韓紅斌,費(fèi)惠佳

(91336部隊(duì),河北 秦皇島 066326)

0 引言

箔條干擾是無(wú)源電子對(duì)抗常用的干擾方式。箔條干擾技術(shù)比較成熟,而且箔條制造簡(jiǎn)單,生產(chǎn)速度比較快,在干擾反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)時(shí)使用方便,是十分有效的無(wú)源干擾手段[1-7]。但目前針對(duì)高分辨末制導(dǎo)雷達(dá)的箔條干擾模型,基本都是基于理論公式計(jì)算得到的,在高分辨末制導(dǎo)雷達(dá)抗箔條干擾半實(shí)物仿真試驗(yàn)中,無(wú)法滿足箔條云一維距離擴(kuò)展特性模擬的需求[8-9]。

本文針對(duì)高分辨末制導(dǎo)雷達(dá)抗箔條干擾試驗(yàn)需求,借鑒文獻(xiàn)[10]中的可視化建模技術(shù),通過(guò)3ds Max軟件構(gòu)建箔條云的三維幾何模型,并利用CST 三維電磁場(chǎng)仿真軟件對(duì)不同情況下的箔條云模型進(jìn)行一維距離擴(kuò)展特性計(jì)算,對(duì)不同距離分辨率情況下的仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,獲得箔條云一維距離擴(kuò)展的基本特性。將研究成果應(yīng)用于導(dǎo)彈制導(dǎo)半實(shí)物仿真試驗(yàn)系統(tǒng)中,進(jìn)行箔條云距離擴(kuò)展特性模擬,以提高高分辨末制導(dǎo)雷達(dá)的抗干擾半實(shí)物仿真試驗(yàn)置信度。

1 箔條云的三維幾何模型構(gòu)建

本文基于3ds Max軟件粒子系統(tǒng)中的粒子云對(duì)箔條云三維幾何模型進(jìn)行構(gòu)建。

1.1 粒子系統(tǒng)的基本原理

粒子系統(tǒng)可表征為一個(gè)集合,其粒子總體表現(xiàn)規(guī)律相同,但其中個(gè)體卻具有隨機(jī)性,并表現(xiàn)出不同的特征。

粒子系統(tǒng)的基本原理是將微小粒子作為基本元素,利用大量隨機(jī)的微小粒子來(lái)表征一個(gè)不規(guī)則的模糊物體,且每個(gè)粒子均具有一定的生命力和屬性。粒子系統(tǒng)通過(guò)一系列粒子來(lái)確定物體形體,但該物體不是一個(gè)穩(wěn)定的統(tǒng)一體,主要表現(xiàn)為隨著時(shí)間的變化,系統(tǒng)中粒子的形式和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都將發(fā)生變化。根據(jù)粒子自身屬性,隨時(shí)間變化,系統(tǒng)中會(huì)“誕生”一些新的粒子,一些舊的粒子也會(huì)隨時(shí)間推移而“死亡”。每個(gè)粒子都會(huì)經(jīng)歷三個(gè)階段,即產(chǎn)生、運(yùn)動(dòng)和消亡。粒子系統(tǒng)中的每個(gè)粒子都具有多種屬性,如形狀、顏色、尺寸、生命期、透明度、運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向等,且這些屬性都是隨時(shí)間變化的。物體的動(dòng)態(tài)性和隨機(jī)性隨這些粒子的各種屬性的變化而表征出來(lái)[11]。

粒子系統(tǒng)隨時(shí)間不斷變化。生命期的每一時(shí)刻,粒子系統(tǒng)生成單幀粒子都需要?dú)v經(jīng)新粒子生成、粒子屬性更新、消亡粒子刪除、存活粒子繪制等過(guò)程。

新粒子生成是指由粒子源產(chǎn)生任意數(shù)量的新粒子,新粒子的初始屬性由隨機(jī)過(guò)程控制。系統(tǒng)中的每個(gè)粒子都有各自的生命期,生命期可根據(jù)實(shí)際屬性設(shè)定,也可以是無(wú)限長(zhǎng)的。粒子屬性更新是指每一時(shí)刻都對(duì)現(xiàn)存粒子的屬性進(jìn)行更新。消亡粒子刪除是指檢查粒子的生命期,將生命期為0的“死”粒子從系統(tǒng)中刪除。存活粒子繪制是對(duì)系統(tǒng)中所有存在的“活”的粒子進(jìn)行顯示。粒子系統(tǒng)生成單幀粒子的過(guò)程如圖1所示。

圖1 粒子系統(tǒng)生成單幀粒子的過(guò)程

1.2 基于粒子系統(tǒng)的箔條云模型構(gòu)建

基于3ds Max粒子系統(tǒng)中的粒子云,設(shè)置箔條的基本屬性,如形狀、尺寸、運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)方向、顏色、重力、生命期等。根據(jù)箔條實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況,調(diào)整粒子系統(tǒng)中的阻力、風(fēng)速、風(fēng)向等各種自然屬性,來(lái)真實(shí)模擬箔條云的爆炸、擴(kuò)散和消散過(guò)程。

綜合考慮箔條根數(shù)對(duì)箔條云雷達(dá)散射截面積(RCS)的影響及計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力,本文建立了箔條根數(shù)為5 000,10 000,20 000,40 000的四種箔條云模型,并開(kāi)展仿真計(jì)算。圖2和圖3分別為箔條根數(shù)為20 000的箔條云形成初期和擴(kuò)散后的幾何模型圖。

圖2 箔條云形成初期的幾何模型

圖3 箔條云擴(kuò)散后的幾何模型

2 箔條云一維距離擴(kuò)展模型的構(gòu)建

本文采用CST 軟件中漸進(jìn)求解器的彈跳射線(SBR)算法,對(duì)不同根數(shù)的箔條云模型進(jìn)行仿真計(jì)算,得到不同距離分辨率、不同極化方式情況下箔條云的一維距離像。首先將在3ds Max中構(gòu)建的每一時(shí)刻的箔條云幾何模型文件導(dǎo)入CST 軟件中,然后利用SBR 算法對(duì)該幾何模型進(jìn)行一維距離像的仿真計(jì)算。表1列出了CST 軟件生成箔條云一維距離像的典型參數(shù)。

表1 CST軟件生成箔條云一維距離像的典型參數(shù)

在不同距離分辨率、不同極化方式情況下,對(duì)20 000根箔條組成的箔條云的一維距離像進(jìn)行仿真,結(jié)果如圖4～圖6所示?？梢钥闯?箔條云的一維距離像受極化方式影響較小,隨著雷達(dá)距離分辨率的提高,箔條云的散射點(diǎn)數(shù)增多,最強(qiáng)散射點(diǎn)的RCS減小。根據(jù)能量守恒定律,在相同的能量下,散射點(diǎn)數(shù)的增多必然導(dǎo)致最強(qiáng)散射點(diǎn)的能量減小。

圖4 分辨率為0.5 m 時(shí)箔條云的一維距離像

圖5 分辨率為1.5 m 時(shí)箔條云的一維距離像

圖6 分辨率為15.0 m 時(shí)箔條云的一維距離像

3 仿真分析

本文對(duì)箔條根數(shù)為5 000,10 000,20 000,40 000的箔條云進(jìn)行了仿真。箔條云作為點(diǎn)目標(biāo)和在0.5,1.5,15.0 m 三種距離分辨率情況下的RCS仿真結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同根數(shù)箔條云RCS的仿真結(jié)果

由表2可知:隨著箔條根數(shù)的增多,箔條云的RCS總體呈上升趨勢(shì);隨著雷達(dá)距離分辨率的提高,箔條云回波對(duì)雷達(dá)的極化信息不再敏感;隨著雷達(dá)距離分辨率的提高,箔條云的強(qiáng)散射點(diǎn)數(shù)量增多,且最強(qiáng)散射點(diǎn)的能量比點(diǎn)目標(biāo)的能量小(10～20)d B,但三種分辨率情況下各最強(qiáng)散射點(diǎn)的能量相差不大;點(diǎn)目標(biāo)情況下,隨著箔條根數(shù)的增多,VV 極化下的箔條云回波能量大于H H 極化下的回波能量;在15.0 m 分辨率情況下,箔條根數(shù)為40 000的箔條云的最強(qiáng)散射點(diǎn)RCS比箔條根數(shù)為5 000,10 000,20 000的箔條云的小,這可能是由箔條云各處回波相位的變化引起的。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文借鑒3ds Max的箔條云可視化建模技術(shù),提出了一種適用于射頻仿真系統(tǒng)的高分辨雷達(dá)箔條云模型的構(gòu)建方法,該方法可為末制導(dǎo)雷達(dá)抗箔條干擾半實(shí)物仿真提供模型支撐,也可為箔條彈的設(shè)計(jì)提供參考。

本文針對(duì)不同箔條根數(shù)和不同距離分辨率情況,在同一力學(xué)模型的驅(qū)動(dòng)下,對(duì)箔條云某一時(shí)刻的一維距離像仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。仿真結(jié)果與理論和工程實(shí)踐趨勢(shì)一致,且箔條云回波能量存在一定的起伏,但起伏特性未在本文中研究。本文所提方法主要優(yōu)點(diǎn)是可構(gòu)建1∶1的箔條云模型,利用3ds Max中不同條件下的力學(xué)模型驅(qū)動(dòng),經(jīng)大量仿真計(jì)算,可得到不同氣象條件下各個(gè)時(shí)刻的箔條云回波模型。其主要缺點(diǎn)是在工程實(shí)踐中應(yīng)用時(shí)需要耗費(fèi)大量的計(jì)算資源,無(wú)論是對(duì)3ds Max還是對(duì)CST 來(lái)說(shuō),都需要很大的計(jì)算量。后續(xù)可基于此方法在箔條云的起伏特性、箔條云的距離-多普勒特性等方面展開(kāi)深入研究。