陳 光, 黃小藝, 潘蘭強

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基于電磁引信原理的魚雷過靶距離測量方法

陳 光, 黃小藝, 潘蘭強

(中國人民解放91024部隊, 廣東 臺山, 529266)

針對當前魚雷過靶距離的測量方法普遍采用被動測距, 且存在操作不便、解算模型復雜和測試精度低等問題, 提出了一種基于電磁引信原理的魚雷過靶距離的測量方法, 分析了電磁引信的主動測距原理, 建立了相位特征與過靶距離的解算模型, 給出了基于二分法原理的過靶距離數(shù)值求解過程, 最后對本文提出的方法進行了水池試驗。實測數(shù)據(jù)表明, 在電磁引信的收發(fā)天線與目標(鋼板)的距離為0.8~1.5 m的條件下, 絕對測距精度小于0.02 m, 相對測距精度小于2.5%, 證明了該方法測試精度高且易于實現(xiàn), 具有較好的工程應用前景。

魚雷; 電磁引信; 過靶距離; 主動測距

0 引言

魚雷過靶距離是指魚雷與所攻擊的目標相遇時的最小距離[1], 它是對魚雷進行試驗時的重要指標。實際上, 實現(xiàn)魚雷過靶距離的實時測試對于非觸發(fā)引信動作時機的把握和炸點的選擇同樣具有十分重要的意義。

關于魚雷過靶距離的測試, 當前提出的方法主要有2種: 一種是電磁信號被動測距法[2], 其原理為在靶船上以一定方式設置2個電磁傳感器, 接收魚雷電磁引信輻射場的磁場值, 綜合利用磁接收值的幅度和相位參數(shù)與傳播距離的關系, 通過對超定方程組進行極值求解的方式獲得過靶距離信息; 另一種是聲信號被動測距法[3], 其原理為在靶船上設置一定數(shù)量的接收聲換能器, 接收魚雷3D段發(fā)射的合作信號, 針對不同的靶船類型(固定靶、活動靶及拖曳靶等)建立不同的測量模型, 通過測量聲信號到達不同接收換能器的時間差從而解算出魚雷的過靶距離。由于上述兩種方法均采用被動測距, 即發(fā)射信號源和接收信號源不在同一個載體上, 且相互間有相對運動, 因此存在較大的測距誤差。此外, 這兩種方法還存在操作不便、距離解算模型復雜等缺點。為此, 本文提出了一種基于電磁引信的魚雷過靶距離主動測試方法, 旨在克服當前方法存在的不足并力圖實現(xiàn)過靶距離的實時測量。

1 電磁引信測距原理

在海水媒質(zhì)中, 對電磁引信的工作頻段有

由式(3)和式(4), 得

其中

當前, 魚雷電磁引信的收發(fā)天線普遍采用垂直配置方式, 在這種配置方式下, 電磁引信接收天線接收輻射場的徑向分量, 因此, 本文將以輻射場的徑向分量為例, 討論水下電磁波的傳播距離與相位延遲的關系。

將式(5)代入式(1), 得

由式(7)可得徑向分量的相移系數(shù)

圖1 不同頻率條件下相位延遲與傳播距離的關系曲線

由圖1知, 電磁波在海水中傳播產(chǎn)生的相移和傳播距離存在著明確的單值對應關系。電磁引信的目標反射信號與基準參考信號(來自發(fā)射信號)的相位差可表示為

需要指出, 由于艦船底部有一定形狀而非理想的反射平面, 利用相移信息測距在目標近場將存在一定的誤差, 但一般而言, 在大型魚雷電磁引信的作用距離處, 屬目標遠場, 所以利用相移信息測距是完全可以保證測距精度的。

2 過靶距離解算模型

由于電磁引信的收發(fā)天線分別位于魚雷的前段和后段, 因此本文定義的過靶距離為收發(fā)天線距離的中點與目標反射面的距離。根據(jù)魚雷過靶時其縱軸與目標反射面是否存在夾角, 這里建立如下的2種過靶距離解算模型。

2.1 模型1

這種模型適用于對操雷進行試驗或者魚雷攻擊水面目標時的過靶距離測試, 因為在這2種情況下魚雷在其末彈道采用定深航行, 其縱軸與靶船或者水面艦船的反射面近似平行。

2.2 模型2

圖3 過靶距離解算模型2

3 過靶距離數(shù)值求解過程

則

從而

3.1 二分法基本原理

3.2 基于二分查表法的過靶距離數(shù)值求解過程

二分查表法的基本思想是將目標元素與數(shù)列中間的元素比較, 比較一次后如果不相等則跳過數(shù)列一半的元素, 將目標元素再與數(shù)列中剩下的元素中的中間元素比較, 這樣遞歸下去便可以在有限次數(shù)內(nèi)得到結(jié)果。基于二分查表法的過靶距離的數(shù)值解算步驟如下。

以上通過二分查表法實現(xiàn)了由傳播相移解算出魚雷過靶距離的過程, 在實際應用中, 通過增大查找表的深度, 可使解算出來的距離達到任意的精度。

4 水池試驗

4.1 試驗條件

3) 發(fā)射機, 用來給發(fā)射天線提供一定頻率和功率的交變信號;

4) 收發(fā)天線采用垂直配置方式, 間距1 m;

5) 數(shù)字信號處理(digital signal processing, DSP)電路板, 可實現(xiàn)接收信號的放大、濾波、目標反射信號的相位測量以及根據(jù)3.2節(jié)中的數(shù)值求解方法編程實現(xiàn)反射距離的解算;

6) 其他試驗儀器和設備, 包括直流穩(wěn)壓電源、示波器和上位機等。

圖4 水池條件配置情況

4.2 試驗原理

圖5 試驗原理

4.3 試驗結(jié)果

實測相位及過靶距離的一組數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 實測數(shù)據(jù)

5 結(jié)束語

本文提出了一種魚雷過靶距離測試的新方法, 該方法基于電磁引信主動測距原理, 克服了傳統(tǒng)方法被動測距、距離解算模型復雜、測試精度低和不易操作的缺點, 既可用于操雷實航試驗時的功能考核, 又可實現(xiàn)戰(zhàn)雷攻擊水面或水下目標時的實時過靶距離測試, 從而為非觸發(fā)引信動作時機的選擇提供重要的依據(jù)。水池試驗數(shù)據(jù)表明, 該方法距離測試精度高, 具有較大應用前景。

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Active Measurement of Torpedo Missdistance Based on Electromagnetic Fuze

CHEN Guang, HUANG Xiao-yi, PAN Lan-qiang

(91024thUint, The People′s Liberation Army of China, Taishan 529266, China)

Torpedo missdistance is usually measured via passive ranging methods with inconvenient operation, complicated solution model and low measuring precision. In this paper, an active measuring method of torpedo missdistance is put forward based on electromagnetic fuze. The ranging principle of electromagnetic fuze is analyzed, the solution model of phase characteristic and missdistance is set up, and the numerical solution process of missdistance is given. In addition, a tank experiment is conducted. The measured data indicate that the absolute ranging precision is less than 0.02 m, and the relative ranging precision is less than 2.5% when the distance from transmitting/receiving antennas to target (steel plate) is within 0.8~1.5m, which demonstrates high measuring precision and simple implementation of the proposed method.

torpedo; electromagnetic fuze; missdistance; active ranging

TJ431.7; TN911.7

A

1673-1948(2012)01-0028-05

2011-04-21;

2011-06-01.

陳 光(1980-), 男, 博士, 工程師, 研究方向為魚水雷裝備保障技術, 魚雷引信技術.

(責任編輯: 楊力軍)