鄭文強 章新華 夏志軍 周 敏

(海軍大連艦艇學(xué)院水聲信息研究中心 大連 116018)

基于距離信息的魚雷攻擊意圖判別方法研究*

鄭文強 章新華 夏志軍 周 敏

(海軍大連艦艇學(xué)院水聲信息研究中心 大連 116018)

編隊作戰(zhàn)是未來海上作戰(zhàn)的基本樣式,進行艦艇編隊水聲對抗研究具有十分重要的意義。如果艦艇編隊能夠通過數(shù)據(jù)融合等方式獲取魚雷距離和方位的報警信息,并根據(jù)這些信息判斷出魚雷對艦艇編隊的攻擊意圖,即魚雷攻擊的具體目標(biāo)艦艇,則有助于指揮員采取有效、合理的對抗方法,從而提高艦艇編隊的生存能力。論文在建立聲自導(dǎo)魚雷攻擊模型和艦艇編隊運動模型的基礎(chǔ)上,對魚雷從不同區(qū)域來襲時的態(tài)勢劃分,提出了攻擊意圖的判斷準(zhǔn)則,并且通過仿真驗證,分析了影響判斷準(zhǔn)確度的因素,為編隊協(xié)同水聲對抗指揮決策提供了必要參考。

編隊水聲對抗; 聲自導(dǎo)魚雷; 攻擊意圖; 指揮決策

Class Number TB56

1 引言

目前,編隊作戰(zhàn)是未來海上作戰(zhàn)的基本樣式,隨著水中武器(主要是魚雷和潛艇)的飛速發(fā)展,各種遠程、大威力、高精度、智能化的攻擊武器不斷出現(xiàn),使艦艇編隊面臨新的考驗。為了保證艦艇編隊有效完成作戰(zhàn)任務(wù),最大程度地發(fā)揮編隊綜合作戰(zhàn)能力,提高編隊對水下威脅防御能力,進行艦艇編隊水聲對抗研究具有十分重要的意義[1～5]。

潛艇對編隊進行魚雷攻擊時,會因為聲納方位分辨率和距離的影響,導(dǎo)致無法分辨出編隊內(nèi)的具體艦艇,進而攻擊艦艇編隊的聲學(xué)中心[6]。當(dāng)魚雷來襲時,編隊內(nèi)的各艦會提供魚雷報警方位(距離)信息,指揮員根據(jù)有限的信息很難做出快速準(zhǔn)確的決策。如果艦艇編隊能夠通過數(shù)據(jù)融合等方式獲取魚雷距離和方位的報警信息,并根據(jù)這些信息判斷出魚雷對艦艇編隊的攻擊意圖,即魚雷攻擊的具體目標(biāo)艦艇,則有助于指揮員采取有效、合理的對抗方法,從而提高艦艇編隊的生存能力。目前,關(guān)于魚雷攻擊意圖方面的研究國內(nèi)外鮮有文獻提及,本文就有魚雷距離報警的情況針對聲自導(dǎo)魚雷進行攻擊意圖的判斷,為艦艇編隊提高水聲對抗的針對性和有效性奠定了基礎(chǔ)。

2 戰(zhàn)術(shù)想定及主要數(shù)學(xué)模型

圖1 編隊坐標(biāo)系

編隊由三艘具有水聲對抗能力的艦艇組成,各艦配備相應(yīng)的水聲探測設(shè)備,對魚雷具有報警能力,1號艦位于0號艦左舷30°,距離30cab,2號艦位于0號艦右舷30°,距離30cab,1號艦和2號艦相距30cab[7]。建立編隊坐標(biāo)系如圖1,慣性坐標(biāo)系以報警時0號艦的艦位為坐標(biāo)系原點O點,正東為X軸正方向,正北為Y軸正方向;艦艇編隊初始航向取正北為0°,航速為v勻速直航。q、d分別為聲自導(dǎo)魚雷所在編隊2號艦的舷角、距離。T為魚雷報警時所在位置,采用提前角法向預(yù)定方位射擊,在捕獲目標(biāo)前以速度vt勻速直線搜索,ct為魚雷被引導(dǎo)的攻擊航向,φ為有利提前角。

根據(jù)編隊隊形得出2號艦初始位置坐標(biāo)分別為(各艦間距a=30cab):

(1)

1) 艦艇編隊運動數(shù)學(xué)模型:

設(shè)在t0時刻艦艇坐標(biāo)、航向分別為(x0,y0),c0,則經(jīng)dt時間后的坐標(biāo)為

(2)

2) 魚雷攻擊數(shù)學(xué)模型:

魚雷初始位置坐標(biāo)為

(3)

經(jīng)過dt時間后,魚雷的坐標(biāo)為

(4)

航向可由式(5)和式(6)估計[8～9]

φ=0.8arcsin(v/vt·sinq)180°/π

(5)

ct=q+φ+180°

(6)

經(jīng)過dt時間后,魚雷位于各艦艇的舷角為

(7)

式中xt、yt為魚雷在t時刻的橫、縱坐標(biāo),x、y為艦艇編隊各艦的橫、縱坐標(biāo)。

3 不同區(qū)域的魚雷攻擊態(tài)勢劃分

編隊對抗時,有可能一艘艦艇對魚雷進行報警,也有可能多艘艦艇進行報警,不同的對抗態(tài)勢,魚雷的攻擊意圖可能不同。考慮到潛艇平臺聲納總是先于艦艇編隊發(fā)現(xiàn)目標(biāo),即魚雷發(fā)射點方位近似等于魚雷報警方位。當(dāng)魚雷發(fā)射距離60cab時,魚雷在2號艦20°～40°和80°～100°方位上無法分辨鄰近艦艇[5]。以中線為界對編隊不同區(qū)域來襲魚雷進行區(qū)域劃分。

A區(qū)域:魚雷位于2號艦報警舷角-20°～20°,處于聲納盲區(qū),只有1號艦進行有效魚雷報警。

B區(qū)域:魚雷位于2號艦報警舷角20°～40°,無法分辨出0、2號艦艇,即攻擊1號艦和較近的2號艦。由于0號艦與2號艦相對于魚雷的方位相近,且距離魚雷更遠,于是選擇1,2號艦報警信息。

C區(qū)域:魚雷位于2號艦報警舷角40°～80°,可分辨出艦艇編隊,一般情況下,潛艇發(fā)射的魚雷都是攻擊噪聲輻射強度較大的目標(biāo),基本不會穿過艦艇編隊攻擊遠端的艦艇。只可能攻擊1、2號艦,選擇1、2號艦報警信息。

D區(qū)域:魚雷位于2號艦報警舷角80°～100°,無法分辨出1、2號艦艇,即攻擊0號艦和較近的2號艦。由于1號艦與2號艦相對于魚雷的方位相近,且距離魚雷更遠,于是選擇0,2號艦報警信息。

E區(qū)域:魚雷位于2號艦報警舷角100°～140°,可分辨出艦艇編隊,同上原因只可能攻擊0、2號艦,選擇0、2號艦報警信息。

圖2 魚雷攻擊區(qū)域劃分

F區(qū)域:魚雷位于0號艦報警舷角100°以下、2號艦報警舷角170°以內(nèi)區(qū)域,可分辨出艦艇編隊,同上原因只可能攻擊0、2號艦,選擇0、2號艦報警信息。

G區(qū)域:魚雷位于0號艦報警舷角100°以下、2號艦報警舷角-170°～-160°區(qū)域,可分辨出艦艇編隊,同上原因只可能攻擊0、2號艦,選擇0、2號艦報警信息。

4 魚雷攻擊目標(biāo)判斷準(zhǔn)則

1) 通過魚雷報警的舷角和距離信息,經(jīng)過一段時間的魚雷位置判斷,估計來襲魚雷的攻擊航向Cyulei和航速Vyulei;

2) 根據(jù)編隊各艦艇魚雷報警的舷角和估計的航速,利用有利提前角法分別估計來襲魚雷的瞬時航向C0、C1、C2;

3) 將魚雷攻擊編隊各艦的瞬時航向C0、C1、C2與Cyulei比較,最接近的即為魚雷攻擊目標(biāo)。

5 仿真驗證及分析

仿真參數(shù):

魚雷:在特定位置以有利提前角向艦艇目標(biāo)進行攻擊,在達到理想命中點和捕獲目標(biāo)前,魚雷進行直航搜索,航速50kn。

艦艇編隊:航向c0=0°,航速18kn,編隊間距30cab。判斷過程中,艦艇編隊保持直航。魚雷方位報警誤差:在聲陣正橫0°～±30°方向為1.5°,在聲陣正橫±(30°～60°)方向為3°(標(biāo)準(zhǔn)誤差);魚雷距離誤差:±3cab(標(biāo)準(zhǔn)誤差)。

仿真方案:

魚雷報警距離為40cab,魚雷報警方位變化率統(tǒng)計時間為30s,針對上述判斷準(zhǔn)則進行1000次蒙特卡洛仿真[10]。

當(dāng)魚雷報警距離為40cab,魚雷報警變化率統(tǒng)計時間分別為30s、60s,對每一種態(tài)勢進行1000次蒙特卡洛仿真。仿真結(jié)果如表1所示。

當(dāng)魚雷報警距離為20、40cab,魚雷報警變化率統(tǒng)計時間分別為30s,對每一種態(tài)勢進行1000次蒙特卡洛仿真。仿真結(jié)果如表2所示。

表1 距離40cab不同判斷時間仿真結(jié)果A

表2 判斷時間30s不同距離仿真結(jié)果B

仿真結(jié)果分析:

1) 魚雷距離艦艇編隊越近,魚雷航向和航速估計越準(zhǔn)確,判斷準(zhǔn)確率越高。

2) 判斷時間越長,魚雷航向和航速估計越準(zhǔn)確,判斷準(zhǔn)確率越高。

3) 當(dāng)判斷時間為30s,絕大部分區(qū)域成功率都在70%以上,能滿足判斷要求。

6 結(jié)語

本文通過魚雷報警距離和方位信息,對魚雷攻擊意圖進行了仿真判斷,制定了判斷準(zhǔn)則,經(jīng)仿真驗證,在絕大部分區(qū)域,該判斷準(zhǔn)則能夠判斷魚雷攻擊意圖,并分析了魚雷相對編隊距離及判斷時間對準(zhǔn)則結(jié)果的影響,為編隊水聲對抗指揮決策提供參考。

[1] 夏志軍,章新華,肖繼剛,等.艦艇編隊水聲對抗系統(tǒng)需求分析[J].艦船科學(xué)技術(shù),2007,29(6):66-69.

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[5] 石秀華,王曉娟.水中兵器概論(魚雷分冊)[M].西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,2004.

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[10] 張宇文.魚雷彈道與彈道設(shè)計[M].西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,1999.

Judgemental Method about Torpedo Attack-intention Based on Distance Information

ZHENG Wenqiang ZHANG Xinhua XIA Zhijun ZHOU Min

(Research Center of Ocean Acoustics Information, Dalian Naval Academy, Dalian 116018)

The formation combat is the basic style of future naval warfare combat. It is very important for acoustic warfare research. If warships can get torpedo range and azimuth alarm information through data fusion, etc., and determine the torpedo attack intention, that the specific objectives of the torpedo attack warships according to the information, it helps commanders to take effective and reasonable confrontation method, thereby enhancing viability. In this paper, based on the establishment of acoustic homing torpedo attack model and the model of movement, the torpedo struck trend is divided from different regions, attacking intent criterion is proposed, and through simulation, factors affecting the accuracy are analyzed. It provides the necessary information for the formation of collaborative acoustic warfare command decision.

formation of acoustic warfare, acoustic homing torpedo, attacking intention, command decision

2013年7月2日,

2013年8月15日

鄭文強,男,碩士研究生,研究方向:水聲與水聲對抗。章新華,男,博士生導(dǎo)師,教授,研究方向:水聲信號處理。夏志軍,男,碩士,講師,研究方向:水聲與水聲對抗。

TB56

10.3969/j.issn1672-9730.2014.01.009