劉征宇 劉本奇 吳 雙

（1.海軍駐上海地區(qū)水聲導(dǎo)航系統(tǒng)軍事代表室 上海 201108）（2.上海船舶電子設(shè)備研究所 上海 201108）

水面艦魚雷防御仿真系統(tǒng)研究?

劉征宇1劉本奇2吳 雙2

（1.海軍駐上海地區(qū)水聲導(dǎo)航系統(tǒng)軍事代表室 上海 201108）（2.上海船舶電子設(shè)備研究所 上海 201108）

水面艦魚雷防御仿真系統(tǒng)對于研制新型水面艦水聲對抗系統(tǒng)具有指導(dǎo)作用。通過對仿真系統(tǒng)進(jìn)行功能分析，確定了水面艦魚雷防御仿真系統(tǒng)的硬件組成、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)，根據(jù)作戰(zhàn)演習(xí)中的角色劃分，將魚雷防御仿真評估系統(tǒng)分為攻擊方、防御方和公共方三大部分，給出了水面艦魚雷防御系統(tǒng)仿真試驗(yàn)運(yùn)行實(shí)例，驗(yàn)證了水面艦魚雷防御系統(tǒng)仿真的可行性。

水面艦；魚雷防御；仿真

1 引言

魚雷防御技術(shù)的發(fā)展對保衛(wèi)本艦的安全有著重要的意義，因此，如何提高魚雷防御的技術(shù)水平已經(jīng)成為世界各國海軍競相發(fā)展的重要任務(wù)［1］。近幾十年來，美、意、英、法、俄等國的海軍投入了大量的人力、物力和財(cái)力，研究如何有效提高反潛和反魚雷能力［2～5］。到目前為止，世界各國研制的干擾器、聲誘餌、潛艇模擬器、氣幕彈、攔截網(wǎng)、火箭深彈等對抗器材已達(dá)上百種，隨著水聲探測技術(shù)和魚雷武器自導(dǎo)技術(shù)的不斷發(fā)展，水聲對抗器材向著自航式、火箭助飛式、空投、硬殺傷和智能化方向發(fā)展［6］。隨著聲納技術(shù)和魚雷技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的利用單一對抗器材防御來襲魚雷的方式已不能滿足海軍作戰(zhàn)的要求，而一個能夠?qū)共煌仔秃筒煌詫?dǎo)方式魚雷的完整的水聲對抗系統(tǒng)，已經(jīng)成為當(dāng)前形式下的迫切需求［7～8］。

本文以水面艦對抗線導(dǎo)+尾流自導(dǎo)魚雷為背景，建立了水面艦魚雷防御仿真系統(tǒng)這一仿真試驗(yàn)平臺，在此基礎(chǔ)上研究潛艇發(fā)射尾流自導(dǎo)魚雷攻擊水面艦艇，水面艦魚雷防御系統(tǒng)采用軟、硬殺傷對抗器材實(shí)施對抗這一過程的仿真與作戰(zhàn)效能評估，為優(yōu)化水面艦水聲對抗系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)以及對抗器材的研制和改進(jìn)提供有價(jià)值的參考依據(jù)。

2 水面艦魚雷防御仿真系統(tǒng)功能分析

水面艦魚雷防御仿真系統(tǒng)主要完成水面艦艇采用軟、硬殺傷對抗器材防御線導(dǎo)+尾流自導(dǎo)魚雷的對抗效能評估［9～10］。水面艦魚雷防御仿真系統(tǒng)的功能描述如下：

1）水面艦魚雷防御系統(tǒng)仿真演示

對仿真系統(tǒng)中的各參戰(zhàn)實(shí)體的三維模型、海洋環(huán)境以及特殊效果（爆炸、聲波、海浪、尾流等）進(jìn)行建模，并建立相應(yīng)的三維模型數(shù)據(jù)庫以及場景聲效數(shù)據(jù)庫，使整個魚雷防御試驗(yàn)仿真過程可以采用虛擬現(xiàn)實(shí)的方式逼真地演示出來。同時(shí)，能夠?qū)Ω鱾€仿真實(shí)體的工作狀態(tài)、相關(guān)參數(shù)以及作戰(zhàn)態(tài)勢以曲線、圖、表等方式進(jìn)行實(shí)時(shí)地顯示。

2）魚雷防御動態(tài)試驗(yàn)?zāi)M

在攻防雙方參數(shù)給定的條件下，能夠?qū)崿F(xiàn)采用典型軟殺傷對抗器材［11～12］（噪聲干擾器、尾流模擬器）、硬殺傷對抗器材［13～14］（聲誘餌、攔截網(wǎng)）防御來襲線導(dǎo)+尾流自導(dǎo)魚雷的對抗過程仿真，并可以真實(shí)的時(shí)間比例仿真魚雷防御動態(tài)試驗(yàn)的整個過程［15～16］。

3）魚雷防御系統(tǒng)效能評估

依據(jù)魚雷防御作戰(zhàn)使用的條件、隨機(jī)干擾因素以及效能評估指標(biāo)體系建立魚雷防御試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模型，通過初始態(tài)勢、海洋環(huán)境、戰(zhàn)術(shù)方案等參數(shù)的改變、仿真時(shí)間步長的壓縮，對每種情況都可進(jìn)行多次仿真實(shí)驗(yàn)，給出統(tǒng)計(jì)意義上的魚雷防御系統(tǒng)作戰(zhàn)效能。

4）魚雷防御方案優(yōu)選

在魚雷、對抗器材性能參數(shù)、環(huán)境參數(shù)給定的情況下，針對不同的作戰(zhàn)態(tài)勢，對器材的發(fā)射枚數(shù)、發(fā)射時(shí)機(jī)、發(fā)射方位、發(fā)射距離以及水面艦規(guī)避的速度、航向等，進(jìn)行一系列的魚雷防御動態(tài)仿真試驗(yàn)，可評估不同作戰(zhàn)方案的優(yōu)略，為魚雷防御作戰(zhàn)方案的優(yōu)選提供依據(jù)。

3 水面艦魚雷防御仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為研究對抗尾流自導(dǎo)魚雷的作戰(zhàn)效能，建立了水面艦魚雷防御仿真系統(tǒng)，系統(tǒng)包括攻擊方［18］的艦艇、魚雷，防御方的水面艦、對抗器材，公共方的導(dǎo)演臺［19］、三通道視景系統(tǒng)［20］、海洋聲信道［21］、SQL數(shù)據(jù)庫服務(wù)器及RTI仿真服務(wù)器［22～23］，系統(tǒng)硬件組成如圖1所示。

圖1 水面艦魚雷防御仿真系統(tǒng)硬件組成

為了提高系統(tǒng)可信度和可擴(kuò)充性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)為參數(shù)級和信號級兩大仿真平臺，仿真系統(tǒng)的初始參數(shù)、控制、運(yùn)動、解算等信息則在參數(shù)級仿真平臺上通過以太網(wǎng)傳輸。系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

由于系統(tǒng)需要模擬各個作戰(zhàn)實(shí)體的聲學(xué)特性，而聲信息的傳輸與信號處理計(jì)算工作量較大，所以與聲學(xué)特性相關(guān)的節(jié)點(diǎn)的信號處理部分由信號處理機(jī)實(shí)時(shí)完成，構(gòu)建成信號級仿真平臺，其數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)如圖3所示，聲信息通過DSP機(jī)箱中的光纖接口卡進(jìn)行高速點(diǎn)對點(diǎn)傳輸，這樣就保證了大量聲信息傳輸和處理的實(shí)時(shí)性。

圖2 水面艦魚雷防御仿真系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

圖3 信號級仿真平臺數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)圖

為了使建立的水面艦魚雷防御仿真系統(tǒng)具備評估對抗尾流自導(dǎo)魚雷作戰(zhàn)效能的功能，在完成線導(dǎo)魚雷導(dǎo)引聲納、尾流自導(dǎo)魚雷的仿真的基礎(chǔ)上，對噪聲干擾器、聲誘餌［17］、尾流模擬器、攔截網(wǎng)等典型軟硬殺傷對抗器材進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，同時(shí)對本艦的機(jī)動運(yùn)動、聲學(xué)特性、尾流特性進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

4 水面艦魚雷防御系統(tǒng)仿真試驗(yàn)運(yùn)行實(shí)例

4.1 仿真試驗(yàn)流程

首先，確定仿真初始參數(shù)，在基于信號級仿真平臺的每個仿真步長內(nèi)，魚雷、本艦在每個仿真節(jié)拍內(nèi)按自身運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動，線導(dǎo)魚雷根據(jù)聲納檢測模型進(jìn)行檢測，尾流自導(dǎo)魚雷對尾流區(qū)進(jìn)行分步檢測，根據(jù)檢測結(jié)果來決定魚雷下一時(shí)刻的操舵角，記錄各參戰(zhàn)實(shí)體的處理結(jié)果。

然后，在魚雷防御仿真系統(tǒng)這一試驗(yàn)環(huán)境下，根據(jù)模擬統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)原理，確定將要開展的仿真總次數(shù)N，基于模擬仿真的方式，并考慮相應(yīng)隨機(jī)誤差模型開展仿真試驗(yàn)。在給定態(tài)勢下，魚雷按不同來襲弦角攻擊本艦，本艦采用分層對抗措施進(jìn)行對抗，統(tǒng)計(jì)本艦生存概率提高率和其它評估指標(biāo)。

水面艦魚雷防御仿真系統(tǒng)的仿真試驗(yàn)流程如圖4所示。

仿真系統(tǒng)中的各參戰(zhàn)實(shí)體模型，均依據(jù)自身的運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動和轉(zhuǎn)向規(guī)避，對抗雙方參戰(zhàn)實(shí)體將依據(jù)自身的仿真模型來計(jì)算作用距離或范圍、目標(biāo)方位信息等，魚雷根據(jù)線導(dǎo)或尾流自導(dǎo)模型來檢測、跟蹤目標(biāo)，在相關(guān)初始參數(shù)確定的條件下，通過執(zhí)行N次仿真試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)評估指標(biāo)來評價(jià)對抗器材的對抗性能。

圖4 水面艦魚雷防御仿真試驗(yàn)流

仿真結(jié)束后，記錄仿真成功的次數(shù)，成功次數(shù)和仿真總次數(shù)相比，得出水面艦生存概率等評估指標(biāo)。

4.2 系統(tǒng)運(yùn)行效果

系統(tǒng)運(yùn)行前，首先運(yùn)行軟件來啟動仿真環(huán)境，然后打開所有仿真節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)做好仿真前準(zhǔn)備后，由導(dǎo)演臺控制整個系統(tǒng)的運(yùn)行。導(dǎo)演臺節(jié)點(diǎn)仿真軟件運(yùn)行如圖5所示。

系統(tǒng)采用噪聲干擾器、尾流模擬器和攔截網(wǎng)對抗來襲線導(dǎo)+尾流自導(dǎo)魚雷的運(yùn)行實(shí)例，可從系統(tǒng)導(dǎo)演臺上看到整體的作戰(zhàn)態(tài)勢，以及魚雷彈道、本艦航跡和對抗器材落點(diǎn)等信息，如圖6所示。

從圖6中的運(yùn)行實(shí)例可以看出，噪聲干擾器的使用，使敵方潛艇的導(dǎo)引聲納受到干擾而無法正常工作，尾流模擬器也成功消耗了魚雷的航程，但由于尾流模擬器的使用枚數(shù)不足，模擬尾流區(qū)域長度不夠，使尾流自導(dǎo)魚雷進(jìn)入了漸開線再搜索彈道，再入尾流后采用攔截網(wǎng)完成了對抗，因此，該運(yùn)行實(shí)例既證明了尾流自導(dǎo)魚雷彈道的正確性，又說明了軟殺傷對抗器材（尾流模擬器和噪聲干擾器）的有效性，同時(shí)也可以看出攔截網(wǎng)組成的攔截陣對近程尾流自導(dǎo)魚雷的攔截效果。

圖5 系統(tǒng)導(dǎo)演臺仿真節(jié)點(diǎn)

圖6 組合對抗條件下的導(dǎo)演臺作戰(zhàn)態(tài)勢運(yùn)行示意圖

系統(tǒng)在初始化時(shí)，水面艦仿真軟件、魚雷仿真軟件、海洋信道仿真軟件在等待系統(tǒng)導(dǎo)演臺的仿真開始命令（如圖7所示）。

5 結(jié)語

為優(yōu)化水面艦水聲對抗系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)以及對抗器材的研制和改進(jìn)，建立了水面艦魚雷防御仿真系統(tǒng)，為了評估對抗線導(dǎo)+尾流自導(dǎo)魚雷作戰(zhàn)效能的功能，在完成線導(dǎo)魚雷的導(dǎo)引聲納、尾流自導(dǎo)魚雷仿真的基礎(chǔ)上，對噪聲干擾器、聲誘餌、尾流模擬器、攔截網(wǎng)等典型軟硬殺傷對抗器材進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，同時(shí)對本艦的機(jī)動運(yùn)動、聲學(xué)特性、尾流特性進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。水面艦魚雷防御仿真系統(tǒng)為優(yōu)化水面艦水聲對抗系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)以及對抗器材的研制和改進(jìn)提供有價(jià)值的參考依據(jù)。

圖7 水面艦、魚雷、海洋信道仿真節(jié)點(diǎn)軟件運(yùn)行狀態(tài)

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Research on Simulation System of Surface Warship Torpedo Defence

LIU Zhengyu1LIU Benqi2WU Shuang2
（1.Shanghai Military Representative of Navy Equipment Department，Shanghai 201108）（2.Shanghai Marine Electronic Equipment Institute，Shanghai 201108）

surface warship，torpedo，simulation

TP391

10.3969∕j.issn.1672-9730.2017.10.001

AbatractSimulation system of surface warship torpedo defence is instructive to develop new pattern surface warship underwater acoustic countermeasure.Through the functional analysis of simulation system，hardware form，topology structure and data transmission structure of surface warship torpedo defence are comfirmed.Depending on different roles in battle manoeuvres，the torpedo defence simulation evaluated system is divided into attacker，defender and referee，and simulation running instance of surface warship defence system is presented，then the feasibility of surface warship torpedo defence system simulation is validated.

Class Number TP391

2017年4月5日，

2017年5月26日

劉征宇，男，碩士研究生，研究方向：水聲信號處理。劉本奇，男，碩士研究生，研究方向：水聲信號處理。

吳雙，男，碩士研究生，研究方向：水聲對抗。