅外探測器的輻射能低于系統的探測門限，從而保護目標不被發(fā)現[1-2]。

對紅外探測設備進行煙幕干擾的主要戰(zhàn)術運用方式是在空襲的主要突擊方向上布設大面積煙幕干擾，形成干擾幕，以掩護目標。實際作戰(zhàn)中，導彈、目標和煙幕三者都是運動的，相對的瞬時位置不斷變化，煙幕墻必須布放在紅外探測器和目標之間，以遮擋紅外探測器的視線，使其失去目標位置，破壞其對目標的跟蹤。

2 煙幕干擾試驗等效實施方法

常規(guī)方案對試驗場地、煙幕施放范圍等要求比較高，實際操作時難度較大，尤其多次試驗更難以實現。因此，考慮小場地等效試驗完成對紅外探測設備抗煙幕干擾能力的檢測。紅外探測設備的干擾效果常用其在干擾條件下的跟蹤距離來描述[3-5]，干擾設備的干擾效果并非只依賴于干擾設備本身，還與被干擾設備的性能以及兩者之間的位置關系有密切聯系。在固定大氣條件下，紅外探測設備作用距離與目標能量的平方根成正比，因而可將目標的紅外能量進行調整以模擬目標與紅外探測設備間距離的變化。根據紅外探測設備穩(wěn)定截獲目標時測試的紅外目標源及背景的輻射能量估算等效距離，該距離大于紅外探測設備所要求的最小距離即為抗煙幕干擾成功。

假設在標準大氣條件下對于能量為J指的目標跟蹤距離為R指。

紅外探測設備作用距離[6-8]：

式（1）中：τΔλ為在Δλ波段內的大氣透過率的平均值；JΔλ為目標在Δλ波段內輻射強度；Vs/VN為紅外探測設備正常工作所需的信噪比；D0為光學系統有效通光孔徑；NA為光學系統的數值孔徑；τ′Δλ為光學系統在Δλ波段內的效率；ω光學系統的瞬時視場；Δf系統的等效噪聲帶寬；D?紅外器件的比探測率。

紅外探測設備作用距離與目標及背景的紅外輻射特性、紅外探測器件自身的探測性能相關，對于固定大氣條件、相同的紅外探測設備來說，紅外探測設備作用距離與目標能量存在以下關系：

試驗中在沒有干擾的條件下，紅外穩(wěn)定截獲后，紅外目標在Δλ波段內能量為JA，目標距離為RA，此時等效為在標準大氣條件下對于J指的目標跟蹤距離為R指；根據以上公式可以得出：

在有干擾情況下，紅外穩(wěn)定截獲后，紅外目標在Δλ波段內能量為JB，目標距離為RA，此時等效干擾情況下對于J指目標的等效跟蹤距離記為RX，根據紅外探測設備作用距離公式可以得出：

根據式（3）、（4），可以得出等效跟蹤距離RX為：

3 試驗方案設計

試驗時，將發(fā)煙器放置在紅外探測設備與紅外目標源之間，模擬戰(zhàn)場煙幕遮蔽環(huán)境。綜合考慮煙幕干擾設備的干擾頻段、煙幕墻覆蓋范圍（長×高，保證發(fā)煙器煙幕彌散在紅外探測設備視場內），煙幕濃度厚度、氣象條件等因素，再根據紅外探測設備視場和試驗場地確定煙幕彈的數量。試驗示意圖見圖1。

均勻設計是考慮試驗點在試驗范圍內均勻散布的一種試驗設計方法。在均勻試驗設計中，每個試驗因素要根據經驗來選擇一個試驗范圍，然后在試驗范圍內挑出有代表性的幾個值來進行試驗（即該因素的水平）。均勻設計使得試驗點在因素的水平變化范圍內散布均勻，具有代表性，而且為了更全面的考核系統的性能，必須增加試驗水平時，并不導致試驗次數驟增，試驗次數僅按水平數的增加量增加[9-10]。本文就是基于均勻設計的理論設計抗煙幕干擾試驗方案。

3.1 試驗因素及水平

1）煙幕墻面積及厚度（長×高）。選擇合適的煙幕劑，使其具有全波段遮蔽能力或對紅外探測設備有較好的遮蔽效果。煙幕墻面積根據紅外探測設備的視場和紅外探測設備與發(fā)煙器的相對位置而定，確保發(fā)煙器煙幕彌散在紅外探測設備視場內。

煙幕墻長度為：x=2R?tan(α/ 2)；煙幕墻高度為：y=2R?tan(β/ 2)。其中：R為紅外探測設備與發(fā)煙器的垂直距離；α為紅外探測設備的水平視場；β為紅外探測設備的垂直視場。

煙幕墻的厚度和濃度對煙幕干擾的效果影響很大，隨著煙幕厚度和濃度的增大，煙幕透過率越來越小，煙幕的干擾效果就越好。本試驗中，可根據實際戰(zhàn)場情況，設計薄、中、厚3種煙幕厚度。

2）煙幕彈數N的確定。由于每枚煙幕彈所形成的煙幕墻的面積σ大致一定，可根據試驗需要的煙幕墻面積及厚度計算需要的煙幕彈數N：

式（6）中，vi為厚度因子，i=1,2,3，分別代表薄、中、厚3種煙幕墻厚度。

3）氣象因素。煙幕屬于一種可變流體，影響煙幕大氣擴散及分布的主要氣象因素是風向、風速、湍流強度、垂直溫度梯度、混合層高度及空氣濕度等[11-13]。風向決定了煙幕流動的方位；風速表征了大氣對煙幕的輸送速率；湍流強度顯示了大氣的擴散能力；混合層高度決定了煙幕擴散空間大??；空氣相對濕度影響煙幕的濃度。對于煙幕干擾試驗，最重要的是煙幕的濃度和煙流的形狀，對應的氣象因素即為風向、風速和大氣溫度分布。為了遮蔽效果較好，試驗時大氣溫度分布應盡量選取逆溫（溫度隨高度增加而增加）或等溫（溫度隨高度沒有明顯變化）狀態(tài)。紅外探測設備抗煙幕干擾試驗的具體因素內容見表1。

表1 紅外探測設備抗煙幕干擾試驗因素、水平表Tab.1 Infrared detector factor and level of test

各因素水平不同，煙幕濃度厚度、氣象因素為3水平，空氣相對濕度為2水平，可采用混合水平均勻設計表。將煙幕濃度厚度、氣象因素放在第Ⅰ列，第Ⅱ列，空氣相對濕度放在第Ⅲ列。將前兩列的水平進行合并：{1，2}∈Ⅰ，{3，4}∈Ⅱ，{5，6}∈Ⅲ，同時，將第Ⅲ列的水平進行合并：{1，2，3}∈Ⅰ，{4，5，6}∈Ⅱ，得到混合水平設計表2和紅外探測設備抗煙幕干擾試驗方案表3。

表2 混合水平設計表U6?(32×21)Tab.2 Test design of mixed levelsU6?(32×21)

表3 紅外探測設備抗煙幕干擾試驗方案表Tab.3 Test scheme of anti-jamming of smoke screen

3.2 試驗實施

1）將紅外探測設備、發(fā)煙器和目標源按圖1態(tài)勢布置好后，打開目標源和紅外探測設備，使紅外探測設備瞄準目標源，從小到大調整紅外目標源輻射能量至紅外探測設備剛好截獲時停止。記錄此時紅外目標源輻射強度JA。

2）根據紅外探測設備、發(fā)煙器和目標源的位置關系和紅外探測設備視場計算出煙幕墻最小面積，發(fā)煙器按表3所示方案開始發(fā)煙。待煙幕釋放滿足條件后，再逐步調整紅外目標源輻射能量至紅外探測設備剛好截獲時停止。記錄此時紅外目標源輻射強度JB。

3）結合紅外探測設備跟蹤紅外目標指標R指，利用式（5）計算出等效距離。

4 評估方法

假設紅外探測設備其抗煙霧干擾成功概率指標為p0，服從（0-1）分布[14-16]，試驗次數為n，試驗結果的成功次數為s，失敗次數為f=n-s，當給定置信度γ時，成功概率置信下限估計pLC為：

用不完全Beta函數表示時，上式可寫為：

根據Beta分布與F分布分位數間的關系，可計算置信下限：

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

若pLC＞p0，則表明紅外探測設備具有抗煙幕干擾能力，其成功概率滿足規(guī)定的指標要求。

5 實例計算

在標準大氣條件下，紅外探測設備對于50 w/Sr的目標截獲距離為30km，其最小作用距離為1.5km，抗煙幕干擾成功概率指標為80%。

試驗過程如上所述。若紅外探測設備視場為30°，紅外探測設備、目標和發(fā)煙器的位置關系見圖2，煙幕墻的面積需大于26.8 m×13.4 m（因紅外探測設備、目標和發(fā)煙器均放置于地面，俯仰上面積可減半），能保證煙幕彌散在紅外探測設備視場內。

紅外探測設備共完成抗煙幕干擾試驗12次，根據試驗數據，計算出12次最小作用距離，結果見表4。在煙幕干擾情況下，紅外探測設備等效截獲距離為2.0～6.8km之間，作用距離均大于紅外探測設備要求的最小距離1.5km?？篃熌桓蓴_有效樣本12個，成功樣本12個，置信度為0.8時抗煙幕干擾成功概率下限估計為87.5%。試驗表明紅外探測設備具有抗煙幕干擾能力，其成功概率滿足規(guī)定的80%指標要求。

表4 抗煙幕干擾試驗結果Tab.4 Result of anti-jamming of smoke screen

6 結束語

煙幕干擾是紅外探測設備面臨的重要干擾形式，本文主要對當前紅外探測設備抗煙幕干擾試驗設計的關鍵問題開展分析和研究，構建“等效試驗”外場靜態(tài)試驗干擾環(huán)境，采用均勻設計方法進行試驗設計，確定抗干擾試驗方案和評估方法。該方案可指導試驗獲得科學合理有效的數據，從而實現煙幕干擾環(huán)境下紅外探測設備的抗干擾能力的準確評估。由于煙幕干擾因素存在著復雜性和多樣性，本方法還需在實踐中進行不斷的驗證和完善。

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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，碩士。