管 飛，汪高武，楊 光

（中國船舶重工集團公司江蘇自動化研究所，江蘇 連云港 222006）

潛艇作為主宰水下戰(zhàn)場的主要武器，以其隱蔽攻擊的突出優(yōu)點成為水面艦艇和目標潛艇的主要威脅。潛艇的輻射噪聲是被動聲納探測、跟蹤的信號，其聲源級大小直接影響著被動聲納的作用距離和自身的隱蔽程度。當潛艇的航速增加時，輻射噪聲級明顯增大。在沒有實際測量數(shù)據(jù)時，潛艇的輻射噪聲級隨航速的變化關(guān)系通常用經(jīng)驗模型來近似，如圖1所示。

圖1 現(xiàn)有模型對應的噪聲變化仿真曲線

從圖1中可以看出，當潛艇靜止懸停時，潛艇輻射噪聲最小，隨著航速的增加潛艇的輻射噪聲會明顯增加，從而使?jié)撏У碾[蔽性降低。

因此，懸停對于潛艇是一種極具戰(zhàn)術(shù)應用價值的操縱措施，可用于伏擊或者規(guī)避等動作（配合相應的深度變化），它能有效地降低潛艇的自噪聲和輻射噪聲，可使本艇先敵發(fā)現(xiàn)，先敵攻擊。因此，研究潛艇懸停狀態(tài)下的隱蔽攻擊方式將具有重要的戰(zhàn)術(shù)意義。

1 懸停狀態(tài)下對目標航向的求解

純方位目標運動要素解算在求解過程中，本艇必須進行有效機動，否則目標運動要素無解。但是若本艇一直保持勻速直航，則可求解出目標的相對航向，利用相對運動原理，若本艇一直保持懸停，則可求解出目標的絕對航向。

假設潛艇懸停在位置點O上，對目標T分別在t0、t1、t2和tj時刻進行的方位量測分別為B0、B1、B2和Bj，如圖2所示。

圖2 懸停狀態(tài)下的敵我態(tài)勢圖

建立量測方程：

當狀態(tài)為 (D0,Vx,Vy)時，此系統(tǒng)是不可觀測的，而當狀態(tài)設為時，此系統(tǒng)可觀測，從而可以求出目標航向?？梢缘贸?，當潛艇懸停時，任意輸入目標的距離要素（或速度要素），均可求出目標的航向，而條件則是：目標的方位變化率不為零，即。

雖然潛艇懸停時只能求出目標的航向，但是這對艇長認清當前當前態(tài)勢有著非常重要的作用。首先，艇長可根據(jù)目標航向和方位等信息確定射擊陣位，從而進行機動占位；其次，在使用尾流線導魚雷攻擊時，若已知目標的航向，則對魚雷的入尾流角有著很好的預判作用，從而提高魚雷的命中概率。

2 占位機動后目標速度與距離的求解

當潛艇懸停時，求出了目標的航向后，潛艇可以進行相應的機動，并在機動后的航行段上對目標的速度和距離進行求解。為了選取合適的目標機動航向，首先對潛艇的目標強度特性進行分析。

潛艇目標強度描述了潛艇對于聲波的反射能力。若目標的主動聲納正常開啟，則聲納脈沖信號的入射方向和潛艇艇體的夾角會影響回波信號的強度。因此，潛艇機動的航向會直接影響主動聲納脈沖的入射角度和目標的回波強度。表1為某潛艇在不同我舷角時的潛艇目標強度。

表1 某潛艇在不同我舷角時的潛艇目標強度

由表1可以看出，潛艇的目標強度和入射聲波的舷角有關(guān)，其對應關(guān)系呈現(xiàn)出蝴蝶形狀（如圖3）。

圖3 潛艇目標強度沿方位角變化的“蝴蝶形”分布圖

因此，潛艇在進行占位機動時，為了能盡量避免被目標發(fā)現(xiàn)，潛艇的機動航向應盡量對著目標的主動聲納方位，這樣可使在敵方位上本艇的輻射噪聲和發(fā)射強度比正橫方向上降低 10dB以上，使得目標聲納探測距離減小一半左右。而速度則視當前態(tài)勢情況采取4-8 kn范圍均可。

3 仿真計算

1）懸停狀態(tài)下目標航向的仿真計算

在仿真計算時，聲納、導航均采樣間隔為1s，仿真態(tài)勢取目標初距D0={12,19,29}(km)，目標速度Vm={ 10,18,24}(kn)，目標舷角Qm={6°,36°,66°}，方位誤差，導航誤差精度指標?。海☉彝r只判斷目標航向是否收斂）。其仿真計算結(jié)果如表2所示。

當無量測誤差噪聲時，任意給定目標距離或速度，求解的目標航向無誤差，從而驗證了懸停狀態(tài)下求解目標航向原理的正確性。當有量測誤差時，從仿真結(jié)果可以看出，在給定的精度指標條件下，27個態(tài)勢的航向平均收斂率為 100%，平均收斂時間為4.1min，航向平均收斂精度為 1.9°。對于近距離小舷角態(tài)勢下，目標航向的求解效果較好，在遠距離大舷角態(tài)勢下，目標航向的求解效果較差。

表2 懸停狀態(tài)下目標航向的仿真計算結(jié)果

2）占位機動后目標速度與距離的仿真計算

仿真態(tài)勢和方位導航誤差特征與懸停時航向求解情況相同，懸停時間為5min，5min后本艇進行機動，機動后本艇速度Vw=8 kn，本艇航向Cw=β0?20°（通過仿真計算，此航向?qū)δ繕诉\動要素解算效果比較有利），算法輸入所采用的目標航向誤差為σC=1.5°。仿真計算結(jié)果如表3所示。

表3 占位機動后目標速度與距離的仿真計算結(jié)果

從表3可以看出，在給定的精度指標條件下，27個態(tài)勢的航向平均收斂率為 94.8%，平均收斂時間為8.48min（其中包括了懸停的時間 5min），距離平均收斂精度為5.03%，速度平均收斂精度為1.08kn，只是對于其中部分態(tài)勢，尤其是遠距離小舷角態(tài)勢的求解效果較差。

4 結(jié)束語

本艇懸停時，可以利用目標方位信息對目標的航向進行求解，這將對認清態(tài)勢和先發(fā)制人非常關(guān)鍵。尤其是在使用尾流線導雷攻擊時，可經(jīng)常采用這種懸停攻擊方式，因為利用懸停時求解出的目標航向，可以對尾流線導魚雷的入尾流角有著很好的預判和改進作用，從而提高尾流線導魚雷的發(fā)現(xiàn)目標概率。但若想使用自導魚雷攻擊目標，則需要目標完整的運動要素（航向、速度、距離），這就要求潛艇在懸停時目標航向求解完成后，進行相應的占位機動，（考慮本艇的輻射噪聲和解算效果，本艇航向一般比當前方位落后20°，本艇速度可采用4-8kn），并在機動后直航段上利用目標航向和方位信息繼續(xù)求解目標的距離和速度，從而利用求解出的完整的目標運動要素來控制自導魚雷的發(fā)射，提高魚雷的命中概率。

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