基于方位信息的魚雷攻擊意圖判別方法研究

鄭文強(qiáng)，章新華，夏志軍，周 敏

(海軍大連艦艇學(xué)院水聲信息研究中心，遼寧大連 116018）

基于方位信息的魚雷攻擊意圖判別方法研究

鄭文強(qiáng)，章新華，夏志軍，周 敏

(海軍大連艦艇學(xué)院水聲信息研究中心，遼寧大連 116018）

艦艇編隊(duì)水聲對(duì)抗的相關(guān)研究是急需解決的問(wèn)題，如果能夠通過(guò)僅有魚雷報(bào)警方位信息快速做出魚雷對(duì)艦艇編隊(duì)攻擊意圖的判斷，即魚雷攻擊哪一艘艦艇，指揮員則可以有針對(duì)性的制定作戰(zhàn)方案實(shí)施編隊(duì)協(xié)同水聲對(duì)抗，從而大大增強(qiáng)水面艦艇的生存能力。該文在建立聲自導(dǎo)魚雷攻擊模型和艦艇編隊(duì)運(yùn)動(dòng)模型的基礎(chǔ)上，劃分魚雷從不同區(qū)域來(lái)襲時(shí)的態(tài)勢(shì)，提出攻擊意圖的判斷準(zhǔn)則，并且通過(guò)仿真驗(yàn)證，分析了影響判斷準(zhǔn)確度的因素，為編隊(duì)協(xié)同水聲對(duì)抗指揮決策提供必要參考。

編隊(duì)水聲對(duì)抗;聲自導(dǎo)魚雷;攻擊意圖;指揮決策

0 引言

未來(lái)海戰(zhàn)將是以信息控制為中心的全方位、一體化戰(zhàn)爭(zhēng)，協(xié)同作戰(zhàn)、快速反應(yīng)、系統(tǒng)化、一體化的對(duì)抗將成為制勝的關(guān)鍵，編隊(duì)作戰(zhàn)成為必然的選擇。然而，海上艦艇編隊(duì)面臨的水下威脅 (潛艇、魚雷）日益嚴(yán)峻，為了保證艦艇編隊(duì)有效完成作戰(zhàn)任務(wù)，最大程度地發(fā)揮編隊(duì)綜合作戰(zhàn)能力，提高編隊(duì)對(duì)水下威脅防御能力，進(jìn)行艦艇編隊(duì)水聲對(duì)抗研究尤為重要［1－2］。

潛艇對(duì)編隊(duì)進(jìn)行魚雷攻擊時(shí)，會(huì)因?yàn)槁晠确轿环直媛屎途嚯x的影響，導(dǎo)致無(wú)法分辨出編隊(duì)內(nèi)的具體艦艇，進(jìn)而攻擊艦艇編隊(duì)的聲學(xué)中心。當(dāng)魚雷來(lái)襲時(shí)，編隊(duì)內(nèi)的各艦會(huì)提供魚雷報(bào)警方位 (距離）信息，指揮員根據(jù)有限的信息很難做出快速準(zhǔn)確的決策。如果能夠通過(guò)僅有的方位信息快速做出魚雷對(duì)艦艇編隊(duì)攻擊意圖的判斷，即魚雷攻擊的具體目標(biāo)艦艇，則有助于指揮員有針對(duì)性的制定作戰(zhàn)方案實(shí)施編隊(duì)協(xié)同水聲對(duì)抗，從而大大增強(qiáng)艦艇編隊(duì)的生存能力。目前，關(guān)于魚雷攻擊意圖方面的研究國(guó)內(nèi)外鮮有文獻(xiàn)提及，本文針對(duì)聲自導(dǎo)魚雷攻擊意圖的判斷對(duì)編隊(duì)水聲對(duì)抗方面的研究具有一定的參考價(jià)值。

1 戰(zhàn)術(shù)想定及主要數(shù)學(xué)模型

編隊(duì)由3艘具有水聲對(duì)抗能力的艦艇組成，各艦配備相應(yīng)的水聲探測(cè)設(shè)備，對(duì)魚雷具有報(bào)警能力，1號(hào)艦位于0號(hào)艦左舷30°，距離3 nmile，2號(hào)艦位于0號(hào)艦右舷30°，距離3 n mile，1號(hào)艦和2號(hào)艦相距3 nmile。編隊(duì)坐標(biāo)系如圖1所示，慣性坐標(biāo)系以報(bào)警時(shí)0號(hào)艦的艦位為坐標(biāo)系原點(diǎn)O點(diǎn)，正東為X軸正方向，正北為Y軸正方向;艦艇編隊(duì)初始航向取正北為0°，航速為v勻速直航。q，d分別為聲自導(dǎo)魚雷所在編隊(duì)2號(hào)艦的舷角、距離。T為魚雷報(bào)警時(shí)所在位置，采用提前角法向預(yù)定方位射擊，在捕獲目標(biāo)前以速度vt勻速直線搜索，ct為魚雷被引導(dǎo)的攻擊航向，φ為有利提前角。

圖1 編隊(duì)坐標(biāo)系Fig.1 The formation coordinate

根據(jù)編隊(duì)隊(duì)形得出2號(hào)艦初始位置坐標(biāo)分別為(各艦間距a=3 n mile）:

2 不同區(qū)域的魚雷攻擊態(tài)勢(shì)劃分

編隊(duì)對(duì)抗時(shí)，有可能1艘艦艇對(duì)魚雷進(jìn)行報(bào)警，也有可能多艘艦艇進(jìn)行報(bào)警，不同的對(duì)抗態(tài)勢(shì)，魚雷的攻擊意圖可能不同。考慮到潛艇平臺(tái)聲吶總是先于艦艇編隊(duì)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，即魚雷發(fā)射點(diǎn)方位近似等于魚雷報(bào)警方位。當(dāng)魚雷發(fā)射距離6 n mile時(shí)，魚雷在2號(hào)艦20°～40°和80°～100°方位上無(wú)法分辨鄰近艦艇［5］。以中線為界對(duì)編隊(duì)不同區(qū)域來(lái)襲魚雷進(jìn)行區(qū)域劃分。

A區(qū)域:魚雷位于2號(hào)艦報(bào)警舷角－20°～20°，處于聲吶盲區(qū)，只有1號(hào)艦進(jìn)行有效魚雷報(bào)警。

B區(qū)域:魚雷位于2號(hào)艦報(bào)警舷角20°～40°，無(wú)法分辨出0、2號(hào)艦艇，即攻擊1號(hào)艦和較近的2號(hào)艦。由于0號(hào)艦與2號(hào)艦相對(duì)于魚雷的方位相近，且距離魚雷更遠(yuǎn)，于是選擇1，2號(hào)艦報(bào)警信息。

C區(qū)域:魚雷位于2號(hào)艦報(bào)警舷角40°～80°，可分辨出艦艇編隊(duì)，一般情況下，潛艇發(fā)射的魚雷都是攻擊噪聲輻射強(qiáng)度較大的目標(biāo)，基本不會(huì)穿過(guò)艦艇編隊(duì)攻擊遠(yuǎn)端的艦艇。只可能攻擊1，2號(hào)艦，選擇1，2號(hào)艦報(bào)警信息。

D區(qū)域:魚雷位于2號(hào)艦報(bào)警舷角80°～100°，無(wú)法分辨出1，2號(hào)艦艇，即攻擊0號(hào)艦和較近的2號(hào)艦。由于1號(hào)艦與2號(hào)艦相對(duì)于魚雷的方位相近，且距離魚雷更遠(yuǎn)，于是選擇0，2號(hào)艦報(bào)警信息。

E區(qū)域:魚雷位于2號(hào)艦報(bào)警舷角100°～140°，可分辨出艦艇編隊(duì)，同上原因只可能攻擊0，2號(hào)艦，選擇0，2號(hào)艦報(bào)警信息。

F區(qū)域:魚雷位于0號(hào)艦報(bào)警舷角100°以下、2號(hào)艦報(bào)警舷角170°以內(nèi)區(qū)域，可分辨出艦艇編隊(duì)，同上原因只可能攻擊0，2號(hào)艦，選擇0，2號(hào)艦報(bào)警信息。

G區(qū)域:魚雷位于0號(hào)艦報(bào)警舷角100°以下、2號(hào)艦報(bào)警舷角－170°～－150°區(qū)域，可分辨出艦艇編隊(duì)，同上原因只可能攻擊0，2號(hào)艦，選擇0，2號(hào)艦報(bào)警信息。

圖2 魚雷攻擊區(qū)域劃分Fig.2 The division of torpedo attack regions

3 魚雷攻擊目標(biāo)判斷準(zhǔn)則

首先，假定被攻擊艦艇為2號(hào)艦，給出不考慮誤差的判斷準(zhǔn)則。

A區(qū)域:只有1艘艦艇進(jìn)行有效魚雷報(bào)警，無(wú)法判斷。

B區(qū)域:1，2號(hào)艦魚雷報(bào)警方位變化率同時(shí)為正，選擇變化率小的為魚雷攻擊目標(biāo)。

C區(qū)域:1，2號(hào)艦魚雷報(bào)警方位變化率同時(shí)為正，選擇變化率小的為魚雷攻擊目標(biāo)。

D區(qū)域:0號(hào)艦魚雷報(bào)警變化率為負(fù)、2號(hào)艦魚雷報(bào)警方位變化率為正，選擇變化率為正的為魚雷攻擊目標(biāo)。

E區(qū)域:0號(hào)艦魚雷報(bào)警變化率為負(fù)、2號(hào)艦魚雷報(bào)警方位變化率為正，選擇變化率為正的為魚雷攻擊目標(biāo)。

F區(qū)域:0號(hào)艦魚雷報(bào)警變化率為負(fù)、2號(hào)艦魚雷報(bào)警方位變化率為正，選擇變化率為正的為魚雷攻擊目標(biāo)。

G區(qū)域:0號(hào)艦魚雷報(bào)警變化率為負(fù)、2號(hào)艦魚雷報(bào)警方位變化率為正，選擇變化率為正的為魚雷攻擊目標(biāo)。

H區(qū)域:0號(hào)艦魚雷報(bào)警變化率為負(fù)、2號(hào)艦魚雷報(bào)警方位變化率為正，選擇變化率為正的為魚雷攻擊目標(biāo)。

4 仿真驗(yàn)證及分析

1）仿真參數(shù)

魚雷:在特定位置以有利提前角向艦艇目標(biāo)進(jìn)行攻擊，在達(dá)到理想命中點(diǎn)和捕獲目標(biāo)前，魚雷進(jìn)行直航搜索，航速50 kn。

艦艇編隊(duì):航向c0=0°，航速18 kn，編隊(duì)間距3 n mile。判斷過(guò)程中，艦艇編隊(duì)保持直航。魚雷方位報(bào)警誤差:在聲陣正橫0°～±30°方向?yàn)?.5°，在聲陣正橫± (30°～60°）方向?yàn)?°(標(biāo)準(zhǔn)誤差）。

2）仿真方案

魚雷報(bào)警距離為4 nmile，魚雷報(bào)警方位變化率統(tǒng)計(jì)時(shí)間為30 s，針對(duì)上述判斷準(zhǔn)則進(jìn)行1 000次蒙特卡羅仿真［6］。

表1 調(diào)整前仿真結(jié)果Tab.1 The simulation results before adjusting

魚雷攻擊過(guò)程中，由于魚雷報(bào)警方位誤差較大，而魚雷方位變化又比較小，在判斷過(guò)程中編隊(duì)的魚雷報(bào)警方位變化率的正負(fù)難以確定，對(duì)判斷結(jié)果影響較大，針對(duì)該仿真結(jié)果，對(duì)判斷準(zhǔn)則進(jìn)行修正。

B區(qū)域:選擇1，2號(hào)艦魚雷報(bào)警方位變化率絕對(duì)值小的為魚雷攻擊目標(biāo)。

C區(qū)域:選擇1，2號(hào)艦魚雷報(bào)警方位變化率絕對(duì)值小的為魚雷攻擊目標(biāo)。

D區(qū)域:選擇0，2號(hào)艦魚雷報(bào)警方位變化率絕對(duì)值小的為魚雷攻擊目標(biāo)。

E區(qū)域:選擇0，2號(hào)艦魚雷報(bào)警方位變化率絕對(duì)值小的為魚雷攻擊目標(biāo)。

F區(qū)域:選擇0，2號(hào)艦魚雷報(bào)警方位變化率絕對(duì)值小的為魚雷攻擊目標(biāo)。

G區(qū)域:選擇0，2號(hào)艦魚雷報(bào)警方位變化率絕對(duì)值小的為魚雷攻擊目標(biāo)。

H區(qū)域:選擇0，2號(hào)艦魚雷報(bào)警方位變化率絕對(duì)值小的為魚雷攻擊目標(biāo)。

調(diào)整后，當(dāng)魚雷報(bào)警距離為4 nmile，魚雷報(bào)警變化率統(tǒng)計(jì)時(shí)間分別為30 s，60 s，對(duì)每一種態(tài)勢(shì)進(jìn)行1 000次蒙特卡羅仿真，仿真結(jié)果如表2所示。

表2 調(diào)整后距離4 nmile不同判斷時(shí)間仿真結(jié)果Tab.2 Simulation results of 4 n mile and different time after adjusting

當(dāng)魚雷報(bào)警距離為2，4 n mile，魚雷報(bào)警變化率統(tǒng)計(jì)時(shí)間分別為30 s，對(duì)每一種態(tài)勢(shì)進(jìn)行1 000次蒙特卡羅仿真，仿真結(jié)果如表3所示。

表3 調(diào)整后判斷時(shí)間30 s不同距離仿真結(jié)果Tab.3 Simulation results of 30s and different distance after adjusting

仿真結(jié)果分析:

1）魚雷距離艦艇編隊(duì)越近，魚雷方位變化越明顯，絕大部分區(qū)域判斷準(zhǔn)確率越高。

2）判斷時(shí)間越長(zhǎng)，魚雷方位變化越明顯，絕大部分區(qū)域判斷準(zhǔn)確率越高。

3）當(dāng)判斷時(shí)間為60 s，絕大部分區(qū)域成功率都在70%以上，能滿足判斷要求。

4）H區(qū)域隨著魚雷距離2號(hào)艦越近，卻距離0號(hào)艦越遠(yuǎn)，因此判斷準(zhǔn)確率略下降。

5）部分區(qū)域由于距離魚雷方位相近的艦艇方位變化均較小，然而魚雷報(bào)警方位的誤差較大，故對(duì)判斷成功率有較大影響。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)純方位信息，對(duì)魚雷攻擊意圖進(jìn)行仿真判斷，制定判斷準(zhǔn)則并對(duì)準(zhǔn)則進(jìn)行了修正，經(jīng)仿真驗(yàn)證，在絕大部分區(qū)域，該判斷準(zhǔn)則能夠判斷魚雷攻擊意圖。同時(shí)，分析了魚雷相對(duì)編隊(duì)距離及判斷時(shí)間對(duì)準(zhǔn)則結(jié)果的影響，為編隊(duì)水聲對(duì)抗指揮決策提供參考。

［1］夏志軍，章新華，肖繼剛，等.艦艇編隊(duì)水聲對(duì)抗系統(tǒng)需求分析［J］.艦船科學(xué)技術(shù)，2007，29(6）:66 －69.

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［2］楊日杰，高學(xué)強(qiáng)，韓建輝.現(xiàn)代水聲對(duì)抗技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2008.

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［4］賈躍，宋保維，趙向濤，等.水面艦船對(duì)聲自導(dǎo)魚雷防御機(jī)動(dòng)方法研究［J］.火力與指揮控制，2009，34(1）:45－48.

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［5］錢海民.典型艦艇編隊(duì)協(xié)同水聲對(duì)抗模型研究［D］.大連艦艇學(xué)院，2010.

QIAN Hai-min.Model research of typical ship formation cooperating underwater acoustic warfare［D］.Dalian Naval Academy，2010.

［6］孟慶玉，張靜運(yùn)，宋保維.魚雷作戰(zhàn)效能分析［M］.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2003.

Research on judgementalmethod about torpedo attack-intention based on bearing information

ZHENGWen-qiang，ZHANG Xin-hua，XIA Zhi-jun，ZHOU Min
(Research Center of Ocean Acoustics Information，Dalian Naval Academy，Dalian 116018，China）

The researching of acoustic warfare of ship formation is an urgent problem，If you can quicklymake a judgment on torpedo attack intention to the ship formation only based on bearing information of torpedo alert，that attacking targets of torpedo is which one of the ship formation，commanders can be targeted to develop operational program and implement cooperative formation acoustic warfare，thereby greatly enhancing the viability of surface ships.On the basis of establishing the attackingmodel of acoustic homing torpedo and motion model of ship formation，his paper conducted the state division of a torpedo struck from different regions，proposed attack intention criterion，then tested it by simulation，finally analysed the factors affecting the accuracy of judgment，provided the necessary reference for the command decision of collaborative formation acoustic warfare.

formation acoustic warfare;acoustic homing torpedo;attack intention command decision

TB56

A

1672－7649(2014）05－0146－04

10.3404/j.issn.1672－7649.2014.05.030

2013－07－19;

2013－08－16

鄭文強(qiáng)(1988－），男，碩士研究生，研究方向?yàn)樗暸c水聲對(duì)抗。