陳 蕾，姜允東，張 峰，劉 學(xué)

(空軍航空大學(xué)，長(zhǎng)春 130022)

0 引言

電視制導(dǎo)作為精確制導(dǎo)技術(shù)的重要組成部分，已經(jīng)在世界各國(guó)的武器系統(tǒng)中獲得了成功應(yīng)用。由于利用可見光，所以電視制導(dǎo)系統(tǒng)具有角分辨率高、制導(dǎo)精度高、抗電子干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)[1]。但是導(dǎo)彈在實(shí)際作戰(zhàn)過程中，難以避免地要受到外界各種因素的干擾，這些干擾對(duì)電視導(dǎo)引頭的作用距離影響比較大，電視導(dǎo)引頭作用距離的大小又是影響電視制導(dǎo)空地導(dǎo)彈的命中概率最重要最直接的因素。因此為了提高空地導(dǎo)彈模擬訓(xùn)練的逼真度，并能夠在模擬訓(xùn)練中設(shè)置特情，需要在導(dǎo)彈理想情況下的導(dǎo)彈彈道數(shù)學(xué)模型之上加入電視導(dǎo)引頭作用距離的計(jì)算模型，從而為飛行員提供更為真實(shí)的模擬訓(xùn)練環(huán)境，增強(qiáng)飛行員的戰(zhàn)斗能力，加速空軍戰(zhàn)斗力的生成。

1 電視導(dǎo)引頭作用距離計(jì)算模型構(gòu)建

電視導(dǎo)引頭性能參數(shù)包括捕獲目標(biāo)的最大距離、跟蹤目標(biāo)最小距離、分辨力和抗干擾能力等。捕獲目標(biāo)的最大距離是理想條件下電視導(dǎo)引頭能夠探測(cè)到目標(biāo)的最大距離;跟蹤目標(biāo)的最小距離等于理想條件下目標(biāo)圖像充滿靶面的距離，即盲區(qū)。電視導(dǎo)引頭作用距離是指實(shí)際工作中電視導(dǎo)引頭能夠發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的最遠(yuǎn)距離，其值越大，飛行員探測(cè)、識(shí)別和辨認(rèn)目標(biāo)的時(shí)間越充裕，操縱導(dǎo)彈命中目標(biāo)的概率越大;其值越小，如果進(jìn)入盲區(qū)，由于導(dǎo)彈外側(cè)過載有限，光軸與彈軸的偏差角大，回路已不能修正，產(chǎn)生一定的脫靶量，從而大大降低命中概率。電視導(dǎo)引頭作用距離的大小是由導(dǎo)引頭內(nèi)部因素和外部因素共同決定。

1.1 影響因素分析

導(dǎo)引頭內(nèi)部因素在導(dǎo)引頭出廠時(shí)就已經(jīng)確定，無法進(jìn)行改變，但是導(dǎo)引頭外部的影響因素(包括自然界的因素和人工干擾因素)卻是不斷變化的，因此，文中主要研究導(dǎo)引頭外部的影響因素對(duì)導(dǎo)引頭作用距離的影響。外部的影響因素中對(duì)導(dǎo)引頭作用距離影響最大的是對(duì)比度和能見度，下面先介紹一下對(duì)比度和能見度。

對(duì)比度是畫面黑與白的比值，對(duì)比度的大小直接影響著電視導(dǎo)引頭處理和識(shí)別目標(biāo)的性能，對(duì)比度越大，把目標(biāo)從背景中區(qū)分出來就越容易，對(duì)比度越小，把目標(biāo)從背景中區(qū)分出來就越困難。其定義式如下[2]:

式中:C為對(duì)比度;LT為目標(biāo)亮度 ( c d/m2);LB為背景亮度( c d/m2)。

對(duì)于非自身發(fā)光的物體，其表面亮度是由外部光照射引起的，其亮度L與受到的照度E的關(guān)系為[3]:

式中:σ為物體表面反射系數(shù)。

能見度是指視力正常的人從背景(天空或地面)中識(shí)別出具有一定大小的目標(biāo)物的最大距離。能見度的大小是評(píng)價(jià)天氣氣象條件的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，天氣的好壞直接影響能見度，天氣氣象條件等級(jí)與能見度的關(guān)系如下[4]:

式中:Dg為能見度;d為天氣氣象條件等級(jí)。

能見度會(huì)直接影響大氣平均衰減系數(shù)，其與大氣平均衰減系數(shù)關(guān)系如下[4]:

式中b為大氣平均衰減系數(shù)。

1.2 干擾情況下導(dǎo)引頭作用距離計(jì)算模型

通過上述對(duì)導(dǎo)引頭作用距離影響因素的分析，根據(jù)光學(xué)原理，并依據(jù)文獻(xiàn)[5]的電視導(dǎo)引頭作用距離計(jì)算方程，得到改進(jìn)后的電視導(dǎo)引頭作用距離計(jì)算方程如下:

式中:m為鏡頭透過率，一般在0.5～0.7之間取值;n為中性衰減片透過率，根據(jù)外界照度和攝像管靶面標(biāo)準(zhǔn)度而定，一般取 0、0.2、0.5、0.8 等數(shù)值;σB為背景反射系數(shù)，可查表獲得;E為外界照度;S為攝像管靈敏度，是提高導(dǎo)引頭作用距離最主要的內(nèi)因，同時(shí)還決定了電視導(dǎo)引頭可以在什么光照條件下工作;f為鏡頭焦距，其值越大，導(dǎo)引頭作用距離越遠(yuǎn)，但導(dǎo)引頭的體積和質(zhì)量等參數(shù)也隨之增大，一般選擇在30～120mm范圍內(nèi);D為鏡頭有效孔徑;I為攝像管輸出電流。

將式(4)代入式(5)中可得未干擾情況下電視導(dǎo)引頭作用距離計(jì)算模型為:

對(duì)電視制導(dǎo)空地導(dǎo)彈實(shí)施的人工干擾包括人工有源干擾和人工無源干擾，其中無源干擾技術(shù)方法簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，效果較好，所以被廣泛采用。人工無源干擾中最為典型、應(yīng)用最為廣泛的是煙霧干擾。煙霧由大量的氣溶膠微粒組成，當(dāng)實(shí)施煙霧干擾時(shí)，這些氣溶膠微粒通過影響目標(biāo)與背景的對(duì)比度和大氣的能見度，進(jìn)而影響電視導(dǎo)引頭作用距離，使飛行員進(jìn)入目標(biāo)區(qū)域后尋找和攻擊目標(biāo)比較困難，導(dǎo)致導(dǎo)彈命中概率的下降。施放的煙霧干擾源多為人造的化學(xué)煙霧筒或者白磷燃燒等能夠釋放濃煙的材質(zhì)，煙霧干擾可以通過光學(xué)干擾厚度進(jìn)行量化，其量化后的表達(dá)式為[6]:

式中:τ為光學(xué)干擾厚度;Q為干擾源的能量;l為干擾源的數(shù)目;U為風(fēng)速;r為煙霧擴(kuò)展半徑;W為干擾源的偽裝能力。

光學(xué)干擾厚度對(duì)對(duì)比度的干擾表達(dá)式為:

式中:kC為對(duì)比度干擾系數(shù);C0為干擾前目標(biāo)與背景的對(duì)比度。

光學(xué)干擾厚度對(duì)能見度的干擾表達(dá)式為[7]:

式中:kd為能見度干擾系數(shù);Dg0為干擾前大氣能見度。

將式(8)、式(9)代入式(6)并化簡(jiǎn)后得到的干擾情況下電視導(dǎo)引頭作用距離計(jì)算模型為:

式中:k為光學(xué)厚度干擾系數(shù)，且k=kC+kd。

2 模型驗(yàn)證及仿真分析

文中依據(jù)某型電視制導(dǎo)空地導(dǎo)彈的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，取m=0.6，n=0.8，σB=0.1，E=80000，S=100，f=100，D=0.12，I=0.005，Q=1，l=5，U=4，W=1.5對(duì)導(dǎo)引頭作用距離計(jì)算模型進(jìn)行初始化，基于導(dǎo)彈彈道數(shù)學(xué)運(yùn)動(dòng)模型，選擇Matlab 7.0對(duì)未干擾情況下對(duì)比度、能見度對(duì)電視導(dǎo)引頭作用距離的影響和光學(xué)干擾厚度對(duì)電視導(dǎo)引頭作用距離的影響以及電視導(dǎo)引頭作用距離對(duì)命中概率的影響進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖1～圖4所示。

圖1 對(duì)比度對(duì)電視導(dǎo)引頭作用距離的影響

煙霧干擾對(duì)導(dǎo)引頭作用距離的影響，是通過影響目標(biāo)和背景的對(duì)比度和大氣的能見度進(jìn)而對(duì)導(dǎo)引頭作用距離產(chǎn)生影響的，設(shè)干擾前對(duì)比度C0=0.5，天氣氣象條件等級(jí)d=7。

圖3 光學(xué)干擾厚度對(duì)導(dǎo)引頭作用距離的影響

圖4 導(dǎo)引頭作用距離對(duì)命中概率的影響

從圖1可得，當(dāng)對(duì)比度C≤0.2時(shí)，導(dǎo)引頭作用距離小于6km。從圖2可得，當(dāng)能見度Dg≤5km時(shí)，導(dǎo)引頭作用距離小于6km。從圖3可得，在對(duì)比度為0.5，天氣氣象條件等級(jí)為7，即能見度為18km情況下，光學(xué)干擾厚度τ≥2時(shí)，導(dǎo)引頭作用距離小于6km。從圖4可以看出，當(dāng)導(dǎo)引頭作用距離L≥6km時(shí)，該型電視制導(dǎo)空地導(dǎo)彈具有很高的命中概率;導(dǎo)引頭作用距離L≤6km時(shí)，命中概率驟減;導(dǎo)引頭作用距離L≤4km時(shí)，命中概率很低，即很難命中目標(biāo)。綜上所述，實(shí)施煙霧干擾，降低導(dǎo)彈的命中概率，削弱了導(dǎo)彈的作戰(zhàn)效能，且影響規(guī)律符合導(dǎo)彈的實(shí)際作戰(zhàn)情況和導(dǎo)彈性能特性。

3 結(jié)論

文中在理想情況下某型電視制導(dǎo)空地導(dǎo)彈彈道數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)之上，通過對(duì)導(dǎo)引頭作用距離影響因素的分析，建立了煙霧干擾下電視導(dǎo)引頭作用距離計(jì)算模型，并對(duì)對(duì)比度、能見度和光學(xué)干擾厚度對(duì)導(dǎo)引頭作用距離和導(dǎo)引頭作用距離對(duì)命中概率的影響進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明，建立的電視導(dǎo)引頭作用距離計(jì)算模型符合實(shí)際作戰(zhàn)情況和導(dǎo)彈的性能特性，提高了該型導(dǎo)彈模擬的逼真度。進(jìn)一步對(duì)該模型進(jìn)行處理后應(yīng)用到模擬器上，可以為該型導(dǎo)彈的模擬訓(xùn)練提供更為逼真的訓(xùn)練環(huán)境和設(shè)置特情，提高飛行員的訓(xùn)練水平，有利于打贏未來戰(zhàn)爭(zhēng)。

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