水中目標動態爆點純方位定位技術

陸揚　譚鑫　管啟亮　魏傳林

摘 要：分析了目前國內水中動態爆點定位技術的特點與不足，提出了利用純方位測量技術實現魚雷實航爆點的實時定位方法。介紹了基于矢量傳感器技術的水中目標動態爆點純方位定位原理，給出了實現該測量技術的各分系統組成及其功能。

關鍵詞：水中目標 動態爆點 定位

中圖分類號：U666 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）11（b）-0118-02

在魚雷作戰效能試驗、爆炸毀傷試驗和部隊實雷攻靶訓練中，魚雷攻擊水中目標時的實航動態爆點定位數據是作戰效能、攻擊效果、毀傷能力評估的重要依據[1-3]。國內目前采用在被攻擊目標上布設測點，應用雙曲線定位的原理動態爆點進行測量[4]。該測量方法存在成本大、難度高、精度低、有時無法在被攻擊目標上布設測點等問題。而使用矢量傳感器技術[5-6]，利用純方位定位原理對動態爆點進行精確定位，可有效解決傳統測量手段中遇到的問題。

1 傳統水下動態爆點定位技術局限性分析

對魚雷等水中兵器實航動態爆點的測量，傳統的測量手段是在目標上加裝傳感器，測量爆炸壓力到達各傳感器的時延差，用雙曲線定位的原理解算爆點位置。這種方法存在下列問題。

一是爆點是動態的，預先無法確定其位置，因而無法確定迎爆面，傳感器加裝必須全范圍覆蓋目標，加大了測量成本和操作難度。

二是無法預先確定爆點位置，各測量傳感器的量程及各通道動態范圍無法確定，需要冗余配置，同樣加大測量成本和操作難度。

三是如果爆點和測點距離較近（小于10倍藥包半徑），沖擊波壓力傳播速度與傳播距離的非線性因素造成沖擊波壓力平均傳播速度無法精確估計，使得雙曲定位測量精度無法得到保證。

四是在建立測量坐標系過程中，由于各測點傳感器為貼片式，布置于被攻擊目標外表面，測點空間坐標隨殼體變化，難于精確測定，微小的測點空間坐標測量誤差（尤其在爆點離測點距離較近的情況下）會造成爆點測量精度大幅下降。

五是存在因被攻擊目標結構的原因（如實雷攻擊訓靶），無法在被攻擊目標上安裝測點，因而無法使用該傳統手段對動態爆點進行定位。

2 水中動態爆點純方位定位原理

僅考慮平面定位問題。定義基線坐標系為：以陣元i為坐標原點，陣元i和陣元j構成的基線為x軸，x軸的正方向為由陣元i指向陣元j，該坐標系稱為基線坐標系，，，如圖1所示。

在陣元i，j和目標T組成的三角形中，令是以陣元i為頂點的內角，是以陣元j為頂點的內角，為基線長度，它可以由浮標上的DGPS數據計算得到。

3 定位系統組成及各部分功能

定位系統由4個分系統組成：船載數據處理及顯控分系統、浮標測量陣分系統、遙控數據傳輸分系統及輔助分系統。

船載數據處理及顯控分系統：由數據處理顯控計算機及無線通信基站組成，完成測量系統參數設置、各浮標工作狀態自檢、數據處理及實時定位解算。

浮標陣測量分系統在：由若干矢量水聽器浮標組成測量陣，浮標上加裝GPS和方位姿態儀。被動接收水中運動目標爆炸聲信號，完成信號檢測和方位估計。

遙控數據傳輸分系統：分船載無線遙控設備和浮標無線遙控設備。完成水中浮標信號處理機測得的爆炸聲信號以及GPS測得的浮標位置信息、方位姿態儀測得的信息傳輸到測量船，并將船載數據處理及顯控分系統的控制信息傳輸到浮標。

輔助分系統：由電信號和聲信號模擬器組成。用于在實驗室和測量船上對測量系統進行功能自檢。

4 結語

對水下實航魚雷動態爆點的精確定位，在魚雷作戰效能試驗、爆炸毀傷試驗鑒定領域具有重要的意義。文中提出的矢量水聽器純方位動態爆點定位技術可有效解決傳統雙曲線定位技術遇到的若干局限性問題，工程實用價值較高。該技術也可應用于其他水中兵器動態爆點的精確定位。

參考文獻

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[2] 岳劍平，張召奎，朱學文等.水中兵器實驗與鑒定[M].北京：國防工業出版社，2008.

[3] 武小悅，劉琦.裝備試驗與評價[M].北京：國防工業出版社，2007.

[4] 武征，孫翱，任冰明，阮飛，等.海上靶場試驗測控技術[M].北京：國防工業出版社，2007.

[5] 劉伯勝，雷家煜.水聲學原理[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，1993.

[6] 惠俊英，生雪莉.水下聲信道[M].2版.北京：國防工業出版社，2007.

[7] 陳麗潔，張鵬，徐興燁.矢量水聽器綜述[J].傳感器與微系統，2006，25（6）：5-8.

[8] 曾雄飛，孫貴清，李宇，等.單矢量水聽器的幾種DOA估計方法[J].儀器儀表學報，2012，33（3）：499-507.