基于作战场景的箔条走廊信号衰减能力分析
吕明山，王 振
（海军大连舰艇学院信息系统系，辽宁 大连 116018）
摘 要： 面对箔条运动、多雷达威胁以及不同的攻击场景，箔条走廊的干扰效果往往呈现非均匀、动态的特性。构建了基于作战场景的箔条干扰走廊衰减能力分析模型，通过仿真，重点分析了箔条抛撒间隔、攻击速度、攻击滞后时间等对箔条走廊衰减能力的影响，并提出了箔条干扰走廊运用的一些建议。
关键词： 箔条走廊，扩散模型，作战效能，作战场景
0 引言
箔条走廊是航空兵对海、对岸突击时经常采用的电子对抗手段，其目的是使对方雷达系统无法获取箔条走廊中攻击飞机的任何信息。传统上认为只要在雷达分辨单元内的箔条RCS 大于攻击机的RCS，则箔条走廊对雷达的屏障作用是有效的。但随着MTI 等相参技术在雷达系统中的运用，箔条走廊的信号衰减任务成为另一个重要的考虑因素。
为了评估箔条走廊的作战效能，目前两种常用的评估方法有：一是压制系数方法［1-2］，即计算雷达接收箔条回波信号和经过箔条走廊衰减后的目标回波信号的比值。二是雷达最大距离法［3-4］，即利用雷达自身参数和经过箔条走廊衰减后的目标回波信号大小，计算雷达的最大作用距离的方法。上述文献把箔条走廊对电磁波的衰减能力作为干扰走廊效果评估的核心，但不足是缺乏对多基地雷达威胁、箔条运动模型以及作战场景的综合考虑，从而忽略箔条走廊干扰效果的非均匀和动态的特性。
1 箔条云电磁波衰减模型
箔条云对雷达电磁波的衰减是通过两次散射完成的：第1 次，当雷达入射波通过箔条云时，由于箔条云的散射使电磁波受到衰减，从而照射到目标的电磁波减弱；第2 次，目标反射的电磁波，再次进入箔条云，电磁波辐射功率进一步受到了衰减。假设P0 为衰减前的电磁波功率，P 为经衰减后的电磁波功率，如定义箔条云对电磁波的衰减系数A=P/P0，则A 可表示为［3］：
式中，n 为箔条云密度；x 为雷达电磁波穿过箔条走廊的厚度。
2 箔条走廊衰减能力分析
根据式（1）可知，箔条云对电磁波的衰减系数主要取决于箔条云密度和雷达电磁波穿过箔条走廊的厚度。在实际作战中，箔条走廊面临不同位置不同性能的多部雷达威胁、箔条运动以及不同的作战场景，因此，箔条云对电磁波的衰减能力将呈现一定的非均匀和动态的特性。根据箔条走廊战术以及箔条特性［5-8］，现作如下假设：
5）椭圆体形箔条云整体下降速度为V0m/s，该速度由布设高度、空气密度、气压等因素决定。
2）箔条抛撒机直线飞行，在ti时刻Hi高度投放箔条量为Ni根，ti时刻满足箔条布设间隔要求。
3）攻击机滞后抛撒机Td s 进入，在箔条走廊上方沿轴线飞行，飞行速度为Vgm/s，攻击距离Da；
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1）采用单箔条干扰走廊战术，进攻目标方向为R1，箔条走廊从A 到B 点，如图1 所示，箔条抛撒机飞行速度为Vpm/s，t0时刻开始抛撒。
6）水平扩散速度为VWm/s，上层箔条下降的速度Vu、下层箔条下降速度Vd。
2.1 箔条抛撒间隔
很多文献在仿真计算时都采用了等速投放箔条的假设，这有可能造成箔条的浪费或不足。一种合适的箔条走廊布撒策略是在径向即距离方向上，以分隔最小的雷达立体分辨单元的距离逐一投放箔条弹，这能够保证航路上每个雷达分辨单元都含有一个最初投放的初始箔条包。但是箔条抛撤飞机面临的是多部不同位置不同性能的雷达，因此，间隔的考虑必须进一步分析计算。
为了分析一般情况，以R1 为原点建立如图2 坐标系，分析该态势下箔条抛撒机相对雷达Ri的箔条抛撒间隔的要求。
图1 箔条走廊布设示意图
图2 箔条抛撒间隔需求示意图
此时此处箔条云的密度为：
图③：根据题意可知，实际参加反应的金属质量相等，根据“Al→Mg→Na→Fe→Zn（旅美哪能铁心）”得知，最终Mg粉比Zn粉产生的H2质量大（终点纵坐标Mg比Zn高），此处正确。再作x轴的垂线，交图像于两点，这两点的意义分别是：消耗等质量的稀盐酸，Zn粉、Mg粉与酸反应产生氢气的质量，根据“实际参加反应的酸的质量相等，则产生的H2质量相等”，垂线与Mg粉图像的交点应重合于垂线与Zn粉图像的交点，所以图像③错误。
与式（8）相同，为了便于分析，把某一段箔条云体认为是横截面为椭圆的柱体，如图3 所示。Ri 雷达电磁波从B 点穿入箔条云照射飞机，即A 点，因此，雷达电磁波穿过箔条云的厚度为AB。由图可见，其厚度是随着飞机位置的变化、箔条云体积的变化而变化的。即AB 长度是T 时刻箔条云高度HT，箔条云厚度hT、宽度WT 及γ，β 的函数。
雷达Ri相对于攻击机Pj的距离为：
通过ArcGIS软件中Reclassify工具(Spatial Analyst—Reclassify)，将2005年、2008年、2010年和2013年的土地利用数据的各地类归属到相应的土地利用类型中，经过处理的土地利用分类如图1所示。
通过分析可以看出，投放间隔EF 是雷达分辨单元ABCD 的函数，抛撒机相对雷达Ri箔条抛撒间隔可表示为：
式中，
，c 为电磁波传播速度；
为雷达Ri的脉冲宽度；Φi为雷达Ri的水平波束宽度。
当抛撒机同时面临n 部雷达时，其抛撒间隔可表是为：
如图1 所示，AB 段航路的抛撒间隔取决R1 雷达的性能参数以及位置，而BC 段航路的抛撒间隔，则需要共同考虑R1，Ri雷达性能参数以及位置。
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2.2 攻击机飞行至T 时刻时的箔条走廊密度
当攻击机飞行至T 时刻时，根据上述假设，可以得到该处抛撒机抛撒箔条的时刻ti和数量Ni：
宋代园林和明清时期园林在寻找象征与诗意方面呈现的是当时园林文化的自觉自为，园林艺术都呈现出一种独特的文化内涵。从园内的物质内容到精神功能，从园林的立意布局到园内景区的主题分配，从景物本身的表义内涵到景物之间的符号关系都有了深刻独到的见解和相应的表现原则。[2]这一切都是中国园林艺术的文化内涵之所在。
三是综合性实践，主要是培养学生对实践活动中出现的问题进行综合性思考，通过综合性实践，让学生在实践的过程中主动学习，通常通过社会调查、暑期社会实践、中期考核、毕业实习、毕业论文等形式开展实践。综合性实践的开展是作为检验学生阶段性课堂学习成果重要的体现方式，在实践中得到的经验与理论相结合并形成书面报告的形式能有效地培养学生独立思考和解决问题及逻辑判断和创新思维的能力。农林类院校旅游管理专业的综合性实践应时刻以农林建设为出发点，独立思考农林建设中的特征和现状问题，提出较为可行的操作方案。
根据假设，当箔条走廊形成后，其形体基本可看成是横截面为椭圆的锥体。为了便于分析，可把某一段认为是横截面为椭圆的柱体，因此，ti时刻抛撒形成的箔条云体积为：
式中，WT 表示T 时刻箔条云的宽度，hT 表示T 时刻箔条云的厚度，dT 表示T 时刻箔条云的长度，并分别表示为：
为了巩固学生对这个结论的认识与理解，继续追问：如果这条线往上或往下移一下（课件演示），这两个图形发生什么变化了？周长呢？
4）抛撒后在短时间形成横截面为椭圆的柱体箔条云，其主轴向是与抛撒飞机的航向平行，箔条云长度dim，宽度wim，在垂直面上的投影厚度him；具体尺寸要取决于箔条投放器的设计、类型、发射箔条飞机的气动力特性，以及飞机上的投放点位置。
根据箔条抛撒机的位置，雷达天线的俯仰角可表示为：
2.3 攻击机飞行至T 时刻时的雷达电磁波穿越走廊的厚度
箔条走廊径向相对于攻击机Pj与雷达Ri连线的夹角为：
图3 箔条云厚度示意图
根据椭圆特点及几何关系，可知：
根据上面公式，进一步得到电磁波穿过箔条走廊的厚度为：
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3 仿真分析
3.1 场景及参数设定
以图1 为基本态势，采用单干扰走廊战术；箔条抛撒机飞行速度为200 m/s，抛撒高度12 000 m，在径向方向上以分隔最小的雷达立体分辨单元的距离逐一投放箔条，数量为5 000 000 根；抛撒后箔条云初始宽度为10 m，厚度为2 m，整体下降速度为0.5 m/s，上层箔条云下降速度为0.3 m/s，下层箔条云下降速度为0.7 m/s，横向扩散速度为0.5 m/s；攻击飞机以不同的飞行速度、不同的滞后时间进入走廊，其武器有效作用距离为80 km。攻击航路上雷达的位置和参数如表1 所示。
表1 雷达位置与参数表
3.2 仿真输出
下页图4 表示随着箔条抛撒机接近攻击目标R1 时，其箔条抛撒间隔要求的变化情况。图5 表示当攻击机以不同飞行速度、不同滞后时间进入走廊条件下，不同距离下箔条走廊密度分布情况。图6表示当攻击机以不同飞行速度、不同滞后时间进入走廊条件下，不同距离下的R2 雷达电磁波穿过箔条走廊的长度情况；图7 表示当攻击机以不同飞行速度、不同滞后时间进入走廊条件下，不同距离下的箔条走廊对R2雷达的衰减系数变化情况。
文中CMAQ模式运行在专用服务器上，该服务器配置24个物理计算核心(开了超线程48个逻辑核心)，96GB内存，约6.3TB外挂硬盘容量，800多G的本地磁盘容量，安装CentOS Linux 6.5操作系统。编译器：PGI 11.9，MPI并行环境：mpich-3.2,主要的化学方案使用的是ros3第四代气溶胶模式，采用与WRF模式相同的嵌套方式，第二层网格覆盖区域为(经纬度)N35.18739——N54.2414438 E92.21869——E122.05652744。
图4 箔条抛撒间隔要求示意图
图5 箔条密度变化示意图
图6 相对雷达R2的厚度变化示意图
图7 相对雷达R2箔条衰减系数变化示意图
3.3 建议
1）对多基地雷达来讲，箔条布设间隔具有不同的要求。图5 的AB 段仅仅考虑对雷达R2的要求，随着箔条抛撒机与R1 雷达距离的接近，间隔要求越来越大；BC 段则同时考虑了R1、R2雷达的要求，不仅出现间隔要求的突然变小，而且随着与R1雷达距离的接近，间隔要求越来越小。
2）从整个作战过程来看，在抛撒量一定的前提下，箔条密度主要还是取决于箔条扩散特性和扩散时间。图5 中，攻击机延迟抛撒机900 s 以200 m/s 速度进入箔条走廊，箔条走廊的密度已基本趋于稳定。
3）在多基地雷达背景下，箔条走廊的宽度必须得到保证。随着攻击机接近攻击目标，对于在非箔条走廊径向上的雷达，其电磁波穿过箔条走廊的厚度是影响衰减效果的重要因素，图6 曲线递增和图7 曲线递减正好说明了上述现象。
4）攻击机的飞行速度往往比抛撒机更快，攻击机进入箔条走廊的延迟时间必须与攻击飞行速度、箔条走廊部署长度统一考虑。在图6、图7 中，攻击机延迟抛撒机300 s 以250 m/s 速度进入箔条走廊，当其距R1 雷达170 000 m 处时，无仿真数据出现，其原因是箔条走廊尚未布设完成；而攻击机延迟抛撒机900 s 以200 m/s 速度进入箔条走廊时，箔条走廊相对雷达R2的衰减能力已大大下降。
4 结论
在多部雷达、箔条运动以及不同作战场景下，干扰走廊的效能都是非均匀的、动态的。因此，匀速、等量的抛撒箔条并非是合理的布设方法。而相对箔条走廊长度，宽度更是需要重点考虑的一个战术问题，它不仅和攻击机队形有关，也与敌方雷达的布设位置、性能相关。另外，攻击机速度、滞后箔条抛撒机进入走廊的时机都是影响走廊效能的因素，在作战筹划时必须统一考虑分析。
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Analysis on the Attenuation Capability of the Chaff Jamming Corridor Based on Operation Scenario
LYU Ming-shan，WANG Zhen
（Dalian Naval Academy，Department of Information System，Dalian 116018，China）
Abstract： In face of multiple radars threat，chaff motion and different attack scenario，the jamming effect of the chaff corridor is always uneven and dynamic. An analysis model of the attenuation capability of the chaff corridor is put forward based on operation scenario and the impact factors such as the chaff casting intervals，the velocity of the attack plane，the delayed time are discussed by simulation. Some recommendations for the combat application of the chaff jamming corridor are proposed by simulation.
Key words： chaff corridor，motion model，combat efficiency，combat scenario
中图分类号： TJ01；E920.8
文献标识码： A
DOI： 10.3969/j.issn.1002-0640.2019.08.036
引用格式 ：吕明山，王振.基于作战场景的箔条走廊信号衰减能力分析［J］.火力与指挥控制，2019，44（8）：182-185.
文章编号： 1002-0640（2019）08-0182-04
收稿日期： 2018-03-16
修回日期： 2018-05-28
作者简介： 吕明山（1975- ），男，浙江嵊州人，博士，副教授。研究方向：电子对抗作战仿真与指挥控制。
Citation format： LYU M S，WANG Z.Analysis on the attenuation capability of the chaff jamming corridor based on operation scenario［J］.Fire Control&Command Control，2019，44（8）：182-185.
标签：箔条走廊论文; 扩散模型论文; 作战效能论文; 作战场景论文; 海军大连舰艇学院信息系统系论文;