鄭 強(qiáng)，楊日杰，陳佳琪，陳貽煥

（海軍航空大學(xué)，山東 煙臺 264001）

0 引言

潛艇水下魚雷攻擊是水面艦艇在未來海戰(zhàn)中面臨的主要威脅，如何對來襲魚雷進(jìn)行有效對抗是急需解決的重要問題。來襲魚雷導(dǎo)引方式不同，彈道類型不同，則需要的對抗器材類型，對抗方法也會有所差異。魚雷作為水下快速小目標(biāo)，隱蔽性強(qiáng)，水面艦艇可用主動或被動聲納對魚雷進(jìn)行預(yù)警，為了有充裕的時間完成對魚雷的預(yù)警、探測、跟蹤、識別和對抗決策，艦艇需要在中遠(yuǎn)距離對來襲魚雷報警，而主動聲納對來襲魚雷報警距離近，難以滿足對抗魚雷的及時性要求。通常情況下，中遠(yuǎn)距離上的魚雷探測主要依靠被動聲納，而被動聲納只能獲得來襲魚雷的方位信息，無法獲取魚雷的距離信息和類型信息，給對抗器材的使用和艦艇規(guī)避決策帶來困難。一直以來，對來襲魚雷的識別僅僅依靠像素層范疇（LOFAR 和DEMON 譜分析技術(shù)）［1］，且只能實現(xiàn)魚雷與非魚雷目標(biāo)的區(qū)別，而對相關(guān)戰(zhàn)術(shù)信息缺乏有效應(yīng)用，對來襲魚雷彈道類型的判別缺乏深入研究。因此，在魚雷向艦艇目標(biāo)接近過程中，如果能夠根據(jù)來襲魚雷的舷角變化信息，判斷來襲魚雷可能的攻擊彈道類型，則可為中遠(yuǎn)距離對抗器材的使用及魚雷類型判別提供信息支持，提高艦艇反魚雷水聲對抗作戰(zhàn)決策的針對性和有效性。

1 潛射魚雷彈道模型

潛射魚雷按自導(dǎo)方式主要可分為直航、聲自導(dǎo)、線導(dǎo)+聲自導(dǎo)、線導(dǎo)+尾流自導(dǎo)4種形式［2］，目前直航魚雷已較少運用，而線導(dǎo)+聲自導(dǎo)、線導(dǎo)+尾流自導(dǎo)魚雷在向目標(biāo)接近過程中則采取線導(dǎo)導(dǎo)引，因此，魚雷中遠(yuǎn)距離向艦艇接近過程中，本文主要研究兩種不同類型的魚雷彈道，即聲自導(dǎo)魚雷彈道和線導(dǎo)魚雷彈道。

1.1 聲自導(dǎo)魚雷彈道模型

潛艇采用提前角法進(jìn)行聲自導(dǎo)魚雷攻擊如圖1所示，圖中T為魚雷位置，A為被攻擊艦艇位置，ct，vt為魚雷航向、航速，cs，vs為艦艇航向、航速，qt為魚雷所處艦艇的舷角，φ為理想攻擊提前角，Q為魚雷理想命中點，B為魚雷的有利導(dǎo)引點。魚雷按航向ct直航搜索接近目標(biāo)，與艦艇目標(biāo)在Q點相遇。采用提前角引導(dǎo)魚雷攻擊時潛艇須解算目標(biāo)運動要素，通常魚雷攻擊的正常提前角可表示為［3］：

在一定射擊條件下，魚雷發(fā)現(xiàn)概率最高的提前角為有利提前角，即使魚雷自導(dǎo)扇面中的某點與目標(biāo)相遇，即將圖1中魚雷自導(dǎo)扇面內(nèi)的B點與目標(biāo)相遇。有利提前角φa可由K系數(shù)分段法和形心法近似求解，通?？捎墒剑?）近似估計魚雷攻擊的有利提前角 φa［3］：

式中，K為優(yōu)化系數(shù)，由魚雷自導(dǎo)性能確定，qt為艦艇相對魚雷舷角。

1.2 線導(dǎo)雷彈道模型

線導(dǎo)魚雷導(dǎo)引方法主要包括現(xiàn)在方位法導(dǎo)引、修正方位導(dǎo)引、前置點導(dǎo)引、人工導(dǎo)引等。盡管線導(dǎo)魚雷存在多種不同的導(dǎo)引方法，但以“三點一線”為特點的現(xiàn)在方位導(dǎo)引是潛艇控制魚雷攻擊目標(biāo)的必經(jīng)過程，特別是在有干擾條件下，現(xiàn)在方位導(dǎo)引法是對機(jī)動目標(biāo)唯一有效的導(dǎo)引方法［4］?，F(xiàn)在方位導(dǎo)引僅需要目標(biāo)方位，潛艇、魚雷位置及其航行參數(shù)信息，就可對線導(dǎo)魚雷進(jìn)行控制和導(dǎo)引。

本文主要研究線導(dǎo)魚雷的現(xiàn)狀方位法導(dǎo)引彈道，潛艇按周期測定目標(biāo)艦艇所在方位，根據(jù)魚雷位置和速度信息，控制魚雷航向，使其方位與艦艇所在方位相一致［5］。如圖 2所示，Sb0、S0分別為魚雷發(fā)射t0時刻潛艇和艦艇所在位置，csb、cs分別為潛艇和艦艇的航向，艦艇相對潛艇初始目標(biāo)方位為B0。Sb1、S1為t1時刻潛艇和艦艇所在位置，此時艦艇相對潛艇方位為B1。魚雷出管后自主航行，然后按照設(shè)定的轉(zhuǎn)角ω轉(zhuǎn)至L1點，轉(zhuǎn)入線導(dǎo)階段。Sb2和S2，Sb3和S3…分別為導(dǎo)引時刻t2、t3…潛艇和艦艇所在位置，艦艇相對潛艇所在方位分別為B2、B3…。若在導(dǎo)引時刻ti潛艇位置點為，艦艇在潛艇方位為Bi，艦艇目標(biāo)方位線方程可表示為［5］：

式中，k為方位線直線方程斜率。

為了提高魚雷轉(zhuǎn)入聲自導(dǎo)狀態(tài)后對目標(biāo)的搜索、捕獲能力，線導(dǎo)魚雷通常按有利點進(jìn)行導(dǎo)引，有利點位于魚雷縱軸線前方r0點，根據(jù)魚雷的當(dāng)前位置，魚雷航速vt及魚雷有利點引導(dǎo)位置，可以得到魚雷有利提前點滿足的位置方程為：

式中，Δ t為線導(dǎo)魚雷導(dǎo)引時間間隔。

由式（3）、式（4）得有利提前點與目標(biāo)方位線Bi的交點，若存在兩個交點，通常取距離發(fā)射艇較遠(yuǎn)的交點作為當(dāng)前時刻魚雷導(dǎo)引的目標(biāo)位置點。

如果為線導(dǎo)+尾流自導(dǎo)魚雷，線導(dǎo)階段潛艇需要將魚雷導(dǎo)引至滯后于當(dāng)前艦艇目標(biāo)所在方位的某點，以使魚雷能夠有效捕獲艦艇尾流，線導(dǎo)彈道模型與線導(dǎo)+聲自導(dǎo)魚雷類似。

因此，通過現(xiàn)在方位導(dǎo)引法，潛艇在只有目標(biāo)方位信息的條件下，根據(jù)潛艇、魚雷位置及其航行信息，可以將魚雷導(dǎo)向被攻擊的艦艇目標(biāo)。

2 基于舷角變化信息的彈道判別方法

2.1 判別依據(jù)

艦艇對中遠(yuǎn)距離來襲魚雷報警時通常只能獲取方位信息，處于聲自導(dǎo)彈道中的魚雷和處于線導(dǎo)導(dǎo)引階段的魚雷相對艦艇的舷角變化規(guī)律是不同的，可以根據(jù)魚雷報警舷角的變化情況判斷魚雷可能的彈道信息。

如圖1所示，Q和Q'分別為聲自導(dǎo)魚雷正常提前角攻擊和有利提前角攻擊時的魚雷命中點，ΔATQ為相遇三角形，φ=∠ATQ和φa=∠ATQ'分別為相應(yīng)的提前角，由于有利提前角導(dǎo)引是將魚雷自導(dǎo)扇面中的某點（圖中B點）與艦艇目標(biāo)相遇，因此，φa＜φ。假設(shè)經(jīng)過Δ t時間后，艦艇到達(dá)N點，有利提前角導(dǎo)引魚雷至T'1，正常提前角導(dǎo)引魚雷至T1點，TT1=TT'1。魚雷按正常提前角向艦艇接近過程中，相對艦艇舷角qt保持不變，而有利提前角攻擊時魚雷相對艦艇舷角緩慢變大，經(jīng)Δ t時間后，舷角為∠QNT1=q't＞qt。舷角變化范圍的大小與對抗態(tài)勢有關(guān)，當(dāng)艦艇直航機(jī)動時，來襲聲自導(dǎo)魚雷相對艦艇舷角變化不明顯。

當(dāng)潛艇對魚雷采用現(xiàn)在方位法導(dǎo)引時，為了保持平臺對魚雷的導(dǎo)引，潛艇通常選擇較低的航速，魚雷的攻擊彈道主要取決于艦艇目標(biāo)的機(jī)動，假設(shè)艦艇在水聲對抗決策之前保持直航，且水面艦艇的航速明顯高于潛艇航速。由圖2可知，水面艦艇從S1到S4的運動過程中，魚雷從L1到L4，魚雷相對艦艇所在舷角明顯增大，而舷角變化范圍與對抗態(tài)勢及艦艇和潛艇的運動狀態(tài)有關(guān)。可見，當(dāng)魚雷在向被攻擊艦艇接近過程中，魚雷相對艦艇所在舷角會變大，相對于魚雷有利提前角攻擊彈道，現(xiàn)在方位法攻擊彈道的舷角變化更為明顯，因此，根據(jù)艦艇對來襲魚雷報警后，魚雷報警舷角的變化情況可以對來襲魚雷的攻擊彈道類型進(jìn)行初步判斷，為水聲對抗決策提供依據(jù)。

根據(jù)不同魚雷導(dǎo)引方式的特點，可設(shè)定魚雷報警舷角的變化范圍ΔqT，在特定時間間隔范圍內(nèi)，當(dāng)魚雷舷角變化量大于ΔqT時，可判斷為現(xiàn)在方位法攻擊彈道，否則為提前角或有利提前角攻擊彈道。舷角變化量ΔqT的范圍，需要根據(jù)具體的作戰(zhàn)對象和對抗態(tài)勢進(jìn)行分析，本文將在特定戰(zhàn)、技術(shù)背景下的判斷方法進(jìn)行仿真分析。

2.2 仿真分析

2.2.1 仿真參數(shù)

仿真參數(shù)如表1所示。對抗仿真時的來襲魚雷的報警距離分為遠(yuǎn)距離（30 cab～40 cab）、中等距離（20 cab～30 cab）兩種情況，在不同的報警舷角下，進(jìn)行1 000次的蒙特卡洛仿真，統(tǒng)計判斷時間分別為30 s和 60 s。

表1 仿真計算參數(shù)

2.2.2 仿真結(jié)果

不同報警距離，各報警舷角下，魚雷采取有利提前角彈道攻擊和現(xiàn)在方位法彈道攻擊時，魚雷報警舷角的變化如下頁圖3、圖4所示。由表1可以看出，相同對抗態(tài)勢下，艦艇對來襲魚雷報警后，魚雷有利提前角攻擊彈道和現(xiàn)在方位法攻擊彈道下相對艦艇的舷角變化范圍是不同的，考慮魚雷報警聲納方位誤差的影響，有利提前角攻擊彈道的舷角變化量有限。魚雷報警舷角變化范圍與魚雷來襲距離、舷角和判斷時間有關(guān)，距離越近，變化范圍越大；判斷時間越長，變化范圍越大；魚雷大舷角或小舷角來襲時，報警舷角變化較小。通常情況下，魚雷現(xiàn)在方位導(dǎo)引彈道舷角的變化范圍大于有利提前角攻擊彈道舷角變化范圍，在魚雷大舷角或小舷角來襲時，兩種魚雷攻擊彈道下魚雷報警舷角變化范圍比較接近。

3 結(jié)論

實際對抗中應(yīng)根據(jù)戰(zhàn)場水聲環(huán)境條件、魚雷報警聲納性能、作戰(zhàn)對象魚雷性能等，結(jié)合艦艇內(nèi)外部戰(zhàn)術(shù)情報信息，對來襲魚雷報警距離進(jìn)行估計，在一定時間范圍內(nèi)對魚雷舷角變化進(jìn)行統(tǒng)計，分析、判斷來襲魚雷攻擊彈道類型：

1）在魚雷非大舷角和小舷角魚雷來襲情況下，若來襲魚雷舷角變化范圍Δq較小，或基本保持不變，則認(rèn)為來襲魚雷處于提前角或有利提前角攻擊彈道；若Δq大于某一范圍ΔqT，則可認(rèn)為來襲魚雷處于現(xiàn)在方位法攻擊彈道。具體舷角變化范圍ΔqT根據(jù)可能的魚雷距離、對抗對象和判斷時間確定。

2）魚雷報警距離較遠(yuǎn)，且魚雷從大舷角或小舷角來襲時，兩種攻擊彈道相對艦艇報警舷角變化量比較接近，按照保守對抗原則，可認(rèn)為來襲魚雷處于威脅更大的現(xiàn)在方位導(dǎo)引法攻擊彈道進(jìn)行對抗。

由以上分析可知，來襲魚雷舷角變化信息是艦艇水聲對抗中的重要決策參考信息，可作為中遠(yuǎn)距離來襲魚雷類型識別的重要依據(jù)，對提高反魚雷作戰(zhàn)的針對性和有效性具有重要意義。但對于近距離魚雷跟蹤彈道或者滑?？刂频刃滦汪~雷導(dǎo)引彈道的判別方法還需作進(jìn)一步的深入研究［6］。

［1］陳顏輝，趙曉哲，黃文斌.潛射魚雷類型識別系統(tǒng)建模與數(shù)值仿真［J］.彈道學(xué)報，2007，19（4）：82-85.

［2］陳顏輝，朱偉良，杜毅.潛射魚雷彈道預(yù)測模型與仿真［J］.海軍工程大學(xué)學(xué)報，2013，25（2）：57-61.

［3］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.

［4］李剛強(qiáng)，黃文斌.線導(dǎo)魚雷導(dǎo)引方法綜述［J］.魚雷技術(shù)，2003，11（2）：38-42.

［5］趙正業(yè).潛艇火控原理［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2003：228-232.

［6］劉宇，原建平，侯朝煥.水下自導(dǎo)武器導(dǎo)引律研究［J］.兵工學(xué)報，2008，29（4）：483-486.