目标特性课件

第2章目标特性1233２.１地面目标的主要特征２.２空中目标的主要特征２.３水面与水中目标的主要特征返回第2章目标特性1233２.１地面目标的主要特征２.２2.1地面目标的主要特征2.1.1坦克的主要特征坦克是现代陆上作战的主要武器,有“陆战之王”的美称,坦克是装有大威力火炮,具有高度越野机动性和装甲防护力的履带式装甲战斗车辆,主要用于同敌方坦克和其他装甲车辆作战,也可以压制和摧毁反坦克武器、野战工事,歼灭敌方有生力量。坦克是现代陆上作战的主要武器,有“陆战之王”的美称,坦克是装有大威力火炮,具有高度越野机动性和装甲防护力的履带式装甲战斗车辆,主要用于同敌方坦克和其他装甲车辆作战,也可以压制和摧毁反坦克武器、野战工事,歼灭敌方有生力量。下一页返回2.1地面目标的主要特征2.1.1坦克的主要特征下一页返2.1地面目标的主要特征具有代表性的坦克型号有苏联/俄罗斯的T-72、T-80、T-90,美国的M1A1、M1A2,英国的“挑战者1”、“挑战者2”,法国的“勒克莱尔”AMX-56,德国的“豹2”,日本的90式,中国的99式等。典型坦克的特性及技术参数见表2-1。展望未来,坦克仍然是未来地面作战的重要突击兵器,许多国家正依据各自的作战思想,积极地利用现代科学技术的最新成就,发展21世纪初使用的新型主战坦克。坦克的总体结构可能有突破性的变化,出现如外置火炮式、无人炮塔式等布置形式。火炮口径有进一步增大趋势,火控系统将更加先进、完善;动力传动装置的功率密度将进一步提高;各种主动与被动防护技术、光电对抗技术以及战场信息自动管理技术,将逐步在坦克上推广应用。各国在研制中,十分重视坦克无人化,减轻质量,减小形体尺寸,控制费用增长。可以预料,新型主战坦克的摧毁力、生存力和适应性将有较大幅度的提高。这也是坦克未来的发展方向。上一页下一页返回2.1地面目标的主要特征具有代表性的坦克型号有苏联/俄罗斯2.1地面目标的主要特征由于其在大气中传输时,存在一定的大气窗口,红外线在大气中传播时,大气对某些波长的红外线产生强烈的吸收,使传播的能量受到损失,而对另外一些波长的红外谱线则吸收较少,透射率较高。大气对红外线吸收比较少的波段,也就是透射率比较高的波段,被形象地称为“大气窗口”。几乎一切与大气有关的光学设备只能去适应这些窗口。大气的红外透射曲线如图2-1所示。坦克车在行驶过程中,对地面的冲击以及声波对地面的激励,对于非刚体的地球介质,第2章目标特性这种激励将引起地球介质的变形。变形在地球介质中的传播即形成地震波。通常把坦克车辆作为激励源,采用地震动传感器在一定距离内进行探测,获得的信号分析后可知,信号主频率在100Hz以下。其运动过程中产生的地震动信号如图2-2所示。采用高灵敏度的电磁式地震动传感器,能很好地探测坦克的接近距离。通过信号时域、频域的分析,能分辨出坦克的类型及行驶速度等特征。上一页下一页返回2.1地面目标的主要特征由于其在大气中传输时,存在一定的大2.1地面目标的主要特征2.1.2车辆的主要特征车辆分军用车辆和民用车辆,军用车辆主要指步兵战车,它是供步兵机动作战时使用的装甲战斗车辆,分为履带式和轮式两种。民用车辆主要指小汽车和货车两大类,主要以轮式车辆为主。装甲人员输送车具有高度的机动性和一定的防护能力,主要用于战场上输送步兵,也可协助车载武器进行战斗。多数装甲人员输送车的战斗部全重为6~16t,乘员2~3人,载员8~13人,履带式装甲人员输送车陆上最大时速为55~70km,最大行程为300~500km,轮式装甲人员输送车陆上最大时速可达100km,最大行程可达1000km。各国步兵战车性能见表2-2。上一页下一页返回2.1地面目标的主要特征2.1.2车辆的主要特征上一页下2.1地面目标的主要特征车辆的特性和特征与坦克的基本类似,不同的是,轮式车辆的主频偏低,一般在13~40Hz,而发动机的噪声无论是通过空气传播还是地震动传播,幅值偏小,定位距离偏短,其运动过程中产生的地震动信号如图2-3所示。2.1.3人员的主要特征地面人员的运动也可以通过地震动传感器进行探测,其脚步信号如图2-4所示。由图可知,在人员逐渐接近探测器时信号幅值逐渐增大,由于脚步信号一般不超过6步/s,主频一般小于6Hz,成排或成连的士兵通过时,产生的频谱是低于20Hz的噪声,通过频域分析或小波分析能很好地区别出人和车的通过情况。上一页返回2.1地面目标的主要特征车辆的特性和特征与坦克的基本类似,2.2空中目标的主要特征2.2.1背景辐射现代战争中,主要对付的空中目标有三类,即固定翼飞机(如隐形飞机)、武装直升机和精确制导弹药(如巡航导弹)。由于三类目标属于有源飞行器,红外特性非常明显,采用红外探测系统能很好地识别和区分。除红外探测系统外,目前还使用毫米波探测系统、声探测系统等。为了更好地了解目标的特性,首先将三类目标的背景辐射叙述如下。1.导弹类导弹或火箭能以多种形式作为红外辐射源,如火箭或空气喷气发动机的喷口、喷气流、气动加热的飞行器表面再入大气层时烧蚀形成的尾迹及冲击波层内的热空气等,均可成为强的辐射源。这些类型的辐射源随飞行的方式、阶段、探测的波段与方向的不同而改变其重要性。下一页返回2.2空中目标的主要特征2.2.1背景辐射下一页返回2.2空中目标的主要特征2.飞机和直升机飞机是目前对空战术导弹的主要攻击目标。喷气式飞机有四种红外辐射源:作为发动机燃烧室的热金属空腔、排出的热燃气、飞机壳体表面的自身辐射和飞机表面反射的环境辐射(包括阳光、大气与地球的辐射)。(1)喷口辐射在研究以2.7μm和4.3μm为中心的两个波段的辐射时,对马赫数小于2~2.5的飞机,其主要的红外源是燃烧室的热金属空腔辐射(或简称喷口辐射)及喷气流辐射。图2-5所示为一涡轮喷气式发动机原理图。它由压缩机、燃烧室、涡轮、尾喷管等组成。上一页下一页返回2.2空中目标的主要特征2.飞机和直升机上一页下一页返回2.2空中目标的主要特征喷气流的辐射对从目标飞机的侧向和前半球攻击的红外导弹来说,是极重要的红外源。测量和计算表明,喷气流辐射在与喷流轴线垂直的正侧向为最大。由于飞机机体的遮挡作用,它在飞机前半球内的角分布,要比余弦定律描述的衰减得快,尤其是当角(飞行方向与喷气流的正侧向之间的夹角)大于60°时,则衰减得更快。1)天空背景天空背景可分为晴空和有云两种情况。在晴空条件下,天空向下的辐射主要由两部分组成,即天空中的气体分子及气溶胶粒子对太阳的散射和大气分子的辐射;在有云的条件下,要考虑云对阳光的散射和云本身的辐射。上一页下一页返回2.2空中目标的主要特征喷气流的辐射对从目标飞机的侧向和前2.2空中目标的主要特征试验和理论计算表明,对阳光的散射和大气的辐射在光谱分布上是有差别的。对阳光的散射主要分布在波长小于3μm的范围内;而大气辐射由于大气本身温度较低,其有效温度在200~300K,因之在小于4μm的波长范围内的辐射量很小。天空辐射可以认为是上述两种辐射的叠加。这种辐射在3~4μm波段内出现极小值,在3μm以下的短波部分以散射为主,而在4μm以上以大气辐射为主。大气分子和气溶胶粒子对阳光的散射,均随波长而变。不管是瑞利(Rayleigh)散射区或是米(Mie)散射区,散射效率因素均随波长的增大而降低。在做粗略估算时,把太阳看作一个温度近似为6000K的黑体,并假设入射到大气层上的阳光,被大气层均匀地向各个方向散射。大气外层与阳光垂直的面上的辐照度E为上一页下一页返回2.2空中目标的主要特征试验和理论计算表明,对阳光的散射和2.2空中目标的主要特征在地平方向,晴空时大气分子辐射可近似地用一个T=300K的黑体辐射来代表。因而理想化的天空辐射可用阳光散射的天空亮度与大气辐射的亮度叠加而成。①阳光散射。在晴空条件下,散射形成的天空亮度具有以下一些特点。a.在散射区,光谱曲线并不是理想化的黑体曲线,而是具有一系列的波带状结构。这是由以0.94μm、1.1μm、1.4μm、1.9μm、2.7μm为中心的水汽的强吸收带形成的。上一页下一页返回2.2空中目标的主要特征上一页下一页返回2.2空中目标的主要特征b.散射的亮度随观测的仰角而变化(图2-6),这是因为和水平面构成的仰角增加时,光线路径减小,散射阳光的大气分子数也随之减少,因之散射的亮度减小。需要注意,图中短波区的光谱辐射亮度值应为图中坐标所得值乘以10。c.天空的散射亮度也随阳光的高低角而变。图2-7即为不同阳光高低角时天顶高度的光谱分布。图中曲线A的值应为纵坐标值的10倍。大气的辐射受气象条件的影响很大,云团的遮盖对大气的辐射有着重要的影响。在晴朗天空的条件下,大气温度对大气辐射亮度有着明显的影响。图2-8所示是天顶的辐射亮度与温度的关系曲线。可以把晴空大气辐射粗略地看成黑体辐射,因而温度也就成了决定性的因素。由于在8~13μm内大气分子的吸收率很低,因而在这个波段内出现了谷地区域。图中虚线是相应温度的黑体辐射亮度曲线。图中较高温度的曲线是在海拔1830m的山顶上测得的,较低温度曲线是在海拔4300m的山顶上测得的。上一页下一页返回2.2空中目标的主要特征b.散射的亮度随观测的仰角而变化2.2空中目标的主要特征观测线的仰角对天空光谱辐射亮度也像散射一样有重要影响。图2-9是夜间晴空光谱辐射亮度与观测仰角的关系曲线。图中波长6.3μm处的H2O吸收带和15μm处的CO2吸收带,它们的分子吸收系数很大,因而即使仰角为90°时,发射率也已近似于1了,从而使该波长处的各种观测角的曲线均已接近于黑体的曲线。对分散的云团,云团下测量到的辐射可把云团看作为近似黑体的辐射及云团晴面大气(通常温度比云团温度高)的波带状结构的组合。图2-10所示为白天典型地面物质的光谱辐射亮度。此曲线可理解为-10℃的云作为黑体辐射和在云团下的大气(+10℃)的辐射的组合。上一页下一页返回2.2空中目标的主要特征观测线的仰角对天空光谱辐射亮度也像2.2空中目标的主要特征2)地面背景与形成天空背景辐射的机理相似,地面背景辐射由两种机理产生:一是反射的阳光辐射,其中包括天空散射的阳光辐射,这部分辐射主要在近红外区,即小于3μm的区域;二是地球本身的辐射,它的辐射主要在4μm以上的区域。正如天空辐射一样,在3~4μm出现了地面背景辐射的最小值,如图2-10所示。2.2.2空中目标及特性1.固定翼飞机固定翼飞机包括战斗机、攻击机、轰炸机、运输机、无人驾驶军用飞机、隐形战斗机、空中加油机、预警机、空中侦察机等,国际某些飞机的主要性能见表2-3。上一页下一页返回2.2空中目标的主要特征2)地面背景上一页下一页返回2.2空中目标的主要特征2.武装直升机武装直升机是近期发展较快的空中目标,它的主要优点是机动性和防护能力都较强,起降场地要求低,战场运用能力强,因而被广泛使用于反坦克作战以及空中支援、反舰反潜、侦察、运输、指挥通信,尤其对地面步兵及重要设施有巨大的威慑力。国际几种武装直升机的主要性能见表2-4。3.精确制导弹药现代战场上大量涌现的各类精确制导弹药,主要包括各类导弹、精确制导炸弹和末制导炮弹等。其中尤以导弹种类繁多,应用广泛,发射平台多样,是来自空中的主要威胁。地面防空反导系统重点要对付的是空地导弹、巡航导弹、反辐射导弹和战术地地导弹等目标。这些导弹的速度和飞机差不多(巡航导弹较小),雷达反射面积较小,飞行高度也比较低,飞行中空气噪声小,因此反导比反机有更大的难度。国际几种巡航导弹的性能见表2-5。上一页返回2.2空中目标的主要特征2.武装直升机上一页返回目标特性课件2.3水面与水中目标的主要特征21世纪是海洋的世纪,海洋地位的提升,使海军的作用更加重要。现代高科技飞速的发展,给海军舰船装备带来了日新月异的变化。作为矛与盾的另一方,水中武器技术也得到了飞速发展。下面分别描述其主要特性与特征。2.3.1潜艇潜艇在第一次世界大战中登上海战的舞台后,其灵活机动的作战能力可以使一艘艘巨大的水面舰船沉入海底。在第二次世界大战中,交战双方的潜艇共击沉300余艘大、中型水面舰船和5000余艘运输船只,使人们对潜艇有了新的认识。下一页返回2.3水面与水中目标的主要特征21世纪是海洋的世纪,海洋地2.3水面与水中目标的主要特征现代潜艇具有隐蔽性好、突击威力强、水下续航力大和自给力强等特点。潜艇按照其动力装备的不同,可分为常规动力潜艇和核动力潜艇;按照所装备武器的不同,可分为鱼雷潜艇和导弹潜艇;按照担负任务的不同,可分为攻击潜艇和弹道导弹潜艇。国际典型潜艇及参数见表2-6。1.流噪声由于海水是一种黏性流体,当这种流体流经壳体表面时,便形成一种边界层,边界层中的流速从壳体表面的零值可增加到约为潜艇航行的速度。这种边界层在舰首部非常薄,但发展到尾部时,其厚度已达几十厘米。边界层在首部时形成层流,层流是规则而安静的。离首部较远处,边界层渐渐形成小涡流,开始出现不稳定性,并慢慢地变为湍流。湍流边界层的速度脉动会直接辐射出去,其辐射功率随潜艇航速的变化而变化。这是宽带噪声,是潜艇高速航行时的主要噪声源。上一页下一页返回2.3水面与水中目标的主要特征现代潜艇具有隐蔽性好、突击威2.3水面与水中目标的主要特征2.弯曲噪声在壳体与流体界面上传播的一些机械波是流体诱发的次噪声源,传统上把它们分为弯曲波(即亚声速机械波)、切变和纵向波(即超声速机械波)。弯曲波会产生径向大位移,与水有相当的耦合,但其位移速度比水下声速慢,因此不发声,是一种伪声。切变和纵向波只产生小径向位移,与水不太耦合,其位移速度比水下声速快,然而与水的耦合的特性限制了它们的有效辐射。显然,弯曲波在完全空的无限长的圆柱体中是不传播的,但在装有各种机械设备和武器等具有结构复杂的潜艇中,弯曲波是传播的。3.尾流噪声上一页下一页返回2.3水面与水中目标的主要特征2.弯曲噪声上一页下一页返2.3水面与水中目标的主要特征流体诱发的另一种噪声是潜艇尾流产生的噪声,这种噪声不仅与壳体表面的边界层有关,而且与大涡流结构有关。大涡流结构是在壳体周围的流体流过附件或者几何不连续体时产生的,大涡流之类的流体扰动形成尾流,尾流在螺旋桨叶片上引起的速度扰动产生起落扰动,桨叶随之产生推力和扭转力的扰动。这些扰动由桨轴输送到潜艇的耐压壳体上,形成了新的低频噪声源,由螺旋桨本身和艇壳体辐射,其频率数与尾流的谐波含量有关。4.空腔噪声湍流边界层流过一个空腔时(如压载水舱孔),产生交变或涡流。在发生空腔共振时,产生辐射噪声和自噪声。熟悉噪声源是开展潜艇探测和识别的第一步。2.3.2鱼雷上一页下一页返回2.3水面与水中目标的主要特征流体诱发的另一种噪声是潜艇尾2.3水面与水中目标的主要特征鱼雷是一种自主推进、自动控制、按预定设计弹道搜索、自动导向、攻击敌舰艇的水中航行体。鱼雷按其雷体直径可分为大型鱼雷(533~555mm)、中型鱼雷(400~482mm)和小型鱼雷(254~324mm),也有超重型的和超轻型的,但为数不多,20世纪90年代还出现了微型鱼雷(鱼雷直径大约为140mm);鱼雷按动力可分为电动力鱼雷(其动力主要是电机、电池)和热动力鱼雷(其主机有摆盘发动机、旋转发动机、涡轮发动机等,燃料有煤油、过氧化氢等);按制导方式可分为直航鱼雷、自导鱼雷、线导鱼雷和复合制导鱼雷;按携带平台可分为管装鱼雷、空投鱼雷和火箭助飞鱼雷。国际上几种鱼雷的主要性能及战技指标见表2-7。2.3.3舰船目前,各军事强国主要发展的舰船有航空母舰、驱逐舰、护卫舰等,国际几种舰船主要性能见表2-8。上一页下一页返回2.3水面与水中目标的主要特征鱼雷是一种自主推进、自动控制2.3水面与水中目标的主要特征1.尾流尾流在舰船水声对抗中起着一定的作用。尾流指的是舰船体及螺旋桨在航行时所引起的泡沫区域,也称为航迹。“尾流”可以比舰体长许多倍,当舰体航速增加时,尾流中泡沫密度将会增加。首先,尾流对声波的散射与吸收将影响水声设备的工作;其次,也可以利用它来探测舰船的航迹。2.噪声舰船和鱼雷的噪声通常包含两部分内容:一是舰船和鱼雷的自噪声,二是舰船和鱼雷的辐射噪声。舰船和鱼雷的自噪声会影响舰船和鱼雷的水声探测性能,舰船和鱼雷的辐射噪声是在被动检测面前暴露自己的重要因素。从作战角度来讲,应该使舰船和鱼雷自噪声和辐射噪声得到控制,以便使舰船和鱼雷自身的水声探测器材更好地发挥效用且减少自己在被动检测面前的暴露机会。上一页下一页返回2.3水面与水中目标的主要特征1.尾流上一页下一页返回2.3水面与水中目标的主要特征舰船和鱼雷噪声的研究与控制是长期以来普遍重视的课题。在舰船和鱼雷噪声的实际研究与控制过程中,最关心的是方法、途径、效果。由于作战需求不同,配载的水声装备不同,舰船和鱼雷的噪声略有不同,在舰船和鱼雷的噪声的实际研究与控制中也允许采用不同的方法、途径,但不管用什么方法和途径,都应该使舰船和鱼雷的噪声指标要求满足基本的使用要求。舰船和鱼雷的噪声特性应该符合统计规律。因此,在测量研究中应该用科学、合理的办法,在舰船和鱼雷的工作状态不稳定的情况下,少量的测量研究数据不足以说明噪声的统计规律。降低舰船和鱼雷辐射噪声的措施可根据不同的需要而选取,如选取抑制噪声源、切断噪声的传播途径及限制噪声的辐射等。尽管舰船和鱼雷的降噪措施不断完善,但由于舰船和鱼雷都是金属壳体所制,并且都要依赖于螺旋桨推进,所以舰船和鱼雷的线谱辐射是难以避免的,这就为探测提供了条件,这也是发展被动声呐的理由,同时,也给被动声呐的发展提出了更严和更高的要求。上一页返回2.3水面与水中目标的主要特征舰船和鱼雷噪声的研究与控制是表2-1典型坦克的特性及技术参数返回表2-1典型坦克的特性及技术参数返回图2-1大气红外透射曲线返回图2-1大气红外透射曲线返回图2-2某坦克运动过程中产生的地震动信号返回图2-2某坦克运动过程中产生的地震动信号返回表2-2各国步兵战车性能返回表2-2各国步兵战车性能返回图2-3某轮式车辆运动过程中产生的地震动信号返回图2-3某轮式车辆运动过程中产生的地震动信号返回图2-4人员脚步信号返回图2-4人员脚步信号返回图2-5涡轮喷气式发动机原理图返回图2-5涡轮喷气式发动机原理图返回图2-6晴空时不同仰角的返回图2-6晴空时不同仰角的返回目标特性课件图2-7不同阳光高低角时返回图2-7不同阳光高低角时返回图2-8天顶的辐射亮度与返回图2-8天顶的辐射亮度与返回图2-9夜间晴空光谱辐射亮度与观测返回图2-9夜间晴空光谱辐射亮度与观测返回图2-10白天典型地面物质的光谱辐射亮度返回图2-10白天典型地面物质的光谱辐射亮度返回表2-3国际某些飞机的主要性能返回表2-3国际某些飞机的主要性能返回表2-4国际几种武装直升机的主要性能返回表2-4国际几种武装直升机的主要性能返回表2-4国际几种武装直升机的主要性能返回表2-4国际几种武装直升机的主要性能返回表2-5国际几种巡航导弹的性能返回表2-5国际几种巡航导弹的性能返回表2-6国际典型潜艇及参数返回表2-6国际典型潜艇及参数返回表2-7国际上几种鱼雷的主要性能及战技指标返回表2-7国际上几种鱼雷的主要性能及战技指标返回目标特性课件表2-8国际几种舰船主要性能返回表2-8国际几种舰船主要性能返回谢谢观赏谢谢观赏第2章目标特性1233２.１地面目标的主要特征２.２空中目标的主要特征２.３水面与水中目标的主要特征返回第2章目标特性1233２.１地面目标的主要特征２.２2.1地面目标的主要特征2.1.1坦克的主要特征坦克是现代陆上作战的主要武器,有“陆战之王”的美称,坦克是装有大威力火炮,具有高度越野机动性和装甲防护力的履带式装甲战斗车辆,主要用于同敌方坦克和其他装甲车辆作战,也可以压制和摧毁反坦克武器、野战工事,歼灭敌方有生力量。坦克是现代陆上作战的主要武器,有“陆战之王”的美称,坦克是装有大威力火炮,具有高度越野机动性和装甲防护力的履带式装甲战斗车辆,主要用于同敌方坦克和其他装甲车辆作战,也可以压制和摧毁反坦克武器、野战工事,歼灭敌方有生力量。下一页返回2.1地面目标的主要特征2.1.1坦克的主要特征下一页返2.1地面目标的主要特征具有代表性的坦克型号有苏联/俄罗斯的T-72、T-80、T-90,美国的M1A1、M1A2,英国的“挑战者1”、“挑战者2”,法国的“勒克莱尔”AMX-56,德国的“豹2”,日本的90式,中国的99式等。典型坦克的特性及技术参数见表2-1。展望未来,坦克仍然是未来地面作战的重要突击兵器,许多国家正依据各自的作战思想,积极地利用现代科学技术的最新成就,发展21世纪初使用的新型主战坦克。坦克的总体结构可能有突破性的变化,出现如外置火炮式、无人炮塔式等布置形式。火炮口径有进一步增大趋势,火控系统将更加先进、完善;动力传动装置的功率密度将进一步提高;各种主动与被动防护技术、光电对抗技术以及战场信息自动管理技术,将逐步在坦克上推广应用。各国在研制中,十分重视坦克无人化,减轻质量,减小形体尺寸,控制费用增长。可以预料,新型主战坦克的摧毁力、生存力和适应性将有较大幅度的提高。这也是坦克未来的发展方向。上一页下一页返回2.1地面目标的主要特征具有代表性的坦克型号有苏联/俄罗斯2.1地面目标的主要特征由于其在大气中传输时,存在一定的大气窗口,红外线在大气中传播时,大气对某些波长的红外线产生强烈的吸收,使传播的能量受到损失,而对另外一些波长的红外谱线则吸收较少,透射率较高。大气对红外线吸收比较少的波段,也就是透射率比较高的波段,被形象地称为“大气窗口”。几乎一切与大气有关的光学设备只能去适应这些窗口。大气的红外透射曲线如图2-1所示。坦克车在行驶过程中,对地面的冲击以及声波对地面的激励,对于非刚体的地球介质,第2章目标特性这种激励将引起地球介质的变形。变形在地球介质中的传播即形成地震波。通常把坦克车辆作为激励源,采用地震动传感器在一定距离内进行探测,获得的信号分析后可知,信号主频率在100Hz以下。其运动过程中产生的地震动信号如图2-2所示。采用高灵敏度的电磁式地震动传感器,能很好地探测坦克的接近距离。通过信号时域、频域的分析,能分辨出坦克的类型及行驶速度等特征。上一页下一页返回2.1地面目标的主要特征由于其在大气中传输时,存在一定的大2.1地面目标的主要特征2.1.2车辆的主要特征车辆分军用车辆和民用车辆,军用车辆主要指步兵战车,它是供步兵机动作战时使用的装甲战斗车辆,分为履带式和轮式两种。民用车辆主要指小汽车和货车两大类,主要以轮式车辆为主。装甲人员输送车具有高度的机动性和一定的防护能力,主要用于战场上输送步兵,也可协助车载武器进行战斗。多数装甲人员输送车的战斗部全重为6~16t,乘员2~3人,载员8~13人,履带式装甲人员输送车陆上最大时速为55~70km,最大行程为300~500km,轮式装甲人员输送车陆上最大时速可达100km,最大行程可达1000km。各国步兵战车性能见表2-2。上一页下一页返回2.1地面目标的主要特征2.1.2车辆的主要特征上一页下2.1地面目标的主要特征车辆的特性和特征与坦克的基本类似,不同的是,轮式车辆的主频偏低,一般在13~40Hz,而发动机的噪声无论是通过空气传播还是地震动传播,幅值偏小,定位距离偏短,其运动过程中产生的地震动信号如图2-3所示。2.1.3人员的主要特征地面人员的运动也可以通过地震动传感器进行探测,其脚步信号如图2-4所示。由图可知,在人员逐渐接近探测器时信号幅值逐渐增大,由于脚步信号一般不超过6步/s,主频一般小于6Hz,成排或成连的士兵通过时,产生的频谱是低于20Hz的噪声,通过频域分析或小波分析能很好地区别出人和车的通过情况。上一页返回2.1地面目标的主要特征车辆的特性和特征与坦克的基本类似,2.2空中目标的主要特征2.2.1背景辐射现代战争中,主要对付的空中目标有三类,即固定翼飞机(如隐形飞机)、武装直升机和精确制导弹药(如巡航导弹)。由于三类目标属于有源飞行器,红外特性非常明显,采用红外探测系统能很好地识别和区分。除红外探测系统外,目前还使用毫米波探测系统、声探测系统等。为了更好地了解目标的特性,首先将三类目标的背景辐射叙述如下。1.导弹类导弹或火箭能以多种形式作为红外辐射源,如火箭或空气喷气发动机的喷口、喷气流、气动加热的飞行器表面再入大气层时烧蚀形成的尾迹及冲击波层内的热空气等,均可成为强的辐射源。这些类型的辐射源随飞行的方式、阶段、探测的波段与方向的不同而改变其重要性。下一页返回2.2空中目标的主要特征2.2.1背景辐射下一页返回2.2空中目标的主要特征2.飞机和直升机飞机是目前对空战术导弹的主要攻击目标。喷气式飞机有四种红外辐射源:作为发动机燃烧室的热金属空腔、排出的热燃气、飞机壳体表面的自身辐射和飞机表面反射的环境辐射(包括阳光、大气与地球的辐射)。(1)喷口辐射在研究以2.7μm和4.3μm为中心的两个波段的辐射时,对马赫数小于2~2.5的飞机,其主要的红外源是燃烧室的热金属空腔辐射(或简称喷口辐射)及喷气流辐射。图2-5所示为一涡轮喷气式发动机原理图。它由压缩机、燃烧室、涡轮、尾喷管等组成。上一页下一页返回2.2空中目标的主要特征2.飞机和直升机上一页下一页返回2.2空中目标的主要特征喷气流的辐射对从目标飞机的侧向和前半球攻击的红外导弹来说,是极重要的红外源。测量和计算表明,喷气流辐射在与喷流轴线垂直的正侧向为最大。由于飞机机体的遮挡作用,它在飞机前半球内的角分布,要比余弦定律描述的衰减得快,尤其是当角(飞行方向与喷气流的正侧向之间的夹角)大于60°时,则衰减得更快。1)天空背景天空背景可分为晴空和有云两种情况。在晴空条件下,天空向下的辐射主要由两部分组成,即天空中的气体分子及气溶胶粒子对太阳的散射和大气分子的辐射;在有云的条件下,要考虑云对阳光的散射和云本身的辐射。上一页下一页返回2.2空中目标的主要特征喷气流的辐射对从目标飞机的侧向和前2.2空中目标的主要特征试验和理论计算表明,对阳光的散射和大气的辐射在光谱分布上是有差别的。对阳光的散射主要分布在波长小于3μm的范围内;而大气辐射由于大气本身温度较低,其有效温度在200~300K,因之在小于4μm的波长范围内的辐射量很小。天空辐射可以认为是上述两种辐射的叠加。这种辐射在3~4μm波段内出现极小值,在3μm以下的短波部分以散射为主,而在4μm以上以大气辐射为主。大气分子和气溶胶粒子对阳光的散射,均随波长而变。不管是瑞利(Rayleigh)散射区或是米(Mie)散射区,散射效率因素均随波长的增大而降低。在做粗略估算时,把太阳看作一个温度近似为6000K的黑体,并假设入射到大气层上的阳光,被大气层均匀地向各个方向散射。大气外层与阳光垂直的面上的辐照度E为上一页下一页返回2.2空中目标的主要特征试验和理论计算表明,对阳光的散射和2.2空中目标的主要特征在地平方向,晴空时大气分子辐射可近似地用一个T=300K的黑体辐射来代表。因而理想化的天空辐射可用阳光散射的天空亮度与大气辐射的亮度叠加而成。①阳光散射。在晴空条件下,散射形成的天空亮度具有以下一些特点。a.在散射区,光谱曲线并不是理想化的黑体曲线,而是具有一系列的波带状结构。这是由以0.94μm、1.1μm、1.4μm、1.9μm、2.7μm为中心的水汽的强吸收带形成的。上一页下一页返回2.2空中目标的主要特征上一页下一页返回2.2空中目标的主要特征b.散射的亮度随观测的仰角而变化(图2-6),这是因为和水平面构成的仰角增加时,光线路径减小,散射阳光的大气分子数也随之减少,因之散射的亮度减小。需要注意,图中短波区的光谱辐射亮度值应为图中坐标所得值乘以10。c.天空的散射亮度也随阳光的高低角而变。图2-7即为不同阳光高低角时天顶高度的光谱分布。图中曲线A的值应为纵坐标值的10倍。大气的辐射受气象条件的影响很大,云团的遮盖对大气的辐射有着重要的影响。在晴朗天空的条件下,大气温度对大气辐射亮度有着明显的影响。图2-8所示是天顶的辐射亮度与温度的关系曲线。可以把晴空大气辐射粗略地看成黑体辐射,因而温度也就成了决定性的因素。由于在8~13μm内大气分子的吸收率很低,因而在这个波段内出现了谷地区域。图中虚线是相应温度的黑体辐射亮度曲线。图中较高温度的曲线是在海拔1830m的山顶上测得的,较低温度曲线是在海拔4300m的山顶上测得的。上一页下一页返回2.2空中目标的主要特征b.散射的亮度随观测的仰角而变化2.2空中目标的主要特征观测线的仰角对天空光谱辐射亮度也像散射一样有重要影响。图2-9是夜间晴空光谱辐射亮度与观测仰角的关系曲线。图中波长6.3μm处的H2O吸收带和15μm处的CO2吸收带,它们的分子吸收系数很大,因而即使仰角为90°时,发射率也已近似于1了,从而使该波长处的各种观测角的曲线均已接近于黑体的曲线。对分散的云团,云团下测量到的辐射可把云团看作为近似黑体的辐射及云团晴面大气(通常温度比云团温度高)的波带状结构的组合。图2-10所示为白天典型地面物质的光谱辐射亮度。此曲线可理解为-10℃的云作为黑体辐射和在云团下的大气(+10℃)的辐射的组合。上一页下一页返回2.2空中目标的主要特征观测线的仰角对天空光谱辐射亮度也像2.2空中目标的主要特征2)地面背景与形成天空背景辐射的机理相似,地面背景辐射由两种机理产生:一是反射的阳光辐射,其中包括天空散射的阳光辐射,这部分辐射主要在近红外区,即小于3μm的区域;二是地球本身的辐射,它的辐射主要在4μm以上的区域。正如天空辐射一样,在3~4μm出现了地面背景辐射的最小值,如图2-10所示。2.2.2空中目标及特性1.固定翼飞机固定翼飞机包括战斗机、攻击机、轰炸机、运输机、无人驾驶军用飞机、隐形战斗机、空中加油机、预警机、空中侦察机等,国际某些飞机的主要性能见表2-3。上一页下一页返回2.2空中目标的主要特征2)地面背景上一页下一页返回2.2空中目标的主要特征2.武装直升机武装直升机是近期发展较快的空中目标,它的主要优点是机动性和防护能力都较强,起降场地要求低,战场运用能力强,因而被广泛使用于反坦克作战以及空中支援、反舰反潜、侦察、运输、指挥通信,尤其对地面步兵及重要设施有巨大的威慑力。国际几种武装直升机的主要性能见表2-4。3.精确制导弹药现代战场上大量涌现的各类精确制导弹药,主要包括各类导弹、精确制导炸弹和末制导炮弹等。其中尤以导弹种类繁多,应用广泛,发射平台多样,是来自空中的主要威胁。地面防空反导系统重点要对付的是空地导弹、巡航导弹、反辐射导弹和战术地地导弹等目标。这些导弹的速度和飞机差不多(巡航导弹较小),雷达反射面积较小,飞行高度也比较低,飞行中空气噪声小,因此反导比反机有更大的难度。国际几种巡航导弹的性能见表2-5。上一页返回2.2空中目标的主要特征2.武装直升机上一页返回目标特性课件2.3水面与水中目标的主要特征21世纪是海洋的世纪,海洋地位的提升,使海军的作用更加重要。现代高科技飞速的发展,给海军舰船装备带来了日新月异的变化。作为矛与盾的另一方,水中武器技术也得到了飞速发展。下面分别描述其主要特性与特征。2.3.1潜艇潜艇在第一次世界大战中登上海战的舞台后,其灵活机动的作战能力可以使一艘艘巨大的水面舰船沉入海底。在第二次世界大战中,交战双方的潜艇共击沉300余艘大、中型水面舰船和5000余艘运输船只,使人们对潜艇有了新的认识。下一页返回2.3水面与水中目标的主要特征21世纪是海洋的世纪,海洋地2.3水面与水中目标的主要特征现代潜艇具有隐蔽性好、突击威力强、水下续航力大和自给力强等特点。潜艇按照其动力装备的不同,可分为常规动力潜艇和核动力潜艇;按照所装备武器的不同,可分为鱼雷潜艇和导弹潜艇;按照担负任务的不同,可分为攻击潜艇和弹道导弹潜艇。国际典型潜艇及参数见表2-6。1.流噪声由于海水是一种黏性流体,当这种流体流经壳体表面时,便形成一种边界层,边界层中的流速从壳体表面的零值可增加到约为潜艇航行的速度。这种边界层在舰首部非常薄,但发展到尾部时,其厚度已达几十厘米。边界层在首部时形成层流,层流是规则而安静的。离首部较远处,边界层渐渐形成小涡流,开始出现不稳定性,并慢慢地变为湍流。湍流边界层的速度脉动会直接辐射出去,其辐射功率随潜艇航速的变化而变化。这是宽带噪声,是潜艇高速航行时的主要噪声源。上一页下一页返回2.3水面与水中目标的主要特征现代潜艇具有隐蔽性好、突击威2.3水面与水中目标的主要特征2.弯曲噪声在壳体与流体界面上传播的一些机械波是流体诱发的次噪声源,传统上把它们分为弯曲波(即亚声速机械波)、切变和纵向波(即超声速机械波)。弯曲波会产生径向大位移,与水有相当的耦合,但其位移速度比水下声速慢,因此不发声,是一种伪声。切变和纵向波只产生小径向位移,与水不太耦合,其位移速度比水下声速快,然而与水的耦合的特性限制了它们的有效辐射。显然,弯曲波在完全空的无限长的圆柱体中是不传播的,但在装有各种机械设备和武器等具有结构复杂的潜艇中,弯曲波是传播的。3.尾流噪声上一页下一页返回2.3水面与水中目标的主要特征2.弯曲噪声上一页下一页返2.3水面与水中目标的主要特征流体诱发的另一种噪声是潜艇尾流产生的噪声,这种噪声不仅与壳体表面的边界层有关,而且与大涡流结构有关。大涡流结构是在壳体周围的流体流过附件或者几何不连续体时产生的,大涡流之类的流体扰动形成尾流,尾流在螺旋桨叶片上引起的速度扰动产生起落扰动,桨叶随之产生推力和扭转力的扰动。这些扰动由桨轴输送到潜艇的耐压壳体上,形成了新的低频噪声源,由螺旋桨本身和艇壳体辐射,其频率数与尾流的谐波含量有关。4.空腔噪声湍流边界层流过一个空腔时(如压载水舱孔),产生交变或涡流。在发生空腔共振时,产生辐射噪声和自噪声。熟悉噪声源是开展潜艇探测和识别的第一步。2.3.2鱼雷上一页下一页返回2.3水面与水中目标的主要特征流体诱发的另一种噪声是潜艇尾2.3水面与水中目标的主要特征鱼雷是一种自主推进、自动控制、按预定设计弹道搜索、自动导向、攻击敌舰艇的水中航行体。鱼雷按其雷体直径可分为大型鱼雷(533~555mm)、中型鱼雷(400~482mm)和小型鱼雷(254~324mm),也有超重型的和超轻型的,但为数不多,20世纪90年代还出现了微型鱼雷(鱼雷直径大约为140mm);鱼雷按动力可分为电动力鱼雷(其动力主要是电机、电池)和热动力鱼雷(其主机有摆盘发动机、旋转发动机、涡轮发动机等,燃料有煤油、过氧化氢等);按制导方式可分为直航鱼雷、自导鱼雷、线导鱼雷和复合制导鱼雷;按携带平台可分为管装鱼雷、空投鱼雷和火箭助飞鱼雷。国际上几种鱼雷的主要性能及战技指标见表2-7。2