被動測距方法研究*

(山西省侯馬市1號信箱38分箱 侯馬 043003)

被動測距方法研究*

趙楊

(山西省侯馬市1號信箱38分箱 侯馬 043003)

提供一種只利用兩個目標方位、確定由機動潛艇到某一接近目標距離的方法。假定潛艇和接近的目標各自處于相遇航向,通過聲納被動方式聽測接近目標的第一個方位后,潛艇進行機動,機動后的潛艇速度矢量改變。隨后,潛艇測取目標第二個方位,并通過此時與第一個方位相等的目標虛擬方位,確定目標距離。如果目標實際處于相遇航向,則確定的目標距離就是準確的。

被動測距;虛擬方位;來襲魚雷

ClassNumberTN216

1 引言

發現來襲魚雷時,在被攻擊潛艇速度矢量不變的前提下,若經過短時間(如十幾秒到幾十秒),來襲魚雷方位固定不變,則基本可認為來襲魚雷將要與潛艇相遇。在規避來襲魚雷的過程中,被攻擊潛艇及早確定來襲魚雷距離和運動參數非常重要。

長期以來,在潛艇僅使用被動方式傳感器對某一接近目標進行運動分析方面,前人已提出了許多分析方法。這些方法基本基于四個獨立觀測方位、并與潛艇機動相關聯?，F行各種以被動方式測量目標方位確定目標距離的方法,要求潛艇至少改變航路一次,潛艇在每個航路上都必須測量不少于一個目標方位,要素解算時間較長[1]。在某一接近目標為來襲魚雷且處于與潛艇相遇的接近航向上的情況下,潛艇必須盡快確定來襲魚雷距離以利于規避。但是,在要求達到一定解算精度的前提下,利用以往方法難以快速得出來襲魚雷距離,不能滿足潛艇快速規避使用要求[2]。

針對潛艇規避來襲魚雷目標等時間緊迫的態勢情況,本文嘗試找出一種快速、準確、有效可用的目標距離確定方法。

2 兩方位被動測距方法的目的與適用條件[3]

2.1 兩方位被動測距方法的目的

兩方位被動測距方法的主要目的是使方位測量的數量最少,并進而使確定處于相遇航向上的接近目標距離的時間最短。

2.2 兩方位被動測距方法的適用條件

兩方位被動測距方法適用于接近目標(如來襲魚雷)與潛艇處于接近相遇的危急態勢情況下的距離確定。

3 兩方位被動測距方法的設計思路

兩方位被動測距方法是一種僅利用兩個測量方位確定由運動的潛艇到某一接近目標距離的方法。

假定潛艇按照第一個速度矢量運動,在第一個時間點,測得接近目標的第一個觀測方位。然后,假定潛艇和目標處在與潛艇第一個速度矢量和第一個觀測方位相對應的相遇航向上。在第二個時間點,潛艇開始向不同的第二個速度矢量機動。在第三個時間點,潛艇測取不同的第二個觀測方位。同時,確定在第三個時間點時的對應假設潛艇和目標處于假定相遇航向的虛擬目標方位。由于潛艇和目標處于相遇航向,確定的虛擬目標方位與測量的第一個觀測目標方位相同。通過第二與第三個時間點之間的時間差,以及利用平面三角方法[4],可確定目標距離。

兩方位被動測距方法將用到下列參數:

· 第一與第二個潛艇速度矢量;

· 第二與第三個時間點之間的時間差;

· 一個虛擬目標方位(第一個觀測方位)和第二個觀測方位。實際使用中,一般采用潛艇舷角代替目標方位。

如果目標實際處于相遇航向,則確定的目標距離就是準確的。

4 距離解算模型建立

4.1 潛艇朝向來襲魚雷轉向規避時的距離確定[5]

圖1 潛艇朝向來襲魚雷轉向規避時的距離確定

由此,可確定B2和BV的交點T2就是對應測量B2時的來襲魚雷位置點,點S2與T2之間的長度就是相應的來襲魚雷距離R2。

(1)

α=Q2+Q1-ΔC

(2)

(3)

因此,

(4)

同理,可通過潛艇位于S3點時測量的來襲魚雷方位B3線和對應的BV線,確定來襲魚雷位置點T3,并進而確定對應的距離R3。

通過兩個已經確定的來襲魚雷位置點T2和T3,以及對應的來襲魚雷方位測量時間間隔,可確定來襲魚雷的航向和速度[7]。

4.2 潛艇背向來襲魚雷轉向規避時的距離確定

如圖2所示。

圖2 潛艇背向來襲魚雷轉向規避時的距離確定

在潛艇由位置點S2測量來襲魚雷方位B2時的對應來襲魚雷距離R2由以下兩個部分組成:

(5)

(6)整理得:

(7)

在△S1MS2中:

(8)

所以:

(9)

5 人工標圖

除了可以按照上述解算模型由計算機解算確定來襲魚雷距離外[4],還可根據圖1和圖2所示的潛艇運動和目標方位以時間序列排定的變化情況,由人工按照一定的距離比例,進行作圖標繪,直接由圖上量取潛艇到來襲魚雷的距離,以及來襲魚雷的航向和速度[8]。具體作圖標繪方法基本與圖1和圖2所示相同。

6 效用分析

本方法通過獲取在潛艇機動前后不同的兩個方位測量值,并利用假設相遇航向的屬性,提供了一種快速準確確定在實際相遇航向上向潛艇接近目標的距離的方法。在魚雷來襲接近等危急態勢情況下,本方法具有很大效用。此外,本方法可作為前期基礎,用于獲取有關接近目標的完整解算結果(距離、航向、速度和方位)。

本方法可運用于由潛艇機動與目標方位所構成的各種幾何圖形以及不同的潛艇機動情況。潛艇機動變化包含航向變化、速度變化、或速度與航向變化。

通過人工標圖繪算方式,本方法可快速、準確確定接近目標的距離,且具有更加直觀形象的特點,能適應來襲魚雷接近相遇時的危急情況。

應該注意到,如果魚雷不在準確的與潛艇接近到相遇的航向上,則利用本方法確定距離的準確性將降低;但同時,與此類情況相對應的潛艇確定魚雷距離的緊迫性也會相應降低,由此派生出的問題也就超出了本文范疇。

7 結語

本文給出了一種僅只利用潛艇機動前后測量的兩個目標方位、快速確定接近目標尤其是來襲魚雷的距離的基本理論方法,這種方法還可用于潛艇水下以被動方式避免與運動目標發生碰撞。限于篇幅,文中未考慮會對上述方法使用效果造成一定影響的來襲魚雷自導作用距離因素,這是需要本文后續另行定量分析解決的問題。

[1]夏佩倫.純方位目標跟蹤系統分析[J].艦船論證參考,1991(1):57-64.

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[3]宋新見,惠俊英,殷冬梅,等.水下噪聲目標被動測距技術研究[J].應用聲學,2005(3).

[4]楊婷婷,楊皓.三角方法在解決平面幾何問題中的應用[J].中國校外教育·理論,2009(14).

[5]錢東,肖慶生.潛艇規避魚雷攻擊的仿真建模[J].魚雷技術,1999(4):013.

[6]王茂厲,趙國良.魚雷空間運動非線性數學模型的建立與仿真[J].系統仿真學報,2007,19(20):4812-4814.

[7]李釗,鄭援.潛艇規避被動聲自導魚雷的航速和航向問題[J].火力與指揮控制,2008,33(3):125-127.

[8]李楊,陳海清,吳鵬,等.被動測距系統的數字圖像生成模塊設計[J].光學與光電技術,2007,5(4):76-78.

ResearchonPassiveRangingMethod

ZHAO Yang

(P.O. Box 1-38, Houma 043003)

In order to determine the distance from submarine maneuvering to a certain close target, a method that only two goals orientation were used was provided. It was hypothesized that submarine and the close target were in each course. After listening the first position of the close target by passive sonar, the submarine maneuvered and the velocity vector was changed. Subsequently, the second position of the close target was listened by the submarine. The target distance was determined through the comparison between the two target virtual positions which were equal to the twice positions. If the target was in the actual course, the target distance was accurate.

passive ranging, virtual position, incoming torpedo

2013年11月11日,

:2013年12月21日

趙楊,男,工程師,研究方向:魚雷反潛。

TN216DOI:10.3969/j.issn1672-9730.2014.05.015