鱼雷弹道定位精度仿真研究*

陆　扬　李韦华　张世海　马锦垠

(91439部队　大连　116041)



鱼雷弹道定位精度仿真研究*

陆扬李韦华张世海马锦垠

(91439部队大连116041)

摘要针对现有试验中水声测量装备定位精度无法评估,现有的水声测量装备标称的定位精度总是与当时水文条件相关的问题,论文利用仿真的方法对水声测量装备的定位精度进行了仿真评估,为试验的数据处理提供依据。

关键词水声测量; 鱼雷; 定位; 高斯分布

Simulation Study on the Ballistic Trajectory of Torpedo

LU YangLI WeihuaZHANG ShihaiMA Jinyin

(No. 91439 Troops of PLA, Dalian116041)

AbstractAccording to existing problems in the measurement of underwater acoustic measurement equipment, and the accuracy of the existing underwater acoustic measurement equipment is always related to the hydrological conditions, this paper uses the method of simulation to evaluate the accuracy of underwater acoustic measurement equipment.

Key Wordsacoustic measurement, torpedo, localization, Gauss distribution

Class NumberTJ630.6

1引言

长期以来,水声测量在鱼雷试验中发挥了重要作用,提供了大量的试验数据,实现了水下试验的可视化,保障了试验的安全实施。但由于水声环境的复杂性,导致目标定位的不确定性,或者说产生冗余数据,水声测量产生的试验数据对装备定型结果报告的贡献率较低,甚至有些装备的定型结果报告就以内记数据为准,水声测量装备产生的数据仅用于参考[1],分析产生这种现象的主要原因,在于水声测量装备的定位精度与试验环境特别是水文条件相关性较大,针对特定条次的定位精度无法从理论上进行定量,因此,有必要进行系统研究,以解决试验中水声测量装备定位精度的评估问题。现有的水声测量装备标称的定位精度其实是与验收时的水文条件相关的,直接将标称的定位精度引用到试验中应该说是不准确的[2],本文利用仿真的方法对水声测量装备的定位精度进行了仿真评估,为试验的数据处理提供依据[3]。

2鱼雷弹道定位精度评估方法

为了考察目标复杂航路对数据处理方法的影响,不妨设计成典型的鱼雷弹道形式,设置10m系统误差仿真产生测量数据,如图1所示。

图1　鱼雷弹道仿真

2.1误差分布检验

将测量数据进行三阶最小二乘拟合,拟合平滑数据假定为真值,测量数据按照时间序列对应关系减去平滑真值,简称平直数据。尔后,对平直数据作频数直方图,借以判断测量误差的概率分布规律。对前述仿真的数据进行处理,如图2所示,可以判断为高斯分布,与仿真设置条件相符。

图2　平直数据频数直方图

这里假定了测量误差是平稳的或者是缓慢平稳的。对于统计量基本平稳的一个时间段,测量数据越多,分布检验的准确性越高。而分布检验的结论,对于后续的数据处理与置信分析是十分重要的。

2.2精度检定

将平直数据统计其标准差,由于平值数据的误差分布服从正态规律,因此上界与下界分别设置为标准差的±4倍,凡超出边界的数据即判为野值,实际应用中需给予线性插值[4~5]。

图3　平直数据的野值剔除示意图

剔除野值后重新统计标准差亦称检定精度,是对测量精度指标的一种估值。为了观察精度检定的效果,将仿真数据精度与检定精度进行比较,统一列于表1。共做了五组仿真测试,可以发现,检定精度偏小,但基本可以代表实际精度。显然,用平直数据对定位数据的测量精度做出检定,还需要回答置信区间与置信度的问题[6~7]。

表1　精度检定效果比较

2.3置信分析

根据误差分布检验的结论设置仿真数据的概率分布,以原始精度为基准,采用仿真方法统计置信区间与置信度。具体做法如下: 1) 统计测量数据的检定精度; 2) 该检定精度作为仿真数据标准差,以检验分布为基础,分别对X、Y时间序列进行装订并仿真; 3) 对装订的仿真数据统计标准差,并给出检定的标准差; 4) 记录检定精度标准差与装订标准差的差值; 5) 重复上述两个步骤,共获得不少于1000个差值,画出频数直方图; 6) 按80%的置信度,对频数直方图进行分析,确定相应的置信区间。

如图4给出了差值的频数直方图,发现检定精度为有偏估计,而检定精度小于测量精度,缘于平滑数据与测量数据的相关性。取置信度为80%,X检定的置信区间为[-0.69m,-0.51m],Y检定的置信区间为[-0.72m,-0.48m]。依此得出具体结论:检定精度作为实际测量精度的估值,以实际精度为基准,X检定落在置信区间[-0.69m,-0.51m]内、Y检定落在置信区间[-0.72m,-0.48m]内的概率为80%[8~10]。

图4　置信分析频数直方图

3结语

本文利用误差分布检验、精度检定、置信分析的方法对鱼雷弹道的定位精度进行了仿真研究,对随机误差的量值给出测量精度的检定结论,由于水下试验的特殊性、水声测量装备的单一性和测量数据的不可重复性,在没有真值作参考的情况下,本文给出了定量的分析。

参 考 文 献

[1] 张仪,陈迎春,曹海军.基于vega的鱼雷弹道视景仿真软件设计[J].舰船电子工程,2011(8):109-112.

[2] 周明,徐德民.火箭助飞鱼雷弹道的仿真实现与应用研究[J].弹箭与制导学报,2007(2):235-238.

[3] 程宏.鱼雷弹道跟踪系统时延估计方法研究[D].西安:西北工业大学硕士论文,2002.

[4] 熊乾坤,唐世轩.一种鱼雷主动声自导目标检测真实性判定方法[J].鱼雷技术,2015,34(2):104-107.

[5] 孟庆玉,张静远,宋保维.鱼雷作战效能分析[M].北京:国防工业出版社,2003:131-154.

[6] 陈颜辉,朱伟良,杜毅.潜射鱼雷弹道预测模型与仿真[J].海军工程大学学报,2013(2):127-134.

[7] 彭海军,王德石,陈觉之.鱼雷弹道可视化仿真研究[J].武汉理工大学学报,2009(6):26-31.

[8] 董春鹏,石小龙.主动声尾流自导鱼雷导引弹道分析计算[J].鱼雷技术,2007(2):13-16.

[9] 李晓宁,明星,朱若寒.反鱼雷鱼雷拦截弹道及拦截概率[J].鱼雷技术,2008(3):34-36.

[10] 潘光,吴文辉,毛昭勇,等.高空远程滑翔鱼雷全弹道仿真关键技术[J].鱼雷技术,2009(4):10-15.

中图分类号TJ630.6

DOI:10.3969/j.issn.1672-9730.2016.03.020

作者简介:陆扬,男,博士,高级工程师,研究方向:水声测量。

收稿日期:2015年9月19日,修回日期:2015年10月7日