朱 峰, 朱元林, 劉松海

?

一種基于互譜法的魚雷末彈道定位方法

朱 峰, 朱元林, 劉松海

(中國人民解放軍91388部隊(duì), 廣東 湛江, 524022)

為提高攻潛魚雷末彈道測量系統(tǒng)的被動(dòng)定位精度, 文中提出了一種基于短時(shí)互譜法的攻潛魚雷末彈道被動(dòng)定位方法, 介紹了運(yùn)用該方法建立的測量系統(tǒng), 給出了目標(biāo)的被動(dòng)定位算法, 在測量區(qū)域內(nèi)對測角精度、噪聲影響以及典型軌跡進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)果表明, 在信噪比為10 dB的條件下, 采用文中的定位方法, 當(dāng)目標(biāo)位于距測量子陣80 m, 角度為±40°區(qū)域內(nèi)的弧線上, 測向精度提高0.15°, 典型航跡絕對誤差普遍減小0.4 m。文中所做研究可為考核魚雷效能評估提供參考。

魚雷; 末彈道; 互譜法; 被動(dòng)定位

0 引言

在以往的魚雷定型試驗(yàn)中, 需要在魚雷上加裝合作信標(biāo), 以實(shí)現(xiàn)對魚雷末彈道軌跡的測量。但由于合作信標(biāo)的存在, 改變了魚雷原有的長度、重心等重要指標(biāo), 無法充分考核其作戰(zhàn)效能。利用被動(dòng)定位方法能有效解決該問題[1-3]。

現(xiàn)有的被動(dòng)定位方法利用常規(guī)波束形成確定魚雷航行噪聲最大方向, 常采用方位法對目標(biāo)進(jìn)行定位。由于實(shí)時(shí)顯示的要求, 該方法定位精度不高?；诖? 文中提出一種基于短時(shí)互譜法的魚雷末彈道被動(dòng)定位方法, 該方法采用先粗估、再細(xì)估, 利用分裂波束提高攻潛魚雷試驗(yàn)中末彈道測量系統(tǒng)的被動(dòng)定位精度。

1 艇載測量系統(tǒng)

4個(gè)測量子陣分別位于潛艇左右兩舷排水孔處, 對稱放置, 子陣間距60 m。每個(gè)測量子陣內(nèi)部包含16元水聽器, 用于接收魚雷輻射噪聲。每個(gè)子陣可以確定目標(biāo)方向, 2個(gè)子陣能夠定位目標(biāo)位置。測量子陣內(nèi)部構(gòu)造及測量安裝圖如圖1和圖2所示。

圖1 測量子陣內(nèi)部構(gòu)造示意圖

圖2 測量子陣安裝示意圖

2 定位算法

2.1 系統(tǒng)算法流程

該系統(tǒng)先采用常規(guī)波束形成確定能量最大方向, 搜索步長5o。以能量最大方向?yàn)橹行? 前后5o為搜索范圍, 利用常規(guī)波束形成進(jìn)行細(xì)化搜索, 再次確定能量最大方向, 搜索步長1o。將單個(gè)子陣拆分成兩部分, 一側(cè)8個(gè)陣元為一組, 插入能量最大方向, 進(jìn)行分裂波束形成。利用短時(shí)互譜法對目標(biāo)方向進(jìn)行精確估計(jì)[4-6]。其算法流程如圖3所示。

圖3 算法流程圖

2.2 短時(shí)互譜法理論推導(dǎo)

短時(shí)互譜法用于分裂波束形成后。當(dāng)目標(biāo)大于7.5 m滿足遠(yuǎn)場條件時(shí), 接收信號近似于遠(yuǎn)場平面波[7]。其態(tài)勢圖如圖4所示。

圖4 互譜法測量態(tài)勢圖

3 仿真分析

3.1 單個(gè)子陣測角精度

子陣內(nèi)包括16個(gè)陣元, 間隔0.05 m。定義子陣中心法線方向?yàn)?o, 左側(cè)為負(fù), 右側(cè)為正。水下目標(biāo)在距子陣中心80 m, 角度范圍為-80o~80o的弧線上均勻分布, 隨機(jī)出現(xiàn)30 000次。信號為2~15 kdB寬帶噪聲, 加入2~15 kdB的高斯限帶白噪聲, 信噪比為10 dB。統(tǒng)計(jì)測量區(qū)域內(nèi)測量角度絕對誤差如圖5所示。

圖5 單個(gè)子陣測角精度

由圖5可以看出, 當(dāng)水下目標(biāo)位于距子陣中心80 m, 角度為–40o~40o的弧線時(shí), 測角精度絕對誤差在0.1o附近, 比傳統(tǒng)方法提高0.15o。在其他測量區(qū)域內(nèi), 測角精度絕對誤差普遍小于0.3o。

3.2 信噪比對短時(shí)互譜法的影響

水下目標(biāo)位于距子陣中心80 m, 角度為–40o~40o的弧線均勻分布, 隨機(jī)出現(xiàn)200次。加入2~15 kdB的高斯限帶白噪聲, 改變信噪比, 統(tǒng)計(jì)該區(qū)域內(nèi)測量角度絕對誤差。

如圖6所示, 當(dāng)信噪比大于10 dB時(shí), 使用此方法測角誤差小于0.05o。當(dāng)信噪比大于5 dB, 測角誤差小于0.15o。在信噪比較高的條件下, 該方法測角精度提高明顯。

圖6 信噪比與測角精度關(guān)系圖

3.3 典型軌跡精度

圖7 典型軌跡測量比較圖

表1 典型軌跡絕對誤差統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)束語

文中介紹了艇載末彈道被動(dòng)測量系統(tǒng), 給出了基于短時(shí)互譜法的魚雷末彈道被動(dòng)定位方法, 并對測角精度、信噪比影響及典型軌跡進(jìn)行仿真分析。仿真表明, 使用該方法在目標(biāo)位于距子陣中心80 m, 角度為–40o~40o的弧線時(shí), 比傳統(tǒng)方法的測角精度提高了0.15o, 在典型軌跡中, 測量絕對誤差普遍減小了0.4 m。文中討論的方法用于算法驗(yàn)證性仿真, 但實(shí)際聲場環(huán)境十分復(fù)雜, 下一步將重點(diǎn)結(jié)合數(shù)據(jù)對算法做進(jìn)一步調(diào)整。

[1] 劉松海, 孫向前, 岳劍平. 智能魚雷攻潛部位及攻擊角測量方法與誤差分析[J]. 艦船科學(xué)技術(shù), 2012, 34(4): 79-88.Liu Song-hai, Sun Xiang-qian, Yue Jian-ping. The Measuring Method and Error Analysis of Intelligent Torpedo’s Attack Point and Attack Angle of Submarine Target[J]. Ship Science And Technology, 2012, 34(4): 79-88.

[2] 李偉, 徐文焱, 鄧鵬. 反潛導(dǎo)彈空中末彈道及入水控制問題研究[J]. 艦船科學(xué)技術(shù), 2012, 34(12): 82-87.Li Wei, Xu Wen-yan, Deng Peng. At the End of the Air Antisubmarine Missile Trajectory and the Control of Water[J]. Ship Science and Technology, 2012, 34(12) : 82-87.

[3] 楊志權(quán), 劉松海, 王文學(xué). 魚雷實(shí)艇靶末彈道測量算法分析與誤差仿真[J]. 魚雷技術(shù), 2003, 11(4): 34-38.

[4] 陳春玉. 尺度目標(biāo)識別中的若干技術(shù)問題[J]. 魚雷技術(shù), 2003, 11(3): 9-13.

[5] 馬國強(qiáng), 徐德民, 王新曉. 基于目標(biāo)方位走向的水下目標(biāo)尺度識別技術(shù)研究仿真[J]. 艦船科學(xué)技術(shù), 2004, 26(3): 39-42.Ma Guo-qiang, Xu De-min, Wang Xin-xiao. A Study of Simulation for Underwater Target Scale Identification with the Technique of Target Azimuth Tendency[J]. Ship Science and Technology, 2004, 26(3): 39-42.

[6] 李晉, 王曉慶, 陳衛(wèi)東. 基于常規(guī)波束合成的分裂陣互譜定向研究[J]. 無線電工程, 2016, 46(2): 36-40, 47.Li Jin, Wang Xiao-qing, Chen Wei-dong. Research on Cross Spectrum Direction-finding with Splitting Beam Based on Conventional Beam-forming[J]. Radio Engineering, 2016, 46(2): 36-40, 47.

[7] 朱峰, 劉松海, 蘇軍. 一種火箭助飛魚雷攻潛末彈道被動(dòng)定位方法[J]. 水下無人系統(tǒng)學(xué)報(bào), 2018, 26(1): 85-88.Zhu Feng, Liu Song-hai, Su Jun. A Passive Positioning Method of Attacking Submarine Terminal Trajectory of Rocket-assisted Torpedo[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2018, 26(1): 85-88.

[8] 劉朝暉, 付戰(zhàn)平, 王明洲. 基于方位走向法和互譜法的水中目標(biāo)識別[J]. 兵工學(xué)報(bào), 2006, 27(5): 932- 935.Liu Zhao-hui, Fu Zhan-ping, Wang Ming-zhou. Underwater Target Identification Based on the Methods of Bearing and Cross-spectrum[J]. Acta ArmamentarII, 2006, 27(5): 932-935.

[9] 李啟虎. 進(jìn)入21世紀(jì)的聲納技術(shù)[J]. 信號處理, 2012, 28(1): 1-11.Li Qi-hu. Sonar Technology in Entering 21 Century[J]. Signal Processing, 2012, 28(1): 1-11.

[10] 易紅, 周殿寶, 陳春玉. 聲自導(dǎo)魚雷進(jìn)行尺度目標(biāo)識別的試驗(yàn)方法研究[J]. 魚雷技術(shù), 2005, 13(4): 50-53.Yi Hong, Zhou Dian-bao, Chen Chun-yu. A Test Method for Scaling Target Recognition of Acoustic Homing Torpedo[J]. Torpedo Technology, 2005, 13(4): 50-53.

A Location Method of Torpedo Terminal Trajectory Based on Cross Spectrum Method

ZHU Feng, ZHU Yuan-lin, LIU Song-hai

(91388thUnit, The People’s Liberation Army of China, Zhanjiang 524022, China)

A passive location method based on short-time cross spectrum method is proposed to improve the passive location accuracy of a torpedo terminal trajectory measurement system. The measurement system established according to this method is introduced, the passive location algorithm of a target is given. The angle measurement accuracy, the noise influence and the typical trajectory are simulated and analyzed in the measuring area. Simulation results show that for the signal-to-noise ratio(SNR) of 10 dB,when the target is on the arc of an ±40° region and the distance between the arc and the measuring subarray is 80 m, the direction finding accuracy of the proposed location method is improved by 0.15°, and the absolute error of typical trajectory is generally reduced by 0.4 m. This research may provide a reference for evaluating torpedo effectiveness.

torpedo; terminal trajectory; cross spectrum method; passive location

朱峰, 周清鋒, 劉松海. 一種基于互譜法的魚雷末彈道定位方法[J]. 水下無人系統(tǒng)學(xué)報(bào), 2019, 27(1): 93-96.

TJ630.1; TB566

A

2096-3920(2019)01-0093-04

10.11993/j.issn.2096-3920.2019.01.016

2018-08-10;

2018-08-26.

朱 峰(1993-), 男, 助理工程師, 主要研究方向?yàn)樗暅y控.

(責(zé)任編輯: 許 妍)