基于距離信息的魚雷攻擊意圖判別方法研究*

鄭文強 章新華 夏志軍 周 敏

(海軍大連艦艇學院水聲信息研究中心 大連 116018)

基于距離信息的魚雷攻擊意圖判別方法研究*

鄭文強 章新華 夏志軍 周 敏

(海軍大連艦艇學院水聲信息研究中心 大連 116018)

編隊作戰是未來海上作戰的基本樣式,進行艦艇編隊水聲對抗研究具有十分重要的意義。如果艦艇編隊能夠通過數據融合等方式獲取魚雷距離和方位的報警信息,并根據這些信息判斷出魚雷對艦艇編隊的攻擊意圖,即魚雷攻擊的具體目標艦艇,則有助于指揮員采取有效、合理的對抗方法,從而提高艦艇編隊的生存能力。論文在建立聲自導魚雷攻擊模型和艦艇編隊運動模型的基礎上,對魚雷從不同區域來襲時的態勢劃分,提出了攻擊意圖的判斷準則,并且通過仿真驗證,分析了影響判斷準確度的因素,為編隊協同水聲對抗指揮決策提供了必要參考。

編隊水聲對抗; 聲自導魚雷; 攻擊意圖; 指揮決策

Class Number TB56

1 引言

目前,編隊作戰是未來海上作戰的基本樣式,隨著水中武器(主要是魚雷和潛艇)的飛速發展,各種遠程、大威力、高精度、智能化的攻擊武器不斷出現,使艦艇編隊面臨新的考驗。為了保證艦艇編隊有效完成作戰任務,最大程度地發揮編隊綜合作戰能力,提高編隊對水下威脅防御能力,進行艦艇編隊水聲對抗研究具有十分重要的意義[1～5]。

潛艇對編隊進行魚雷攻擊時,會因為聲納方位分辨率和距離的影響,導致無法分辨出編隊內的具體艦艇,進而攻擊艦艇編隊的聲學中心[6]。當魚雷來襲時,編隊內的各艦會提供魚雷報警方位(距離)信息,指揮員根據有限的信息很難做出快速準確的決策。如果艦艇編隊能夠通過數據融合等方式獲取魚雷距離和方位的報警信息,并根據這些信息判斷出魚雷對艦艇編隊的攻擊意圖,即魚雷攻擊的具體目標艦艇,則有助于指揮員采取有效、合理的對抗方法,從而提高艦艇編隊的生存能力。目前,關于魚雷攻擊意圖方面的研究國內外鮮有文獻提及,本文就有魚雷距離報警的情況針對聲自導魚雷進行攻擊意圖的判斷,為艦艇編隊提高水聲對抗的針對性和有效性奠定了基礎。

2 戰術想定及主要數學模型

圖1 編隊坐標系

編隊由三艘具有水聲對抗能力的艦艇組成,各艦配備相應的水聲探測設備,對魚雷具有報警能力,1號艦位于0號艦左舷30°,距離30cab,2號艦位于0號艦右舷30°,距離30cab,1號艦和2號艦相距30cab[7]。建立編隊坐標系如圖1,慣性坐標系以報警時0號艦的艦位為坐標系原點O點,正東為X軸正方向,正北為Y軸正方向;艦艇編隊初始航向取正北為0°,航速為v勻速直航。q、d分別為聲自導魚雷所在編隊2號艦的舷角、距離。T為魚雷報警時所在位置,采用提前角法向預定方位射擊,在捕獲目標前以速度vt勻速直線搜索,ct為魚雷被引導的攻擊航向,φ為有利提前角。

根據編隊隊形得出2號艦初始位置坐標分別為(各艦間距a=30cab):

(1)

1) 艦艇編隊運動數學模型:

設在t0時刻艦艇坐標、航向分別為(x0,y0),c0,則經dt時間后的坐標為

(2)

2) 魚雷攻擊數學模型:

魚雷初始位置坐標為

(3)

經過dt時間后,魚雷的坐標為

(4)

航向可由式(5)和式(6)估計[8～9]

φ=0.8arcsin(v/vt·sinq)180°/π

(5)

ct=q+φ+180°

(6)

經過dt時間后,魚雷位于各艦艇的舷角為

(7)

式中xt、yt為魚雷在t時刻的橫、縱坐標,x、y為艦艇編隊各艦的橫、縱坐標。

3 不同區域的魚雷攻擊態勢劃分

編隊對抗時,有可能一艘艦艇對魚雷進行報警,也有可能多艘艦艇進行報警,不同的對抗態勢,魚雷的攻擊意圖可能不同。考慮到潛艇平臺聲納總是先于艦艇編隊發現目標,即魚雷發射點方位近似等于魚雷報警方位。當魚雷發射距離60cab時,魚雷在2號艦20°～40°和80°～100°方位上無法分辨鄰近艦艇[5]。以中線為界對編隊不同區域來襲魚雷進行區域劃分。

A區域:魚雷位于2號艦報警舷角-20°～20°,處于聲納盲區,只有1號艦進行有效魚雷報警。

B區域:魚雷位于2號艦報警舷角20°～40°,無法分辨出0、2號艦艇,即攻擊1號艦和較近的2號艦。由于0號艦與2號艦相對于魚雷的方位相近,且距離魚雷更遠,于是選擇1,2號艦報警信息。

C區域:魚雷位于2號艦報警舷角40°～80°,可分辨出艦艇編隊,一般情況下,潛艇發射的魚雷都是攻擊噪聲輻射強度較大的目標,基本不會穿過艦艇編隊攻擊遠端的艦艇。只可能攻擊1、2號艦,選擇1、2號艦報警信息。

D區域:魚雷位于2號艦報警舷角80°～100°,無法分辨出1、2號艦艇,即攻擊0號艦和較近的2號艦。由于1號艦與2號艦相對于魚雷的方位相近,且距離魚雷更遠,于是選擇0,2號艦報警信息。

E區域:魚雷位于2號艦報警舷角100°～140°,可分辨出艦艇編隊,同上原因只可能攻擊0、2號艦,選擇0、2號艦報警信息。

圖2 魚雷攻擊區域劃分

F區域:魚雷位于0號艦報警舷角100°以下、2號艦報警舷角170°以內區域,可分辨出艦艇編隊,同上原因只可能攻擊0、2號艦,選擇0、2號艦報警信息。

G區域:魚雷位于0號艦報警舷角100°以下、2號艦報警舷角-170°～-160°區域,可分辨出艦艇編隊,同上原因只可能攻擊0、2號艦,選擇0、2號艦報警信息。

4 魚雷攻擊目標判斷準則

1) 通過魚雷報警的舷角和距離信息,經過一段時間的魚雷位置判斷,估計來襲魚雷的攻擊航向Cyulei和航速Vyulei;

2) 根據編隊各艦艇魚雷報警的舷角和估計的航速,利用有利提前角法分別估計來襲魚雷的瞬時航向C0、C1、C2;

3) 將魚雷攻擊編隊各艦的瞬時航向C0、C1、C2與Cyulei比較,最接近的即為魚雷攻擊目標。

5 仿真驗證及分析

仿真參數:

魚雷:在特定位置以有利提前角向艦艇目標進行攻擊,在達到理想命中點和捕獲目標前,魚雷進行直航搜索,航速50kn。

艦艇編隊:航向c0=0°,航速18kn,編隊間距30cab。判斷過程中,艦艇編隊保持直航。魚雷方位報警誤差:在聲陣正橫0°～±30°方向為1.5°,在聲陣正橫±(30°～60°)方向為3°(標準誤差);魚雷距離誤差:±3cab(標準誤差)。

仿真方案:

魚雷報警距離為40cab,魚雷報警方位變化率統計時間為30s,針對上述判斷準則進行1000次蒙特卡洛仿真[10]。

當魚雷報警距離為40cab,魚雷報警變化率統計時間分別為30s、60s,對每一種態勢進行1000次蒙特卡洛仿真。仿真結果如表1所示。

當魚雷報警距離為20、40cab,魚雷報警變化率統計時間分別為30s,對每一種態勢進行1000次蒙特卡洛仿真。仿真結果如表2所示。

表1 距離40cab不同判斷時間仿真結果A

表2 判斷時間30s不同距離仿真結果B

仿真結果分析:

1) 魚雷距離艦艇編隊越近,魚雷航向和航速估計越準確,判斷準確率越高。

2) 判斷時間越長,魚雷航向和航速估計越準確,判斷準確率越高。

3) 當判斷時間為30s,絕大部分區域成功率都在70%以上,能滿足判斷要求。

6 結語

本文通過魚雷報警距離和方位信息,對魚雷攻擊意圖進行了仿真判斷,制定了判斷準則,經仿真驗證,在絕大部分區域,該判斷準則能夠判斷魚雷攻擊意圖,并分析了魚雷相對編隊距離及判斷時間對準則結果的影響,為編隊水聲對抗指揮決策提供參考。

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

[2] 楊日杰,高學強,韓建輝.現代水聲對抗技術與應用[M].北京:國防工業出版社,2008.

[3] 陳春玉,張靜遠,王明淵,等.反魚雷技術[M].北京:國防工業出版社,2006.

[4] 孟慶玉,張靜運,宋保維.魚雷作戰效能分析[M].北京:國防工業出版社,2003.

[5] 石秀華,王曉娟.水中兵器概論(魚雷分冊)[M].西安:西北工業大學出版社,2004.

[6] 錢海民.典型艦艇編隊協同水聲對抗模型研究[D].大連:大連艦艇學院碩士學位論文,2010:1.

[7] 夏志軍,章新華,錢海民.艦艇編隊協同規避自導魚雷攻擊方法[J].艦船科學技術,2011,33(5):103-105.

[8] 賈躍,宋保維,趙向濤,等.水面艦船對聲自導魚雷防御機動方法研究[J].火力與指揮控制,2009,34(1):45-48.

[9] 薛昌友,孫雪海,杜亮,等.聲自導魚雷固定提前角導引法追蹤效果研究[J].艦船科學技術,2011,33(3):112-114.

[10] 張宇文.魚雷彈道與彈道設計[M].西安:西北工業大學出版社,1999.

Judgemental Method about Torpedo Attack-intention Based on Distance Information

ZHENG Wenqiang ZHANG Xinhua XIA Zhijun ZHOU Min

(Research Center of Ocean Acoustics Information, Dalian Naval Academy, Dalian 116018)

The formation combat is the basic style of future naval warfare combat. It is very important for acoustic warfare research. If warships can get torpedo range and azimuth alarm information through data fusion, etc., and determine the torpedo attack intention, that the specific objectives of the torpedo attack warships according to the information, it helps commanders to take effective and reasonable confrontation method, thereby enhancing viability. In this paper, based on the establishment of acoustic homing torpedo attack model and the model of movement, the torpedo struck trend is divided from different regions, attacking intent criterion is proposed, and through simulation, factors affecting the accuracy are analyzed. It provides the necessary information for the formation of collaborative acoustic warfare command decision.

formation of acoustic warfare, acoustic homing torpedo, attacking intention, command decision

2013年7月2日,

2013年8月15日

鄭文強,男,碩士研究生,研究方向:水聲與水聲對抗。章新華,男,博士生導師,教授,研究方向:水聲信號處理。夏志軍,男,碩士,講師,研究方向:水聲與水聲對抗。

TB56

10.3969/j.issn1672-9730.2014.01.009