本艦機動分辨目標左右舷建模與仿真

林宗祥, 孫永侃, 熊正祥

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本艦機動分辨目標左右舷建模與仿真

林宗祥, 孫永侃, 熊正祥

(海軍大連艦艇學院科研部, 遼寧大連, 116018)

為研究本艦機動分辨目標左右舷的轉向角度, 分析了本艦機動分辨目標左右舷推理規則可能存在的誤判問題。綜合考慮敵我運動和轉向時間等因素, 建立了本艦機動分辨目標左右舷的細化模型。仿真結果表明, 本艦轉向方向與目標所處舷角方向相反時, 分辨目標左右舷所需的轉向角度較小; 反之, 則需較大的轉向角。最后, 根據仿真結果, 利用1stOpt軟件進行擬合得到本艦轉向后目標舷角最大值和最小值的多項式表達式, 并完善了本艦機動的推理規則以更加可靠地判斷目標左右舷。

本艦機動; 左右舷分辨; 轉向角度; 建模與仿真

0 引言

被動拖曳線列陣聲納存在一個顯著缺點是不能分辨目標左右舷, 即存在左右舷模糊問題。為此, 需要通過本艦機動分辨目標左右舷。從作戰使用的角度考慮, 指揮員關心的是如何實施本艦機動以便可靠地分辨出目標左右舷。目前為止, 對于如何實施本艦機動以實現對目標左右舷的分辨研究得較少。如何實施本艦機動的關鍵是確定機動角度的大小, 即本艦應該機動多大角度的問題。本文就該問題進行初步探討。

1 本艦機動分辨目標左右舷存在的問題

1.1 本艦機動分辨目標左右舷的推理規則

根據以上分析, 本艦機動分辨目標左右舷的推理規則如下。

1) 本艦向左轉向: 目標舷角增大, 則目標在右舷; 目標舷角減小, 則目標在左舷。

2) 本艦向右轉向: 目標舷角增大, 則目標在左舷; 目標舷角減小, 則目標在右舷。

圖1 本艦機動推斷目標左右舷原理

1.2 本艦機動分辨目標左右舷存在的問題

本艦機動分辨目標左右舷的推理規則基于以下假設: 1) 本艦轉向立即完成, 即不考慮本艦轉向所耗費的時間以及本艦轉向過程中的位置變化; 2) 不考慮本艦轉向過程中的目標運動; 3) 不考慮拖曳線列陣聲納的測向誤差。

根據推理規則, 理論上本艦只需做一個小角度的機動, 即可分辨出目標左右舷。實際上, 本艦機動過程中自身位置在發生變化, 而目標也在不斷運動。考慮到本艦和目標的相對運動以及拖曳線列陣聲納的探測誤差, 如若本艦轉向角度不恰當, 可能出現與推理規則相悖的情況。此時, 若采用推理規則, 則可能誤判目標所處的舷側, 下面僅舉一例說明。

圖2 誤判目標左右舷的情況

圖3 目標在右舷本艦向左轉向

2 本艦機動分辨目標左右舷模型

2.1 目標位于右舷本艦向左轉向

本艦完成轉向到重新測得目標方位耗費時間

=-(2)

由幾何關系可得

(4)

(6)

則

(8)

又

(10)

則

(12)

(14)

(16)

2.2 目標位于右舷本艦向右轉向

目標位于右舷本艦向右轉向如圖4所示。則式(7)、式(10)應分別變為式(17)、式(18)。

(18)

圖4 目標在右舷本艦向右轉向

Fig. 4 Mother ship turning right while target on starboard side

3 仿真結果與分析

3.1 仿真條件

(21)

3.2 仿真結果與分析

根據3.1節分析, 取典型情況的仿真結果如表1所示。

表1 目標在右舷本艦向左轉向

由表1可知, 在相同的仿真條件下, 本艦機動方向不同, 對應的,值也不同。

此外, 本艦轉向方向的選擇對分辨目標左右舷具有重大影響。例如, 以條件2(=15 km,=60o,=9o)為仿真初始值, 本艦向左轉向時, 本艦完成轉向后測得的目標舷角范圍為60.8o ~94.4o, 滿足目標舷角增大的推理規則。此時, 可以推斷出目標在右舷。若本艦選擇向右轉向, 則轉向后目標所處舷角范圍為41.7o ~76.3o, 難以滿足目標舷角減小的推理規則。此時, 推斷不出目標所處的舷側。

3.3 參數擬合

(23)

本文使用1stOpt軟件進行擬合。以目標在右舷本艦向左轉向的仿真結果為例, 擬合的初始數據如表2所示。擬合得到的多項式系數如表3所示。擬合過程中發現項對擬合精度影響不大, 擬合時將其設置為0。

表2 初始擬合數據

表3 擬合系數

3.4 作戰使用建議

本艦機動分辨目標左右舷的核心決策內容是機動角度的大小。假設在目標初始舷角、初始距離情況下, 本艦轉向角度大小。根據以上模型分析可得本艦轉向完成后目標可能的最大舷角和最小舷角。要確保對目標左右舷不發生誤判, 應將本艦機動的推理規則修改如下。

3) 若不滿足以上1)、2)兩種情況, 則難以可靠地分辨出目標左右舷。此時, 應增大本艦轉向角度, 以確保能夠符合1)和2)的條件。

4 結束語

本艦機動分辨目標左右舷是基于拖曳線列陣聲納遠距離反潛的重要戰術決策內容。本文建立了本艦機動分辨目標左右舷的細化模型, 仿真了本艦轉向后的目標舷角與不同敵我距離、不同初始舷角以及不同轉向角和轉向方向的關系。仿真結果表明這些因素共同影響著轉向后的目標舷角。在此基礎上利用1stOpt軟件擬合獲得了本艦轉向完成后的目標舷角最大值、最小值的表達式。最后, 為可靠地推斷出目標所處舷側, 對本艦機動推斷目標左右舷的推理規則進行了完善。

本文研究成果有助于指揮員在進行本艦機動科學合理地選擇合適的轉向角度。為后續本艦機動輔助決策模型的建立提供了參考。

[1] 何心怡, 張春華, 張馳, 等. 本艦機動左右舷分辨方法研究[J]. 應用聲學, 2006, 25(6): 352-358.He Xin-yi, Zhang Chun-hua, Zhang Chi, et al. Study on the Port/starboard Discrimination by Mother Ship Maneuverability[J]. Applied Asooustics, 2006, 25(6):352-358.

[2] 何心怡, 張春華, 李啟虎. 拖曳線列陣聲吶及其左右舷分辨方法概述[J]. 艦船科學技術, 2006, 28(5): 9-14.He Xin-yi, Zhang Chun-hua, Li Qi-hu. Rough Introduction of the Towed Linear Array Sonar and Port/starboard Discrimination Methods[J]. Ship Science and Technology, 2006, 28(5): 9-14.

[3] 郭書城, 尹四德. 拖曳線列陣聲納判斷目標左右舷模糊方法研究[J]. 艦船科學技術, 2005, 27(5): 64-67.Guo Shu-cheng, Yin Si-de. Study of the Way of Judging Port and Starboard Ambiguity of Towed Linear Array Sonar[J].Ship Science and Technology, 2005, 27(5): 64-67.

[4] 七維高科. 1stOpt使用手冊[M]. 北京: 七維高科, 2009.

(責任編輯: 許 妍)

Modeling and Simulation of Mother Ship Maneuver for Discriminating Port/Starboard of Target

LIN Zong-xiang, SUN Yong-kan , XIONG Zheng-xiang

(Scientific Research Department, Dalian Naval Academy, Dalian 116018, China)

To understand the turning angle for mother ship to discriminate the port/starboard of a target, the possible false deduction in the reasoning rule of discrimination is analyzed. A detailed model of mother ship maneuver for discriminating port/starboard of a target is established, in which such factors as the maneuvers of mother ship and target, the maneuvering time of mother ship, and so on, are taken into account. Simulation results indicate that a smaller turning angle is needed to discriminate port/starboard of a target when mother ship′s maneuver direction is opposite to the board angle in which target locates, otherwise a larger turning angle is needed. The polynomial expressions of target board angle′smaximum and minimumjust after mother ship maneuver are obtained by fitting the simulation data with the software 1stOpt. Subsequently, the reasoning rule for discriminating port/starboard of a target is improved for more reliable discrimination.

mother ship maneuver; port/starboard discrimination; turning angle; modeling and simulation

U666.7; E843

A

1673-1948(2012)06-0458-05

2012-06-05;

2012-07-20.

林宗祥(1984-), 男, 在讀博士, 研究方向為水面艦艇反潛作戰輔助決策.