聲自導魚雷二次轉角作戰使用方法

李 華, 張靜遠

聲自導魚雷二次轉角作戰使用方法

李 華, 張靜遠

(海軍工程大學 兵器工程學院, 湖北 武漢, 430033)

針對聲自導魚雷在一次轉角作戰方式下, 存在魚雷與目標相遇時目標多普勒速度未能達到自導檢測閾值導致難以檢測到目標的情況, 從目標多普勒速度與魚雷自導檢測閾值分析入手, 提出滿足魚雷自導檢測的二次轉角作戰方式, 并建立模型。通過蒙特卡洛法求解聲自導魚雷在一次轉角作戰方式和改進后二次轉角作戰方式下的發現概率, 并考慮目標機動的情況。結果表明, 改進后的二次轉角作戰方式可提高聲自導魚雷的發現概率。

聲自導魚雷; 目標多普勒速度; 二次轉角; 發現概率

0 引言

魚雷作為水下重要武器之一, 對其作戰使用方法的研究極其重要。在使用自導魚雷作戰時, 主要采取的方式有單雷射擊、雙雷齊射或多雷齊射。在采用單雷射擊的情況下, 從彈道程序上分析, 主要是考慮魚雷的一次轉角[1], 針對魚雷和目標的陣位態勢, 尋求使魚雷以最高概率發現目標的有利提前角[2]。在采用雙雷齊射或多雷齊射的情況下, 主要有2種組織實施方式: 扇面齊射和平行航向齊射[3]。平行航向齊射是指2條魚雷或者多條魚雷在水平面上分別執行一次轉角航向后, 呈展開態勢分別執行二次轉角前的直航距離, 再分別執行二次轉角, 進而呈并行方式向前搜索目標, 因其有較好的使用效果, 是自導魚雷齊射的主要方法。

目前, 對于聲自導魚雷作戰使用方法研究很多, 如對一次轉角射擊模型優化[1-2], 或提出基于相遇態勢的二次轉角射擊模型研究[4], 也有對雙雷齊射的研究[3], 在仿真中都能起到提高魚雷發現目標概率的作用, 但是普遍都出現了忽略聲魚雷自導檢測邏輯的問題。

文中基于魚雷自導檢測邏輯原理, 提出目標不可攻角和可攻角, 針對聲自導魚雷單雷一次轉角作戰方式下可能存在的問題, 提出改進的二次轉角射擊模型, 并通過仿真計算, 尋求最佳的二次轉角射擊模型。

1 二次轉角作戰方式的必要性分析

當魚雷單雷射擊時, 按照理論考慮有利提前角, 魚雷執行一次轉角航向后, 按確定的航向直航搜索直航目標, 這種研究方式較為合理, 但存在考慮不夠全面的缺點, 體現在缺乏對魚雷自導檢測邏輯的研究。在魚雷自導接收機中, 通常會設有中心頻率等于發射信號頻率與魚雷自身運動導致的多普勒頻率之和的陷波器, 從而達到很大程度降低混響干擾的效果。當目標靜止時, 回波信號頻率和混響信號頻率相同, 將會導致信號頻率落在阻帶中心, 無法得到有效放大。只有目標運動且引起的多普勒頻率大于阻帶帶寬, 目標方可被檢測到[5]。因此, 目標多普勒速度如果未能達到魚雷自導檢測閾值, 將會造成檢測不到目標的后果。對此, 針對在一次轉角作戰方式下目標多普勒速度未能達到魚雷自導檢測閾值的情況, 進行二次轉角作戰方式的研究顯得尤為重要。

因此, 在要求的多普勒速度閾值和給定的目標速度的情況下, 可以求出滿足魚雷自導檢測閾值的角度范圍, 稱之為可攻角, 而不滿足要求的角度范圍, 稱為不可攻角。假設魚雷自導探測多普勒速度閾值為3 kn, 目標航速分別為6 kn、9 kn和12 kn時, 研究其不可攻角, 如圖1所示。在相同的自導探測閾值下, 不同的目標航速會有不同的不可攻角。目標航速越大, 不可攻角越小, 可攻角越大。

圖1 多普勒閾值為3 kn時不同目標速度的不可攻角

表1 多普勒閾值為3kn時不同目標速度的最大可攻角

2 聲自導魚雷二次轉角射擊模型

2.1 一次轉角射擊模型

圖2 一次轉角射擊模型

形心法是使魚雷自導扇面重心與目標相遇, 簡化求解有利提前角的計算方法[5]。

2.2 二次轉角射擊模型

聲自導魚雷一次轉角射擊方法僅考慮到魚雷與目標相遇時的態勢為目標處于魚雷的自導扇面重心處, 這種射擊方法適用于目標舷角在可攻角范圍之內。而對于一次轉角射擊下目標舷角不在可攻范圍內時, 目標即使進入魚雷自導扇面但未達到魚雷自導探測閾值, 魚雷也難以發現目標。

針對一次轉角射擊存在的問題, 提出二次轉角的射擊方法, 使得魚雷在攻擊目標時進入目標的可攻角范圍內。根據上文的可攻角研究, 可見可攻角的取值可在2個范圍內。因此文中研究在2種不同可攻角范圍內的二次轉角射擊模型。

2.2.1 魚雷呈迎擊態勢的二次轉角射擊模型

圖3 魚雷呈迎擊態勢的二次轉角射擊模型

2.2.2 魚雷呈追擊態勢的二次轉角射擊模型

此模型考慮的是目標進入魚雷自導扇面時, 目標舷角為鈍角, 且取值在可攻角范圍內的情況。魚雷執行二次轉角后, 大致呈追擊態勢追蹤目標, 如圖4所示。

圖4 魚雷呈追擊態勢的二次轉角射擊模型

1) 橫軸方向上的方程

2) 縱軸方向上的方程

3) 扇面圓心到重心距離

4) 角度條件

3 射擊參數解算

3.1 仿真參數設定

3.2 一次轉角射擊方式的參數解算

運用形心法求得一次轉角射擊的有利提前角, 在有利提前角射擊下, 求解理想狀態下目標在魚雷自導扇面形心時的目標多普勒速度, 見表2。

表2 一次轉角射擊模型的參數解算

如表2所示, 在這種戰場態勢下, 運用一次轉角射擊的作戰方式將會導致目標多普勒速度未達到魚雷自導檢測閾值, 難以檢測到目標。此時考慮魚雷二次轉角射擊的作戰方式顯得尤為重要。

3.3 二次轉角射擊方式的參數解算

4 發現概率計算

4.1 目標不機動的發現概率計算

表3 二次轉角射擊模型目標速度為6 kn的參數解算

表4 二次轉角射擊模型目標速度為12 kn的參數解算

對于一次轉角射擊模型的射擊參數解算, 利用形心法求解有利提前角, 通過蒙特卡洛法計算發現概率。可得當目標速度為6 kn和12 kn時, 發現概率分別為0.306, 0.554。對于改進后的魚雷二次轉角射擊模型的發現概率如圖5所示。

圖5 不同的目標舷角和二次轉角后不同的直航距離下魚雷發現概率圖

對于二次轉角后魚雷直航距離的選取, 如圖5可見, 無論目標速度為6 kn或12 kn, 選取二次轉角后直航距離為1 000 m情況下的魚雷發現概率總體上均高于其他情況下的發現概率, 但總體上二次轉角后直航距離的取值對發現概率的影響較小。

4.2 目標機動的發現概率計算

4.2.1 目標機動參數設置

文中引用的機動計算模型[5]為純模擬結論, 主要為了達到目標轉向全過程始終遠離魚雷的目的, 當魚雷到達預定直航目標相遇點時離目標最遠。

1) 機動時刻

2) 轉向角

當目標魚雷報警舷角Q＞80°時, 其轉向角為

3) 轉向方式

假如目標的魚雷報警舷角在15°~150°之間時, 目標背雷轉向。

4) 旋回半徑

5) 旋回角速度

4.2.2 發現概率計算

表5 目標不機動和機動情況下的發現概率對比

5 結束語

[1] 劉強, 袁富宇. 聲自導魚雷一次轉角射擊參數優化[J]. 指揮控制與仿真, 2012, 34(2): 53-57.

Liu Qiang, Yuan Fu-yu. Optimization of Firing Parameters with One-time Rotating Angle of Acoustic Homing Torpedo[J]. Command Control & Simulation, 2012, 34(2): 53-57.

[2] 孫春華, 張會, 李長文. 聲自導魚雷一次轉角射擊參數優化[J]. 艦船電子工程, 2011, 31(8): 40-42,51.

Sun Chun-hua, Zhang Hui, Li Chang-wen. Optimization of Lead Angle for Acoustic Homing Torpedo[J]. Ship Electronic Engineering, 2011, 31(8): 40-42, 51.

[3] 張靜遠, 王鵬. 聲自導魚雷雙雷齊射有關技術與戰術問題分析[J]. 魚雷技術, 2013, 21(4): 299-305.

Zhang Jing-yuan, Wang Peng. Technical and Tactical Analysis of Two-Torpedo Salvo for Acoustic Homing Torpedo[J]. Torpedo Technology, 2013, 21(4): 299-305.

[4] 張選東, 代志恒. 聲自導魚雷射擊模型優化研究[J]. 指揮控制與仿真, 2010, 32(4): 49-51.

Zhang Xuan-dong, Dai Zhi-heng. Optimization of Firing Model for Acoustic Homing Torpedo[J]. Command Control & Simulation, 2010, 32(4): 49-51.

[5] 張靜遠. 魚雷作戰使用與作戰能力分析[M]. 北京: 國防工業出版社, 2005.

[6] 李明輝. 基于蒙特卡洛法的水下對抗效能推演評估研究[D]. 北京: 中國艦船研究院, 2014.

(責任編輯: 許 妍)

Operational Application Method of Two-time Turning Angle for Acoustic Homing Torpedo

LI Hua, ZHANG Jing-yuan

(College of Weaponry Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China)

In the case of one-time turning angle operation mode of an acoustic homing torpedo, the Doppler velocity of the target does not reach the threshold of homing detection threshold as the torpedo is meeting the target, which leads to difficulty in detecting the target. This paper analyzes the target Doppler velocity and the torpedo homing detection threshold, then puts forward a two-time turning angle operation mode to satisfy torpedo homing detection, and establishes a model. The detection probabilities of an acoustic homing torpedo in one-time turning angle operation mode and improved two-time turning angle operation mode are solved by Monte Carlo method with consideration of target maneuvering. The results show that the improved two-time turning angle operation mode can improve the detection probability of an acoustic homing torpedo.

acoustic homing torpedo; target Doppler velocity; two-time turning angle; detection probability

TJ630.5; E843

A

2096-3920(2018)04-0342-06

10.11993/j.issn.2096-3920.2018.04.011

李華, 張靜遠. 聲自導魚雷二次轉角作戰使用方法[J]. 水下無人系統學報, 2018, 26(4): 342-347.

2018-06-07;

2018-06-29.

李 華(1993-), 男, 在讀碩士, 主要研究方向為武器制導與控制技術.