陳 光, 黃小藝, 潘蘭強(qiáng)

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基于電磁引信原理的魚雷過(guò)靶距離測(cè)量方法

陳 光, 黃小藝, 潘蘭強(qiáng)

(中國(guó)人民解放91024部隊(duì), 廣東 臺(tái)山, 529266)

針對(duì)當(dāng)前魚雷過(guò)靶距離的測(cè)量方法普遍采用被動(dòng)測(cè)距, 且存在操作不便、解算模型復(fù)雜和測(cè)試精度低等問題, 提出了一種基于電磁引信原理的魚雷過(guò)靶距離的測(cè)量方法, 分析了電磁引信的主動(dòng)測(cè)距原理, 建立了相位特征與過(guò)靶距離的解算模型, 給出了基于二分法原理的過(guò)靶距離數(shù)值求解過(guò)程, 最后對(duì)本文提出的方法進(jìn)行了水池試驗(yàn)。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明, 在電磁引信的收發(fā)天線與目標(biāo)(鋼板)的距離為0.8~1.5 m的條件下, 絕對(duì)測(cè)距精度小于0.02 m, 相對(duì)測(cè)距精度小于2.5%, 證明了該方法測(cè)試精度高且易于實(shí)現(xiàn), 具有較好的工程應(yīng)用前景。

魚雷; 電磁引信; 過(guò)靶距離; 主動(dòng)測(cè)距

0 引言

魚雷過(guò)靶距離是指魚雷與所攻擊的目標(biāo)相遇時(shí)的最小距離[1], 它是對(duì)魚雷進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)的重要指標(biāo)。實(shí)際上, 實(shí)現(xiàn)魚雷過(guò)靶距離的實(shí)時(shí)測(cè)試對(duì)于非觸發(fā)引信動(dòng)作時(shí)機(jī)的把握和炸點(diǎn)的選擇同樣具有十分重要的意義。

關(guān)于魚雷過(guò)靶距離的測(cè)試, 當(dāng)前提出的方法主要有2種: 一種是電磁信號(hào)被動(dòng)測(cè)距法[2], 其原理為在靶船上以一定方式設(shè)置2個(gè)電磁傳感器, 接收魚雷電磁引信輻射場(chǎng)的磁場(chǎng)值, 綜合利用磁接收值的幅度和相位參數(shù)與傳播距離的關(guān)系, 通過(guò)對(duì)超定方程組進(jìn)行極值求解的方式獲得過(guò)靶距離信息; 另一種是聲信號(hào)被動(dòng)測(cè)距法[3], 其原理為在靶船上設(shè)置一定數(shù)量的接收聲換能器, 接收魚雷3D段發(fā)射的合作信號(hào), 針對(duì)不同的靶船類型(固定靶、活動(dòng)靶及拖曳靶等)建立不同的測(cè)量模型, 通過(guò)測(cè)量聲信號(hào)到達(dá)不同接收換能器的時(shí)間差從而解算出魚雷的過(guò)靶距離。由于上述兩種方法均采用被動(dòng)測(cè)距, 即發(fā)射信號(hào)源和接收信號(hào)源不在同一個(gè)載體上, 且相互間有相對(duì)運(yùn)動(dòng), 因此存在較大的測(cè)距誤差。此外, 這兩種方法還存在操作不便、距離解算模型復(fù)雜等缺點(diǎn)。為此, 本文提出了一種基于電磁引信的魚雷過(guò)靶距離主動(dòng)測(cè)試方法, 旨在克服當(dāng)前方法存在的不足并力圖實(shí)現(xiàn)過(guò)靶距離的實(shí)時(shí)測(cè)量。

1 電磁引信測(cè)距原理

在海水媒質(zhì)中, 對(duì)電磁引信的工作頻段有

由式(3)和式(4), 得

其中

當(dāng)前, 魚雷電磁引信的收發(fā)天線普遍采用垂直配置方式, 在這種配置方式下, 電磁引信接收天線接收輻射場(chǎng)的徑向分量, 因此, 本文將以輻射場(chǎng)的徑向分量為例, 討論水下電磁波的傳播距離與相位延遲的關(guān)系。

將式(5)代入式(1), 得

由式(7)可得徑向分量的相移系數(shù)

圖1 不同頻率條件下相位延遲與傳播距離的關(guān)系曲線

由圖1知, 電磁波在海水中傳播產(chǎn)生的相移和傳播距離存在著明確的單值對(duì)應(yīng)關(guān)系。電磁引信的目標(biāo)反射信號(hào)與基準(zhǔn)參考信號(hào)(來(lái)自發(fā)射信號(hào))的相位差可表示為

需要指出, 由于艦船底部有一定形狀而非理想的反射平面, 利用相移信息測(cè)距在目標(biāo)近場(chǎng)將存在一定的誤差, 但一般而言, 在大型魚雷電磁引信的作用距離處, 屬目標(biāo)遠(yuǎn)場(chǎng), 所以利用相移信息測(cè)距是完全可以保證測(cè)距精度的。

2 過(guò)靶距離解算模型

由于電磁引信的收發(fā)天線分別位于魚雷的前段和后段, 因此本文定義的過(guò)靶距離為收發(fā)天線距離的中點(diǎn)與目標(biāo)反射面的距離。根據(jù)魚雷過(guò)靶時(shí)其縱軸與目標(biāo)反射面是否存在夾角, 這里建立如下的2種過(guò)靶距離解算模型。

2.1 模型1

這種模型適用于對(duì)操雷進(jìn)行試驗(yàn)或者魚雷攻擊水面目標(biāo)時(shí)的過(guò)靶距離測(cè)試, 因?yàn)樵谶@2種情況下魚雷在其末彈道采用定深航行, 其縱軸與靶船或者水面艦船的反射面近似平行。

2.2 模型2

圖3 過(guò)靶距離解算模型2

3 過(guò)靶距離數(shù)值求解過(guò)程

則

從而

3.1 二分法基本原理

3.2 基于二分查表法的過(guò)靶距離數(shù)值求解過(guò)程

二分查表法的基本思想是將目標(biāo)元素與數(shù)列中間的元素比較, 比較一次后如果不相等則跳過(guò)數(shù)列一半的元素, 將目標(biāo)元素再與數(shù)列中剩下的元素中的中間元素比較, 這樣遞歸下去便可以在有限次數(shù)內(nèi)得到結(jié)果?；诙植楸矸ǖ倪^(guò)靶距離的數(shù)值解算步驟如下。

以上通過(guò)二分查表法實(shí)現(xiàn)了由傳播相移解算出魚雷過(guò)靶距離的過(guò)程, 在實(shí)際應(yīng)用中, 通過(guò)增大查找表的深度, 可使解算出來(lái)的距離達(dá)到任意的精度。

4 水池試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)條件

3) 發(fā)射機(jī), 用來(lái)給發(fā)射天線提供一定頻率和功率的交變信號(hào);

4) 收發(fā)天線采用垂直配置方式, 間距1 m;

5) 數(shù)字信號(hào)處理(digital signal processing, DSP)電路板, 可實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)的放大、濾波、目標(biāo)反射信號(hào)的相位測(cè)量以及根據(jù)3.2節(jié)中的數(shù)值求解方法編程實(shí)現(xiàn)反射距離的解算;

6) 其他試驗(yàn)儀器和設(shè)備, 包括直流穩(wěn)壓電源、示波器和上位機(jī)等。

圖4 水池條件配置情況

4.2 試驗(yàn)原理

圖5 試驗(yàn)原理

4.3 試驗(yàn)結(jié)果

實(shí)測(cè)相位及過(guò)靶距離的一組數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種魚雷過(guò)靶距離測(cè)試的新方法, 該方法基于電磁引信主動(dòng)測(cè)距原理, 克服了傳統(tǒng)方法被動(dòng)測(cè)距、距離解算模型復(fù)雜、測(cè)試精度低和不易操作的缺點(diǎn), 既可用于操雷實(shí)航試驗(yàn)時(shí)的功能考核, 又可實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)雷攻擊水面或水下目標(biāo)時(shí)的實(shí)時(shí)過(guò)靶距離測(cè)試, 從而為非觸發(fā)引信動(dòng)作時(shí)機(jī)的選擇提供重要的依據(jù)。水池試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明, 該方法距離測(cè)試精度高, 具有較大應(yīng)用前景。

[1] 石秀華, 王效娟. 水中兵器概論(魚雷分冊(cè))[M]. 西安: 西北工業(yè)大學(xué)出版社, 2004.

[2] 任志良, 杜軍. 魚雷過(guò)靶距離測(cè)試技術(shù)研究[J]. 探測(cè)與控制學(xué)報(bào), 2003, 25(2): 6-8. Ren Zhi-liang, Du Jun. The Study on Ranging Torpedo Hitting[J]. Journal of Detection and Control, 2003, 25(2): 6-8.

[3] 申良生, 齊曉璐, 王愛民, 等. 魚雷過(guò)靶距離測(cè)試方法[J]. 計(jì)測(cè)技術(shù), 2008, 28(1): 28-30. Shen Liang-sheng, Qi Xiao-lu, Wang Ai-min, et al. Study of Ranging Torpedo Hitting[J]. Measuring Technology, 2008, 28(1): 28-30.

[4] 王紹卿. 魚雷近炸引信原理與設(shè)計(jì)[M]. 西安: 西北工業(yè)大學(xué)出版社, 1992.

[5] 薛年喜. MATLAB在數(shù)字信號(hào)處理中的應(yīng)用[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2003.

[6] 柴霖, 方群. 基于MATLAB/Simulink的魚雷導(dǎo)引彈道仿真[J]. 系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào), 2003, 15(2): 231-234. Cai Lin, Fang Qun. The Simulation of Torpedo′s Guidance Trajectory Based on MATLAB/Simulink[J]. Journal of System Simulation, 2003, 15(2): 231-234.

[7] 何漢林, 梅家斌. 數(shù)值分析[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2007.

Active Measurement of Torpedo Missdistance Based on Electromagnetic Fuze

CHEN Guang, HUANG Xiao-yi, PAN Lan-qiang

(91024thUint, The People′s Liberation Army of China, Taishan 529266, China)

Torpedo missdistance is usually measured via passive ranging methods with inconvenient operation, complicated solution model and low measuring precision. In this paper, an active measuring method of torpedo missdistance is put forward based on electromagnetic fuze. The ranging principle of electromagnetic fuze is analyzed, the solution model of phase characteristic and missdistance is set up, and the numerical solution process of missdistance is given. In addition, a tank experiment is conducted. The measured data indicate that the absolute ranging precision is less than 0.02 m, and the relative ranging precision is less than 2.5% when the distance from transmitting/receiving antennas to target (steel plate) is within 0.8~1.5m, which demonstrates high measuring precision and simple implementation of the proposed method.

torpedo; electromagnetic fuze; missdistance; active ranging

TJ431.7; TN911.7

A

1673-1948(2012)01-0028-05

2011-04-21;

2011-06-01.

陳 光(1980-), 男, 博士, 工程師, 研究方向?yàn)轸~水雷裝備保障技術(shù), 魚雷引信技術(shù).

(責(zé)任編輯: 楊力軍)