一种基于互谱法的鱼雷末弹道定位方法

朱 峰, 朱元林, 刘松海



一种基于互谱法的鱼雷末弹道定位方法

朱 峰, 朱元林, 刘松海

(中国人民解放军91388部队, 广东 湛江, 524022)

为提高攻潜鱼雷末弹道测量系统的被动定位精度, 文中提出了一种基于短时互谱法的攻潜鱼雷末弹道被动定位方法, 介绍了运用该方法建立的测量系统, 给出了目标的被动定位算法, 在测量区域内对测角精度、噪声影响以及典型轨迹进行仿真分析。仿真结果表明, 在信噪比为10 dB的条件下, 采用文中的定位方法, 当目标位于距测量子阵80 m, 角度为±40°区域内的弧线上, 测向精度提高0.15°, 典型航迹绝对误差普遍减小0.4 m。文中所做研究可为考核鱼雷效能评估提供参考。

鱼雷; 末弹道; 互谱法; 被动定位

0 引言

在以往的鱼雷定型试验中, 需要在鱼雷上加装合作信标, 以实现对鱼雷末弹道轨迹的测量。但由于合作信标的存在, 改变了鱼雷原有的长度、重心等重要指标, 无法充分考核其作战效能。利用被动定位方法能有效解决该问题[1-3]。

现有的被动定位方法利用常规波束形成确定鱼雷航行噪声最大方向, 常采用方位法对目标进行定位。由于实时显示的要求, 该方法定位精度不高。基于此, 文中提出一种基于短时互谱法的鱼雷末弹道被动定位方法, 该方法采用先粗估、再细估, 利用分裂波束提高攻潜鱼雷试验中末弹道测量系统的被动定位精度。

1 艇载测量系统

4个测量子阵分别位于潜艇左右两舷排水孔处, 对称放置, 子阵间距60 m。每个测量子阵内部包含16元水听器, 用于接收鱼雷辐射噪声。每个子阵可以确定目标方向, 2个子阵能够定位目标位置。测量子阵内部构造及测量安装图如图1和图2所示。

图1 测量子阵内部构造示意图

图2 测量子阵安装示意图

2 定位算法

2.1 系统算法流程

该系统先采用常规波束形成确定能量最大方向, 搜索步长5º。以能量最大方向为中心, 前后5º为搜索范围, 利用常规波束形成进行细化搜索, 再次确定能量最大方向, 搜索步长1º。将单个子阵拆分成两部分, 一侧8个阵元为一组, 插入能量最大方向, 进行分裂波束形成。利用短时互谱法对目标方向进行精确估计[4-6]。其算法流程如图3所示。

图3 算法流程图

2.2 短时互谱法理论推导

短时互谱法用于分裂波束形成后。当目标大于7.5 m满足远场条件时, 接收信号近似于远场平面波[7]。其态势图如图4所示。

图4 互谱法测量态势图

3 仿真分析

3.1 单个子阵测角精度

子阵内包括16个阵元, 间隔0.05 m。定义子阵中心法线方向为0º, 左侧为负, 右侧为正。水下目标在距子阵中心80 m, 角度范围为-80º~80º的弧线上均匀分布, 随机出现30 000次。信号为2~15 kdB宽带噪声, 加入2~15 kdB的高斯限带白噪声, 信噪比为10 dB。统计测量区域内测量角度绝对误差如图5所示。

图5 单个子阵测角精度

由图5可以看出, 当水下目标位于距子阵中心80 m, 角度为–40º~40º的弧线时, 测角精度绝对误差在0.1º附近, 比传统方法提高0.15º。在其他测量区域内, 测角精度绝对误差普遍小于0.3º。

3.2 信噪比对短时互谱法的影响

水下目标位于距子阵中心80 m, 角度为–40º~40º的弧线均匀分布, 随机出现200次。加入2~15 kdB的高斯限带白噪声, 改变信噪比, 统计该区域内测量角度绝对误差。

如图6所示, 当信噪比大于10 dB时, 使用此方法测角误差小于0.05º。当信噪比大于5 dB, 测角误差小于0.15º。在信噪比较高的条件下, 该方法测角精度提高明显。

图6 信噪比与测角精度关系图

3.3 典型轨迹精度

图7 典型轨迹测量比较图

表1 典型轨迹绝对误差统计表

4 结束语

文中介绍了艇载末弹道被动测量系统, 给出了基于短时互谱法的鱼雷末弹道被动定位方法, 并对测角精度、信噪比影响及典型轨迹进行仿真分析。仿真表明, 使用该方法在目标位于距子阵中心80 m, 角度为–40º~40º的弧线时, 比传统方法的测角精度提高了0.15º, 在典型轨迹中, 测量绝对误差普遍减小了0.4 m。文中讨论的方法用于算法验证性仿真, 但实际声场环境十分复杂, 下一步将重点结合数据对算法做进一步调整。

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A Location Method of Torpedo Terminal Trajectory Based on Cross Spectrum Method

ZHU Feng, ZHU Yuan-lin, LIU Song-hai

(91388thUnit, The People’s Liberation Army of China, Zhanjiang 524022, China)

A passive location method based on short-time cross spectrum method is proposed to improve the passive location accuracy of a torpedo terminal trajectory measurement system. The measurement system established according to this method is introduced, the passive location algorithm of a target is given. The angle measurement accuracy, the noise influence and the typical trajectory are simulated and analyzed in the measuring area. Simulation results show that for the signal-to-noise ratio(SNR) of 10 dB,when the target is on the arc of an ±40° region and the distance between the arc and the measuring subarray is 80 m, the direction finding accuracy of the proposed location method is improved by 0.15°, and the absolute error of typical trajectory is generally reduced by 0.4 m. This research may provide a reference for evaluating torpedo effectiveness.

torpedo; terminal trajectory; cross spectrum method; passive location

朱峰, 周清锋, 刘松海. 一种基于互谱法的鱼雷末弹道定位方法[J]. 水下无人系统学报, 2019, 27(1): 93-96.

TJ630.1; TB566

A

2096-3920(2019)01-0093-04

10.11993/j.issn.2096-3920.2019.01.016

2018-08-10;

2018-08-26.

朱 峰(1993-), 男, 助理工程师, 主要研究方向为水声测控.

(责任编辑: 许 妍)