基于主动防护系统的最佳拦截区域设计*

薛增全，郑 斌，李建伟，李学英

(中国兵器工业第203研究所，西安 710065)

0 引言

主动防护系统安装在装甲车辆上，由雷达、信息处理控制系统和多枚防护弹药组成[1]。通常多枚防护弹药沿坦克炮塔外沿周向布置，形成直至360°防护范围。系统开机后自动工作:首先探测识别来袭威胁弹药;接着信息处理得到拦截参数，选弹并实时装定起爆时间;然后以向上倾斜的射角适时发射防护弹药并起爆，在空间特定区域形成自上而下圆锥状扩散的定向破片流场拦截来袭弹药。通常一枚防护弹药负责一个防护区域。假设每枚防护弹药水平向防护区域张角为α，相临两枚防护弹药中心轴在水平面投影夹角为θ，为了减小系统的防护区域的盲区，这样邻近的防护区域就存在重叠，相邻两个防护区域的水平张角记为β，见图1。由于防护区域有重叠，这样来袭弹药可能穿过多枚防护弹药的拦截区域，那么究竟哪个区域拦截最佳呢?

1 最佳拦截区域设计原理

1.1 最佳拦截区域描述

图1 拦截区域示意

考虑防护范围重叠和来袭威胁弹药航迹，通常系统存在数发防护弹药形成的破片流场区域可与来袭弹药交会[2]。但在每个交会区域内破片流场与来袭弹药的交会概率和拦截效能有所不同，不妨将系统真正实施拦截的交会区域定义为拦截区域。最佳拦截区域就是从这些交会区域中优选出来的具有较高交会概率和较高拦截效能的拦截区域。通常，选择最佳防护弹药和增大交会时破片区域半径可提高交会概率，增大拦截区域破片密度可提高拦截效能。但实际工程中因总破片数量有限[2]，增大交会时破片区半径会使破片密度降低，导致命中来袭弹药破片数减少，引起拦截效能降低。因此，在系统其它参数一定的情况下，破片区域半径需要优选，以得到合理取值。所以，确定最佳拦截区域实质上就是优选防护弹药号和破片区半径。

1.2 防护弹药和破片半径选取模型

图2 来袭目标与防护弹药交会情况示意图

如图2示意了来袭目标与防护弹药交会的情况。图中O点为防护区域的几何中心，A1和A2为布置的2枚防护弹药，2枚防护弹药中心线水平投影分别为A1B1、A2B2，且两两夹角为θ;2枚防护弹药射角与水平面有一定夹角，射向分别为 A1C1、A2C2，防护弹药起爆点分别在各自射向线上，飞行距离由拦截参数解算确定的引信实时装定时间决定;面A1B1C1、A2B2C2分别定义为2枚防护弹药的破片中心面，防护弹药杀伤破片按各自破片中心面对称分布;P1、P2分别为来袭目标航迹与2个防护弹药破片中心面的交点。∠P1A1B1、∠P2A2B2分别为来袭威胁飞过2枚防护弹药破片中心面时对应的仰角，记为 γ1、γ2。D1、D2为破片流中心线分别通过 P1、P2的 2枚防护弹药起爆点，对应的防护弹药飞行距离分别记为 L1、L2，即图中 AD 长度。

当选定防护弹药时，破片区半径由防护弹药飞行距离和对应的仰角确定[3－4]。仿真表明:拦截点(破片与来袭弹药交会点)相对防护弹药的仰角相同的情况下，当防护弹药飞行距离变化，破片有效交会概率不同，如图3所示，P和P'为两个拦截点，相对防护弹药A的仰角相同，D和D'是两个拦截点分别对应的防护弹药起爆点，防护弹药飞行距离指从A点飞至起爆点的距离，则在两个飞行距离下起爆拦截，对应的有效交会概率不同。仿真进一步表明:同一个仰角下，对应一个距离范围，当防护弹药飞行距离在此范围内，拦截概率及拦截效能较高。表1为一组系统参数下经仿真计算得的仰角与对应的最佳飞行距离取值范围。

图3 仰角相同的两个拦截点对应的防护弹药起爆点

2 最佳拦截区域计算模型

依据上面分析，最佳拦截区域是由优选出的防护弹药和最佳飞行距离共同确定的。优选步骤可归纳为:

1)根据来袭弹药航迹预测信息，计算得出各发防护弹药对应的来袭威胁拦截点的仰角γ1、γ2、γ3(各拦截点交会概率不同)和防护弹药飞行距离m1、m2、m3。一般情况下，若来袭目标对装甲车辆构成威胁，可选防护弹药不超过3枚。

2)根据各发防护弹药对应的来袭目标拦截点仰角数据，查表1得到对应的最佳防护弹药飞行距离范围的端点值Lmin、Lmax。

3)用最佳飞行距离范围端点值与实际各枚防护弹药飞行距离m1、m2、m3比较，满足Lmin≤m≤Lmax所对应的防护弹药就是所选防护弹药，。

表1 仰角与飞行距离对应关系

4)若来袭目标航迹通过原点，或来袭目标航迹接近原点，这时计算得出的各枚防护弹药飞行距离很小。如图4的来袭目标方向1或2所示，这时选弹以方位角为准，方位角偏向那枚防护弹药即选该枚弹药。

图4 来袭目标与防护弹药交会特殊情况示意图

3 模型验证

为对上述最佳拦截区域设计方法进行验证，依据模型编写C语言[5]仿真计算。假定认为只要命中来袭弹药的破片数不小于3片，即是一次有效拦截。为了评判模型，定义以下几个参数作为评判依据，有效拦截次数M0为本次仿真中防护弹药的破片至少3个破片命中来袭弹药的次数;平均破片数M1为本次仿真中非零破片数总和的平均值。对于来袭弹药航迹，为了与战场环境相符，在仿真中给定航路与水平面的倾角，其它信息由程序自动生成，每次仿真的总次数即为N。仿真结果见表2。

从仿真结果可以看出，对于不同的来袭弹药航迹，应用文中方法得到的拦截区域，对来袭弹药具有较高的拦截率，证明该方法是可行的。

表2 仿真结果

4 结论

主动防护系统和来袭弹药存在多个交会区域，在不同交会区域进行拦截效能有很大差别，文中基于较高交会概率和拦截效能，提出了最佳拦截区域设计方法，并以此建立了拦截区域的选取模型。通过仿真计算表明，该方法和模型能够得出较好的拦截区域，可满足主动防护系统选弹和确定拦截参数需求。

[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]谭浩强.C程序设计[M].北京:清华大学出版社，2000.