自航式声诱饵对抗下的反潜助飞鱼雷射击效率建模与仿真

孙常存, 袁 鹏, 王 旅



自航式声诱饵对抗下的反潜助飞鱼雷射击效率建模与仿真

孙常存1, 袁 鹏2, 王 旅3

(1.中国人民解放军 91439部队, 辽宁 大连, 116041; 2.海军装备部驻西安地区军事代表局, 陕西 西安, 710054; 3.中国人民解放军 91278部队, 辽宁 大连, 116041)

为研究对抗条件下反潜助飞鱼雷的射击效率, 根据自航式声诱饵对抗下的反潜助飞鱼雷典型对潜作战过程, 建立了潜艇使用自航式声诱饵对抗鱼雷的对抗模型, 分析了反潜助飞鱼雷反对抗策略, 并以捕获概率作为射击效率的评定指标, 建立了基于蒙特卡罗法的射击效率模型, 通过仿真计算, 定量分析了射击距离、射击方式以及对抗因素对射击效率的影响。仿真结果表明, 射击效率随射击距离的增大而减小,采用对目标前置点射击方式可有效提升射击效率, 研究结论可为研究反潜助飞鱼雷作战使用方法和发挥其作战效能提供参考。

助飞鱼雷; 自航式声诱饵; 对抗; 射击效率

0 引言

舰载反潜助飞鱼雷采用导弹和鱼雷技术, 利用助飞火箭带载轻型声自导鱼雷在空中飞行,当到达目标区域上方时, 经雷箭分离、雷伞分离等动作后, 轻型自导鱼雷入水并开始自动搜索、跟踪、攻击潜艇。由于兼备了导弹和鱼雷的优点, 舰载反潜助飞鱼雷具有射程远、航速高和战术使用突发性强等特点, 有效弥补了舰载管装鱼雷航程小、舰载机空投鱼雷安全系数低的不足, 逐步成为现代水面舰艇的重要反潜作战武器[1-2]。

目前, 在研究反潜助飞鱼雷射击效率时一般仅考虑目标探测平台、鱼雷及目标潜艇的性能参数的影响[3-5], 文献[6]研究了噪声干扰器对抗的火箭助飞鱼雷射击效率, 关于声诱饵对抗条件下反潜助飞鱼雷射击效率的研究较少。鉴于此, 文中以捕获概率作为射击效率的评定指标, 在自航式声诱饵对抗模式下, 建立反潜助飞鱼雷的射击效率模型, 利用统计模拟法进行仿真, 计算得出了自航式声诱饵对抗条件下反潜助飞鱼雷的捕获概率, 并对仿真结果进行了分析。

1 初始作战态势模型

2 潜艇的鱼雷对抗模型

设定潜艇、自航式声诱饵和鱼雷的对抗阵位态势关系, 如图2所示。

2.1 自航式声诱饵运动模型

潜艇使用自航式声诱饵时, 声诱饵的初始航向是其作战使用中高于一切的因素[7]。声诱饵航向的选择应遵循使声诱饵比潜艇先被鱼雷自导发现, 并且在鱼雷追上声诱饵时尽可能地远离潜艇。通常声诱饵航向可取为: ①沿鱼雷报警方位航行(鱼雷相对潜艇的方位角); ②沿本艇原来航向航行; ③当报警距离较近时, 声诱饵的最优发射航向为按正常提前角发射; 当报警距离较远时, 声诱饵的最优发射航向为按鱼雷报警方位发射[8]。

2.2 自航式声诱饵干扰模型

自航式声诱饵可以模拟产生潜艇辐射噪声, 从而诱骗鱼雷被动声自导系统, 通过应答产生潜艇目标回波信号, 达到欺骗鱼雷主动声自导系统的目的。

鱼雷自导系统搜索目标过程中, 在真实目标、潜艇和假目标、自航式声诱饵的同时作用下, 其探测结果取决于鱼雷自导对目标的识别能力, 过程较为复杂。为了便于分析讨论, 这里仅对列举可能产生的3种结果[9]: ①鱼雷自导能够探测到声诱饵, 探测不到潜艇, 此时将声诱饵作为目标实施跟踪; ②鱼雷自导能够探测到潜艇, 探测不到声诱饵, 此时将潜艇作为目标实施跟踪; ③鱼雷自导能够同时探测到声诱饵和潜艇, 考虑到鱼雷自导对目标识别的复杂性, 这里暂且作简化处理, 以声诱饵和潜艇两者信号强度大的作为优先捕捉对象。

3 鱼雷反对抗模型

3.1 鱼雷反对抗策略分析

当受到自航式声诱饵对抗时, 鱼雷在识别出自航式声诱饵之前, 将其当作目标进行追踪。当完成识别后, 记忆声诱饵当前位置和运动状态, 并向自航式声诱饵运行反方向旋回进行环形搜索。此旋回搜索一直持续到鱼雷对准自航式声诱饵最先被发现时所处位置, 然后沿此方向直航搜索, 如图3鱼雷航迹虚线所示。

3.2 鱼雷反对抗弹道模型

在鱼雷旋回运动过程中, 计算自航式声诱饵最先被发现时所处位置相对鱼雷的方位, 当鱼雷旋回至该方向时停止旋回运动, 开始沿此方向执行直航搜索, 当直航搜索到自航式声诱饵最先被发现时所处位置后, 以设定的角速率执行环形搜索, 如图3鱼雷航迹实线所示, 直至发现目标或航行终止。

4 射击效率仿真及结果分析

4.1 射击方法

在实际作战使用中, 根据获取目标运动要素的情况, 反潜助飞鱼雷会采用不同的射击方式[4]。当已知完整的目标运动要素时, 一般采用目标前置点射击法, 当仅知目标概略位置时, 可采用目标现在点射击法, 并且在鱼雷空中飞行过程中, 若发射平台判断目标已大机动远离鱼雷预定落点, 则可以利用无线指令修正功能, 将新的目标位置信息发送给鱼雷, 从而在一定程度上缩小鱼雷入水时与目标的距离, 以此提高反潜助飞鱼雷的射击效率。

文中分别采用目标现在点射击、前置点射击以及现在点射击结合无线指令修正的射击方法, 进行射击效率仿真研究。

4.2 仿真参数与误差取值

想定一型反潜助飞鱼雷, 其射程为10~50 km, 水下搜索弹道采用单纯环搜模型, 自导检测模型, 鱼雷和目标的相关技术参数及观测误差等均引自文献[4]和文献[10]。

4.3 仿真流程

按照反潜助飞鱼雷作战流程, 根据相关数学模型, 基于蒙特卡罗法进行鱼雷捕获概率的仿真计算, 仿真计算程序流程如图4所示。

4.4 仿真结果与分析

仿真项目1: 当发出鱼雷报警时, 敌潜艇不使用自航式声诱饵实施对抗, 仅进行机动规避, 对不同射击方式、不同目标距离下的捕获概率进行仿真计算, 仿真结果见表1。

仿真项目2: 当发出鱼雷报警时, 敌潜艇使用自航式声诱饵实施对抗, 同时进行机动规避, 对不同射击方式、不同目标距离下的捕获概率进行仿真计算, 仿真结果见表2。

依据表1和表2中的仿真计算结果, 对射击方式不同、有无自航式声诱饵对抗条件下的鱼雷捕获概率随射击距离的变化情况进行对比分析, 如图5所示。为检验自航式声诱饵对抗下鱼雷射击效率的变化情况, 现定义“对抗效率”为对抗条件下鱼雷捕获概率相对无对抗时的下降程度, 则不同射击方式下声诱饵对抗效率随射击距离的变化如图6所示。

表1 无声诱饵对抗时仿真计算结果

表2 有声诱饵对抗时仿真计算结果

通过上述仿真结果的分析, 得出以下结论:

1) 随着射击距离的增大, 捕获概率均呈递减趋势变化, 对目标现在点射击时捕获概率递减速度较快, 采用无线指令修正后次之, 对目标前置点射击时递减速度较慢。由此可见, 在实际作战使用中, 当目标距离较远且发射平台已解算出目标运动要素时, 优先选取目标前置点射击方式以期达到最佳的射击效率, 即便未能获取完整的目标运动要素, 通过无线指令修正功能可在一定程度上提升目标现在点射击方式的射击效率。

2) 在潜艇使用自航式声诱饵对抗条件下, 对比无对抗条件下的鱼雷捕获概率降低了12%~ 35%, 其中对目标前置点射击时对抗效率最低且受射击距离影响较小, 对目标现在点射击与无线指令修正方式下的对抗效率较高; 原因是对目标前置点射击方式以鱼雷入水时刻的目标可能位置作为瞄准点, 不管射击距离远近, 鱼雷入水点均在潜艇目标附近, 当发现鱼雷时, 用于机动规避和使用声诱饵实施对抗的时间较短, 从而降低了对抗效率。由此可见, 与对目标现在点射击和无线指令修正方式相比, 对目标前置点射击方式可在一定程度上降低潜艇使用自航式声诱饵实施对抗的效率, 从而提高鱼雷自身的射击效率。

3) 鉴于采用对目标前置点射击方式更加有利于提升反潜助飞鱼雷的射击效率, 应着力增强有关声呐探测设备的性能指标, 为在实战中快速、准确、完整地获取目标运动要素提供保障, 以适应反潜助飞鱼雷作战使用需求, 尽可能地发挥反潜助飞鱼雷的射击效率。

5 结束语

文中通过对自航式声诱饵对抗下反潜助飞鱼雷对潜作战模式的分析, 建立了基于对抗的反潜助飞鱼雷射击效率模型, 通过仿真计算, 分析了对鱼雷捕获概率和声诱饵对抗效率的主要影响因素。文中的仿真结果是建立在一定的敌我作战态势和作战样式下得出的, 然而在实际的敌我对抗过程中, 影响作战效果的因素众多, 有必要对此开展全面系统的专题研究。

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Modeling and Simulation on Firing Efficiency of Rocket Assisted Torpedo under Mobile Acoustic Decoy Countermeasure

SUN Chang-cun1, YUAN Peng2, WANG Lü3

(1.91439thUnit, The People’s Liberation Army of China, Dalian 116041, China; 2.Xi’an Representative Bureau, Naval Armament Department, Xi’an 710054, China; 3.91278thUnit, The People’s Liberation Army of China, Dalian 116041, China)

According to the typical anti-submarine operational process of a rocket assisted torpedo under mobile acoustic decoy countermeasure, a countermeasure model of a submarine using mobile acoustic decoy to counter an incoming torpedo is built, and the counter-countermeasure strategy of the rocket assisted torpedo is analyzed．Taking acquisition probability as an assessment specification of firing efficiency, a firing efficiency model is also built based on Monte Carlo method.Through simulation and calculation, the effects of firing distance, firing mode and countermeasure on the firing efficiency are quantitatively analyzed.Simulation results show that the firing efficiency decreases with the increase of firing distance, and the firing efficiency can be enhanced effectively by means of firing at the front point of a target.This work may provide a reference for studying operational application method of a rocket assisted torpedo and developing its operational effectiveness.

rocket assisted torpedo; mobile acoustic decoy; countermeasure; firing efficiency

TJ631.8; E925.23

A

2096-3920(2018)06-0555-06

10.11993/j.issn.2096-3920.2018.06.008

2018-03-05;

2018-07-19.

孙常存(1983-), 男, 博士, 工程师, 主要研究方向为鱼雷制导与引信技术.

孙常存, 袁鹏, 王旅.自航式声诱饵对抗下的反潜助飞鱼雷射击效率建模与仿真[J].水下无人系统学报, 2018, 26(6): 555-560.

(责任编辑: 陈 曦)