李 華, 張靜遠(yuǎn)

聲自導(dǎo)魚(yú)雷二次轉(zhuǎn)角作戰(zhàn)使用方法

李 華, 張靜遠(yuǎn)

(海軍工程大學(xué) 兵器工程學(xué)院, 湖北 武漢, 430033)

針對(duì)聲自導(dǎo)魚(yú)雷在一次轉(zhuǎn)角作戰(zhàn)方式下, 存在魚(yú)雷與目標(biāo)相遇時(shí)目標(biāo)多普勒速度未能達(dá)到自導(dǎo)檢測(cè)閾值導(dǎo)致難以檢測(cè)到目標(biāo)的情況, 從目標(biāo)多普勒速度與魚(yú)雷自導(dǎo)檢測(cè)閾值分析入手, 提出滿足魚(yú)雷自導(dǎo)檢測(cè)的二次轉(zhuǎn)角作戰(zhàn)方式, 并建立模型。通過(guò)蒙特卡洛法求解聲自導(dǎo)魚(yú)雷在一次轉(zhuǎn)角作戰(zhàn)方式和改進(jìn)后二次轉(zhuǎn)角作戰(zhàn)方式下的發(fā)現(xiàn)概率, 并考慮目標(biāo)機(jī)動(dòng)的情況。結(jié)果表明, 改進(jìn)后的二次轉(zhuǎn)角作戰(zhàn)方式可提高聲自導(dǎo)魚(yú)雷的發(fā)現(xiàn)概率。

聲自導(dǎo)魚(yú)雷; 目標(biāo)多普勒速度; 二次轉(zhuǎn)角; 發(fā)現(xiàn)概率

0 引言

魚(yú)雷作為水下重要武器之一, 對(duì)其作戰(zhàn)使用方法的研究極其重要。在使用自導(dǎo)魚(yú)雷作戰(zhàn)時(shí), 主要采取的方式有單雷射擊、雙雷齊射或多雷齊射。在采用單雷射擊的情況下, 從彈道程序上分析, 主要是考慮魚(yú)雷的一次轉(zhuǎn)角[1], 針對(duì)魚(yú)雷和目標(biāo)的陣位態(tài)勢(shì), 尋求使魚(yú)雷以最高概率發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的有利提前角[2]。在采用雙雷齊射或多雷齊射的情況下, 主要有2種組織實(shí)施方式: 扇面齊射和平行航向齊射[3]。平行航向齊射是指2條魚(yú)雷或者多條魚(yú)雷在水平面上分別執(zhí)行一次轉(zhuǎn)角航向后, 呈展開(kāi)態(tài)勢(shì)分別執(zhí)行二次轉(zhuǎn)角前的直航距離, 再分別執(zhí)行二次轉(zhuǎn)角, 進(jìn)而呈并行方式向前搜索目標(biāo), 因其有較好的使用效果, 是自導(dǎo)魚(yú)雷齊射的主要方法。

目前, 對(duì)于聲自導(dǎo)魚(yú)雷作戰(zhàn)使用方法研究很多, 如對(duì)一次轉(zhuǎn)角射擊模型優(yōu)化[1-2], 或提出基于相遇態(tài)勢(shì)的二次轉(zhuǎn)角射擊模型研究[4], 也有對(duì)雙雷齊射的研究[3], 在仿真中都能起到提高魚(yú)雷發(fā)現(xiàn)目標(biāo)概率的作用, 但是普遍都出現(xiàn)了忽略聲魚(yú)雷自導(dǎo)檢測(cè)邏輯的問(wèn)題。

文中基于魚(yú)雷自導(dǎo)檢測(cè)邏輯原理, 提出目標(biāo)不可攻角和可攻角, 針對(duì)聲自導(dǎo)魚(yú)雷單雷一次轉(zhuǎn)角作戰(zhàn)方式下可能存在的問(wèn)題, 提出改進(jìn)的二次轉(zhuǎn)角射擊模型, 并通過(guò)仿真計(jì)算, 尋求最佳的二次轉(zhuǎn)角射擊模型。

1 二次轉(zhuǎn)角作戰(zhàn)方式的必要性分析

當(dāng)魚(yú)雷單雷射擊時(shí), 按照理論考慮有利提前角, 魚(yú)雷執(zhí)行一次轉(zhuǎn)角航向后, 按確定的航向直航搜索直航目標(biāo), 這種研究方式較為合理, 但存在考慮不夠全面的缺點(diǎn), 體現(xiàn)在缺乏對(duì)魚(yú)雷自導(dǎo)檢測(cè)邏輯的研究。在魚(yú)雷自導(dǎo)接收機(jī)中, 通常會(huì)設(shè)有中心頻率等于發(fā)射信號(hào)頻率與魚(yú)雷自身運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的多普勒頻率之和的陷波器, 從而達(dá)到很大程度降低混響干擾的效果。當(dāng)目標(biāo)靜止時(shí), 回波信號(hào)頻率和混響信號(hào)頻率相同, 將會(huì)導(dǎo)致信號(hào)頻率落在阻帶中心, 無(wú)法得到有效放大。只有目標(biāo)運(yùn)動(dòng)且引起的多普勒頻率大于阻帶帶寬, 目標(biāo)方可被檢測(cè)到[5]。因此, 目標(biāo)多普勒速度如果未能達(dá)到魚(yú)雷自導(dǎo)檢測(cè)閾值, 將會(huì)造成檢測(cè)不到目標(biāo)的后果。對(duì)此, 針對(duì)在一次轉(zhuǎn)角作戰(zhàn)方式下目標(biāo)多普勒速度未能達(dá)到魚(yú)雷自導(dǎo)檢測(cè)閾值的情況, 進(jìn)行二次轉(zhuǎn)角作戰(zhàn)方式的研究顯得尤為重要。

因此, 在要求的多普勒速度閾值和給定的目標(biāo)速度的情況下, 可以求出滿足魚(yú)雷自導(dǎo)檢測(cè)閾值的角度范圍, 稱之為可攻角, 而不滿足要求的角度范圍, 稱為不可攻角。假設(shè)魚(yú)雷自導(dǎo)探測(cè)多普勒速度閾值為3 kn, 目標(biāo)航速分別為6 kn、9 kn和12 kn時(shí), 研究其不可攻角, 如圖1所示。在相同的自導(dǎo)探測(cè)閾值下, 不同的目標(biāo)航速會(huì)有不同的不可攻角。目標(biāo)航速越大, 不可攻角越小, 可攻角越大。

圖1 多普勒閾值為3 kn時(shí)不同目標(biāo)速度的不可攻角

表1 多普勒閾值為3kn時(shí)不同目標(biāo)速度的最大可攻角

2 聲自導(dǎo)魚(yú)雷二次轉(zhuǎn)角射擊模型

2.1 一次轉(zhuǎn)角射擊模型

圖2 一次轉(zhuǎn)角射擊模型

形心法是使魚(yú)雷自導(dǎo)扇面重心與目標(biāo)相遇, 簡(jiǎn)化求解有利提前角的計(jì)算方法[5]。

2.2 二次轉(zhuǎn)角射擊模型

聲自導(dǎo)魚(yú)雷一次轉(zhuǎn)角射擊方法僅考慮到魚(yú)雷與目標(biāo)相遇時(shí)的態(tài)勢(shì)為目標(biāo)處于魚(yú)雷的自導(dǎo)扇面重心處, 這種射擊方法適用于目標(biāo)舷角在可攻角范圍之內(nèi)。而對(duì)于一次轉(zhuǎn)角射擊下目標(biāo)舷角不在可攻范圍內(nèi)時(shí), 目標(biāo)即使進(jìn)入魚(yú)雷自導(dǎo)扇面但未達(dá)到魚(yú)雷自導(dǎo)探測(cè)閾值, 魚(yú)雷也難以發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。

針對(duì)一次轉(zhuǎn)角射擊存在的問(wèn)題, 提出二次轉(zhuǎn)角的射擊方法, 使得魚(yú)雷在攻擊目標(biāo)時(shí)進(jìn)入目標(biāo)的可攻角范圍內(nèi)。根據(jù)上文的可攻角研究, 可見(jiàn)可攻角的取值可在2個(gè)范圍內(nèi)。因此文中研究在2種不同可攻角范圍內(nèi)的二次轉(zhuǎn)角射擊模型。

2.2.1 魚(yú)雷呈迎擊態(tài)勢(shì)的二次轉(zhuǎn)角射擊模型

圖3 魚(yú)雷呈迎擊態(tài)勢(shì)的二次轉(zhuǎn)角射擊模型

2.2.2 魚(yú)雷呈追擊態(tài)勢(shì)的二次轉(zhuǎn)角射擊模型

此模型考慮的是目標(biāo)進(jìn)入魚(yú)雷自導(dǎo)扇面時(shí), 目標(biāo)舷角為鈍角, 且取值在可攻角范圍內(nèi)的情況。魚(yú)雷執(zhí)行二次轉(zhuǎn)角后, 大致呈追擊態(tài)勢(shì)追蹤目標(biāo), 如圖4所示。

圖4 魚(yú)雷呈追擊態(tài)勢(shì)的二次轉(zhuǎn)角射擊模型

1) 橫軸方向上的方程

2) 縱軸方向上的方程

3) 扇面圓心到重心距離

4) 角度條件

3 射擊參數(shù)解算

3.1 仿真參數(shù)設(shè)定

3.2 一次轉(zhuǎn)角射擊方式的參數(shù)解算

運(yùn)用形心法求得一次轉(zhuǎn)角射擊的有利提前角, 在有利提前角射擊下, 求解理想狀態(tài)下目標(biāo)在魚(yú)雷自導(dǎo)扇面形心時(shí)的目標(biāo)多普勒速度, 見(jiàn)表2。

表2 一次轉(zhuǎn)角射擊模型的參數(shù)解算

如表2所示, 在這種戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)下, 運(yùn)用一次轉(zhuǎn)角射擊的作戰(zhàn)方式將會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)多普勒速度未達(dá)到魚(yú)雷自導(dǎo)檢測(cè)閾值, 難以檢測(cè)到目標(biāo)。此時(shí)考慮魚(yú)雷二次轉(zhuǎn)角射擊的作戰(zhàn)方式顯得尤為重要。

3.3 二次轉(zhuǎn)角射擊方式的參數(shù)解算

4 發(fā)現(xiàn)概率計(jì)算

4.1 目標(biāo)不機(jī)動(dòng)的發(fā)現(xiàn)概率計(jì)算

表3 二次轉(zhuǎn)角射擊模型目標(biāo)速度為6 kn的參數(shù)解算

表4 二次轉(zhuǎn)角射擊模型目標(biāo)速度為12 kn的參數(shù)解算

對(duì)于一次轉(zhuǎn)角射擊模型的射擊參數(shù)解算, 利用形心法求解有利提前角, 通過(guò)蒙特卡洛法計(jì)算發(fā)現(xiàn)概率?？傻卯?dāng)目標(biāo)速度為6 kn和12 kn時(shí), 發(fā)現(xiàn)概率分別為0.306, 0.554。對(duì)于改進(jìn)后的魚(yú)雷二次轉(zhuǎn)角射擊模型的發(fā)現(xiàn)概率如圖5所示。

圖5 不同的目標(biāo)舷角和二次轉(zhuǎn)角后不同的直航距離下魚(yú)雷發(fā)現(xiàn)概率圖

對(duì)于二次轉(zhuǎn)角后魚(yú)雷直航距離的選取, 如圖5可見(jiàn), 無(wú)論目標(biāo)速度為6 kn或12 kn, 選取二次轉(zhuǎn)角后直航距離為1 000 m情況下的魚(yú)雷發(fā)現(xiàn)概率總體上均高于其他情況下的發(fā)現(xiàn)概率, 但總體上二次轉(zhuǎn)角后直航距離的取值對(duì)發(fā)現(xiàn)概率的影響較小。

4.2 目標(biāo)機(jī)動(dòng)的發(fā)現(xiàn)概率計(jì)算

4.2.1 目標(biāo)機(jī)動(dòng)參數(shù)設(shè)置

文中引用的機(jī)動(dòng)計(jì)算模型[5]為純模擬結(jié)論, 主要為了達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)向全過(guò)程始終遠(yuǎn)離魚(yú)雷的目的, 當(dāng)魚(yú)雷到達(dá)預(yù)定直航目標(biāo)相遇點(diǎn)時(shí)離目標(biāo)最遠(yuǎn)。

1) 機(jī)動(dòng)時(shí)刻

2) 轉(zhuǎn)向角

當(dāng)目標(biāo)魚(yú)雷報(bào)警舷角Q＞80°時(shí), 其轉(zhuǎn)向角為

3) 轉(zhuǎn)向方式

假如目標(biāo)的魚(yú)雷報(bào)警舷角在15°~150°之間時(shí), 目標(biāo)背雷轉(zhuǎn)向。

4) 旋回半徑

5) 旋回角速度

4.2.2 發(fā)現(xiàn)概率計(jì)算

表5 目標(biāo)不機(jī)動(dòng)和機(jī)動(dòng)情況下的發(fā)現(xiàn)概率對(duì)比

5 結(jié)束語(yǔ)

[1] 劉強(qiáng), 袁富宇. 聲自導(dǎo)魚(yú)雷一次轉(zhuǎn)角射擊參數(shù)優(yōu)化[J]. 指揮控制與仿真, 2012, 34(2): 53-57.

Liu Qiang, Yuan Fu-yu. Optimization of Firing Parameters with One-time Rotating Angle of Acoustic Homing Torpedo[J]. Command Control & Simulation, 2012, 34(2): 53-57.

[2] 孫春華, 張會(huì), 李長(zhǎng)文. 聲自導(dǎo)魚(yú)雷一次轉(zhuǎn)角射擊參數(shù)優(yōu)化[J]. 艦船電子工程, 2011, 31(8): 40-42,51.

Sun Chun-hua, Zhang Hui, Li Chang-wen. Optimization of Lead Angle for Acoustic Homing Torpedo[J]. Ship Electronic Engineering, 2011, 31(8): 40-42, 51.

[3] 張靜遠(yuǎn), 王鵬. 聲自導(dǎo)魚(yú)雷雙雷齊射有關(guān)技術(shù)與戰(zhàn)術(shù)問(wèn)題分析[J]. 魚(yú)雷技術(shù), 2013, 21(4): 299-305.

Zhang Jing-yuan, Wang Peng. Technical and Tactical Analysis of Two-Torpedo Salvo for Acoustic Homing Torpedo[J]. Torpedo Technology, 2013, 21(4): 299-305.

[4] 張選東, 代志恒. 聲自導(dǎo)魚(yú)雷射擊模型優(yōu)化研究[J]. 指揮控制與仿真, 2010, 32(4): 49-51.

Zhang Xuan-dong, Dai Zhi-heng. Optimization of Firing Model for Acoustic Homing Torpedo[J]. Command Control & Simulation, 2010, 32(4): 49-51.

[5] 張靜遠(yuǎn). 魚(yú)雷作戰(zhàn)使用與作戰(zhàn)能力分析[M]. 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 2005.

[6] 李明輝. 基于蒙特卡洛法的水下對(duì)抗效能推演評(píng)估研究[D]. 北京: 中國(guó)艦船研究院, 2014.

(責(zé)任編輯: 許 妍)

Operational Application Method of Two-time Turning Angle for Acoustic Homing Torpedo

LI Hua, ZHANG Jing-yuan

(College of Weaponry Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China)

In the case of one-time turning angle operation mode of an acoustic homing torpedo, the Doppler velocity of the target does not reach the threshold of homing detection threshold as the torpedo is meeting the target, which leads to difficulty in detecting the target. This paper analyzes the target Doppler velocity and the torpedo homing detection threshold, then puts forward a two-time turning angle operation mode to satisfy torpedo homing detection, and establishes a model. The detection probabilities of an acoustic homing torpedo in one-time turning angle operation mode and improved two-time turning angle operation mode are solved by Monte Carlo method with consideration of target maneuvering. The results show that the improved two-time turning angle operation mode can improve the detection probability of an acoustic homing torpedo.

acoustic homing torpedo; target Doppler velocity; two-time turning angle; detection probability

TJ630.5; E843

A

2096-3920(2018)04-0342-06

10.11993/j.issn.2096-3920.2018.04.011

李華, 張靜遠(yuǎn). 聲自導(dǎo)魚(yú)雷二次轉(zhuǎn)角作戰(zhàn)使用方法[J]. 水下無(wú)人系統(tǒng)學(xué)報(bào), 2018, 26(4): 342-347.

2018-06-07;

2018-06-29.

李 華(1993-), 男, 在讀碩士, 主要研究方向?yàn)槲淦髦茖?dǎo)與控制技術(shù).