基于累积方位变化量的来袭鱼雷制导方式识别

余 跃，孙振新，陈颜辉，2

（1.江苏自动化研究所，江苏 连云港 222061；2.解放军92330部队，山东 青岛 266102）

基于累积方位变化量的来袭鱼雷制导方式识别

余 跃1，孙振新1，陈颜辉1，2

（1.江苏自动化研究所，江苏 连云港 222061；2.解放军92330部队，山东 青岛 266102）

准确识别来袭鱼雷的制导方式是水面舰艇在鱼雷防御过程中的重大难题之一。引入来袭鱼雷累积方位变化量，在从发现鱼雷报警到自导开机这段时间内累积鱼雷的方位变化，并用最小二乘拟合得到累积方位变化量曲线。通过大量仿真可以构建鱼雷累积方位变化量数据库。最后估计了声自导鱼雷、尾流自导鱼雷和线导鱼雷在鱼雷相对于本舰的不同舷角下两两区分时鱼雷和本舰的距离和区分时间。仿真结果能为水面舰艇的鱼雷防御提供有益参考。

来袭鱼雷，制导方式识别，累积方位变化量，最小二乘拟合

0 引言

鱼雷按制导方式划分可分为直航、声自导、尾流自导和线导4种类型。20世纪80年代以来，各种高新技术被相继应用于鱼雷，使鱼雷变成一种难以防御的致命武器，对大中型水面舰艇而言，这种来自水下的威胁变得越来越令人忧虑。水面舰艇对抗鱼雷的形式愈加严峻，其中一个重要的原因是由于对抗决策时掌握的信息少，例如不知道来袭鱼雷的制导方式［1］。从国内外的研究看，关于鱼雷制导方式识别的文献较少。文献［2］从战术特征层面提炼出13个证据指标来判断鱼雷的制导方式，但其中缺乏鱼雷的方位信息。文献［3］分析了鱼雷自导开机前直航段的方位变化率，可以看出不同制导方式鱼雷的方位变化率存在差异，但差异较小，无法满足实际过程中的识别要求，并且没有考虑声纳的实际测向误差。针对上述不足，本文在考虑声纳测向误差的情况下，对方位变化率在时间上进行积分，通过比较来袭鱼雷的累积方位变化量来识别其制导方式。

1 累积方位变化量

潜射反舰鱼雷实施攻击时，在较远距离上都保持直航状态（线导鱼雷为线导段），鱼雷以一定的提前角相对于本舰运动。当来袭鱼雷进入一定的距离范围后，水面舰艇的舰壳声纳对其实施报警并测定其方位，将报警信号和方位数据传送至系统显控台和指控系统。将方位数据对时间求导数，得到来袭鱼雷方位变化率数据。由于不同制导方式鱼雷的弹道特征不同，因此，在直航过程中鱼雷相对于本舰方位也就有所差异，进而方位变化率存在差异。

（1）直航鱼雷方位变化率公式为

式（1）中XW（t）为鱼雷相对于本舰舷角，其对时间的导数等于鱼雷的方位变化率。

（2）声自导鱼雷方位变化率公式为

（3）尾流自导鱼雷方位变化率公式为

（4）线导鱼雷方位变化率的公式难于推导，可以通过仿真来观察它的变化规律。

从鱼雷报警时刻起，每隔10 s计算一次鱼雷的累积方位变化量

当累积的时间足够长时，不同鱼雷的累积方位变化量呈现出较大的差异，因而可以将累积方位变化量作为鱼雷制导方式识别的一个重要的依据。

2 识别原理

自本舰鱼雷报警时刻起累积鱼雷的方位变化，同时调取对应于该舷角的4种鱼雷累积方位变化量曲线。自导开机后结束累积，对累积方位变化量进行最小二乘拟合处理，再将拟合后的曲线同数据库中的4种鱼雷累积方位变化量曲线进行比对，即可识别出来袭鱼雷的制导方式。图1为基于累积方位变化量的鱼雷制导方式识别原理图。

3 最小二乘拟合

在实际测量来袭鱼雷的方位时，由于声纳测向误差的影响，累积方位变化量肯定会呈现一定的波动。为使累积方位变化量的变化规律更明显，需进行最小二乘拟合处理。

通过仿真发现，累积方位变化量随累计时间的变化规律符合幂函数y=axb的变化规律，因此，可以用y=axb对累积方位变化量进行最小二乘拟合，拟合之后将得到累积方位变化量随累积时间变化的一条光滑的曲线，这有利于分析不同鱼雷累积方位变化量之间的差异。

4 仿真分析

根据文献［3］中的弹道模型，假定本舰对来袭鱼雷的报警距离为7 km，自报警时刻起累积鱼雷的方位变化，每10 s钟测量一次来袭鱼雷的方位，测向方位均方根误差为1.5°，当鱼雷和本舰的距离为2 km时自导开启，结束累积。取本舰速度Vm=18 kn，其航向Cm=180°，声自导鱼雷作用距离r=1 000 m，尾流自导鱼雷的尾流长度按120 VW（m/s）取值，线导鱼雷采用现在方位导引法导引，采样间隔△t=10 s，发射鱼雷时与本舰的距离DT=10 km，鱼雷相对于本舰舷角在-180°～180°间隔10°取值，鱼雷速度VT=50 kn。图2给出了XW=90°时4种鱼雷方位变化率随雷舰距离的变化曲线。图3给出了时声自导鱼雷、尾流自导鱼雷和线导鱼雷的累积方位变化量随累积时间的变化曲线。

从图3中可以看出：尾流自导鱼雷累积方位变化量曲线始终位于声自导鱼雷之上，且上升得更快；线导鱼雷累积方位变化量曲线变化比较平缓，起初位于声自导、尾流自导鱼雷之上，随着时间的推移，和它们的差距逐渐缩小甚至被超越。

对比图2和图3可知：经过时间的积累，方位变化率中细微的差异放大了［4-5］。假定两种鱼雷的区分标准为累积方位变化量差异达到1.6°，可以得到不同舷角下将声自导鱼雷、尾流自导鱼雷和线导鱼雷两两区分时距离报警时刻的时间（见图4）和此时鱼雷和本舰之间的距离（见图5）。

分析仿真结果，可以得出以下结论：

（1）线导鱼雷和声自导鱼雷的识别时间最短，声自导鱼雷和尾流自导鱼雷的识别时间最长。

（2）报警时鱼雷若位于本舰艏艉附近，累积方位变化量方法失效，此时需用文献［2］中的方法加以识别。

（3）报警时鱼雷若位于本舰正横附近，不同鱼雷累积方位变化量的差异比较明显，能在较远距离识别鱼雷制导方式。

（4）无论报警时鱼雷位于本舰的哪个舷角，线导鱼雷和声自导鱼雷的累积方位变化量差异都最大，因而能在最远的距离识别，识别距离在4 000 m～ 6 000 m之间，识别时间为50 s～120 s。

（5）线导鱼雷和尾流自导鱼雷的累积方位变化量差异在40°～70°时很小，只能在2 000 m～3 000 m识别，识别时间为150 s～170 s。但在80°～120°时差异急剧增大，能在5 000 m～6 000 m处识别，识别时间为50 s～80 s。

（6）声自导鱼雷和尾流自导鱼雷的识别距离在2 000 m～4 000 m之间，识别时间大于100 s。

（7）本文的方法可以作为文献［2］的补充，联合其中的13个证据指标识别来袭鱼雷的制导方式。

5 结束语

本文针对文献［3］的不足，引入了累积方位变化量，使得不同鱼雷方位变化率中不明显的差异被放大，具有实际意义。考虑到声纳实际测向误差，对累积方位变化量做了最小二乘拟合处理。通过大量仿真可以建立鱼雷累积方位变化量数据库，与实际过程中来袭鱼雷的累积方位变化量比对从而识别鱼雷制导方式。最后估计了将鱼雷两两区分时鱼雷和本舰的距离和区分时间，为水面舰艇的鱼雷防御提供了有益参考。但是文中只是构建了累积方位变化量数据库，来袭鱼雷累积方位变化量采用何种算法与数据库进行比对以及如何联合文献［2］中的13个证据指标以缩短识别时间、提高识别可信度，都是下一步研究中需要解决的问题。

［1］黄鑫，马曲立，曹阳.水面舰艇鱼雷防御系统近期发展趋［J］.舰船科学技术，2011，50（2）:10-14.

［2］陈颜辉，赵晓哲，黄文斌.潜射鱼雷类型识别系统建模与数值仿真［J］.弹道学报，2007，19（4）:82-85.

［3］余跃，孙振新，陈颜辉，等.基于来袭鱼雷方位变化率的制导类型识别技术［J］.指挥控制与仿真，2014，36（4）: 114-117.

［4］刘胜，张红梅.最优估计理论［M］.北京:科学出版社，2011.

［5］吕英，孙越林，聂凯.基于同时到达目标准则的线导鱼雷协同攻击方法［J］.四川兵工学报，2014，34（10）：33-35.

Guidance Type Identification Based on Cumulative Azimuth Variation of Incoming Torpedo

YU Yue1，SUN Zhen-xin1，CHEN Yan-hui1，2
（1.Jiangsu Automation Research Institute，Lianyungang 222061，China；2.Unit 92330 of PLA，Qingdao 266102，China）

To recognize the guidance type of incoming torpedo exactly is one of significant problems in surface ship's defense action.Introducing cumulative azimuth variation of incoming torpedo，accumulating the azimuth variation from torpedo alert to homing boot，the cumulative azimuth variation curves are obtained by least squares fitting.The cumulative azimuth variation database can be constructed through enormous simulation.Finally，the time and the distance between torpedo and ship in which acoustic homing torpedo，wake homing torpedo and wire-guided torpedo can be distinguished pairwise are estimated.The simulation results can provide helpful references for surface ship's defense towards incoming torpedo.

incoming torpedo，guidance type identification，cumulative azimuth variation，least squares fitting

TJ630；E917

A

1002-0640（2015）10-0087-03

2014-07-25

2014-10-10

余 跃（1990- ），男，湖北黄冈人，硕士研究生。研究方向：鱼雷制导方式识别和鱼雷防御。