基于噪声干扰器对抗的火箭助飞鱼雷射击效率仿真研究

丁红岩, 宋保维, 周 明, 姜凯峰



基于噪声干扰器对抗的火箭助飞鱼雷射击效率仿真研究

丁红岩1,2, 宋保维1, 周 明2, 姜凯峰2

(1. 西北工业大学 航海学院, 陕西 西安, 710072; 2. 海军大连舰艇学院 水武与防化系, 辽宁 大连, 116018)

为研究对抗条件下火箭助飞鱼雷的射击效率, 根据火箭助飞鱼雷典型对潜作战过程, 以命中概率作为射击效率的评定指标建立了基于对抗的命中概率模型, 研究了潜艇使用噪声干扰器对抗来袭鱼雷的对抗模型, 分析了火箭助飞鱼雷反对抗策略, 通过仿真计算, 定量分析了主要因素对火箭助飞鱼雷命中概率的影响。仿真结果表明, 噪声干扰器对抗条件下, 射击距离和潜艇航速是影响命中概率的主要因素, 目标信息的完整程度对命中概率的影响很大, 旨在为实战条件下水面舰艇部队提高使用火箭助飞鱼雷的有效性及反潜作战能力等方面提供了参考。

火箭助飞鱼雷; 噪声干扰器; 对抗; 射击效率; 模型

0 引言

相比于管装鱼雷, 火箭助飞鱼雷速度快、射程远、发射范围广, 随着潜艇性能的不断提高, 火箭助飞鱼雷的优点更加突出, 已经成为较有效的远程反潜作战武器。舰载火箭助飞鱼雷一般由火箭助推器装载自导鱼雷构成, 经发动机分离、雷箭分离、雷伞分离等动作后入水, 自导鱼雷开始工作, 自动搜索、跟踪并命中潜艇。

目前国内外关于火箭助飞鱼雷的资料多侧重于武器系统的介绍与发展现状, 关于作战效能和作战使用的很少。本文以弹道式火箭助飞鱼雷为例, 描述了典型对潜作战模式, 建立了基于对抗的射击效率模型, 仿真计算了噪声干扰器对抗条件下火箭助飞鱼雷的命中概率, 使研究更贴近反潜作战的实际。

1 火箭助飞鱼雷典型对潜作战过程

如图1所示, 舰载火控系统根据测得或求解的目标信息, 计算火箭助飞鱼雷射击参数, 当满足发射条件时发射火箭助飞鱼雷。到达预定关机时刻, 发动机关机, 随即完成发动机与主体的分离。自导鱼雷依靠惯性按预定弹道或根据舰艇发送的指令按修正的弹道继续飞行, 当下落至雷箭分离高度时实现雷箭分离, 鱼雷在减速伞阻力作用下做减速运动直至入水。入水后鱼雷下潜至预定深度, 经初始过渡段弹道转入搜索弹道, 当发现敌潜艇发射的对抗器材时, 鱼雷自导系统进行目标识别, 在识别出对抗器材的类型后采取相应的反对抗措施, 对抗敌潜艇的干扰和诱骗, 检测到真实目标后, 进入追踪弹道和垂直命中末弹道, 若丢失目标则进行再搜索直至命中目标。

图1 火箭助飞鱼雷对潜作战过程示意图

2 基于对抗的火箭助飞鱼雷射击效率基本模型

2.1 火箭助飞鱼雷射击效率及评定指标

使用武器射击时, 在一定条件下完成给定作战任务的有效程度[1-3], 称为射击效率。射击效率可反映火箭助飞鱼雷抗干扰并命中(毁伤)目标的能力, 是火箭助飞鱼雷作战能力的重要量度。

射击效率指标是用于评定武器在一定条件下射击效率高低的定量指标, 通常用某种事件发生的概率或某随机变量的数学期望等来表示。对单个目标的火箭助飞鱼雷射击效率评定指标主要有以下几个: 1) 单射命中概率; 2) 齐射命中概率; 3) 独立射击毁伤概率; 4) 齐射毁伤概率; 5) 命中数量的数学期望。

鱼雷作战使命是命中毁伤目标, 其任务具有单一性, 并且执行任务的结局只有两种互斥的可能性——“成功”或“失败”。同时, 在火箭助飞鱼雷的战术技术指标、攻击对象、作战海区确定的情况下, 火箭助飞鱼雷对目标的命中概率受射击方法的影响较大。因此本文认为射击效率的最佳量度为命中概率, 并以此作为射击效率的评定指标。

2.2 命中概率基本模型

图1所示为火箭助飞鱼雷的典型对潜作战模式, 单射命中概率的基本模型为

火箭助飞鱼雷命中概率基本模型与各子模型的关系及各子模型与战术技术性能指标的逻辑关系如图2所示。

3 潜艇噪声干扰器对抗自导鱼雷模型

噪声干扰器是一种向海水中发射强随机宽带噪声的压制性、欺骗性水声对抗器材[4]。对于主动工作方式下的鱼雷, 噪声干扰器起压制性对抗作用。

噪声干扰器通过发射强宽带噪声实现对鱼雷的干扰, 制约鱼雷自导探测。它以频率覆盖鱼雷声自导系统接收频带, 以功率掩盖潜艇目标回波, 提高鱼雷接收端背景噪声, 降低鱼雷声纳对潜艇的作用距离, 使声纳不能发现或丢失已跟踪目标, 为潜艇摆脱鱼雷声自导系统的跟踪创造逃逸的有利时机, 从而起到良好干扰效果。

图2 火箭助飞鱼雷命中概率基本模型框图

当受到噪声干扰器干扰时, 干扰方程

潜艇实施噪声干扰时, 通常已被鱼雷连续跟踪, 认为目标、噪声干扰器处于鱼雷自导扇面中同一方位线上, 同时考虑噪声干扰器噪声级远高于鱼雷干扰噪声级, 式(3)可简化为

当噪声干扰器工作且处于鱼雷自导扇面内时, 若不等式成立, 鱼雷可发现潜艇, 否则, 噪声干扰器干扰成功, 鱼雷不能发现潜艇。

4 火箭助飞鱼雷反对抗策略分析

4.1 对抗策略分析

当受到噪声干扰器对抗时, 自导鱼雷应实施反对抗策略。目前, 世界各国在鱼雷的反对抗技术方面开展了广泛的研究, 如多普勒频移对目标的动静识别技术、对目标的尺度识别技术、反水声对抗弹道设计等。本文以采取反水声对抗弹道作为火箭助飞鱼雷反对抗策略。鱼雷反水声对抗弹道[5]的基本形式主要有一次转向弹道、旋回搜索弹道和蛇行弹道3种。复合对抗弹道能克服单一形式对抗弹道的不足, 节省鱼雷航程, 增加再发现概率, 从而提高反对抗效果。

图3 对抗噪声干扰器弹道示意图

4.2 对抗弹道模型

转向直航段

旋回搜索段

5 射击效率仿真及结果分析

5.1 误差取值

以美“阿斯洛克”反潜导弹为原型, 想定一型火箭助飞鱼雷, 射程为5~30 km, 参数误差服从正态分布, 如表1所示。用蒙特卡洛法仿真计算舰艇运用不同射击方法[6]对潜艇的命中概率。表中表示潜艇距离，单位为m。

表1 主要参数误差取值表

5.2 鱼雷命中判据

鱼雷捕获目标后, 立即转入追踪弹道。追踪弹道采用尾追弹道, 鱼雷根据目标方位调整航向, 使航向对准目标。当鱼雷处于跟踪状态且鱼雷与目标距离小于50 m, 命中角在60°~120°范围内时认为鱼雷垂直命中目标。

若式(8)成立, 则鱼雷命中目标, 否则, 干扰器对抗成功, 鱼雷未命中目标。

5.3 仿真流程与仿真结果分析

仿真流程见图4。

依照仿真数据, 分别绘制潜艇航速为16 kn时, 命中概率随射击距离的变化趋势如图5所示; 射击距离为20 km时, 命中概率随潜艇航速的变化趋势如图6所示。

图4 仿真流程图

如图5所示, 命中概率随射击距离增加而减小。射距由5 km增加到30 km, 对潜艇提前位置射击时, 命中概率均可达0.9左右, 对潜艇可能区域射击时, 命中概率下降达0.4, 对潜艇当前位置射击时, 命中概率下降达0.7。

图5 命中概率随射击距离的变化趋势

图6 命中概率随潜艇航速的变化趋势

如图6所示, 命中随潜艇航速增加而减小。 潜艇航速由8 kn增加到24 kn, 对潜艇提前位置射击时, 命中概率下降缓慢, 对潜艇可能区域射击时, 命中概率下降接近0.7, 对潜艇当前位置射击时, 命中概率下降达0.7。

1) 对潜艇提前位置射击时, 发射平台解算目标运动要素完整, 射击距离对命中概率的影响很小。实际上, 不管射击距离远近, 鱼雷经火箭助飞落水时, 落水点已在潜艇目标附近, 潜艇难以及时发现来袭鱼雷, 当发现鱼雷时, 来不及规避或使用噪声干扰器对鱼雷实施对抗, 因此射击距离和潜艇航速对命中概率的影响不明显。

绘制潜艇航速为12 kn和24 kn时, 对抗与无对抗条件下鱼雷命中概率随射击距离的变化对比如图7所示。射击距离为10 km和30 km时, 对抗与无对抗条件下鱼雷命中概率随潜艇航速的变化对比如图8所示。

图7 命中概率随射击距离变化对比图

图8 命中概率随潜艇航速变化对比图

如图7、图8所示, 在对抗条件下, 鱼雷命中概率随射击距离增加下降缓慢, 对比无对抗条件下命中概率降低10%以内, 命中概率随潜艇航速变化基本一致, 对比无对抗条件下命中概率下降不大。由此可见, 在潜艇使用噪声干扰器时, 火箭助飞鱼雷采取反水声对抗弹道, 可有效降低干扰器对其干扰效果, 提高对潜艇的打击能力。

6 结束语

以上通过对火箭助飞鱼雷典型对潜作战模式的研究, 建立了基于对抗的火箭助飞鱼雷射击效率模型。通过仿真模拟干扰器与鱼雷的对抗过程, 得到了主要因素对火箭助飞鱼雷命中概率的影响, 分析了产生影响的原因。本文的仿真是建立在2D空间的基础上, 在今后的作战使用研究中可以考虑建立3D 空间, 同时应分析复杂战场条件对火箭助飞鱼雷射击效率的影响。

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Simulation Study on Fire Efficiency of Rocket Assisted Torpedo Based on Noise Jammer Countermeasure

DING Hong-yan1, 2, SONG Bao-wei1, ZHOU Ming2, JIANG kai-feng2

(1. College of Marine Engineering, Northwestern Polytechnical University, Xi′an 710072, China; 2. Department of Underwater Weaponry & Chemical Defense, Dalian Naval Academy, Dalian 116018, China)

In order to understand fire efficiency of rocket assisted torpedo under countermeasure, we take hit probability as an indicator of fire efficiency and build a hit probability model according to the torpedo’s typical anti-submarine course. We analyze the model in which noise jammer is used by submarine to counter incoming torpedo and discuss the counter- countermeasure strategy of the torpedo. According to simulation and calculation, the effects of the major factors on hit probability are quantitatively analyzed based on noise jammer countermeasure. Simulation results indicate that both firing distance and navigational velocity of submarine are the main factors. Completeness of target information imposes great effect on hit probability. This study may redound to surface ships in effectively using rocket assisted torpedoes and enhancing anti-submarine capability.

rocket assisted torpedo; noise jammer; countermeasure; fire efficiency; model

TJ630; TN972

A

1673-1948(2011)02-0134-06

2010-11-15;

2010-12-20.

丁红岩(1958-), 男, 汉族, 教授, 硕导, 博士, 从事反潜武器作战使用研究.

(责任编辑: 许 妍)