周敏佳,徐利剛,鄒家奇,袁志勇

(1.海軍駐無錫地區(qū)軍事代表室,江蘇 無錫 214061;2.海軍工程大學(xué),湖北 武漢 430033)

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具有被動定位功能聲誘餌的對抗彈道模型

周敏佳1,徐利剛1,鄒家奇1,袁志勇2

(1.海軍駐無錫地區(qū)軍事代表室,江蘇 無錫 214061;2.海軍工程大學(xué),湖北 武漢 430033)

針對傳統(tǒng)自航式聲誘餌駛近目標時,聲誘餌無法根據(jù)實時對抗態(tài)勢選擇對抗彈道的缺點,提出了一種具有被動定位功能聲誘餌的對抗彈道模型。通過對聲誘餌的相對運動速度分析,將對抗態(tài)勢分類,按照誘騙魚雷偏離原航向最遠的原則,從機動時機和機動角度等方面出發(fā),建立各態(tài)勢下的最優(yōu)對抗彈道模型。利用Matlab軟件仿真,得到了在幾種不同對抗態(tài)勢下,聲誘餌的最優(yōu)對抗彈道。結(jié)果分析表明,該對抗方法能有效對抗魚雷,提高潛艇的生存概率。

對抗態(tài)勢；被動定位；機動時機；機動角度；彈道模型

隨著魚雷技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代魚雷智能化程度越來越高,無論是抗干擾能力還是作戰(zhàn)樣式都有大幅度的提升,因此戰(zhàn)場態(tài)勢越發(fā)得復(fù)雜和難以預(yù)測。傳統(tǒng)的自航式聲誘餌對抗彈道在發(fā)射之前都已設(shè)定好,一旦發(fā)射出去,就不能根據(jù)實時的戰(zhàn)場態(tài)勢做到“隨機應(yīng)變”,這也大大影響聲誘餌的對抗效果。如果賦予聲誘餌被動定位功能,就如同給了聲誘餌一雙“眼睛”,這樣聲誘餌就能根據(jù)所“看”到的實時戰(zhàn)場信息,自主選擇一條最優(yōu)對抗彈道,進而大大提高對抗成功率。矢量水聽器可同時測量聲場中標量信息和矢量信息,即聲壓和質(zhì)點振速,獲得完整的聲場信息,使得聲誘餌被動定位成為可能。

在假設(shè)聲誘餌具有被動定位功能的基礎(chǔ)上,本文從聲誘餌機動時機和機動角度等方面出發(fā),提出了各對抗態(tài)勢下的最優(yōu)對抗彈道模型。

1 聲誘餌導(dǎo)引原則

潛艇的聲回波強度會隨潛艇的方位角變化而變化,呈蝴蝶型[1],如圖1所示。由于聲誘餌本身聲學(xué)模擬性能有限,所以對抗距離較短,在這種情況下,提高對抗成功率的有效辦法之一就是誘使魚雷偏離潛艇航向,并且盡量使?jié)撏У奈膊砍螋~雷,因為潛艇尾部的回波強度最弱。顯然,相同情況下,聲誘餌從扇面邊緣點(如圖2的G點),進入魚雷自導(dǎo)扇面而后機動轉(zhuǎn)向時,能使魚雷偏離航向最遠。

圖1 潛艇目標強度與方位角關(guān)系圖

圖2 不同點進入魚雷自導(dǎo)扇面示意圖

2 模型的建立

2.1 問題描述

如圖3所示,潛艇沿x軸正方向航行,在O點發(fā)現(xiàn)右舷有來襲魚雷,經(jīng)過一定的準備時間,在A點發(fā)射聲誘餌。當聲誘餌到達B點時,發(fā)現(xiàn)來襲魚雷并測出魚雷此時的方位和運動方向,然后聲誘餌開始進行第一次機動,朝C點航行。在C點聲誘餌進入魚雷的自導(dǎo)搜索扇面。之后,聲誘餌再進行一次機動,朝D點航行,魚雷按照尾追法跟蹤追擊[2]。由于魚雷具有尺度識別功能[3],聲誘餌在D點被魚雷識別出為假目標,對抗過程結(jié)束。

圖3 對抗示意圖

2.2 聲誘餌彈道模型

由于聲誘餌本身聲學(xué)模擬性能有限,所以對抗距離較短,在這種情況下,提高對抗成功率最好的辦法就是誘使魚雷偏離潛艇航向,并且盡量使?jié)撏У奈膊砍螋~雷,因為潛艇尾部的回波強度最弱。

圖4 聲誘餌測向示意圖

假設(shè)魚雷不動,對B點進行速度分析,如圖5所示。

圖5 速度分析示意圖

δ∈[X-φ,X+φ]

(1)

(2)

(3)

由幾何關(guān)系,可得

(4)

(5)

∠GTB=π-∠TGB-∠TBG

(6)

另外,

(7)

式中，R為聲誘餌對魚雷的探測距離;r為魚雷探測聲誘餌的自導(dǎo)扇面半徑,它大于魚雷探測潛艇的搜索半徑。

(8)

(9)

圖φ時示意圖

(10)

圖<φ時示意圖

假設(shè)聲誘餌一旦進入魚雷的自導(dǎo)搜索扇面就一定能被魚雷捕獲,那么,在聲誘餌進入魚雷自導(dǎo)搜索扇面之后,魚雷便開始用尾追法追擊魚雷,聲誘餌緊接著進行第二次機動,聲誘餌使魚雷最大限度地偏離原來航向。

借助Matlab軟件來描述魚雷和聲誘餌在尾追過程中的運動狀態(tài)十分便利。尾追法的基本程序如下:

while(r>D)∥魚雷聲誘餌間距

x1=x0+vc*tx*cos(b);

y1=y0-vc*tx*sin(b);∥聲誘餌坐標

X1=X0+vt*tx*sin(a);

Y1=Y0+vt*tx*cos(a);∥魚雷坐標

r=sqrt((Y1-y1)＾2+(X1-x1)＾2);

a=atan(abs(x1-X1)/abs(y1-Y1));

x0=x1;y0=y1;

X0=X1;Y0=Y1;

t=t+0.1;

end

在此基礎(chǔ)上,只要對聲誘餌的機動角度從0°到360°進行遍歷,然后計算尾追結(jié)束后魚雷偏離原航向的角度。使魚雷偏離原航向最大時的機動角度,即為第二次機動角度。

2.3 潛艇規(guī)避模型

為達到較好的對抗效果,還需要潛艇的規(guī)避配合。如圖3所示,潛艇在發(fā)射完第一枚聲誘餌后在A點開始加速規(guī)避,規(guī)避路線的AE段為圓弧。根據(jù)對國內(nèi)外一些潛艇實測機動數(shù)據(jù)的分析和有關(guān)潛艇水下旋回機動性能的理論計算,可得到下面的旋回機動參數(shù)隨航速的變化關(guān)系[4]:

rx=10.8vs+150m

(11)

其中,vs的單位是節(jié)。

3 模型分析

在仿真前對模型進行適當?shù)暮喕?

1)魚雷自導(dǎo)搜索半徑會隨著魚雷和目標的相對態(tài)勢而變化,本文將目標看成質(zhì)點,不考慮這方面的影響;

2)因為聲誘餌本身速度和體積都很小,所以聲誘餌的轉(zhuǎn)彎半徑很小,可以忽略。

3)忽略聲誘餌的定位誤差;

4)實際情況中矢量水聽器是有指向性的,但本文假設(shè)聲誘餌在360°范圍內(nèi)的有效作用距離均為R,R的大小可以通過魚雷噪聲級和被動聲納方程估計。根據(jù)聲納方程[5],當水聽器剛好能接收到水下目標噪聲信號時有

TL=SL-(NL-DI+DT)

(12)

式(12)中,SL代表目標噪聲源級。

假設(shè)魚雷噪聲級按135dB計算,NL按60dB計算,對于矢量水聽器DI取3dB,DT為5dB,將以上數(shù)據(jù)代入上面聲納方程,得:

TL=135-(60-3+5)=73dB

(13)

如傳播損失按球面擴展[6],此頻段的吸收系數(shù)在1dB/km以下,按1dB/km計,則有

TL=20lgr+0.001r

(14)

聯(lián)立式(13)、(14)，可求得R=3000m。

潛艇報警距離8000m,魚雷自導(dǎo)扇面開角100°,潛艇剛開始以6kn速度靜默航行,轉(zhuǎn)向規(guī)避后速度變?yōu)?0kn,聲誘餌速度15kn,準備時間10s,魚雷速度45kn。

圖8、9給出了聲誘餌和魚雷在不同對抗態(tài)勢下對抗效果圖。

圖8 對抗態(tài)勢一

圖9 對抗態(tài)勢二

4 結(jié)束語

本文在假設(shè)聲誘餌具有被動定位功能的基礎(chǔ)上,提出了不同對抗態(tài)勢下聲誘餌的對抗彈道模型,并進行建模仿真。仿真結(jié)果表明,此對抗方法能有效對抗來襲魚雷,提高對抗成功率。下一步將重點研究在考慮水聽器指向性以及定位誤差等因素的情況下,聲誘餌的對抗彈道模型。

[1] 楊真勇,鄭援,呂海平.潛艇機動性能對使用干擾器規(guī)避主動聲自導(dǎo)魚雷對抗效果的影響分析[J].魚雷技術(shù),2011,19(2):129-133.

[2] 賈躍,宋保維,李文哲.某型魚雷尾追式彈道設(shè)計與仿真[J].火力與指揮控制,2006,31(4):56-59.

[3] 石敏,陳立綱,蔣興舟，等.具有亮點和方位延展特征的線列陣聲誘餌研究[J].海軍工程大學(xué)學(xué)報,2005,17(1):58-62.

[4] 門金柱,周明,鄭亞波.雙艦齊射火箭助飛魚雷協(xié)同攻潛研究[J].魚雷技術(shù),2010,18(4):316-320.

[5] 張勇平,張靜遠,尹文進,等.對抗作戰(zhàn)條件下魚雷自導(dǎo)性能分布式仿真[J].海軍工程大學(xué)學(xué)報,2013,25(4):22-29.

[6] Robert J. Urick. Principles of underwater Sound[M]. Los Altos: Peninsula, 1983: 100-102.

Confrontation Trajectory Model of Mobile Acoustic DecoyEquipped with Function of Passive Tracking

ZHOU Min-jia1, XU Li-gang1, ZOU Jia-qi1, YUAN Zhi-yong2

(1.Naval Military Representative Office in Wuxi Area, Wuxi 214031;2.Naval University of Engineering, Wuhan 430033,China)

As there is a disadvantage that the decoy can’t get the current situation of confrontation when it moves to the target, and the decoy can’t choose the best trajectory by itself, we present a kind of confrontation trajectory model of mobile acoustic decoy which is equipped with function of passive tracking. Through analyzing the relative speed of decoy, we classify the confrontation situation. According to the principle of the longest distance of tricking, we establish the best model of trajectory based on the maneuvering opportunity and angle. Using Matlab to simulate and acquiring the best method to use decoy in different condition. It proves that this method can confront the torpedo effectively and enhance the survive rate of submarine.

situation of confrontation; passive location; maneuvering opportunity; maneuvering angle; model of trajectory

2016-09-29

周敏佳(1990-),男，江蘇江陰人，碩士，助理工程師，研究方向為武器對抗。 徐利剛(1985-)，男，工程師。 鄒家奇(1991-)，男，助理工程師。 袁志勇(1965-)，男，副教授。

1673-3819(2017)03-0027-04

TJ630.2；E917

A

10.3969/j.issn.1673-3819.2017.03.006

修回日期： 2016-11-06