具有被动定位功能声诱饵的对抗弹道模型

周敏佳,徐利刚,邹家奇,袁志勇

(1.海军驻无锡地区军事代表室,江苏 无锡 214061;2.海军工程大学,湖北 武汉 430033)



具有被动定位功能声诱饵的对抗弹道模型

周敏佳1,徐利刚1,邹家奇1,袁志勇2

(1.海军驻无锡地区军事代表室,江苏 无锡 214061;2.海军工程大学,湖北 武汉 430033)

针对传统自航式声诱饵驶近目标时,声诱饵无法根据实时对抗态势选择对抗弹道的缺点,提出了一种具有被动定位功能声诱饵的对抗弹道模型。通过对声诱饵的相对运动速度分析,将对抗态势分类,按照诱骗鱼雷偏离原航向最远的原则,从机动时机和机动角度等方面出发,建立各态势下的最优对抗弹道模型。利用Matlab软件仿真,得到了在几种不同对抗态势下,声诱饵的最优对抗弹道。结果分析表明,该对抗方法能有效对抗鱼雷,提高潜艇的生存概率。

对抗态势；被动定位；机动时机；机动角度；弹道模型

随着鱼雷技术的发展,现代鱼雷智能化程度越来越高,无论是抗干扰能力还是作战样式都有大幅度的提升,因此战场态势越发得复杂和难以预测。传统的自航式声诱饵对抗弹道在发射之前都已设定好,一旦发射出去,就不能根据实时的战场态势做到“随机应变”,这也大大影响声诱饵的对抗效果。如果赋予声诱饵被动定位功能,就如同给了声诱饵一双“眼睛”,这样声诱饵就能根据所“看”到的实时战场信息,自主选择一条最优对抗弹道,进而大大提高对抗成功率。矢量水听器可同时测量声场中标量信息和矢量信息,即声压和质点振速,获得完整的声场信息,使得声诱饵被动定位成为可能。

在假设声诱饵具有被动定位功能的基础上,本文从声诱饵机动时机和机动角度等方面出发,提出了各对抗态势下的最优对抗弹道模型。

1 声诱饵导引原则

潜艇的声回波强度会随潜艇的方位角变化而变化,呈蝴蝶型[1],如图1所示。由于声诱饵本身声学模拟性能有限,所以对抗距离较短,在这种情况下,提高对抗成功率的有效办法之一就是诱使鱼雷偏离潜艇航向,并且尽量使潜艇的尾部朝向鱼雷,因为潜艇尾部的回波强度最弱。显然,相同情况下,声诱饵从扇面边缘点(如图2的G点),进入鱼雷自导扇面而后机动转向时,能使鱼雷偏离航向最远。

图1 潜艇目标强度与方位角关系图

图2 不同点进入鱼雷自导扇面示意图

2 模型的建立

2.1 问题描述

如图3所示,潜艇沿x轴正方向航行,在O点发现右舷有来袭鱼雷,经过一定的准备时间,在A点发射声诱饵。当声诱饵到达B点时,发现来袭鱼雷并测出鱼雷此时的方位和运动方向,然后声诱饵开始进行第一次机动,朝C点航行。在C点声诱饵进入鱼雷的自导搜索扇面。之后,声诱饵再进行一次机动,朝D点航行,鱼雷按照尾追法跟踪追击[2]。由于鱼雷具有尺度识别功能[3],声诱饵在D点被鱼雷识别出为假目标,对抗过程结束。

图3 对抗示意图

2.2 声诱饵弹道模型

由于声诱饵本身声学模拟性能有限,所以对抗距离较短,在这种情况下,提高对抗成功率最好的办法就是诱使鱼雷偏离潜艇航向,并且尽量使潜艇的尾部朝向鱼雷,因为潜艇尾部的回波强度最弱。

图4 声诱饵测向示意图

假设鱼雷不动,对B点进行速度分析,如图5所示。

图5 速度分析示意图

δ∈[X-φ,X+φ]

(1)

(2)

(3)

由几何关系,可得

(4)

(5)

∠GTB=π-∠TGB-∠TBG

(6)

另外,

(7)

式中，R为声诱饵对鱼雷的探测距离;r为鱼雷探测声诱饵的自导扇面半径,它大于鱼雷探测潜艇的搜索半径。

(8)

(9)

图φ时示意图

(10)

图<φ时示意图

假设声诱饵一旦进入鱼雷的自导搜索扇面就一定能被鱼雷捕获,那么,在声诱饵进入鱼雷自导搜索扇面之后,鱼雷便开始用尾追法追击鱼雷,声诱饵紧接着进行第二次机动,声诱饵使鱼雷最大限度地偏离原来航向。

借助Matlab软件来描述鱼雷和声诱饵在尾追过程中的运动状态十分便利。尾追法的基本程序如下:

while(r>D)∥鱼雷声诱饵间距

x1=x0+vc*tx*cos(b);

y1=y0-vc*tx*sin(b);∥声诱饵坐标

X1=X0+vt*tx*sin(a);

Y1=Y0+vt*tx*cos(a);∥鱼雷坐标

r=sqrt((Y1-y1)＾2+(X1-x1)＾2);

a=atan(abs(x1-X1)/abs(y1-Y1));

x0=x1;y0=y1;

X0=X1;Y0=Y1;

t=t+0.1;

end

在此基础上,只要对声诱饵的机动角度从0°到360°进行遍历,然后计算尾追结束后鱼雷偏离原航向的角度。使鱼雷偏离原航向最大时的机动角度,即为第二次机动角度。

2.3 潜艇规避模型

为达到较好的对抗效果,还需要潜艇的规避配合。如图3所示,潜艇在发射完第一枚声诱饵后在A点开始加速规避,规避路线的AE段为圆弧。根据对国内外一些潜艇实测机动数据的分析和有关潜艇水下旋回机动性能的理论计算,可得到下面的旋回机动参数随航速的变化关系[4]:

rx=10.8vs+150m

(11)

其中,vs的单位是节。

3 模型分析

在仿真前对模型进行适当的简化:

1)鱼雷自导搜索半径会随着鱼雷和目标的相对态势而变化,本文将目标看成质点,不考虑这方面的影响;

2)因为声诱饵本身速度和体积都很小,所以声诱饵的转弯半径很小,可以忽略。

3)忽略声诱饵的定位误差;

4)实际情况中矢量水听器是有指向性的,但本文假设声诱饵在360°范围内的有效作用距离均为R,R的大小可以通过鱼雷噪声级和被动声纳方程估计。根据声纳方程[5],当水听器刚好能接收到水下目标噪声信号时有

TL=SL-(NL-DI+DT)

(12)

式(12)中,SL代表目标噪声源级。

假设鱼雷噪声级按135dB计算,NL按60dB计算,对于矢量水听器DI取3dB,DT为5dB,将以上数据代入上面声纳方程,得:

TL=135-(60-3+5)=73dB

(13)

如传播损失按球面扩展[6],此频段的吸收系数在1dB/km以下,按1dB/km计,则有

TL=20lgr+0.001r

(14)

联立式(13)、(14)，可求得R=3000m。

潜艇报警距离8000m,鱼雷自导扇面开角100°,潜艇刚开始以6kn速度静默航行,转向规避后速度变为20kn,声诱饵速度15kn,准备时间10s,鱼雷速度45kn。

图8、9给出了声诱饵和鱼雷在不同对抗态势下对抗效果图。

图8 对抗态势一

图9 对抗态势二

4 结束语

本文在假设声诱饵具有被动定位功能的基础上,提出了不同对抗态势下声诱饵的对抗弹道模型,并进行建模仿真。仿真结果表明,此对抗方法能有效对抗来袭鱼雷,提高对抗成功率。下一步将重点研究在考虑水听器指向性以及定位误差等因素的情况下,声诱饵的对抗弹道模型。

[1] 杨真勇,郑援,吕海平.潜艇机动性能对使用干扰器规避主动声自导鱼雷对抗效果的影响分析[J].鱼雷技术,2011,19(2):129-133.

[2] 贾跃,宋保维,李文哲.某型鱼雷尾追式弹道设计与仿真[J].火力与指挥控制,2006,31(4):56-59.

[3] 石敏,陈立纲,蒋兴舟，等.具有亮点和方位延展特征的线列阵声诱饵研究[J].海军工程大学学报,2005,17(1):58-62.

[4] 门金柱,周明,郑亚波.双舰齐射火箭助飞鱼雷协同攻潜研究[J].鱼雷技术,2010,18(4):316-320.

[5] 张勇平,张静远,尹文进,等.对抗作战条件下鱼雷自导性能分布式仿真[J].海军工程大学学报,2013,25(4):22-29.

[6] Robert J. Urick. Principles of underwater Sound[M]. Los Altos: Peninsula, 1983: 100-102.

Confrontation Trajectory Model of Mobile Acoustic DecoyEquipped with Function of Passive Tracking

ZHOU Min-jia1, XU Li-gang1, ZOU Jia-qi1, YUAN Zhi-yong2

(1.Naval Military Representative Office in Wuxi Area, Wuxi 214031;2.Naval University of Engineering, Wuhan 430033,China)

As there is a disadvantage that the decoy can’t get the current situation of confrontation when it moves to the target, and the decoy can’t choose the best trajectory by itself, we present a kind of confrontation trajectory model of mobile acoustic decoy which is equipped with function of passive tracking. Through analyzing the relative speed of decoy, we classify the confrontation situation. According to the principle of the longest distance of tricking, we establish the best model of trajectory based on the maneuvering opportunity and angle. Using Matlab to simulate and acquiring the best method to use decoy in different condition. It proves that this method can confront the torpedo effectively and enhance the survive rate of submarine.

situation of confrontation; passive location; maneuvering opportunity; maneuvering angle; model of trajectory

2016-09-29

周敏佳(1990-),男，江苏江阴人，硕士，助理工程师，研究方向为武器对抗。 徐利刚(1985-)，男，工程师。 邹家奇(1991-)，男，助理工程师。 袁志勇(1965-)，男，副教授。

1673-3819(2017)03-0027-04

TJ630.2；E917

A

10.3969/j.issn.1673-3819.2017.03.006

修回日期： 2016-11-06