飛航式助飛魚雷指令修正攻潛能力研究

賈　躍，梁　良，任　磊

（1. 海軍大連艦艇學院 水武與防化系，遼寧 大連，116018； 2. 海軍大連艦艇學院 研究生1隊，遼寧 大連，116018）

飛航式助飛魚雷指令修正攻潛能力研究

賈躍1，梁良2，任磊1

（1. 海軍大連艦艇學院 水武與防化系，遼寧 大連，116018； 2. 海軍大連艦艇學院 研究生1隊，遼寧 大連，116018）

針對飛航式助飛魚雷的指令修正功能，介紹了其對潛攻擊的基本過程，深入分析了指令修正射擊的方法原理及修正時機，從魚雷的修正能力、魚雷的飛行姿態及目標的運動要素等方面研究對指令修正射擊的影響，并建立了飛航式助飛魚雷的攻潛能力仿真模型。通過計算得到最佳修正后魚雷飛行距離的確定原則及變化規律，分析了飛航式助飛魚雷指令修正射擊的攻潛能力，為實際操作提供了理論依據。

飛航式助飛魚雷； 指令修正； 攻潛能力

0　引言

隨著艦艇反潛作戰形勢日趨嚴峻，各國海軍對反潛武器的發展提出了更高的要求。為了使反潛魚雷能夠增加攻擊距離，提高打擊精度，出現了具有指令修正能力的飛航式助飛魚雷［1］。飛航式助飛魚雷在反潛作戰過程中與傳統管裝魚雷和彈道式助飛魚雷最大的區別在于其具有無線電指令修正功能，魚雷在巡航飛行過程中可以通過無線電獲取最新的目標位置信息，從而改變魚雷的飛行航向和入水位置，使其入水后更加接近目標，由此提高魚雷的捕獲概率。

鑒于飛航式助飛魚雷在空中是高速飛行，且受到飛行距離、飛行姿態、自身機動能力和目標運動等諸多因素影響，魚雷飛行方向不能頻繁進行更改，因此反潛作戰時魚雷是否需要修正，在什么時機進行修正，修正時能否達到預定效果都會影響攻潛能力，文中依此展開研究。

1　指令修正射擊攻潛過程概述

飛航式助飛魚雷對潛攻擊作戰可通過艦載拖曳聲吶或艦載直升機的吊放聲吶引導實施。下面以直升機引導為例，介紹典型的飛航式助飛魚雷指令修正射擊攻潛過程［2］。如圖1所示，反潛直升機在敵潛艇可能存在海域搜索并發現目標后，

利用探測設備測定本機位置和目標位置，發射艦接收由直升機傳來的直升機和目標位置信息，據此計算出目標相對于本艦的位置信息并裝訂射擊諸元，向目標潛艇當前位置發射助飛魚雷。魚雷發射后會按程序自動調整至一定高度并沿預定彈道巡航飛行接近目標，此時反潛直升機保持對目標潛艇的跟蹤探測，當魚雷飛至指令修正點時，

直升機將此時刻的目標位置信息發送給發射艦艇，

再由發射艦艇將指令修正信息上傳給助飛魚雷，

魚雷接到指令后改變飛行航向飛向目標此時的位置。魚雷入水后下潛至設定深度，按照預定的彈道自動對目標進行搜索、跟蹤和攻擊。

圖1　指令修正射擊攻潛過程Fig. 1　Process of attacking submarine with instruction correction shooting

2　指令修正射擊原理與方法

2.1指令修正射擊原理

可以看出，飛航式助飛魚雷發射時，如果僅知道潛艇坐標，但其在發射后有能力再次探測到目標位置信息或能對目標保持穩定跟蹤，可以對目標現在位置射擊后通過對助飛魚雷發射無線電指令修正其飛行航向和入水點，使魚雷落在修正時刻的目標所在位置，該方法稱為指令修正射擊方法。如圖2所示，以發射時刻艦艇所在位置為坐標原點，真北方向為y軸，建立坐標系，艦艇以Cw航向航行，在O點處發射助飛魚雷，初始瞄點為M0，當魚雷飛行Ds1距離到達W點時，根據無線電指令發送的目標當前位置M1，魚雷修正飛行航向至Ccf2，此時目標運動的直線距離為Dm，修正后魚雷飛行Ds2距離后在M1點入水，Dc為修正點與初始瞄點的距離。

圖2　指令修正射擊原理示意圖Fig. 2　Principle of instruction correction shooting

指令修正射擊方法實際上就是通過探測設備對目標潛艇進行二次定位，當飛航式助飛魚雷在空中接近目標并達到合適距離時，獲取目標最新的位置信息，修正魚雷的飛行方向和入水點位置，來減小目標運動帶來的魚雷捕獲概率下降的影響。這種方法無需火控設備計算目標潛艇的運動要素，從而使艦艇能在第一時間發射魚雷，指令修正后優化了魚雷的入水位置，能使其具有較高的捕獲概率，確保打擊精度。

2.2指令修正射擊的影響因素

1） 魚雷的指令修正能力。

飛航式助飛魚雷由于受到其飛行速度、氣動布局及其他設計因素影響，在進行指令修正時其轉彎半徑和轉彎角度會受到一定限制，從而目標修正距離Dm是有限的，稱之為魚雷的指令修正能力。該修正能力可以用修正后魚雷飛行距離Ds2與目標修正距離Dm之間的函數關系表示。以某型飛航式助飛魚雷為例，假設已知魚雷的指令修正能力滿足圖3所示的函數關系曲線，則通過Matlab對該函數關系進行擬合，可以近似得到圖3中擬合后的能力函數關系曲線及1個修正后魚雷飛行距離Ds2與目標修正距離Dm的4階函數關系式Dm=f（Ds2）。

魚雷的指令修正能力直接決定了魚雷能否順利完成轉向，若不能轉至修正航向，助飛魚雷將不會進行修正，繼續按原航向飛行至初始瞄點后入水，因此修正能力是確定修正時機必須考慮的

重要因素。

圖3　助飛魚雷修正能力關系曲線Fig. 3　Curves of correction capability of a cruise assisted torpedo

2） 魚雷的空中飛行姿態。

從圖1可以看出，飛航式助飛魚雷在發射過程的初期要經過一段時間的助飛和調整，此時魚雷的空中飛行姿態一直在不停調整變化，然后才會到達預定的飛行高度、速度進行巡航平飛。因此，飛航式助飛魚雷在發射后一段時間內無法進行指令的接收及航向的調整，直至其穩定飛行并達到轉向要求，將魚雷可以開始修正的時刻設為Ts。以某型飛航式助飛魚雷為例，在發射飛行后30 s即Ts=30，水平飛行距離大約8 km后才會穩定飛行姿態以保證能成功進行指令修正，此時助飛魚雷的指令修正時機就必須選擇魚雷飛行8 km以后的某一時刻。

3） 目標的位置與運動要素。

目標的初始距離決定了助飛魚雷的飛行時間，從而直接影響魚雷修正時機的選擇。目標的運動速度與運動方向決定了在魚雷入水時目標的位置散布范圍，從而影響魚雷對目標的搜索和捕獲，也影響到指令修正時魚雷飛行航向的改變量。因此，目標的初始距離及運動要素也是影響指令修正時機選擇的重要因素。

2.3指令修正的時機

由圖2可以看出，要讓助飛魚雷命中目標，就必須使其在指令修正時刻的目標位置M1點入水后能夠搜索捕獲到潛艇，所說的“指令修正時刻”就是魚雷的修正時機。指令修正時機如果過早，目標可能在魚雷入水時已經運動出魚雷水下搜索范圍，助飛魚雷無法捕獲目標； 指令修正時機如果過晚，魚雷可能無法轉至修正航向，不能實現修正要求。由此可見，確定合適的指令修正時機對于助飛魚雷能否捕獲目標是至關重要的，也是指令修正射擊的關鍵環節。通過以上對指令修正射擊的影響因素分析，選擇助飛魚雷最佳指令修正時機必須滿足以下條件: 一方面受魚雷飛行姿態影響，指令修正時刻要大于Ts； 另一方面受魚雷修正能力和目標運動的影響，修正后對目標的捕獲概率要最大。以上條件可表示為

3　指令修正射擊攻潛能力仿真模型

3.1對目標的捕獲概率模型

對機動目標進行大量仿真射擊，每次射擊入水后魚雷可能捕獲目標，也可能未捕獲目標。如果在N次射擊中捕獲M次，根據Monte-Carlo方法的原理［3］，助飛魚雷捕獲目標的概率可以近似表示為捕獲次數M與總射擊次數N之比

通過計算機仿真確定助飛魚雷是否捕獲目標，求出捕獲次數M，即可得到捕獲概率。

飛航式助飛魚雷的戰斗載荷一般為自導魚雷，其要想捕獲目標，就必須使目標落入自導扇面內，且自導作用距離要大于此刻目標與魚雷的距離。考慮到自導魚雷在垂直面上的搜索寬度較大，目標在垂直方向的散布范圍有限，可以忽略深度上對捕獲概率的影響，將搜索過程簡化為平面運動［4］。因此，滿足下式可認為目標被魚雷捕獲

式中: Qs，Ds分別為潛艇相對魚雷的舷角和距離；λ，l分別為魚雷自導作用扇面角和自導作用距離。

3.2魚雷仿真模型

飛航式助飛魚雷的運動模型分為空中運動和水下運動兩部分，空中運動對魚雷捕獲概率的影響主要考慮其入水點精度，簡化為勻速直線運動； 水下運動主要研究其搜索彈道樣式，簡化為平面運動。

1） 入水點仿真模型

在飛航式火箭助飛魚雷從發射至入水的整個飛行過程中，多種誤差源綜合作用的結果最后體現為飛航式助飛魚雷的入水點散布誤差［5］。假設魚雷入水點為2D圓散布，其誤差為ΔW～（xt0，yto，σ2，σ2，0），服從2D正態分布，σ=σ。則魚雷實際入水點坐標（Xt′0，Yt′0）為

式中: （Xt0，Yt0）為期望的魚雷入水點； Bw為魚雷實際入水點偏離期望入水點的方位，在（0，360°）范圍內服從均勻分布。

2） 水下運動模型

飛航式助飛魚雷比較典型的水下搜索彈道是“環形+8字”搜索，具體搜索形式如圖4所示。

圖4　水下搜索彈道示意圖Fig. 4　Schematic of underwater searching trajectory of a cruise assisted torpedo

建立如式（5）所示的魚雷水下運動仿真模型，魚雷位置坐標（Xts，Yts）為

式中，ωts，Rts分別為魚雷旋回角速度和旋回半徑，s= -1時表示魚雷向左環形搜索，s=1時表示魚雷向右環形搜索。

3.3目標仿真模型

1） 目標探測位置模型

假設直升機自身定位誤差為ΔH，其服從2D正態分布； 直升機吊放聲吶的測向誤差為，測距誤差為，則直升機實際位置（Xh′，Yh′ ）為

式中: （Xh，Yh）為直升機自身定位坐標； Bh為直升機實際位置偏離定位坐標的方位，在（0，360°）范圍內服從均勻分布。則目標潛艇的真實位置由下式確定

式中:Bhm，Dhm分別為目標相對于直升機的理論方位和距離。

2） 目標運動模型

根據目標潛艇的距離及方位推算其初始坐標，及其瞬時坐標（Xm，Ym）為

式中: （Xm0，Ym0）為潛艇初始位置坐標； Vm為潛艇速度。

4　仿真結果與分析

4.1仿真條件

1） 以某型助飛魚雷為例，不考慮魚雷對目標的追蹤概率，魚雷捕獲潛艇即認為其命中潛艇。

2） 不考慮目標潛艇采取對抗器材的影響。

3） 艦載主動拖曳式聲吶測方位誤差均方差4.2°，測距誤差均方差0.018D （D為距離），計算目標航向誤差均方差5°，計算目標航速誤差均方差5 kn，最遠探測距離35 km。

4） 直升機位置不影響魚雷空中飛行。直升機吊放聲吶測方位誤差均方差2.5°，測距誤差均方差0.02D，計算目標航向誤差均方差3°，計算目標航速誤差均方差4 kn，直升機定位誤差200 m（1σ），直升機探測目標距離5 km且不影響魚雷空中飛行。

4.2指令修正與否對捕獲概率的影響

圖5和圖6分別為目標速度12 kn和20 kn時，直升機吊放聲吶引導情況下，魚雷在進行和不進行指令修正時的捕獲概率。由圖可知，魚雷在進行指令修正時對目標潛艇的捕獲概率高于不進行指令修正時的捕獲概率，兩者相差幅度隨著目標潛艇的距離增加而增大，且對于高速目標（20 kn）修正效果更明顯。對于低速目標（12 kn），目標潛艇距離在30 km以內時，兩者捕獲概率相差不到0.02，距離為50km時，兩者相差則達到0.15； 對于高速目標（20 kn），目標潛艇距離在20km以內時，兩者捕獲概率僅相差0.05，距離為50km時，兩者相差則達到0.66。

圖5　吊放聲吶引導時修正與否對捕獲概率的影響（目標速度為12 kn時）Fig. 5　Influence of instruction correction on acquisition probability of the torpedo guided by dipping sonar （target speed is 12 kn）

圖6　吊放聲吶引導時修正與否對捕獲概率的影響（20kn）Fig. 6　Influence of instruction correction on acquisition probability of the torpedo guided by dipping sonar （target speed is 20 kn）

圖7和圖8分別為目標速度12 kn和20 kn時，艦載主動拖曳式聲吶引導情況下，魚雷進行和不進行指令修正時的捕獲概率。從圖中可以看出，與直升機引導不同，主動拖曳式聲吶引導下助飛魚雷修正與不修正時對目標潛艇的捕獲概率基本一致，在30～35 km時進行修正的捕獲概率比不修正時略高，但不超過0.05，這是因為受限于主動拖曳式聲吶的探測范圍，助飛魚雷攻擊距離近，且拖曳聲吶的探測誤差較大時精度較低。

圖7　拖曳聲吶引導時修正與否對捕獲概率的影響（12kn）Fig. 7　Influence of instruction correction on acquisition probability of the torpedo guided by towed sonar （target speed is 12 kn）

圖8　拖曳聲吶引導時修正與否對捕獲概率的影響（20 kn）Fig. 8　Influence of instruction correction on acquisition probability of the torpedo guided by towed sonar （target speed is 20 kn）

因此，在主動拖曳聲吶引導情況下，使用飛航式助飛魚雷對潛攻擊時無需進行指令修正； 在直升機吊放聲吶引導攻擊時，對于低速目標（12 kn），距離30km范圍內可以不進行指令修正，對于高速目標（20 kn），距離20km范圍內可以不修正； 且目標距離越遠、速度越快，指令修正攻潛對于魚雷捕獲概率的提升幅度越大。

4.3目標速度一定時目標距離對修正時機的影響

圖9為目標速度12 kn時，目標距離不同的情況下，魚雷在不同修正點-初始瞄點距離修正時的捕獲概率。由圖可知，當魚雷的修正點-初始瞄點距離=22 km時，捕獲概率最大； 修正點-初始瞄點距離>22 km時捕獲概率略有下降但基本接近于1，這是因為在仿真中，當修正點-初始瞄點距離≥22 km時能滿足魚雷的指令修正能力，魚雷能順利完成航向修正，且在直升機引導攻潛方式下，助飛魚雷對速度較慢的潛艇有較高的捕獲概率。所以當取不同的目標潛艇距離時，魚雷的捕獲概率變化不大； 反之，當修正點-初始瞄點距離<22 km時不能滿足魚雷的指令修正能力，魚雷無法轉向至修正航向，因此助飛魚雷不能進行指令修正，入水點仍為初始瞄點，捕獲概率迅速降低并保持不變。

圖9　目標距離變化對修正時機的影響（12 kn）Fig. 9　Influence of target distance variation on correction occasion （target speed is 12 kn）

圖10為目標速度20 kn時，目標距離不同情況下，魚雷采用不同修正點-初始瞄點距離時的捕獲概率。由圖可知，當目標潛艇距離分別取20 km，30 km，40 km，50 km時，最佳修正點-初始瞄點距離分別為12 km，18 km，20 km，22 km，此時魚雷捕獲概率最大，修正效果最好，最佳修正點-初始瞄點距離隨著目標距離的增加而增大； 當大于最佳修正點-初始瞄點距離時，捕獲概率隨著修正距離的增加而減小，因為魚雷越早修正，入水時目標運動距離越遠，反而降低了捕獲概率；當小于最佳修正點-初始瞄點距離時，捕獲概率迅速降低并保持不變，原因同圖9。因此，目標速度較慢（12 kn）時，進行指令修正射擊，最佳的修正點-初始瞄點距離為22 km，不隨目標距離的增加而改變； 目標速度較快（20 kn）時，最佳的修正點-初始瞄點距離隨著目標距離的增加而增加。

4.4目標距離一定時目標速度對修正時機的影響

圖11和圖12分別為目標距離30 km和40 km，目標速度不同時，采用不同修正點-初始瞄點距離時的捕獲概率。由圖可知，最佳的修正點-初始瞄點距離隨著目標速度的增加而增加，大于最佳修正點-初始瞄點距離時，魚雷捕獲概率隨著修正點-初始瞄點距離的增加而減小，小于最佳修正點-初始瞄點距離時魚雷不能修正，捕獲概率迅速降低并保持不變； 且這一變化趨勢隨著目標速度的增加而變得更為明顯。

圖10　目標距離變化對修正時機的影響（20 kn）Fig. 10　Influence of target distance variation on correction occasion （target speed is 20 kn）

圖11　目標速度變化對修正時機的影響（目標距離30 km時）Fig. 11　Influence of target speed variation on correction occasion（target distance is 30 km）

圖12　目標速度變化對修正時機的影響（40 km）Fig. 12　Influence of target speed variation on correction occasion（target distance is 40 km）

綜合4.3節和4.4節中的結論，經過大量仿真計算，可總結出最佳指令修正時機: 低速目標（＜12 kn）最佳的修正點-初始瞄點距離為22 km；對于高速目標（＞16 kn），鑒于指令修正射擊一般不計算目標具體航速，所以在同一距離上將目標速度變化對修正點-初始瞄點距離的影響取平均值，得出最佳指令修正時機如表1所示。

表1　高速目標（＞16 kn）最佳指令修正時機Table 1　Optimum instruction correction occasion for a high-speed target（target speed＞16 kn）

5　結束語

文中詳細闡述了飛航式助飛魚雷指令修正射擊的原理與方法，綜合分析了魚雷修正能力、魚雷飛行姿態、目標運動這3個要素對指令修正時機的影響，通過建立仿真模型和數據分析，對飛航式助飛魚雷采用指令修正技術進行攻潛的作戰能力進行初步研究，可為其作戰使用決策等提供參考。但是研究是依靠仿真模型通過定量計算得到，并在一定想定條件下建立的，與實際作戰相比進行了簡化處理，并且沒有考慮目標潛艇采取對抗手段等因素，因此有待進一步完善和提高。

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（責任編輯: 許妍）

Research on Capability of Attacking Submarine by Cruise Assisted Torpedo with Instruction Correction

JIA Yue1，LIANG Liang2，REN Lei1
（1. Department of Underwater Weapon and Chemical defense，Dalian Naval Academy，Dalian 116018，China； 2. Postgraduate Team 1，Dalian Naval Academy，Dalian 116018，China）

This paper introduces the instruction correction function of a cruise assisted torpedo and the process of attacking submarine，and analyzes the principles and correction occasion of instruction correction shooting. The influencing factors on instruction correction shooting are investigated in terms of torpedo′s correction capability and attitude，and target’s motion elements. Subsequently，a simulation model of attacking submarine capability for the cruise assisted torpedo is established，hence the optimum corrected flight distance and its changing rule are obtained，and the attacking submarine capability of the cruise assisted torpedo with instruction correction is analyzed. This study may provide a theoretical basis for practical application of instruction correction shooting.

cruise assisted torpedo； instruction correction； attacking submarine capability

TJ631.8

A

1673-1948（2015）02-0150-07

2014-09-25；

2014-11-11.

賈躍（1964-），男，博導，教授，主要研究方向為魚雷、深彈武器攻防戰術及水下對抗系統的作戰效能和作戰使用.