线导鱼雷导引方法的组合使用策略研究

魏玉华, 王凯帅

线导鱼雷导引方法的组合使用策略研究

魏玉华1, 王凯帅2

(1. 海军驻北京地区武备配套军事代表室, 北京, 100082; 2. 中国船舶系统工程研究院, 北京, 100094)

单一线导导引方法不能发挥鱼雷的最大作战效能, 为解决这一问题, 根据鱼雷攻击各阶段的线导导引目的, 提出了线导导引方法组合策略及对其使用的时机、条件、信息以及建模的各种需求, 并通过仿真试验对组合使用的攻击效果进行了验证, 对线导鱼雷攻击机动目标导引控制方法研究具有一定参考价值。

线导鱼雷; 导引方法; 组合使用策略

0 引言

线导鱼雷导引方法主要包括现在方位导引、修正方位导引、前置点导引[1-4], 从计算原理上一般认为分为2类, 一类是“一线法”, 武器系统在线导导引过程中, 利用鱼雷遥测位置信息、目标现时方位或滞后方位信息, 周期性将鱼雷形心导引到该方位线上; 一类是“一点法”, 在线导导引过程中, 利用鱼雷遥测位置信息, 目标方位、速度、航向、距离运动要素信息, 周期性将鱼雷形心导引到雷目相遇点上。

线导导引方法原理的不同, 决定了其使用时机、使用效果、信息需求的不同, 因此有必要通过对各种导引方法的使用条件、使用效果进行分析, 提出多种导引方法的组合使用策略, 从而扬长避短, 发挥鱼雷武器的最大作战效能[5]。

1 线导鱼雷导引方法原理及特点

1.1 现在方位导引

现在方位导引方法的原理是周期性的将鱼雷导引到距离目标方位线一定距离上, 仅依赖目标方位、估距信息, 对目标运动要素的需求较低, 但线导鱼雷出管后, 鱼雷相对目标距离本艇近、噪声高, 鱼雷噪音遮盖目标噪音, 一方面本艇不能对目标进行跟踪, 线导只能采用推算方位进行导引, 推算时间越长, 推算方位与目标真实方位偏差越大, 将导致导引效果下降; 另一方面, 鱼雷噪音遮盖目标噪音后, 潜艇不能继续进行目标运动要素解算, 从而不利于接敌导引, 耗费鱼雷航程, 不能根据目标运动参数合理使用适用的鱼雷速制及自导方式, 不利于发挥武器最大作战效能; 再者, 鱼雷噪音遮盖目标后, 不利于本艇及时识别目标机动, 从而不能及时采用反对抗导引策略, 影响线导鱼雷对机动目标的打击效果。其导引示意图见图1。

图1 现在方位导引示意图

1.2 修正方位导引

为了克服现在方位导引鱼雷噪音遮盖目标、前置点导引对目标运动要素准确度要求高的问题, 修正方位导引采用偏离方位导引策略, 即在线导导引的中前期始终将鱼雷导引到滞后目标方位线一定距离上, 以使鱼雷方位与目标方位之间有一定滞后角, 从而保证鱼雷噪音不遮盖目标, 利于本艇跟踪目标完成线导鱼雷导引和目标运动要素解算。其缺点是, 由于鱼雷总是滞后目标现在方位一定角度, 从而耗费鱼雷航程, 特别是在修正方位导引期间控制鱼雷进行变速后, 修正滞后量和修正距离均增加, 不利于鱼雷接敌, 浪费鱼雷航程甚至导致鱼雷穿越目标航迹线。其导引示意图见图2。

图2 修正方位导引示意图

1.3 前置点导引

前置点导引方法的原理是, 在解算出目标运动要素基础上, 采用解相遇原理控制鱼雷接敌攻击, 其优点首先是节约鱼雷航程, 另外, 鱼雷相对目标方位有一定提前角, 从而鱼雷出管航行一段时间后, 鱼雷与目标分离, 利于潜艇对目标跟踪, 再次由于尾流自导鱼雷有进入目标尾流角度的要求, 前置点导引方法可根据雷目相对态势自动进行调整, 以满足尾流自导鱼雷进入角度的要求。其缺点是需要准确的目标运动要素, 在目标机动后, 由于本艇不能短时间内解算出目标运动要素, 从而不能继续采用该方法进行导引, 从而对机动目标攻击适应性较差[6-7]; 其次对于远距离目标, 由于目标运动要素解算误差较大, 因此在远距离条件下前置点导引攻击效果不如方位导引方法。其导引示意图(线导+尾流占位攻击)见图3。

图3 前置点导引示意图

2 线导导引方法组合使用策略及对目标信息需求

2.1 组合使用原则

潜艇发控导引线导鱼雷攻击目标的过程是, 先敌发现、先敌攻击, 不需要解算高精度的目标运动要素, 仅需要估计目标的概略参数即可先敌攻击, 在线导鱼雷导引过程中, 再精确解算目标运动要素, 根据敌我态势变化采用适用导引方法控制鱼雷攻击目标。

因此线导导引过程应分为2个阶段: 接敌阶段和攻击阶段。在鱼雷接敌阶段, 线导导引的目的应是控制鱼雷以最佳隐蔽速度、最短航程接近目标区域, 同时需要保证鱼雷不遮盖目标, 发射艇能够跟踪目标, 适应目标机动情况改变导引策略; 在鱼雷攻击阶段, 应是鱼雷自导开机后的搜索、追踪、命中阶段, 该阶段的导引目的是控制鱼雷尽快发现目标, 而不保证雷目分辨。

2.2 组合使用策略及信息需求

2.2.1 信息需求

综上所述, 为实现线导导引方法组合使用, 需建立线导导引方法切换模型、自导开机模型、雷目分辨预计模型、目标概略参数估计模型等, 其主要功能如下。

自导开机模型: 应根据目标概略参数、鱼雷位置信息, 考虑鱼雷自导作用距离、雷目距离、鱼雷与目标垂距等因素, 计算最佳开机时机, 保证鱼雷不穿越航迹、远距离发现目标。

线导导引方法切换模型: 应根据接敌阶段和攻击阶段, 按照雷目分辨、鱼雷攻击的需求侧重点不同, 以及鱼雷自导方式的使用需求, 选择最佳导引方法。

雷目分辨预计模型: 应根据目标概略运动参数以及目标特征信息、声纳分辨能力、鱼雷不同速制噪音特性, 考虑鱼雷隐蔽性、雷目分辨要求, 在不同态势下预计可用鱼雷速制及雷目分辨方位差需求。

目标概略参数估计模型: 鱼雷发射前, 应能够在短时间内估计目标的概略速度、航向、距离信息, 在线导导引阶段, 在目标机动后, 能够短时间内判断目标机动, 并能够估计目标的概略速度和航向信息, 作为导引方法控制、鱼雷速制控制、自导方式控制的依据。

2.2.2 组合使用策略

1) 鱼雷发射前阶段

a. 本阶段应确定线导鱼雷出管后接敌阶段的导引方法和鱼雷速制, 考虑目标机动因素, 前置点导引方法不能适应攻击机动目标要求, 应以方位导引和修正方位导引为主。

b. 首先应以目标概略要素、鱼雷最大航程为输入, 通过鱼雷航程预计, 选择鱼雷能够追上目标的最小速度为鱼雷接敌速度。

c. 判断目标距离, 若为近距离目标(小于30 cab), 鉴于修正方位导引方法导引鱼雷始终偏离目标方位线的特点, 不适用对近距离目标攻击, 应选择方位导引方法。

d. 若为远距离目标(大于30 cab), 以目标噪声谱级、鱼雷噪声谱级(通过鱼雷速度预估)、方位导引时鱼雷和目标方位差为输入, 通过雷目分辨预计模型计算, 对线导导引过程中的雷目分辨情况进行预判, 若鱼雷出管一定时间内(如3 min), 声纳能够分辨鱼雷和目标则选择方位导引方法, 否则选择修正方位导引方法。

2) 线导鱼雷接敌阶段(自导开机前阶段)

a. 本阶段线导导引重点是根据目标机动情况, 进行变速导引、导引方法组合导引, 保证声纳能够分辨鱼雷和目标, 线导导引鱼雷接近目标区域; 同时实时计算雷目距离, 适时发出自导开机遥控指令。

b. 利用目标概略参数估计算法, 结合声纳噪声听测情况, 实时检测目标机动情况。

c. 当识别目标机动后, 以目标噪声谱级、鱼雷噪声谱级为输入条件, 通过雷目分辨预计模型, 计算满足声纳分辨要求的鱼雷和目标的方位差要求, 当现在方位导引雷目方位差不能满足要求时, 转换线导导引方法为修正方位导引, 同时重新计算并设定修正方位导引初始偏离角度和修正导引距离。

d. 当识别目标机动后, 在重新确定导引方法保持本艇声纳跟踪目标的同时, 重新估算目标运动参数, 然后通过鱼雷航程预计, 选择鱼雷能够追上目标的最小速度为鱼雷接敌速度; 在重新选择鱼雷速制后, 按照步骤c重新选择线导导引方法, 或修改修正方位导引初始偏离角和修正导引距离。

e. 在线导导引鱼雷接敌过程中, 周期性计算雷目距离, 考虑鱼雷自导作用距离、要素估算误差等因素, 当雷目距离满足要求时向鱼雷发出自导开机遥控指令。

3) 鱼雷攻击阶段(自导开机后阶段)

a. 本阶段重点是导引鱼雷发现目标, 因此应以方位导引和前置点导引为主。

b. 若自导方式为被动声自导, 则选择方位导引, 若自导方式为尾流自导或主动声自导, 对鱼雷命中角进行预估, 若鱼雷命中角能满足鱼雷使用要求时, 可继续采用方位导引方法, 若预估鱼雷命中角不能满足鱼雷使用要求时, 选择前置点导引方法导引鱼雷占位, 以适当命中角攻击目标。

c. 当判断鱼雷穿越目标航迹未发现目标或未进入目标尾流时, 则视情转入人工导引或其他导引方法导引鱼雷继续攻击。

2.3 组合使用攻击效果举例

假设本艇速度4 kn, 本艇航向0°, 目标速度14 kn, 敌舷角50°~120°, 鱼雷射距4 ~14 km, 假设鱼雷低速30 kn、高速50 kn, 考虑声纳探测精度、本艇导航精度、鱼雷航行精度等因素, 采用蒙特卡罗方法进行鱼雷攻击效果仿真计算, 修正方位转方位导引＋尾流自导与方位导引＋尾流自导攻击效果对比见表1, 表中概率为修正方位导引攻击概率–方位导引攻击概率的差值。

表1 不同方位导引+尾流自导攻击效果对比

通过攻击效果对比可发现, 当鱼雷射距4 km时, 由于修正方位导引鱼雷滞后目标方位线一定角度的原因, 鱼雷自导开机时距离目标较远导致进入尾流距离偏离目标有效尾流区域, 方位导引攻击效果明显优于修正方位转方位导引; 射距6~10 km、敌舷角50°~110°时, 尽管方位导引攻击过程中鱼雷噪声遮盖目标噪声, 采用目标方位序列推算目标方位进行导引, 由于攻击距离较近, 推算时间短, 从而用于方位导引的推算目标方位与目标真实方位差较小, 方位导引与修正方位转方位导引攻击效果相当; 射距6~10 km、敌舷角120°, 射距12~14 km、敌舷角50°~120°时, 由于推算时间长, 从而用于方位导引的推算目标方位与目标真实方位差较大, 而修正方位转方位导引能够保证声纳跟踪目标, 从而修正方位转方位导引攻击效果明显优于方位导引。

3 结束语

通过对鱼雷线导导引方法的使用特性分析, 根据线导鱼雷作战使用需求, 提出了线导导引方法组合使用策略, 同时提出了实现组合导引的建模需求, 并举例说明了组合导引对鱼雷攻击效果的影响, 从而为线导鱼雷攻击机动目标导引控制方法研究提供了思路。

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(责任编辑: 许 妍)

Combination Strategy of Guidance Methods for Wire-guided Torpedo

WEI Yu-hua, WANG Kai-shuai

(1. Military Representatives Office of Navy in Beijing Supplying Appendix for Weapon Equipment, Beijing 100082, China; 2. System Engineering Research Institute, Beijing 100094, China)

A wire-guided torpedo can not achieve its optimum operational efficiency in the case of single wire-guidance method. Considering the guidance purpose of every torpedo attacking phase, we propose a combination strategy of guidance methods for a wire-guided torpedo, and discuss the application occasion and condition of the combination strategy, as well as the requirements for target movement information and modeling. Simulation result validates the efficiency of the proposed combination strategy of torpedo wire-guidance methods. This study may provide a reference to the research on wire-guidance methods for attacking maneuvering target by a wire-guided torpedo.

wire-guided torpedo; guidance method; combination strategy

TJ631.4

A

1673-1948(2014)03-0210-04

2013-12-12;

2014-01-07.

魏玉华(1966-), 男, 高级工程师, 研究方向为鱼雷武器作战使用.