蔡云祥　初　磊　宮　旭

(1.海軍潛艇學(xué)院　青島　266199)(2.海司潛艇部　北京　100000)

反潛巡邏機(jī)使用聲納浮標(biāo)對潛定位誤差因素影響效果研究*

蔡云祥1初磊1宮旭2

(1.海軍潛艇學(xué)院青島266199)(2.海司潛艇部北京100000)

摘要聲納浮標(biāo)作為反潛巡邏機(jī)的一型重要探潛裝備，其使用效果直接影響到反潛巡邏機(jī)的對潛攻擊效果。論文通過對反潛巡邏機(jī)使用多枚聲納浮標(biāo)對潛定位誤差影響因素及其要素解算可行性的探討，提出了同一陣型不同布設(shè)方式對定位誤差的影響效果，可對反潛巡邏機(jī)精確使用聲納浮標(biāo)具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞反潛巡邏機(jī), 聲納浮標(biāo), 定位誤差, 影響效果

Class NumberTJ 765

1引言

反潛巡邏機(jī)作為一型有效的應(yīng)召反潛和常態(tài)化巡邏反潛兵力，是各國常用的反潛兵力。作為反潛巡邏機(jī)反潛作戰(zhàn)重要一環(huán)的對潛攻擊，攻擊過程中反潛巡邏機(jī)對聲納浮標(biāo)的定位誤差、聲納浮標(biāo)對潛艇的定位誤差直接影響了反潛巡邏機(jī)使用空投魚雷的命中概率。本文將對上述第一部分誤差采用仿真分析法，就反潛巡邏機(jī)使用傳統(tǒng)的被動非定向聲納浮標(biāo)對潛定位影響因素進(jìn)行研究。

2反潛巡邏機(jī)使用聲納浮標(biāo)對潛的定位誤差

反潛巡邏機(jī)對聲納浮標(biāo)的定位誤差主要與反潛機(jī)的俯仰角、方位角和高度誤差有關(guān)，同時還與反潛機(jī)的航向誤差有關(guān)。根據(jù)誤差原理，以反潛機(jī)為坐標(biāo)原點，機(jī)身軸線為x軸，前進(jìn)方向為正，機(jī)翼方向為y軸，方向按右手法則，反潛機(jī)對聲納浮標(biāo)定位誤差為

σxFQJ_FB1=

(1)

σyFQJ_FB1=

(2)

同理，以反潛機(jī)為原點、y軸正向為正北向，x軸正向為正東向(NOE)(這里不考慮飛機(jī)的俯仰角、橫滾角、偏航角誤差和地球曲率等條件的影響)坐標(biāo)系中的定位誤差為

(3)

(4)

其中：HFQJ為反潛機(jī)航向(°)。

進(jìn)一步可以得到反潛機(jī)對潛定位誤差為

(5)

(6)

其中：σxFB_QT、σyFB_QT為以浮標(biāo)為圓心，y軸正向為正北，x軸正向為正東向條件下，浮標(biāo)對潛艇的定位誤差(m)。

圖1　浮標(biāo)定位散布示意圖

根據(jù)誤差散布原理[2～5]，認(rèn)為浮標(biāo)對潛艇的探測誤差在方位和距離上都呈正態(tài)分布，探測點的分布概率密度在方位和距離上綜合表現(xiàn)為一橢圓。

σx′=σDCPA

(7)

σy′=DCPAtgσF

(8)

其中：σDCPA為探測距離誤差均方差；σF為方位誤差均方差。

在NOE(這里不考慮地球曲率的影響)坐標(biāo)系中浮標(biāo)對潛艇的定位誤差為

(9)

(10)

(11)

其中：α為探測方位(°)。

綜合式(5)～式(6)、式(9)～式(11)可以得到反潛機(jī)對潛艇定位誤差。

由于σFB_QT與具體的定位方法相關(guān)，所以，下面結(jié)合具體的定位方法對浮標(biāo)對潛艇的定位誤差進(jìn)行分析。

3使用兩枚以上被動非定向浮標(biāo)對

潛定位誤差影響效果

3.1方位-多普勒法

由誤差原理，反潛巡邏機(jī)最近進(jìn)場點的誤差為

(12)

再由式(7)～式(8)可求得NOE坐標(biāo)系下的潛艇散布誤差。

假設(shè)潛艇以航速10Kn，航向90°航行，頻率誤差0.01-0.04Hz，最近進(jìn)場點距離200-2000m，方位誤差13°，不考慮聲速誤差和速度誤差影響，定位誤差計算結(jié)果如圖2。

圖2　多普勒效應(yīng)定位誤差圖

從計算結(jié)果可知，最近進(jìn)場點距離越大，頻率測量誤差越大，定位誤差越大。

3.2兩方位法

誤差產(chǎn)生的因素主要有：方位誤差、最近進(jìn)場點前后準(zhǔn)確的時間間隔、迪發(fā)方位滯后。對于迪發(fā)方位滯后產(chǎn)生的誤差，指揮員可以通過將獲得方位與DL(Directional Listening)方位比對進(jìn)行修正，而最近進(jìn)場點前后準(zhǔn)確的時間間隔主要有指揮員的操作能力決定，所以，這里主要計算方位誤差對定位誤差的影響，認(rèn)為兩次探測方位均方差相同，解得：

(13)

(14)

其中：V為潛艇速度(m/s)；T為兩方位間時間差(s)；F1、F2為兩次測得方位值(°)。

從式(13)、(14)中可以看出，航向誤差與方位誤差成正比，而最近進(jìn)場點距離誤差與目標(biāo)的速度和兩方位時間差成正比。但該種算法需結(jié)合具體陣型進(jìn)行分析。

4楔形陣型使用被動跟蹤算法對潛定位誤差因素影響效果分析

楔形陣型作為一種較常見的探測、跟蹤陣型，具有布陣迅速、簡便等特點。由此，利用上述已有解算結(jié)論，可分析如下。

圖3　楔形陣型

4.1定位誤差

建立坐標(biāo)系如圖3所示，假設(shè)浮標(biāo)陣正面寬度d=1389m，浮標(biāo)開角a取值30°、45°、60°、75°、90°，潛艇位置點由中心浮標(biāo)沿y軸正向縱向變化，探測方位誤差13°，解得結(jié)果如圖4、圖5。

圖4　a值對定位誤差影響

從圖4、圖5可以看出：

1) 定位誤差最小值點距中心浮標(biāo)距離隨a取值不同而異，基本趨勢是：a值越大，定位誤差最小值點距中心浮標(biāo)的距離越大。

2) 在較近距離處，a值越大，即越接近直線陣，定位誤差越小。

3)a值為45°和60°條件下，定位誤差相對變化平穩(wěn)，特別是60°條件下，潛艇位于浮標(biāo)陣內(nèi)時，誤差變化平穩(wěn)。

4) 浮標(biāo)間距越小定位誤差越小。

圖5　浮標(biāo)間距對定位誤差影響

4.2運(yùn)動要素解算可行性分析

設(shè)定潛艇航速5Kn，航向180°航行，初始位置點(0，2778m)，方位誤差13°，浮標(biāo)位置點同上。仿真計算結(jié)果如圖6、圖7[6～7]。

圖6　解算目標(biāo)速度

圖7　解算目標(biāo)航向

從圖6、圖7中可以看出，解算速度和航向值是可以收斂的，此算法可行，且在初始位置點一定的條件下，a值越大，收斂速度越快，解算要素誤差越小，由仿真圖形可以看出，數(shù)分鐘內(nèi)要素即可收斂，因此，此種方法的解算時間完全可以滿足反潛巡邏機(jī)運(yùn)動要素解算的時效性需求。

5結(jié)語

反潛巡邏機(jī)使用多枚聲納浮標(biāo)對潛定位時，最近進(jìn)場點距離越遠(yuǎn)、浮標(biāo)與潛艇間距離越大、頻率誤差越大，定位誤差越大。使用楔形陣型對潛跟蹤時，將一枚浮標(biāo)置于航向前，另外兩枚浮標(biāo)置于潛艇預(yù)測航向兩側(cè)60°，此種設(shè)置方法可以使?jié)撏挥诟?biāo)陣內(nèi)時的定位誤差達(dá)到最小值，且誤差變化平穩(wěn)，同時，浮標(biāo)間距離越小，定位誤差越小，可有效提升反潛巡邏機(jī)對潛探測、跟蹤精度。

參 考 文 獻(xiàn)

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ASW-aircraft Anti-submarine Orientating Error for Factor Effection with Buoy

CAI Yunxiang1CHU Lei1GONG Xu2

(1.Naval Submarine Academy, Qingdao266199)(2.Navy Headquarters Submarine Department, Beijing100000)

AbstractAs an important equiption for ASW-aircraft, the operation effection was connection with attacking submarine. Using several buoys to orientate submarine and TMA was brought out, and the effection of the same array with different deployments was analyzed. The paper could provide reference for ASW-aircraft using buoys to attacking submarine accurately.

Key WordsASW-aircraft, buoy, orientating error, factor effection

*收稿日期：2015年12月7日,修回日期：2016年1月30日基金項目：國家社科基金(軍事學(xué)項目)(編號：15GJ004-212)資助。

作者簡介：蔡云祥，男，博士，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：潛艇戰(zhàn)與反潛戰(zhàn)。

中圖分類號TJ 765

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.06.011