基于距離信息的魚雷攻擊意圖判別方法研究*

鄭文強(qiáng) 章新華 夏志軍 周 敏

(海軍大連艦艇學(xué)院水聲信息研究中心 大連 116018)

基于距離信息的魚雷攻擊意圖判別方法研究*

鄭文強(qiáng) 章新華 夏志軍 周 敏

(海軍大連艦艇學(xué)院水聲信息研究中心 大連 116018)

編隊(duì)作戰(zhàn)是未來(lái)海上作戰(zhàn)的基本樣式,進(jìn)行艦艇編隊(duì)水聲對(duì)抗研究具有十分重要的意義。如果艦艇編隊(duì)能夠通過(guò)數(shù)據(jù)融合等方式獲取魚雷距離和方位的報(bào)警信息,并根據(jù)這些信息判斷出魚雷對(duì)艦艇編隊(duì)的攻擊意圖,即魚雷攻擊的具體目標(biāo)艦艇,則有助于指揮員采取有效、合理的對(duì)抗方法,從而提高艦艇編隊(duì)的生存能力。論文在建立聲自導(dǎo)魚雷攻擊模型和艦艇編隊(duì)運(yùn)動(dòng)模型的基礎(chǔ)上,對(duì)魚雷從不同區(qū)域來(lái)襲時(shí)的態(tài)勢(shì)劃分,提出了攻擊意圖的判斷準(zhǔn)則,并且通過(guò)仿真驗(yàn)證,分析了影響判斷準(zhǔn)確度的因素,為編隊(duì)協(xié)同水聲對(duì)抗指揮決策提供了必要參考。

編隊(duì)水聲對(duì)抗; 聲自導(dǎo)魚雷; 攻擊意圖; 指揮決策

Class Number TB56

1 引言

目前,編隊(duì)作戰(zhàn)是未來(lái)海上作戰(zhàn)的基本樣式,隨著水中武器(主要是魚雷和潛艇)的飛速發(fā)展,各種遠(yuǎn)程、大威力、高精度、智能化的攻擊武器不斷出現(xiàn),使艦艇編隊(duì)面臨新的考驗(yàn)。為了保證艦艇編隊(duì)有效完成作戰(zhàn)任務(wù),最大程度地發(fā)揮編隊(duì)綜合作戰(zhàn)能力,提高編隊(duì)對(duì)水下威脅防御能力,進(jìn)行艦艇編隊(duì)水聲對(duì)抗研究具有十分重要的意義[1～5]。

潛艇對(duì)編隊(duì)進(jìn)行魚雷攻擊時(shí),會(huì)因?yàn)槁暭{方位分辨率和距離的影響,導(dǎo)致無(wú)法分辨出編隊(duì)內(nèi)的具體艦艇,進(jìn)而攻擊艦艇編隊(duì)的聲學(xué)中心[6]。當(dāng)魚雷來(lái)襲時(shí),編隊(duì)內(nèi)的各艦會(huì)提供魚雷報(bào)警方位(距離)信息,指揮員根據(jù)有限的信息很難做出快速準(zhǔn)確的決策。如果艦艇編隊(duì)能夠通過(guò)數(shù)據(jù)融合等方式獲取魚雷距離和方位的報(bào)警信息,并根據(jù)這些信息判斷出魚雷對(duì)艦艇編隊(duì)的攻擊意圖,即魚雷攻擊的具體目標(biāo)艦艇,則有助于指揮員采取有效、合理的對(duì)抗方法,從而提高艦艇編隊(duì)的生存能力。目前,關(guān)于魚雷攻擊意圖方面的研究國(guó)內(nèi)外鮮有文獻(xiàn)提及,本文就有魚雷距離報(bào)警的情況針對(duì)聲自導(dǎo)魚雷進(jìn)行攻擊意圖的判斷,為艦艇編隊(duì)提高水聲對(duì)抗的針對(duì)性和有效性奠定了基礎(chǔ)。

2 戰(zhàn)術(shù)想定及主要數(shù)學(xué)模型

圖1 編隊(duì)坐標(biāo)系

編隊(duì)由三艘具有水聲對(duì)抗能力的艦艇組成,各艦配備相應(yīng)的水聲探測(cè)設(shè)備,對(duì)魚雷具有報(bào)警能力,1號(hào)艦位于0號(hào)艦左舷30°,距離30cab,2號(hào)艦位于0號(hào)艦右舷30°,距離30cab,1號(hào)艦和2號(hào)艦相距30cab[7]。建立編隊(duì)坐標(biāo)系如圖1,慣性坐標(biāo)系以報(bào)警時(shí)0號(hào)艦的艦位為坐標(biāo)系原點(diǎn)O點(diǎn),正東為X軸正方向,正北為Y軸正方向;艦艇編隊(duì)初始航向取正北為0°,航速為v勻速直航。q、d分別為聲自導(dǎo)魚雷所在編隊(duì)2號(hào)艦的舷角、距離。T為魚雷報(bào)警時(shí)所在位置,采用提前角法向預(yù)定方位射擊,在捕獲目標(biāo)前以速度vt勻速直線搜索,ct為魚雷被引導(dǎo)的攻擊航向,φ為有利提前角。

根據(jù)編隊(duì)隊(duì)形得出2號(hào)艦初始位置坐標(biāo)分別為(各艦間距a=30cab):

(1)

1) 艦艇編隊(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型:

設(shè)在t0時(shí)刻艦艇坐標(biāo)、航向分別為(x0,y0),c0,則經(jīng)dt時(shí)間后的坐標(biāo)為

(2)

2) 魚雷攻擊數(shù)學(xué)模型:

魚雷初始位置坐標(biāo)為

(3)

經(jīng)過(guò)dt時(shí)間后,魚雷的坐標(biāo)為

(4)

航向可由式(5)和式(6)估計(jì)[8～9]

φ=0.8arcsin(v/vt·sinq)180°/π

(5)

ct=q+φ+180°

(6)

經(jīng)過(guò)dt時(shí)間后,魚雷位于各艦艇的舷角為

(7)

式中xt、yt為魚雷在t時(shí)刻的橫、縱坐標(biāo),x、y為艦艇編隊(duì)各艦的橫、縱坐標(biāo)。

3 不同區(qū)域的魚雷攻擊態(tài)勢(shì)劃分

編隊(duì)對(duì)抗時(shí),有可能一艘艦艇對(duì)魚雷進(jìn)行報(bào)警,也有可能多艘艦艇進(jìn)行報(bào)警,不同的對(duì)抗態(tài)勢(shì),魚雷的攻擊意圖可能不同。考慮到潛艇平臺(tái)聲納總是先于艦艇編隊(duì)發(fā)現(xiàn)目標(biāo),即魚雷發(fā)射點(diǎn)方位近似等于魚雷報(bào)警方位。當(dāng)魚雷發(fā)射距離60cab時(shí),魚雷在2號(hào)艦20°～40°和80°～100°方位上無(wú)法分辨鄰近艦艇[5]。以中線為界對(duì)編隊(duì)不同區(qū)域來(lái)襲魚雷進(jìn)行區(qū)域劃分。

A區(qū)域:魚雷位于2號(hào)艦報(bào)警舷角-20°～20°,處于聲納盲區(qū),只有1號(hào)艦進(jìn)行有效魚雷報(bào)警。

B區(qū)域:魚雷位于2號(hào)艦報(bào)警舷角20°～40°,無(wú)法分辨出0、2號(hào)艦艇,即攻擊1號(hào)艦和較近的2號(hào)艦。由于0號(hào)艦與2號(hào)艦相對(duì)于魚雷的方位相近,且距離魚雷更遠(yuǎn),于是選擇1,2號(hào)艦報(bào)警信息。

C區(qū)域:魚雷位于2號(hào)艦報(bào)警舷角40°～80°,可分辨出艦艇編隊(duì),一般情況下,潛艇發(fā)射的魚雷都是攻擊噪聲輻射強(qiáng)度較大的目標(biāo),基本不會(huì)穿過(guò)艦艇編隊(duì)攻擊遠(yuǎn)端的艦艇。只可能攻擊1、2號(hào)艦,選擇1、2號(hào)艦報(bào)警信息。

D區(qū)域:魚雷位于2號(hào)艦報(bào)警舷角80°～100°,無(wú)法分辨出1、2號(hào)艦艇,即攻擊0號(hào)艦和較近的2號(hào)艦。由于1號(hào)艦與2號(hào)艦相對(duì)于魚雷的方位相近,且距離魚雷更遠(yuǎn),于是選擇0,2號(hào)艦報(bào)警信息。

E區(qū)域:魚雷位于2號(hào)艦報(bào)警舷角100°～140°,可分辨出艦艇編隊(duì),同上原因只可能攻擊0、2號(hào)艦,選擇0、2號(hào)艦報(bào)警信息。

圖2 魚雷攻擊區(qū)域劃分

F區(qū)域:魚雷位于0號(hào)艦報(bào)警舷角100°以下、2號(hào)艦報(bào)警舷角170°以內(nèi)區(qū)域,可分辨出艦艇編隊(duì),同上原因只可能攻擊0、2號(hào)艦,選擇0、2號(hào)艦報(bào)警信息。

G區(qū)域:魚雷位于0號(hào)艦報(bào)警舷角100°以下、2號(hào)艦報(bào)警舷角-170°～-160°區(qū)域,可分辨出艦艇編隊(duì),同上原因只可能攻擊0、2號(hào)艦,選擇0、2號(hào)艦報(bào)警信息。

4 魚雷攻擊目標(biāo)判斷準(zhǔn)則

1) 通過(guò)魚雷報(bào)警的舷角和距離信息,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的魚雷位置判斷,估計(jì)來(lái)襲魚雷的攻擊航向Cyulei和航速Vyulei;

2) 根據(jù)編隊(duì)各艦艇魚雷報(bào)警的舷角和估計(jì)的航速,利用有利提前角法分別估計(jì)來(lái)襲魚雷的瞬時(shí)航向C0、C1、C2;

3) 將魚雷攻擊編隊(duì)各艦的瞬時(shí)航向C0、C1、C2與Cyulei比較,最接近的即為魚雷攻擊目標(biāo)。

5 仿真驗(yàn)證及分析

仿真參數(shù):

魚雷:在特定位置以有利提前角向艦艇目標(biāo)進(jìn)行攻擊,在達(dá)到理想命中點(diǎn)和捕獲目標(biāo)前,魚雷進(jìn)行直航搜索,航速50kn。

艦艇編隊(duì):航向c0=0°,航速18kn,編隊(duì)間距30cab。判斷過(guò)程中,艦艇編隊(duì)保持直航。魚雷方位報(bào)警誤差:在聲陣正橫0°～±30°方向?yàn)?.5°,在聲陣正橫±(30°～60°)方向?yàn)?°(標(biāo)準(zhǔn)誤差);魚雷距離誤差:±3cab(標(biāo)準(zhǔn)誤差)。

仿真方案:

魚雷報(bào)警距離為40cab,魚雷報(bào)警方位變化率統(tǒng)計(jì)時(shí)間為30s,針對(duì)上述判斷準(zhǔn)則進(jìn)行1000次蒙特卡洛仿真[10]。

當(dāng)魚雷報(bào)警距離為40cab,魚雷報(bào)警變化率統(tǒng)計(jì)時(shí)間分別為30s、60s,對(duì)每一種態(tài)勢(shì)進(jìn)行1000次蒙特卡洛仿真。仿真結(jié)果如表1所示。

當(dāng)魚雷報(bào)警距離為20、40cab,魚雷報(bào)警變化率統(tǒng)計(jì)時(shí)間分別為30s,對(duì)每一種態(tài)勢(shì)進(jìn)行1000次蒙特卡洛仿真。仿真結(jié)果如表2所示。

表1 距離40cab不同判斷時(shí)間仿真結(jié)果A

表2 判斷時(shí)間30s不同距離仿真結(jié)果B

仿真結(jié)果分析:

1) 魚雷距離艦艇編隊(duì)越近,魚雷航向和航速估計(jì)越準(zhǔn)確,判斷準(zhǔn)確率越高。

2) 判斷時(shí)間越長(zhǎng),魚雷航向和航速估計(jì)越準(zhǔn)確,判斷準(zhǔn)確率越高。

3) 當(dāng)判斷時(shí)間為30s,絕大部分區(qū)域成功率都在70%以上,能滿足判斷要求。

6 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)魚雷報(bào)警距離和方位信息,對(duì)魚雷攻擊意圖進(jìn)行了仿真判斷,制定了判斷準(zhǔn)則,經(jīng)仿真驗(yàn)證,在絕大部分區(qū)域,該判斷準(zhǔn)則能夠判斷魚雷攻擊意圖,并分析了魚雷相對(duì)編隊(duì)距離及判斷時(shí)間對(duì)準(zhǔn)則結(jié)果的影響,為編隊(duì)水聲對(duì)抗指揮決策提供參考。

[1] 夏志軍,章新華,肖繼剛,等.艦艇編隊(duì)水聲對(duì)抗系統(tǒng)需求分析[J].艦船科學(xué)技術(shù),2007,29(6):66-69.

[2] 楊日杰,高學(xué)強(qiáng),韓建輝.現(xiàn)代水聲對(duì)抗技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2008.

[3] 陳春玉,張靜遠(yuǎn),王明淵,等.反魚雷技術(shù)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2006.

[4] 孟慶玉,張靜運(yùn),宋保維.魚雷作戰(zhàn)效能分析[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2003.

[5] 石秀華,王曉娟.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.

[6] 錢海民.典型艦艇編隊(duì)協(xié)同水聲對(duì)抗模型研究[D].大連:大連艦艇學(xué)院碩士學(xué)位論文,2010:1.

[7] 夏志軍,章新華,錢海民.艦艇編隊(duì)協(xié)同規(guī)避自導(dǎo)魚雷攻擊方法[J].艦船科學(xué)技術(shù),2011,33(5):103-105.

[8] 賈躍,宋保維,趙向濤,等.水面艦船對(duì)聲自導(dǎo)魚雷防御機(jī)動(dòng)方法研究[J].火力與指揮控制,2009,34(1):45-48.

[9] 薛昌友,孫雪海,杜亮,等.聲自導(dǎo)魚雷固定提前角導(dǎo)引法追蹤效果研究[J].艦船科學(xué)技術(shù),2011,33(3):112-114.

[10] 張宇文.魚雷彈道與彈道設(shè)計(jì)[M].西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,1999.

Judgemental Method about Torpedo Attack-intention Based on Distance Information

ZHENG Wenqiang ZHANG Xinhua XIA Zhijun ZHOU Min

(Research Center of Ocean Acoustics Information, Dalian Naval Academy, Dalian 116018)

The formation combat is the basic style of future naval warfare combat. It is very important for acoustic warfare research. If warships can get torpedo range and azimuth alarm information through data fusion, etc., and determine the torpedo attack intention, that the specific objectives of the torpedo attack warships according to the information, it helps commanders to take effective and reasonable confrontation method, thereby enhancing viability. In this paper, based on the establishment of acoustic homing torpedo attack model and the model of movement, the torpedo struck trend is divided from different regions, attacking intent criterion is proposed, and through simulation, factors affecting the accuracy are analyzed. It provides the necessary information for the formation of collaborative acoustic warfare command decision.

formation of acoustic warfare, acoustic homing torpedo, attacking intention, command decision

2013年7月2日,

2013年8月15日

鄭文強(qiáng),男,碩士研究生,研究方向:水聲與水聲對(duì)抗。章新華,男,博士生導(dǎo)師,教授,研究方向:水聲信號(hào)處理。夏志軍,男,碩士,講師,研究方向:水聲與水聲對(duì)抗。

TB56

10.3969/j.issn1672-9730.2014.01.009