自導水雷迎頭攻擊首次捕獲目標概率計算方法

黃 強，王 維，劉 成

(中國船舶重工集團公司第七一〇研究所，湖北 宜昌 443003)

自導水雷迎頭攻擊首次捕獲目標概率計算方法

黃 強，王 維，劉 成

(中國船舶重工集團公司第七一〇研究所，湖北 宜昌 443003)

自導水雷迎頭攻擊是指目標剛進入攻擊區域即進行迎面攔截的一種攻擊決策方式。本文在分析自導水雷迎頭攻擊方式的基礎上，推導出該方式水雷首次捕獲目標的概率計算模型。通過對模型的仿真分析，完成自導水雷攻擊決策的迎頭攻擊技術研究。

自導水雷;迎頭攻擊;首次捕獲目標概率

0 引言

自導水雷具有封鎖半徑大及攻擊精度高等特點，一直受到各海軍大國的高度重視。自導水雷對應不同的作戰目標和作戰環境可以采取不同的攻擊決策方式［1］，以提高水雷對攻擊區域的控制能力。本文介紹自導水雷攻擊決策方式之一——迎頭攻擊，并建立了該攻擊方式下戰斗載荷首次捕獲目標的概率計算模型，通過仿真分析，對自導水雷迎頭攻擊首次捕獲目標概率計算方法進行研究。

1 自導水雷攻擊決策的迎頭攻擊

圖1是目標A、水雷、攻擊區域三者之間的關系圖，其中O點是水雷在水下的布放點，陰影部分為水雷在目標所在深度攻擊區域投影，其半徑為R，目標與水雷深度差為h。

自導水雷迎頭攻擊方式是指當水雷被動探測系統發現目標A進入攻擊區域，即以恒定速度和恒定角度釋放戰斗載荷向目標所在深度爬升。當戰斗載荷爬升到達目標所在深度后，開啟自導系統，按照預先設定的運動軌跡運動(荷扇形探測區域內)，如圖2所示。戰斗載荷探測到目標即認為是捕獲目標，并對目標實施攻擊，如圖3所示。其中，O點是水雷布放點在目標所在深度的投影，實線圓表示水雷的攻擊區域邊界，虛線圓表示戰斗部按與水平面成一定夾角爬升到水面時的位置所組成的集合，目標航跡如圖中所示(方向不定)，其與攻擊區域邊界的交點分別為X1和X2。

根據迎頭攻擊的特點，擬定攻擊決策內容如下:

1)釋放戰斗載荷的時刻觀察到目標進入攻擊區域。

2)戰斗載荷爬升到水面的位置在虛線圓上距目標最近的點。

3)戰斗載荷爬升到水面后的運動方向指向目標。

4)假設目標運動方向為目標點處法線指向中心點這邊的任意方向。

2 戰斗載荷首次捕獲目標概率計算方法

2.1 參數定義

1)深度傳感器測量深度h;誤差e3，m;

2)大地坐標系下目標俯仰角α0計算誤差e4，m;

3)大地坐標系下目標方位角β0計算誤差e5，m;

4)攻擊半徑R，m;

5)戰斗載荷爬升速度v1，m/s;爬升角度α1，rad;水面運動速度v2，m/s;

6)戰斗載荷扇形探測區域半徑R1，m;角度α2，rad;

7)目標速度v，m/s。

2.2 研究思路

以OX1的連線為X軸建立新的坐標系，則目標在水平面的坐標為(X0，Y0);

2.3 建立模型

對于給定的R，R1，h和扇面角度 α2(°)，以及目標速度v，發現目標后以角度α1發射戰斗載荷到X3，所用時間為:

設目標觀測時實際位置為M(x，y)，戰斗載荷到達X3時探測區域的2條直線邊為L1和L2。在此坐標系下，L1和L2的方程為:

其中，x－htan α1＞0，則可計算M到L1和L2的距離分別為d1和d2。先考慮M在第一象限。此時y＞0，d1＜d2。記a=tan α2，b= －htan α1tan α2，

圖4 新坐標系下戰斗載荷與目標位置關系圖Fig.4 Relation of position between warhead and target in new frame

設目標在點M(x，y)被捕獲的概率為p(x，y)，則所求的捕獲概率為

2.4 仿真分析

對水雷戰斗載荷首次捕獲目標概率計算模型仿真。選擇參數［4］如下:深度差 100，200，300m;目標速度4，7，10，12，15 m/s;爬升角度 45°;爬升速度12.5 m/s;水平面速度25 m/s;攻擊半徑1 500 m;搜索半徑1 500 m，搜索張角40°，仿真計算獲得概率計算結果如表1所示。

表1 數值仿真結果Tab.1 Numerical simulations

仿真結果表明，目標進入封鎖區域，定位系統獲取的目標參數信息完整，可以計算出較準確地目標位置，當目標速度不是太高，水雷與目標間的深度差不是太大(小于300 m)時，捕獲概率較高，可采取本攻擊方式。隨著水雷與目標間深度差和目標速度的增加，戰斗載荷攻擊行程較大，被目標發現并作出規避反應的時間較長，捕獲概率隨之急劇降低，此時不適合采取本攻擊方式。

3 結語

本文在介紹自導水雷迎頭攻擊方式的基礎上，提出了迎頭攻擊方式下的攻擊決策方法，推導出包含測量誤差信息的水雷首次捕獲目標概率計算數學模型，結合仿真研究結果，分析該攻擊方式下水雷引信的整體作戰效能，該成果可直接應用于水雷攻擊決策，以增強水雷的區域控制能力。

［1］許三祥.目標跟蹤技術應用于水雷引信［J］.水雷戰與艦船防護，2004，(3):29 －32.

［2］黃強.水雷定位誤差研究［J］.水中兵器，2009，(3).

［3］李慶揚，等.數值計算原理［M］.北京:清華大學出版社，2000.

［4］王維，等.卡爾曼濾波技術在水雷上的應用［J］.水雷戰與艦船防護，2006，(4):31 －35.

Rearch on the method to calculate the probability of the target which is locked firstly in direct attack mode for homing mine

HUANG Qiang，WANG Wei，LIU Cheng
(The 710 Researoh Institute of CSIC，Yichang 443003，China)

The direct attack mode is one of the homing mine's attack decision mode by which the target will be attacked face to face who get into the mine's attck area.Based on the analyse of the homing mine's direct attack mode，the model to calculate the probability of the target which is locked at the first time is researched into detailedly.By numerical simulation，we get some very useful conclusion about the homing mine's direct attack decision.

homing mine;direct attack;the probability of the target which is locked fi rstly

E925.21

A

1672－7649(2012)03－0115－03

10.3404/j.issn.1672－7649.2012.03.026

2011－06－17;

2011－12－21

黃強(1982－)，男，工程師，研究方向為水雷總體設計。