固定陣地?zé)o源煙幕干擾裝備作戰(zhàn)配置計(jì)算研究

王亦之，王 斌，邵 立，趙祿達(dá)

(國(guó)防科技大學(xué)電子對(duì)抗學(xué)院，合肥 230000)

0 引言

無源煙幕干擾作為泛用性強(qiáng)、效費(fèi)比高的一種光電防護(hù)手段，能夠有效地對(duì)被保護(hù)目標(biāo)的可見光或中遠(yuǎn)紅外輻射特征進(jìn)行遮蔽。作為時(shí)效性較強(qiáng)的防御手段，無源煙幕干擾裝備為了確保其作戰(zhàn)使用效果，其部署通常需要提前進(jìn)行籌劃，或在臨機(jī)使用時(shí)需要快速?zèng)Q斷[1]。為了能夠科學(xué)合理地對(duì)其作戰(zhàn)配置進(jìn)行籌劃與決策，十分需要采用作戰(zhàn)計(jì)算的方法對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行定量分析。

目前，運(yùn)用現(xiàn)有的煙幕擴(kuò)散模型解決相關(guān)問題，已有一些較成熟的方法能夠滿足無源煙幕干擾裝備在部分作戰(zhàn)形式下的配置計(jì)算需求。如文獻(xiàn)[2]討論了防空陣地發(fā)煙裝備的部署優(yōu)化問題；文獻(xiàn)[3-4]對(duì)掩護(hù)艦船的發(fā)煙裝備數(shù)量需求進(jìn)行了一系列的計(jì)算；文獻(xiàn)[5-6]則對(duì)煙幕的投放、控制與修正進(jìn)行了深入的研究。其中：偏向于理論研究的文獻(xiàn)大都缺少系統(tǒng)的計(jì)算方法分析和明確的流程步驟，實(shí)際作戰(zhàn)運(yùn)用時(shí)較為不便；而研究煙幕干擾裝備在實(shí)際作戰(zhàn)中運(yùn)用的文獻(xiàn)則在研究其計(jì)算時(shí)，對(duì)于煙幕釋放的時(shí)效性要求較低，難以適應(yīng)目前信息戰(zhàn)爭(zhēng)不斷加快的節(jié)奏，無法滿足指揮機(jī)關(guān)或指揮員對(duì)其作戰(zhàn)決策與部署方面的需求。

因此，本文以固定陣地電子防護(hù)作戰(zhàn)為背景，在考慮其作戰(zhàn)形式特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合指揮機(jī)關(guān)對(duì)籌劃無源煙幕干擾裝備部署的要求，分析其作戰(zhàn)配置的計(jì)算需求，選擇時(shí)效性更強(qiáng)的煙幕計(jì)算模型，研究其計(jì)算的方法和流程，并具體闡述其求解過程。

1 無源煙幕干擾裝備作戰(zhàn)配置計(jì)算需求

利用無源煙幕干擾裝備掩護(hù)固定陣地，其主要任務(wù)是防止敵方光瞄設(shè)備或電視紅外末制導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)或識(shí)別我方陣地目標(biāo)。對(duì)無源煙幕干擾裝備作戰(zhàn)配置的計(jì)算需求，即通過計(jì)算獲得合理有效的配置位置和需求數(shù)量，使得煙幕能夠在敵來襲前對(duì)被保護(hù)目標(biāo)特征進(jìn)行完全遮蔽，如圖1所示。

圖1 無源煙幕干擾裝備作戰(zhàn)配置示意Fig.1 Schematic of passive smoke jamming equipment

對(duì)單個(gè)發(fā)煙器材的配置位置計(jì)算需求，即通過計(jì)算確定其與被保護(hù)目標(biāo)間的距離，使得施放的煙幕在到達(dá)目標(biāo)時(shí)能覆蓋其高度和寬度特征，并在有限的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)目標(biāo)長(zhǎng)度上的覆蓋。當(dāng)單個(gè)發(fā)煙器材不能完成對(duì)被保護(hù)目標(biāo)某一維度特征的遮蔽時(shí)，通常還需采取升高發(fā)煙源、橫向或縱向多點(diǎn)部署等方式完成干擾任務(wù)。對(duì)多個(gè)發(fā)煙器材而言，其配置位置的計(jì)算需求還應(yīng)包括發(fā)煙源的抬升高度、多個(gè)發(fā)煙器材的橫向間距或縱向間距等[7]。

對(duì)發(fā)煙器材數(shù)量的計(jì)算需求，一是要計(jì)算完成目標(biāo)遮蔽的需求數(shù)量，二是要計(jì)算在此基礎(chǔ)上，為達(dá)到煙幕遮蔽區(qū)域大于目標(biāo)區(qū)域3～5倍的要求而需增加的發(fā)煙器材數(shù)量。計(jì)算完成目標(biāo)遮蔽的需求數(shù)量，即計(jì)算需部署多少數(shù)量的發(fā)煙器材才能有效遮蔽目標(biāo)的長(zhǎng)寬高特征。不難看出，當(dāng)使用多個(gè)發(fā)煙器材掩護(hù)同一目標(biāo)時(shí)，其配置位置計(jì)算與完成目標(biāo)遮蔽的需求數(shù)量計(jì)算具有一定的關(guān)聯(lián)性，所以，計(jì)算時(shí)通常將配置位置和完成目標(biāo)遮蔽的需求數(shù)量作為一個(gè)整體問題加以考慮，得出結(jié)果后，再根據(jù)被保護(hù)目標(biāo)區(qū)域面積和遮蔽區(qū)域倍數(shù)要求，計(jì)算需增加的發(fā)煙器材數(shù)量。

2 計(jì)算方法、流程及步驟

為方便進(jìn)行分析、推導(dǎo)與計(jì)算，選擇合適的煙幕擴(kuò)散模型是十分必要的。通常對(duì)煙幕擴(kuò)散的描述采用較數(shù)值模式更為簡(jiǎn)單的解析解模式，其中發(fā)展較為成熟的高斯煙羽模型被認(rèn)為是此模式的代表。然而利用高斯煙羽模型進(jìn)行煙幕配置計(jì)算時(shí)，其主要的關(guān)注點(diǎn)還是在生成煙幕空間濃度方面，對(duì)施放的時(shí)間靈敏度和相關(guān)性都不高。但對(duì)固定陣地?zé)o源煙幕干擾而言，其裝備數(shù)量有限且對(duì)施放時(shí)間的要求較高。一方面，利用高斯煙羽模型可以對(duì)滿足其煙幕遮蔽質(zhì)量的發(fā)煙器材需求數(shù)量與配置位置得出較準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果，但顯然不能完全滿足與時(shí)間相關(guān)的配置計(jì)算需求[8]；另一方面，由于煙幕材料及遮蔽技術(shù)的不斷發(fā)展，目前單個(gè)發(fā)煙器材所產(chǎn)生煙幕的空間濃度已基本滿足對(duì)敵典型目標(biāo)的干擾要求[9]，這在關(guān)于煙幕彈制作的文獻(xiàn)和相關(guān)研究中均有所體現(xiàn)[10-11]。綜合以上兩方面條件，文獻(xiàn)[12]的煙幕干擾戰(zhàn)術(shù)計(jì)算模型更適用于固定陣地?zé)o源煙幕干擾裝備的作戰(zhàn)配置計(jì)算。

2.1 計(jì)算方法

與其他模型相比，煙幕干擾戰(zhàn)術(shù)計(jì)算模型使用更加方便快捷，且結(jié)果與實(shí)際作戰(zhàn)效果的偏差也在可接受的范圍內(nèi)，與在戰(zhàn)時(shí)指揮機(jī)關(guān)需要快速、準(zhǔn)確進(jìn)行決策的要求更為契合，煙幕干擾戰(zhàn)術(shù)計(jì)算模型如圖2所示。

圖2 煙幕干擾戰(zhàn)術(shù)計(jì)算模型Fig.2 Tactical calculation model of smoke jamming

根據(jù)其模型，煙幕總長(zhǎng)度L為

L=vT

(1)

式中:v為風(fēng)速；T為發(fā)煙器材的作用時(shí)間。

煙幕形成的地幅距離d為

d=vT1

(2)

式中,T1為煙幕形成一定高度的時(shí)間。

煙幕有效長(zhǎng)度l為

l=L-d=v(T-T1)。

(3)

煙幕高度h為

(4)

煙幕寬度w為

(5)

煙幕干擾戰(zhàn)術(shù)計(jì)算模型描述了當(dāng)煙幕順風(fēng)施放時(shí)，其成煙的長(zhǎng)度、寬度及高度隨時(shí)間變化的情況。采用無源煙幕干擾裝備掩護(hù)固定陣地時(shí)，一般選擇多點(diǎn)順風(fēng)平行配置發(fā)煙點(diǎn)，而多點(diǎn)施放煙幕本質(zhì)上是單點(diǎn)施放煙幕的空間幾何疊加。

2.2 計(jì)算流程

其作戰(zhàn)配置計(jì)算，首先需要確定發(fā)煙器材與被保護(hù)目標(biāo)間的最小距離，即煙幕達(dá)到遮蔽高度要求時(shí)的地幅距離，可通過煙幕高度和形成的地幅距離兩者與時(shí)間的關(guān)系計(jì)算得出。若在發(fā)現(xiàn)敵目標(biāo)直至其來襲前的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)，施放的煙幕都不能完成對(duì)被保護(hù)目標(biāo)高度上的遮蔽，則要完成掩護(hù)任務(wù)，需要考慮升高發(fā)煙源。在升高發(fā)煙源后，為防止敵方通過側(cè)視發(fā)現(xiàn)識(shí)別目標(biāo)，還需對(duì)升高后產(chǎn)生的煙幕空隙進(jìn)行遮蔽，即相當(dāng)于將被保護(hù)目標(biāo)在其高度上進(jìn)行分解，此時(shí)發(fā)煙器材的數(shù)量需求與布設(shè)難度將顯著增加。所以，一般在條件允許的情況下，為取得較好的作戰(zhàn)費(fèi)效比，使用無源煙幕干擾裝備掩護(hù)固定陣地時(shí)會(huì)盡可能地避免升高發(fā)煙源。

根據(jù)模型，可計(jì)算不同時(shí)間的煙幕施放寬度。由于模型中煙幕的有效遮蔽面積近似于梯形，且固定陣地需掩護(hù)的目標(biāo)均可被視作較規(guī)則的矩形或圓形，所以，通過有效遮蔽起始時(shí)間得出的煙幕遮蔽寬度與被保護(hù)目標(biāo)寬度做比較，即可得到其寬度上需求的發(fā)煙器材數(shù)量及配置的位置和間距。之后，可以通過煙幕達(dá)到有效遮蔽高度的時(shí)間與來襲目標(biāo)進(jìn)入其瞄準(zhǔn)或?qū)さ姆秶臅r(shí)間計(jì)算產(chǎn)生的煙幕長(zhǎng)度，即煙幕的有效遮蔽長(zhǎng)度，并判斷其是否能夠完成掩護(hù)任務(wù)。若不能完成，則可根據(jù)其煙幕有效遮蔽長(zhǎng)度和被保護(hù)目標(biāo)長(zhǎng)度確定完成目標(biāo)長(zhǎng)度特征遮蔽的最小數(shù)量以及縱深配置時(shí)的發(fā)煙器材最小間距。

再根據(jù)掩護(hù)目標(biāo)煙幕的長(zhǎng)度、寬度及高度，確定其煙幕遮蔽面積。通常在作戰(zhàn)中使用煙幕，其遮蔽面積需要達(dá)到被保護(hù)目標(biāo)面積的3～5倍，可通過煙幕掩護(hù)的需求面積和煙幕遮蔽面積計(jì)算是否需要增加發(fā)煙器材數(shù)量。

最后將新增發(fā)煙器材根據(jù)實(shí)際地形特點(diǎn)按照煙幕配置的原則要求進(jìn)行布設(shè)，即可得出固定陣地?zé)o源煙幕干擾裝備的初步配置，其流程如圖3所示。

圖3 煙幕干擾裝備作戰(zhàn)配置計(jì)算流程Fig.3 Calculation process of operational configuration ofsmoke jamming equipment

2.3 計(jì)算步驟

固定陣地?zé)o源煙幕干擾裝備作戰(zhàn)配置計(jì)算的具體步驟如下所述。

1) 計(jì)算煙幕能夠有效遮蔽目標(biāo)高度的時(shí)間t1,即

(6)

式中：z為被保護(hù)目標(biāo)的高度，由于有效掩護(hù)目標(biāo)時(shí)所需要的煙幕遮蔽高度應(yīng)不小于目標(biāo)高度，z同時(shí)也是煙幕的有效遮蔽高度h；v1為煙幕的擴(kuò)散速度，約等同于風(fēng)速。

2) 計(jì)算自發(fā)現(xiàn)敵方目標(biāo)直至其來襲前的反應(yīng)時(shí)間t，即

(7)

式中：s為對(duì)敵目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)距離；r為來襲目標(biāo)瞄準(zhǔn)或?qū)さ姆秶?；v2為來襲目標(biāo)的飛行速度。若不能夠在反應(yīng)時(shí)間t內(nèi)完成對(duì)被保護(hù)目標(biāo)長(zhǎng)寬高特征上的有效遮蔽，則有可能被敵來襲目標(biāo)識(shí)別發(fā)現(xiàn)，致使掩護(hù)任務(wù)失敗。

3) 比較t1與t的大小,若t1>t，則在發(fā)現(xiàn)敵目標(biāo)直至其來襲前的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)，與被保護(hù)目標(biāo)在同一水平面上施放的煙幕不能完成對(duì)其高度的有效遮蔽。若要完成掩護(hù)任務(wù)，需要利用地形或使用支架、設(shè)備平臺(tái)等手段升高發(fā)煙源。此時(shí)視作把原目標(biāo)在高度上分解為多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行掩護(hù)，并將新目標(biāo)分別返回1)重新進(jìn)行計(jì)算。

4) 計(jì)算發(fā)煙器材與被保護(hù)目標(biāo)最小距離dmin，即

dmin=v1t1。

(8)

通過式(8)可計(jì)算出煙幕在達(dá)到有效遮蔽高度時(shí)的煙云長(zhǎng)度，則當(dāng)發(fā)煙源與被保護(hù)目標(biāo)距離大于這一長(zhǎng)度時(shí)，施放的煙幕就可以對(duì)被保護(hù)目標(biāo)高度上的特征進(jìn)行完全遮蔽，dmin即為發(fā)煙源與被保護(hù)目標(biāo)的最小距離。因考慮實(shí)際作戰(zhàn)使用時(shí)的時(shí)效性要求，配置發(fā)煙器材時(shí)基本采用最小距離進(jìn)行布設(shè)，如實(shí)際條件不允許在最小距離上布設(shè)時(shí)，發(fā)煙器材與被保護(hù)目標(biāo)間的距離應(yīng)不大于d。

5) 計(jì)算滿足掩護(hù)被保護(hù)目標(biāo)寬度特征的發(fā)煙器材數(shù)量需求Nw，即

(9)

式中：「?表示向下取整；y為被保護(hù)目標(biāo)寬度；w1為單個(gè)發(fā)煙器材達(dá)到有效遮蔽高度時(shí)的煙幕寬度，w1=2h。由于在模型中，煙幕的有效遮蔽面積近似梯形，且固定陣地需掩護(hù)目標(biāo)均可被視作較規(guī)則的矩形或圓形，則Nw即是在寬度方向上滿足遮蔽要求的最少發(fā)煙器材需求數(shù)量，此時(shí)發(fā)煙器材在寬度方向上配置的間距dw=w1。

6) 計(jì)算煙幕有效長(zhǎng)度l，即

l=v1(t-t1)。

(10)

7) 計(jì)算發(fā)煙器材對(duì)目標(biāo)的有效遮蔽煙幕的邊緣寬度w′，即來襲目標(biāo)進(jìn)入其瞄準(zhǔn)或?qū)さ姆秶鷷r(shí)發(fā)煙器材產(chǎn)生的煙幕寬度為

(11)

8) 計(jì)算發(fā)煙器材施放煙幕面積S，即

(12)

9) 計(jì)算掩護(hù)各目標(biāo)煙幕的最小面積需求S′，即

S′=n·x·y

(13)

式中:n為煙幕掩護(hù)面積與被保護(hù)目標(biāo)面積的倍數(shù)要求；x，y分別為被保護(hù)目標(biāo)的長(zhǎng)度、寬度。若S′>S，則需要增加發(fā)煙器材，且新增發(fā)煙器材應(yīng)按照避免使被保護(hù)目標(biāo)處于煙幕中心、避免煙幕遮蔽區(qū)域出現(xiàn)較大空隙、盡量覆蓋偏移指示目標(biāo)或其他次要保護(hù)目標(biāo)的要求進(jìn)行配置。

3 實(shí)例分析

3.1 算例數(shù)據(jù)

假定某固定陣地的主要保護(hù)目標(biāo)區(qū)域經(jīng)簡(jiǎn)化后如圖4所示。

圖4 某固定陣地示意圖Fig.4 Schematic diagram of a fixed position

設(shè)其計(jì)算所需的參數(shù)如表1所示。

表1 布設(shè)計(jì)算基本參數(shù)Table 1 Parameters for configuration calculation

3.2 配置計(jì)算

圖5 無源煙幕干擾裝備配置示意圖Fig.5 Schematic diagram of passive smoke jamming equipment configuration

4 結(jié)束語

本文以固定陣地電子防護(hù)作戰(zhàn)為背景，從無源煙幕干擾裝備的運(yùn)用要求入手，根據(jù)對(duì)其作戰(zhàn)配置計(jì)算的需求，為著重突出時(shí)間對(duì)形成煙幕體積的影響，選取了煙幕干擾戰(zhàn)術(shù)計(jì)算模型作為配置計(jì)算的依據(jù)，并通過對(duì)模型的使用方法分析，闡述了其求解的詳細(xì)過程。利用此計(jì)算方法，指揮員即能夠快捷簡(jiǎn)便地計(jì)算煙幕掩護(hù)目標(biāo)的正面寬度、縱深長(zhǎng)度以及需求數(shù)量和配置位置，確保其合理進(jìn)行決策或迅速完成部署，更好地發(fā)揮無源煙幕干擾裝備的作戰(zhàn)效果。