基于主動防護系統(tǒng)的最佳攔截區(qū)域設計*

薛增全，鄭 斌，李建偉，李學英

(中國兵器工業(yè)第203研究所，西安 710065)

0 引言

主動防護系統(tǒng)安裝在裝甲車輛上，由雷達、信息處理控制系統(tǒng)和多枚防護彈藥組成[1]。通常多枚防護彈藥沿坦克炮塔外沿周向布置，形成直至360°防護范圍。系統(tǒng)開機后自動工作:首先探測識別來襲威脅彈藥;接著信息處理得到攔截參數(shù)，選彈并實時裝定起爆時間;然后以向上傾斜的射角適時發(fā)射防護彈藥并起爆，在空間特定區(qū)域形成自上而下圓錐狀擴散的定向破片流場攔截來襲彈藥。通常一枚防護彈藥負責一個防護區(qū)域。假設每枚防護彈藥水平向防護區(qū)域張角為α，相臨兩枚防護彈藥中心軸在水平面投影夾角為θ，為了減小系統(tǒng)的防護區(qū)域的盲區(qū)，這樣鄰近的防護區(qū)域就存在重疊，相鄰兩個防護區(qū)域的水平張角記為β，見圖1。由于防護區(qū)域有重疊，這樣來襲彈藥可能穿過多枚防護彈藥的攔截區(qū)域，那么究竟哪個區(qū)域攔截最佳呢?

1 最佳攔截區(qū)域設計原理

1.1 最佳攔截區(qū)域描述

圖1 攔截區(qū)域示意

考慮防護范圍重疊和來襲威脅彈藥航跡，通常系統(tǒng)存在數(shù)發(fā)防護彈藥形成的破片流場區(qū)域可與來襲彈藥交會[2]。但在每個交會區(qū)域內(nèi)破片流場與來襲彈藥的交會概率和攔截效能有所不同，不妨將系統(tǒng)真正實施攔截的交會區(qū)域定義為攔截區(qū)域。最佳攔截區(qū)域就是從這些交會區(qū)域中優(yōu)選出來的具有較高交會概率和較高攔截效能的攔截區(qū)域。通常，選擇最佳防護彈藥和增大交會時破片區(qū)域半徑可提高交會概率，增大攔截區(qū)域破片密度可提高攔截效能。但實際工程中因總破片數(shù)量有限[2]，增大交會時破片區(qū)半徑會使破片密度降低，導致命中來襲彈藥破片數(shù)減少，引起攔截效能降低。因此，在系統(tǒng)其它參數(shù)一定的情況下，破片區(qū)域半徑需要優(yōu)選，以得到合理取值。所以，確定最佳攔截區(qū)域?qū)嵸|(zhì)上就是優(yōu)選防護彈藥號和破片區(qū)半徑。

1.2 防護彈藥和破片半徑選取模型

圖2 來襲目標與防護彈藥交會情況示意圖

如圖2示意了來襲目標與防護彈藥交會的情況。圖中O點為防護區(qū)域的幾何中心，A1和A2為布置的2枚防護彈藥，2枚防護彈藥中心線水平投影分別為A1B1、A2B2，且兩兩夾角為θ;2枚防護彈藥射角與水平面有一定夾角，射向分別為 A1C1、A2C2，防護彈藥起爆點分別在各自射向線上，飛行距離由攔截參數(shù)解算確定的引信實時裝定時間決定;面A1B1C1、A2B2C2分別定義為2枚防護彈藥的破片中心面，防護彈藥殺傷破片按各自破片中心面對稱分布;P1、P2分別為來襲目標航跡與2個防護彈藥破片中心面的交點?！螾1A1B1、∠P2A2B2分別為來襲威脅飛過2枚防護彈藥破片中心面時對應的仰角，記為 γ1、γ2。D1、D2為破片流中心線分別通過 P1、P2的 2枚防護彈藥起爆點，對應的防護彈藥飛行距離分別記為 L1、L2，即圖中 AD 長度。

當選定防護彈藥時，破片區(qū)半徑由防護彈藥飛行距離和對應的仰角確定[3－4]。仿真表明:攔截點(破片與來襲彈藥交會點)相對防護彈藥的仰角相同的情況下，當防護彈藥飛行距離變化，破片有效交會概率不同，如圖3所示，P和P'為兩個攔截點，相對防護彈藥A的仰角相同，D和D'是兩個攔截點分別對應的防護彈藥起爆點，防護彈藥飛行距離指從A點飛至起爆點的距離，則在兩個飛行距離下起爆攔截，對應的有效交會概率不同。仿真進一步表明:同一個仰角下，對應一個距離范圍，當防護彈藥飛行距離在此范圍內(nèi)，攔截概率及攔截效能較高。表1為一組系統(tǒng)參數(shù)下經(jīng)仿真計算得的仰角與對應的最佳飛行距離取值范圍。

圖3 仰角相同的兩個攔截點對應的防護彈藥起爆點

2 最佳攔截區(qū)域計算模型

依據(jù)上面分析，最佳攔截區(qū)域是由優(yōu)選出的防護彈藥和最佳飛行距離共同確定的。優(yōu)選步驟可歸納為:

1)根據(jù)來襲彈藥航跡預測信息，計算得出各發(fā)防護彈藥對應的來襲威脅攔截點的仰角γ1、γ2、γ3(各攔截點交會概率不同)和防護彈藥飛行距離m1、m2、m3。一般情況下，若來襲目標對裝甲車輛構(gòu)成威脅，可選防護彈藥不超過3枚。

2)根據(jù)各發(fā)防護彈藥對應的來襲目標攔截點仰角數(shù)據(jù)，查表1得到對應的最佳防護彈藥飛行距離范圍的端點值Lmin、Lmax。

3)用最佳飛行距離范圍端點值與實際各枚防護彈藥飛行距離m1、m2、m3比較，滿足Lmin≤m≤Lmax所對應的防護彈藥就是所選防護彈藥，。

表1 仰角與飛行距離對應關系

4)若來襲目標航跡通過原點，或來襲目標航跡接近原點，這時計算得出的各枚防護彈藥飛行距離很小。如圖4的來襲目標方向1或2所示，這時選彈以方位角為準，方位角偏向那枚防護彈藥即選該枚彈藥。

圖4 來襲目標與防護彈藥交會特殊情況示意圖

3 模型驗證

為對上述最佳攔截區(qū)域設計方法進行驗證，依據(jù)模型編寫C語言[5]仿真計算。假定認為只要命中來襲彈藥的破片數(shù)不小于3片，即是一次有效攔截。為了評判模型，定義以下幾個參數(shù)作為評判依據(jù)，有效攔截次數(shù)M0為本次仿真中防護彈藥的破片至少3個破片命中來襲彈藥的次數(shù);平均破片數(shù)M1為本次仿真中非零破片數(shù)總和的平均值。對于來襲彈藥航跡，為了與戰(zhàn)場環(huán)境相符，在仿真中給定航路與水平面的傾角，其它信息由程序自動生成，每次仿真的總次數(shù)即為N。仿真結(jié)果見表2。

從仿真結(jié)果可以看出，對于不同的來襲彈藥航跡，應用文中方法得到的攔截區(qū)域，對來襲彈藥具有較高的攔截率，證明該方法是可行的。

表2 仿真結(jié)果

4 結(jié)論

主動防護系統(tǒng)和來襲彈藥存在多個交會區(qū)域，在不同交會區(qū)域進行攔截效能有很大差別，文中基于較高交會概率和攔截效能，提出了最佳攔截區(qū)域設計方法，并以此建立了攔截區(qū)域的選取模型。通過仿真計算表明，該方法和模型能夠得出較好的攔截區(qū)域，可滿足主動防護系統(tǒng)選彈和確定攔截參數(shù)需求。

[1]Chang Yu-Wen.Active protection device and associated apparatus，sytem and mmthod:US，7066427[P].20006 － 06－27.

[2]Larry W Fullerton，Mark D Roberts，James L Richards.Systerm and method for active protection of a resource:US，7046187[P].2004 －11 －17.

[3]Llyod，Richard M.Vehicle-borne system and method for counering an incoming threat:US，6920827[P].2005 － 07－26.

[4]Peter Gregory Lloyd.Active armoe protection system for armored vechicles:US，6782793[P].2004 －08 －31.

[5]譚浩強.C程序設計[M].北京:清華大學出版社，2000.