侵彻信号关键特征分析深入探究

在硬目标侵彻过程中，由于侵彻对象的目标特性千差万别，侵彻引信所采集到的加速度信息也各不相同。能否正确识别这些特征，是侵彻引信研制和检测过程的重点关注内容。此处介绍几种典型硬目标侵彻过程加速度信号曲线并进行时域分析，提取出典型目标侵彻过程加速度信号的关键特征，以计层数起爆控制策略为例研究引信起爆控制受这些关键特征信息影响的敏感性。

这些特征即为硬目标侵彻引信实验室检测方法所要实现的目标信号特征，可为硬目标侵彻引信实验室检测方法提供设计依据。

6.3.4.1　侵彻厚目标加速度信号特征

地下工事以及机库等目标，多有厚度为2m以上的混凝土结构保护，弹体侵彻此类目标的作战目的是毁伤内部人员与设施，要求弹丸在穿过混凝土保护层后，在目标内部引爆战斗部。典型的侵彻厚靶加速度曲线如图6.24所示，试验条件是弹速598m/s，靶厚3m，攻角10°，C30混凝土靶。

观察侵彻曲线，侵彻曲线第一个下降沿出现在238.4ms处，首峰值为26 030g，出现在238.6ms处，下降沿宽度为200μs，主峰值33 590g出现在240.4ms处，大于3 000g的最后一个峰值为4 199g，出现在248.9ms处，后续波形均为幅值低于3 000g的小幅度振荡。于是可以将248.9ms处位置定为弹体侵彻厚靶目标的临界终了时刻。在249ms处，波形到达3 000g的临界点，在249.2ms处，波形到达零点，上升沿宽度为300μs。这里所说的3 000g数值，是该侵彻引信装定的入靶/出靶阈值。侵彻曲线总体趋势呈现先急剧增大，首峰值后迅速减小，极短时间后再次急剧增大，然后降低至一定的范围内保持相对稳定，最后减小至零，这种首峰值与主峰值分开的现象与弹丸挤进混凝土造成混凝土局部应力超过失效应力导致瞬间破碎有关。

图6.24　侵彻厚靶加速度曲线

综上所述，可将弹体侵彻厚靶的加速度曲线特征总结为以下参数：下降沿时刻、下降沿宽度、峰值、上升沿宽度、出靶阈值时刻。在数值范围上，加速度曲线下降沿宽度约为200μs，主峰值为30 000～40 000g，侵彻过程持续时间约为10ms。图6.24所示的侵彻过程弹速较低，导致侵彻持续时间较长。

6.3.4.2　侵彻多目标加速度信号特征

图6.25　侵彻多层靶板目标加速度曲线

打击楼层目标或者地下多层目标时，要求弹药能在指定的楼层内引爆战斗部，这就要求侵彻引信能够准确地识别出层数信息，并准确计数。这种起爆策略的主要目的是以最少的装药量达到最优的作战效能，实现精确打击，避免误伤，这是现代战争的发展趋势。典型的侵彻多层靶板目标加速度曲线如图6.25所示，试验条件是弹速600m/s，靶厚0.2m，攻角10°，C30混凝土靶。三层靶板间距分别为3m和2.5m。(www.xing528.com)

观察侵彻曲线，侵彻曲线第一个下降沿出现在40.24ms处，首峰值为34 810g，出现在40.38ms处，下降沿宽度为140μs，首峰降到3 000g的时刻为40.58ms处，上升沿宽度为200μs；第二个峰下降沿出现在44.92ms处，第二个峰值为35 220g，出现在45.06ms处，下降沿宽度为140μs，第二个峰降到3 000g的位置出现在45.52ms处，上升沿宽度为460μs；第三个峰下降沿出现在49.14ms时刻，峰值为33 050g，出现在49.28ms时刻，下降沿宽度为140μs，第三个峰降到3 000g的位置出现在49.48ms时刻，上升沿宽度为200μs。由加速度曲线的下降沿起始时刻，可计算出侵彻第一层与侵彻第二层间隔时间为4.68ms，侵彻第二层与第三层间隔时间为4.22ms。侵彻三层靶板过程的时间分别为340μs、600μs、340μs，第二层侵彻过程时间较长，经分析可知其应与波形振荡以及出靶阈值选取有关。

综上所述，可将弹体侵彻多层靶的加速度曲线特征总结为以下参数：下降沿时刻、下降沿宽度、峰值、上升沿宽度、出靶阈值时刻、层间相隔时间。在数值范围上，加速度曲线下降沿宽度约为140 μs，脉宽为300～400μs，层间相隔时间为4～5ms。

6.3.4.3　侵彻复杂目标加速度信号特征

在实际的侵彻过程中，目标表面多有覆土、沙石等材料覆盖，或者目标本身就是多层不同材料混合而成，如机场跑道由沥青、沙石和土壤三层材料组成，对此类目标进行侵彻时，需按作战要求，在目标指定位置引爆战斗部，达到预定的作战效果。因此要求侵彻引信能够准确区分不同材料的侵彻过载特征。

侵彻土壤层与沙石层的加速度曲线总体趋势与前面所描述的混凝土目标类似，但由于结构强度与混凝土目标不同，侵彻幅值以及下降沿（上升沿）宽度大相径庭，侵彻土壤目标时的加速度过载幅值跟土壤的密实程度有关，一般在几千g范围；侵彻沙石层目标时的加速度过载幅值与沙石颗粒尺寸有关，加速度幅值介于土壤层与混凝土之间。

弹体侵彻带覆土层以及沙石混合的硬目标时，加速度信号为多种信号复合而成，同时由于几层目标紧密叠加，不同材料的层间信号存在粘连干扰及叠加，分析起来较为复杂。

图6.26所示为弹体侵彻带有500mm厚覆土层的200mm厚混凝土靶目标过程的加速度曲线，试验弹为采用3号装药的迫弹。观察侵彻加速度曲线，覆土层平均加速度约为5 000g，上升沿宽度为400μs，加速度峰值为8 918g，宽度约为3ms；混凝土层上升沿宽度为500μs，峰值为18 500g，下降沿宽度为2.8ms。由于迫击炮弹体弹速较低，所以加速度上升沿与下降沿较宽。

图6.26　侵彻带覆土层的混凝土靶板加速度曲线

综上所述，以侵彻带覆土层的混凝土靶板加速度曲线为例，可将弹体侵彻复杂的加速度曲线特征总结为以下参数：侵彻第一层目标的下降沿时刻、下降沿宽度、峰值、上升沿宽度，……侵彻第n层目标的下降沿时刻、下降沿宽度、峰值、上升沿宽度。

由于复杂目标的组成结构多变，所以其侵彻波形具有很大的区别。以覆土层为例，弹体侵彻覆土层所产生的加速度幅值除了与弹体速度、质量、外形有关之外，还跟覆土层的密实程度、有无包含碎石等因素有关。