懸停空投魚雷攻擊水下目標投雷點計算方法

劉建兵

（中國人民解放軍 91439部隊43分隊，遼寧 大連 116041）

0 引言

艦載直升機反潛是水面艦艇對抗潛艇的方法之一。由于水文氣象等客觀因素對艦載機搜攻潛有較大影響，在水面艦艇突然受到較大威脅時，艦載機就不可能按部就班地完成搜攻潛的全過程[1]，而敵潛艇很可能已經發現吊放聲吶主動探測信號并進行規避機動[2]。吊放聲吶只能測定敵潛艇相對位置，艦載機在敵潛艇信息不完整的情況下，選擇懸停空投魚雷是最為快速、行之有效的攻擊手段。

直升機懸停空投魚雷攻擊水下目標特點是，魚雷水下搜索目標范圍大、攻擊目標距離較遠、精確打擊目標能力強。直升機懸停投雷的基本條件為逆風懸停，速度為0[3]，魚雷入水后的初始航向與直升機航向一致。在懸停投雷時，如何確定投雷點位置是非常關鍵的問題。在目標距離一定的情況下，如果魚雷搜索的主航向不能對準目標或方位偏差過大，魚雷就可能捕獲不到目標，從而失去精確打擊目標能力。為使魚雷入水后其主航向能夠基本對準目標，投雷前必須計算確定出直升機懸停投雷點位置，以實現準確打擊水下目標。

1 直升機懸停投雷條件和基本假設

1.1 投雷條件[4]

假設的投雷條件如下：投放方式為懸停（0 km/h），直升機航向誤差為±3°，魚雷攻擊方式為蛇行搜索攻擊水下目標。

1.2 確定投雷點的基本假設

假定直升機投雷點的正投影與魚雷的入水點相一致，假定魚雷入水時刻其初始航向與直升機投雷時刻的航向保持一致，假定從魚雷掛機到投雷結束時的風向是不變的[5]。

2 直升機懸停投雷點的確定

2.1 基本參數的確定

1）魚雷的主航向角是已知的，設主航向角為ωi。以下列 4 個主航向為例：ωi＝-95°，+120°，-150°，180°。

2）投雷海區的風向可由風向儀測出，設風向角為α。

3）設直升機投雷時航向為β，根據測出的投雷海區風向（風向角為α），則

4）設魚雷入水后蛇形搜索的基準航向為Ki，則Ki=β+ωi,即:

5）設魚雷入水點與目標的距離為D=1 500 m。

6）目標的大地坐標W（λO,ψO）或W（XO,YO）作為已知量由 GPS測定；設直升機投雷點的坐標為P（λi,ψi）或P（Xi,Yi），則P點的坐標或位置就是投雷前需要我們解算的未知量。

2.2 用高斯投影法求取投雷點坐標

在目標距離D確定的情況下，投雷點必然落在以目標為圓心以D為半徑的圓上，如圖1所示。

在高斯坐標系中，目標和魚雷入水點必然位于某一度帶的高斯平面直角坐標系中，如圖2所示，我們可在高斯平面直角坐標系中建立方程組，求解投雷點的精確坐標值。

圖1 投雷點坐標圓Fig.1 Coordinate circle of torpedo release point

圖2 目標和投雷點的高斯坐標投影Fig.2 Gauss coordinate projection of target and torpedo release point

設投雷點的平面方位角為θi，根據大地測量學的高斯投影法[6]，則其大地方位角為

式中：Rw為W點的子午線收斂角；λw為目標的經度值；λO′為所處度帶的中央子午線值；φw為目標的緯度值。當目標位于中央子午線以東時，Rw取正值，反之為負值。

在高斯平面直角坐標系中

將式（4）代入式（3），解得：

由于魚雷的基準航向角Ki與iθ地的差值為180°，因此：

將式（6）代入式（2），解得:

而P點相對W點的圓方程為

將式（7）與式（8）聯立得方程組

解得：

從式（10）中可以看出，在風向、魚雷主行向和目標距離一定的情況下，有唯一的一個坐標點滿足精確打擊投雷條件，這個點就是精確求解的投雷點。

2.3 用歐氏幾何法分析投雷點的位置

在投雷范圍不大時，可以將投雷區域完全看作幾何平面。因此也可在歐氏幾何平面上[7]來分析投雷點的坐標位置，如圖3所示。

以目標為原點，以正北方向為X軸建立平面直角坐標系XOY；以目標為圓心，以目標距離D為半徑作圓。OA為風向，其反向延長線OB為直升機懸停投雷航向；OB旋轉ωi角得OC為魚雷主航向，則OC的反向延長線交圓于P點。

從圖中可以看出，P點就是我們所確定的投雷點位置。其平面直角坐標為

圖3 歐氏幾何平面分析圖Fig.3 Euclidean geometric plane analysis diagram

如果將投雷點用極坐標來表示，則為

式中：θi為投雷點相對目標的方位角；ρ為目標距。從式（11）、（12）中可以看出，魚雷主航向ωi確定了，并測出投雷前風向角α，投雷點的坐標位置即可確定。

據上述，假設投雷海區幾種風向（風向角為α），目標距D=1 500 m，計算確定投雷點相對目標方位角和目標相對投雷點方位角的數據見表1（注：α+ωi和β+ωi分別是投雷浮標相對目標的方位角和目標相對浮標的方位角）。

表1 投雷點相對目標方位角和目標相對投雷點方位角的數據Table 1 Azimuth date of torpedo release point relative to target and target relative to torpedo release point

表1（續）

3 結束語

本文對懸停空投魚雷攻擊水下目標投雷點計算方法進行了研究分析，比較2種方法可以看出，歐氏幾何法比較簡單直觀，在實施過程中快速方便。在只使用本艦具有的測距儀、風向儀、船用羅經、分羅經和方位儀情況下，可快捷地測出有關參數值，并計算確定投雷點坐標位置。高斯投影法考慮了大地收斂角，其計算確定投雷點坐標精度較高，但在使用本艦設備基礎上，仍需2臺差分GPS和數據處理等外協設備，一定程度上加大了投入。因此，在誤差許可的范圍內采用歐氏幾何法確定投雷點坐標是較為理想的方法。

在某型空投魚雷試驗中，采用歐氏幾何法確定投雷點，被試魚雷均準確命中目標。研究結果表明，此方法應用快捷有效，且投入少，可為部隊投雷作戰使用、訓練提供決策理論指導，對提高直升機反潛[8]能力具有現實意義。