魏玉華, 王凱帥

線導(dǎo)魚雷導(dǎo)引方法的組合使用策略研究

魏玉華1, 王凱帥2

(1. 海軍駐北京地區(qū)武備配套軍事代表室, 北京, 100082; 2. 中國船舶系統(tǒng)工程研究院, 北京, 100094)

單一線導(dǎo)導(dǎo)引方法不能發(fā)揮魚雷的最大作戰(zhàn)效能, 為解決這一問題, 根據(jù)魚雷攻擊各階段的線導(dǎo)導(dǎo)引目的, 提出了線導(dǎo)導(dǎo)引方法組合策略及對其使用的時(shí)機(jī)、條件、信息以及建模的各種需求, 并通過仿真試驗(yàn)對組合使用的攻擊效果進(jìn)行了驗(yàn)證, 對線導(dǎo)魚雷攻擊機(jī)動(dòng)目標(biāo)導(dǎo)引控制方法研究具有一定參考價(jià)值。

線導(dǎo)魚雷; 導(dǎo)引方法; 組合使用策略

0 引言

線導(dǎo)魚雷導(dǎo)引方法主要包括現(xiàn)在方位導(dǎo)引、修正方位導(dǎo)引、前置點(diǎn)導(dǎo)引[1-4], 從計(jì)算原理上一般認(rèn)為分為2類, 一類是“一線法”, 武器系統(tǒng)在線導(dǎo)導(dǎo)引過程中, 利用魚雷遙測位置信息、目標(biāo)現(xiàn)時(shí)方位或滯后方位信息, 周期性將魚雷形心導(dǎo)引到該方位線上; 一類是“一點(diǎn)法”, 在線導(dǎo)導(dǎo)引過程中, 利用魚雷遙測位置信息, 目標(biāo)方位、速度、航向、距離運(yùn)動(dòng)要素信息, 周期性將魚雷形心導(dǎo)引到雷目相遇點(diǎn)上。

線導(dǎo)導(dǎo)引方法原理的不同, 決定了其使用時(shí)機(jī)、使用效果、信息需求的不同, 因此有必要通過對各種導(dǎo)引方法的使用條件、使用效果進(jìn)行分析, 提出多種導(dǎo)引方法的組合使用策略, 從而揚(yáng)長避短, 發(fā)揮魚雷武器的最大作戰(zhàn)效能[5]。

1 線導(dǎo)魚雷導(dǎo)引方法原理及特點(diǎn)

1.1 現(xiàn)在方位導(dǎo)引

現(xiàn)在方位導(dǎo)引方法的原理是周期性的將魚雷導(dǎo)引到距離目標(biāo)方位線一定距離上, 僅依賴目標(biāo)方位、估距信息, 對目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素的需求較低, 但線導(dǎo)魚雷出管后, 魚雷相對目標(biāo)距離本艇近、噪聲高, 魚雷噪音遮蓋目標(biāo)噪音, 一方面本艇不能對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤, 線導(dǎo)只能采用推算方位進(jìn)行導(dǎo)引, 推算時(shí)間越長, 推算方位與目標(biāo)真實(shí)方位偏差越大, 將導(dǎo)致導(dǎo)引效果下降; 另一方面, 魚雷噪音遮蓋目標(biāo)噪音后, 潛艇不能繼續(xù)進(jìn)行目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素解算, 從而不利于接敵導(dǎo)引, 耗費(fèi)魚雷航程, 不能根據(jù)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)合理使用適用的魚雷速制及自導(dǎo)方式, 不利于發(fā)揮武器最大作戰(zhàn)效能; 再者, 魚雷噪音遮蓋目標(biāo)后, 不利于本艇及時(shí)識別目標(biāo)機(jī)動(dòng), 從而不能及時(shí)采用反對抗導(dǎo)引策略, 影響線導(dǎo)魚雷對機(jī)動(dòng)目標(biāo)的打擊效果。其導(dǎo)引示意圖見圖1。

圖1 現(xiàn)在方位導(dǎo)引示意圖

1.2 修正方位導(dǎo)引

為了克服現(xiàn)在方位導(dǎo)引魚雷噪音遮蓋目標(biāo)、前置點(diǎn)導(dǎo)引對目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素準(zhǔn)確度要求高的問題, 修正方位導(dǎo)引采用偏離方位導(dǎo)引策略, 即在線導(dǎo)導(dǎo)引的中前期始終將魚雷導(dǎo)引到滯后目標(biāo)方位線一定距離上, 以使魚雷方位與目標(biāo)方位之間有一定滯后角, 從而保證魚雷噪音不遮蓋目標(biāo), 利于本艇跟蹤目標(biāo)完成線導(dǎo)魚雷導(dǎo)引和目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素解算。其缺點(diǎn)是, 由于魚雷總是滯后目標(biāo)現(xiàn)在方位一定角度, 從而耗費(fèi)魚雷航程, 特別是在修正方位導(dǎo)引期間控制魚雷進(jìn)行變速后, 修正滯后量和修正距離均增加, 不利于魚雷接敵, 浪費(fèi)魚雷航程甚至導(dǎo)致魚雷穿越目標(biāo)航跡線。其導(dǎo)引示意圖見圖2。

圖2 修正方位導(dǎo)引示意圖

1.3 前置點(diǎn)導(dǎo)引

前置點(diǎn)導(dǎo)引方法的原理是, 在解算出目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素基礎(chǔ)上, 采用解相遇原理控制魚雷接敵攻擊, 其優(yōu)點(diǎn)首先是節(jié)約魚雷航程, 另外, 魚雷相對目標(biāo)方位有一定提前角, 從而魚雷出管航行一段時(shí)間后, 魚雷與目標(biāo)分離, 利于潛艇對目標(biāo)跟蹤, 再次由于尾流自導(dǎo)魚雷有進(jìn)入目標(biāo)尾流角度的要求, 前置點(diǎn)導(dǎo)引方法可根據(jù)雷目相對態(tài)勢自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整, 以滿足尾流自導(dǎo)魚雷進(jìn)入角度的要求。其缺點(diǎn)是需要準(zhǔn)確的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素, 在目標(biāo)機(jī)動(dòng)后, 由于本艇不能短時(shí)間內(nèi)解算出目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素, 從而不能繼續(xù)采用該方法進(jìn)行導(dǎo)引, 從而對機(jī)動(dòng)目標(biāo)攻擊適應(yīng)性較差[6-7]; 其次對于遠(yuǎn)距離目標(biāo), 由于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素解算誤差較大, 因此在遠(yuǎn)距離條件下前置點(diǎn)導(dǎo)引攻擊效果不如方位導(dǎo)引方法。其導(dǎo)引示意圖(線導(dǎo)+尾流占位攻擊)見圖3。

圖3 前置點(diǎn)導(dǎo)引示意圖

2 線導(dǎo)導(dǎo)引方法組合使用策略及對目標(biāo)信息需求

2.1 組合使用原則

潛艇發(fā)控導(dǎo)引線導(dǎo)魚雷攻擊目標(biāo)的過程是, 先敵發(fā)現(xiàn)、先敵攻擊, 不需要解算高精度的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素, 僅需要估計(jì)目標(biāo)的概略參數(shù)即可先敵攻擊, 在線導(dǎo)魚雷導(dǎo)引過程中, 再精確解算目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素, 根據(jù)敵我態(tài)勢變化采用適用導(dǎo)引方法控制魚雷攻擊目標(biāo)。

因此線導(dǎo)導(dǎo)引過程應(yīng)分為2個(gè)階段: 接敵階段和攻擊階段。在魚雷接敵階段, 線導(dǎo)導(dǎo)引的目的應(yīng)是控制魚雷以最佳隱蔽速度、最短航程接近目標(biāo)區(qū)域, 同時(shí)需要保證魚雷不遮蓋目標(biāo), 發(fā)射艇能夠跟蹤目標(biāo), 適應(yīng)目標(biāo)機(jī)動(dòng)情況改變導(dǎo)引策略; 在魚雷攻擊階段, 應(yīng)是魚雷自導(dǎo)開機(jī)后的搜索、追蹤、命中階段, 該階段的導(dǎo)引目的是控制魚雷盡快發(fā)現(xiàn)目標(biāo), 而不保證雷目分辨。

2.2 組合使用策略及信息需求

2.2.1 信息需求

綜上所述, 為實(shí)現(xiàn)線導(dǎo)導(dǎo)引方法組合使用, 需建立線導(dǎo)導(dǎo)引方法切換模型、自導(dǎo)開機(jī)模型、雷目分辨預(yù)計(jì)模型、目標(biāo)概略參數(shù)估計(jì)模型等, 其主要功能如下。

自導(dǎo)開機(jī)模型: 應(yīng)根據(jù)目標(biāo)概略參數(shù)、魚雷位置信息, 考慮魚雷自導(dǎo)作用距離、雷目距離、魚雷與目標(biāo)垂距等因素, 計(jì)算最佳開機(jī)時(shí)機(jī), 保證魚雷不穿越航跡、遠(yuǎn)距離發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。

線導(dǎo)導(dǎo)引方法切換模型: 應(yīng)根據(jù)接敵階段和攻擊階段, 按照雷目分辨、魚雷攻擊的需求側(cè)重點(diǎn)不同, 以及魚雷自導(dǎo)方式的使用需求, 選擇最佳導(dǎo)引方法。

雷目分辨預(yù)計(jì)模型: 應(yīng)根據(jù)目標(biāo)概略運(yùn)動(dòng)參數(shù)以及目標(biāo)特征信息、聲納分辨能力、魚雷不同速制噪音特性, 考慮魚雷隱蔽性、雷目分辨要求, 在不同態(tài)勢下預(yù)計(jì)可用魚雷速制及雷目分辨方位差需求。

目標(biāo)概略參數(shù)估計(jì)模型: 魚雷發(fā)射前, 應(yīng)能夠在短時(shí)間內(nèi)估計(jì)目標(biāo)的概略速度、航向、距離信息, 在線導(dǎo)導(dǎo)引階段, 在目標(biāo)機(jī)動(dòng)后, 能夠短時(shí)間內(nèi)判斷目標(biāo)機(jī)動(dòng), 并能夠估計(jì)目標(biāo)的概略速度和航向信息, 作為導(dǎo)引方法控制、魚雷速制控制、自導(dǎo)方式控制的依據(jù)。

2.2.2 組合使用策略

1) 魚雷發(fā)射前階段

a. 本階段應(yīng)確定線導(dǎo)魚雷出管后接敵階段的導(dǎo)引方法和魚雷速制, 考慮目標(biāo)機(jī)動(dòng)因素, 前置點(diǎn)導(dǎo)引方法不能適應(yīng)攻擊機(jī)動(dòng)目標(biāo)要求, 應(yīng)以方位導(dǎo)引和修正方位導(dǎo)引為主。

b. 首先應(yīng)以目標(biāo)概略要素、魚雷最大航程為輸入, 通過魚雷航程預(yù)計(jì), 選擇魚雷能夠追上目標(biāo)的最小速度為魚雷接敵速度。

c. 判斷目標(biāo)距離, 若為近距離目標(biāo)(小于30 cab), 鑒于修正方位導(dǎo)引方法導(dǎo)引魚雷始終偏離目標(biāo)方位線的特點(diǎn), 不適用對近距離目標(biāo)攻擊, 應(yīng)選擇方位導(dǎo)引方法。

d. 若為遠(yuǎn)距離目標(biāo)(大于30 cab), 以目標(biāo)噪聲譜級、魚雷噪聲譜級(通過魚雷速度預(yù)估)、方位導(dǎo)引時(shí)魚雷和目標(biāo)方位差為輸入, 通過雷目分辨預(yù)計(jì)模型計(jì)算, 對線導(dǎo)導(dǎo)引過程中的雷目分辨情況進(jìn)行預(yù)判, 若魚雷出管一定時(shí)間內(nèi)(如3 min), 聲納能夠分辨魚雷和目標(biāo)則選擇方位導(dǎo)引方法, 否則選擇修正方位導(dǎo)引方法。

2) 線導(dǎo)魚雷接敵階段(自導(dǎo)開機(jī)前階段)

a. 本階段線導(dǎo)導(dǎo)引重點(diǎn)是根據(jù)目標(biāo)機(jī)動(dòng)情況, 進(jìn)行變速導(dǎo)引、導(dǎo)引方法組合導(dǎo)引, 保證聲納能夠分辨魚雷和目標(biāo), 線導(dǎo)導(dǎo)引魚雷接近目標(biāo)區(qū)域; 同時(shí)實(shí)時(shí)計(jì)算雷目距離, 適時(shí)發(fā)出自導(dǎo)開機(jī)遙控指令。

b. 利用目標(biāo)概略參數(shù)估計(jì)算法, 結(jié)合聲納噪聲聽測情況, 實(shí)時(shí)檢測目標(biāo)機(jī)動(dòng)情況。

c. 當(dāng)識別目標(biāo)機(jī)動(dòng)后, 以目標(biāo)噪聲譜級、魚雷噪聲譜級為輸入條件, 通過雷目分辨預(yù)計(jì)模型, 計(jì)算滿足聲納分辨要求的魚雷和目標(biāo)的方位差要求, 當(dāng)現(xiàn)在方位導(dǎo)引雷目方位差不能滿足要求時(shí), 轉(zhuǎn)換線導(dǎo)導(dǎo)引方法為修正方位導(dǎo)引, 同時(shí)重新計(jì)算并設(shè)定修正方位導(dǎo)引初始偏離角度和修正導(dǎo)引距離。

d. 當(dāng)識別目標(biāo)機(jī)動(dòng)后, 在重新確定導(dǎo)引方法保持本艇聲納跟蹤目標(biāo)的同時(shí), 重新估算目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù), 然后通過魚雷航程預(yù)計(jì), 選擇魚雷能夠追上目標(biāo)的最小速度為魚雷接敵速度; 在重新選擇魚雷速制后, 按照步驟c重新選擇線導(dǎo)導(dǎo)引方法, 或修改修正方位導(dǎo)引初始偏離角和修正導(dǎo)引距離。

e. 在線導(dǎo)導(dǎo)引魚雷接敵過程中, 周期性計(jì)算雷目距離, 考慮魚雷自導(dǎo)作用距離、要素估算誤差等因素, 當(dāng)雷目距離滿足要求時(shí)向魚雷發(fā)出自導(dǎo)開機(jī)遙控指令。

3) 魚雷攻擊階段(自導(dǎo)開機(jī)后階段)

a. 本階段重點(diǎn)是導(dǎo)引魚雷發(fā)現(xiàn)目標(biāo), 因此應(yīng)以方位導(dǎo)引和前置點(diǎn)導(dǎo)引為主。

b. 若自導(dǎo)方式為被動(dòng)聲自導(dǎo), 則選擇方位導(dǎo)引, 若自導(dǎo)方式為尾流自導(dǎo)或主動(dòng)聲自導(dǎo), 對魚雷命中角進(jìn)行預(yù)估, 若魚雷命中角能滿足魚雷使用要求時(shí), 可繼續(xù)采用方位導(dǎo)引方法, 若預(yù)估魚雷命中角不能滿足魚雷使用要求時(shí), 選擇前置點(diǎn)導(dǎo)引方法導(dǎo)引魚雷占位, 以適當(dāng)命中角攻擊目標(biāo)。

c. 當(dāng)判斷魚雷穿越目標(biāo)航跡未發(fā)現(xiàn)目標(biāo)或未進(jìn)入目標(biāo)尾流時(shí), 則視情轉(zhuǎn)入人工導(dǎo)引或其他導(dǎo)引方法導(dǎo)引魚雷繼續(xù)攻擊。

2.3 組合使用攻擊效果舉例

假設(shè)本艇速度4 kn, 本艇航向0°, 目標(biāo)速度14 kn, 敵舷角50°~120°, 魚雷射距4 ~14 km, 假設(shè)魚雷低速30 kn、高速50 kn, 考慮聲納探測精度、本艇導(dǎo)航精度、魚雷航行精度等因素, 采用蒙特卡羅方法進(jìn)行魚雷攻擊效果仿真計(jì)算, 修正方位轉(zhuǎn)方位導(dǎo)引＋尾流自導(dǎo)與方位導(dǎo)引＋尾流自導(dǎo)攻擊效果對比見表1, 表中概率為修正方位導(dǎo)引攻擊概率–方位導(dǎo)引攻擊概率的差值。

表1 不同方位導(dǎo)引+尾流自導(dǎo)攻擊效果對比

通過攻擊效果對比可發(fā)現(xiàn), 當(dāng)魚雷射距4 km時(shí), 由于修正方位導(dǎo)引魚雷滯后目標(biāo)方位線一定角度的原因, 魚雷自導(dǎo)開機(jī)時(shí)距離目標(biāo)較遠(yuǎn)導(dǎo)致進(jìn)入尾流距離偏離目標(biāo)有效尾流區(qū)域, 方位導(dǎo)引攻擊效果明顯優(yōu)于修正方位轉(zhuǎn)方位導(dǎo)引; 射距6~10 km、敵舷角50°~110°時(shí), 盡管方位導(dǎo)引攻擊過程中魚雷噪聲遮蓋目標(biāo)噪聲, 采用目標(biāo)方位序列推算目標(biāo)方位進(jìn)行導(dǎo)引, 由于攻擊距離較近, 推算時(shí)間短, 從而用于方位導(dǎo)引的推算目標(biāo)方位與目標(biāo)真實(shí)方位差較小, 方位導(dǎo)引與修正方位轉(zhuǎn)方位導(dǎo)引攻擊效果相當(dāng); 射距6~10 km、敵舷角120°, 射距12~14 km、敵舷角50°~120°時(shí), 由于推算時(shí)間長, 從而用于方位導(dǎo)引的推算目標(biāo)方位與目標(biāo)真實(shí)方位差較大, 而修正方位轉(zhuǎn)方位導(dǎo)引能夠保證聲納跟蹤目標(biāo), 從而修正方位轉(zhuǎn)方位導(dǎo)引攻擊效果明顯優(yōu)于方位導(dǎo)引。

3 結(jié)束語

通過對魚雷線導(dǎo)導(dǎo)引方法的使用特性分析, 根據(jù)線導(dǎo)魚雷作戰(zhàn)使用需求, 提出了線導(dǎo)導(dǎo)引方法組合使用策略, 同時(shí)提出了實(shí)現(xiàn)組合導(dǎo)引的建模需求, 并舉例說明了組合導(dǎo)引對魚雷攻擊效果的影響, 從而為線導(dǎo)魚雷攻擊機(jī)動(dòng)目標(biāo)導(dǎo)引控制方法研究提供了思路。

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(責(zé)任編輯: 許 妍)

Combination Strategy of Guidance Methods for Wire-guided Torpedo

WEI Yu-hua, WANG Kai-shuai

(1. Military Representatives Office of Navy in Beijing Supplying Appendix for Weapon Equipment, Beijing 100082, China; 2. System Engineering Research Institute, Beijing 100094, China)

A wire-guided torpedo can not achieve its optimum operational efficiency in the case of single wire-guidance method. Considering the guidance purpose of every torpedo attacking phase, we propose a combination strategy of guidance methods for a wire-guided torpedo, and discuss the application occasion and condition of the combination strategy, as well as the requirements for target movement information and modeling. Simulation result validates the efficiency of the proposed combination strategy of torpedo wire-guidance methods. This study may provide a reference to the research on wire-guidance methods for attacking maneuvering target by a wire-guided torpedo.

wire-guided torpedo; guidance method; combination strategy

TJ631.4

A

1673-1948(2014)03-0210-04

2013-12-12;

2014-01-07.

魏玉華(1966-), 男, 高級工程師, 研究方向?yàn)轸~雷武器作戰(zhàn)使用.