一種直航+迎面的反魚雷魚雷攔截彈道設計方法*

于昌榮

(江蘇自動化研究所　連云港　222061)

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一種直航+迎面的反魚雷魚雷攔截彈道設計方法*

于昌榮

(江蘇自動化研究所連云港222061)

摘要分析了目前現有的三種反魚雷魚雷攔截彈道設計方法，在此基礎上給出了一種直航+迎面的反魚雷魚雷攔截彈道設計方法。該方法通過ATT發射后通過直航快速接近目標航向線，然后旋回進行迎面攔截，既能盡早攔截魚雷，又能盡量減少來襲魚雷距離和航向誤差的影響，提高艦艇使用ATT攔截來襲魚雷的效果，可進一步提升艦艇的生存能力。

關鍵詞反魚雷魚雷; 攔截彈道; 迎面攔截

Class NumberTJ630

1　引言

反魚雷魚雷(anti-torpedo torpedo， ATT)作為一種艦艇防御、魚雷對抗的硬殺傷裝備，已經得到了許多國家的重視，美國、俄羅斯、法國、德國等海軍強國均開展了ATT的研制和試驗[1～3]。

ATT的攔截彈道是影響其作戰使用和攔截概率的重要因素之一。ATT的攔截彈道與艦艇、來襲魚雷和ATT三者的諸多因素有關，包括艦艇報警聲納的性能、艦艇的運動參數，來襲魚雷的攻擊彈道形式和運動參數，以及ATT的攻擊彈道形式和運動參數等[4]。來襲魚雷的攻擊彈道形式通常是未知的，艦艇的報警聲納可以給出來襲魚雷的某些參數，如方位、距離和速度等。來襲魚雷的未知特性為ATT攔截彈道的設計帶來了難度。

目前的文獻資料主要討論艦艇在發射ATT時，來襲魚雷已進入自導導引狀態，以固定提前角方式攻擊艦艇，給出了三種攔截彈道方案[5～8]，本文將在對其分析的基礎上，給出一種直航+迎面的反魚雷魚雷攔截彈道設計方法。

本文分析了反魚雷魚雷的攔截彈道設計技術研究現狀，給出了一種直航+迎面攔截的反魚雷魚雷攔截彈道設計方法。該方法可為提高艦艇的生存能力提供技術支撐。

2　研究現狀

文獻資料給出的三種攔截彈道如下。

2.1直接攔截方案

設來襲魚雷速度為Vt，本艦航速為Vs，艦艇與魚雷的速度比為p，k=1/p為魚雷與艦艇的速度比，來襲魚雷固定提前角為η。如圖1所示，以艦艇發射ATT時的位置為坐標原點，本艦航向為x軸建立直角坐標系，R0和R為來襲魚雷同本艦之間的距離。q0和q為來襲魚雷視線角，θ0為艦艇對魚雷的觀測方位角，β為ATT的發射角，t為ATT從發射到命中所經歷的時間，VA為ATT航速，rA為ATT的旋回半徑。ATT發射時來襲魚雷位于T點，ATT發射后于A點處命中魚雷，S為艦艇在ATT命中來襲魚雷時的位置。

直接攔截方案借鑒魚雷攻擊相關理論，采用解相遇的方法，ATT發射后一直直航，直至命中魚雷。ATT發射角β計算公式詳見文獻[6]。

2.2迎面攔截方案

迎面攔截方案采用迎面攔截魚雷方法，ATT發射后即旋回直到迎面攔截到魚雷，如圖2所示。計算公式詳見文獻[6]。

圖1　直接攔截方案

圖2　迎面攔截方案

2.3基于相遇區域的攔截方案

基于相遇區域的攔截方案考慮了攻擊彈道形式未知的情況，針對每一種攻擊彈道形式，采用ATT攔截均對應一個相遇點，所有相遇點的集合構成了一個相遇區域，如圖3所示。取兩種邊緣情況發射角的算數平均作為為ATT的發射角[7]，即取相遇區域幾何中心所對應的攔截彈道發射角。

圖3　基于相遇區域的攔截方案

直接攔截方案采用直航搜索的方式滿足了攻擊時間短的需要，但對要素的精度要求較高，而實際作戰中來襲魚雷要素的誤差一般都較大，直接攔截的效果相對較差。迎面攔截方案使ATT旋回到來襲魚雷航向上，這樣可盡量減少來襲魚雷距離誤差對ATT使用效果的影響，還可利用自導扇面遮蓋來襲魚雷方位的誤差，因此攔截效果相對較好。基于相遇區域的攔截方案考慮了來襲魚雷不同彈道的影響，比較貼近實際，但是沒有考慮艦艇、來襲魚雷與ATT三者的初始情況，運動參數以及測量精度、誤差分布等對ATT攔截效果有影響的因素。本文將在這三中攔截方案的基礎上，考慮各種影響因素，綜合各方案的優點，設計出一種新的攔截彈道，即直航+迎面攔截方案。

3　攔截彈道設計

攻擊水面艦艇的魚雷主要有聲自導魚雷、尾流自導和線導魚雷。在水面艦艇聲納魚雷報警后，一般首先會采用噪聲干擾器、聲誘餌等軟對抗器材，同時機動規避。若來襲魚雷未被干擾或誘騙，則使用ATT。此時，對聲自導魚雷而言，可能處于直航搜索狀態或已經進入追蹤導引狀態。魚雷追蹤時一般采用尾追或固定提前角方式[9]。

未來裝備技術的發展或者ATT作戰方式的改變， 可能提供完整的來襲魚雷航行參數信息。本部分研究了假設在已知來襲魚雷的航向、航速和距離時， ATT的射擊方向和作戰使用方法。一般來襲魚雷距本艦3000m以內時，可使用ATT。可以認為水面艦艇有一定的時間進行魚雷要素解算，即來襲魚雷的信息是完整的[10]。

3.1設計思路

ATT攔截魚雷時，具有攻擊時間短、全彈道精確導引和一次性攻擊，沒有機會進行再搜索等特點，彈道設計分為兩段：搜索段和導引段[11]。

1) 搜索段

搜索段主要包括搜索初期的直航搜索段和迎面搜索段兩部分。

(1)搜索初期的直航搜索段

發射ATT時，魚雷目標一般離本艦艇較近，留給ATT攻擊的時間短，ATT應在保證其運動姿態平穩的同時以最快速度到達攻擊方向，開始進行目標搜索。因此，搜索初期考慮采用直航搜索，即ATT在出管后迅速完成尋深，并轉向至設定航向，完成一次轉角，到達設定航向后即直航搜索。在搜索段初期ATT采用直航搜索的方式既滿足了攻擊時間短的需要，同時也能保證對來襲魚雷的發現和攻擊。

(2)迎面搜索段

在來襲魚雷航向上迎面搜索，可通過設定迎面搜索的時機，以消除來襲魚雷距離誤差的影響，同時在來襲魚雷航向上迎面搜索，可利用ATT的自導扇面，遮蓋住來襲魚雷方位誤差。

2) 導引段

在ATT自導系統發現目標后，即進入導引段。由于ATT與來襲魚雷呈迎擊態勢，相對速度較大，采用提前角導引法有利于保證導引效果。

3.2參數計算方法

攔截彈道形式如圖4所示。主要分為三個部分，即搜索初期的直線航行段、旋回段、迎面攔截直航段。其中旋回段為過度階段，設計時為了盡快轉向到來襲魚雷航向上，可設定旋回半徑為ATT的最小旋回半徑ra。

基于上述思路，設計攔截彈道時需確定的參數包括發射角β、直航段距離Dz、旋回角度α以及迎面攔截直航段距離Dy等。

迎面攔截直航段距離Dy的確定，主要考慮能消除來襲魚雷距離誤差的影響，如圖5所示。

圖4　ATT攔截彈道設計示意

圖5　距離誤差對攔截的影響

考慮到魚雷追蹤時，提前角一般較小，因此，可近似取Dy等于ATT發射時刻來襲魚雷的距離誤差大小ΔR0。

接著依據態勢幾何關系，求出∠BOA的大小，同時用直接攔截法計算出直接攔截情況下的發射角β′[8]，則ATT發射角β為

β=β′-∠BOA

再利用態勢幾何關系，求出旋回角度α和直航段距離Dz即可。

4　仿真分析

4.1仿真想定

ATT彈道仿真涉及的因素很多，仿真中進行了必要的簡化和假設，主要包括以下幾個方面：

1) 來襲魚雷已經進入自導導引階段，以固定提前角法攻擊艦艇；

2) ATT發射后按預定的彈道航行，同時自導系統工作，搜索來襲魚雷；

3) ATT的自導系統采用主被動聯合自導模式。仿真中，若來襲魚雷處于ATT的自導搜索扇面內，且與ATT的距離小于自導作用距離，則認為ATT自導系統捕獲到來襲魚雷，并由自導導引ATT攔截來襲魚雷；

4) 由于ATT自導系統的被動自導作用距離比主動自導作用距離遠，一般是被動自導先捕獲到來襲魚雷;當進入主動自導作用距離后，轉入主動自導。ATT自導導引時采用提前角法;

5) 假設ATT采用全方位非觸發引信，引信作用距離20m，即ATT與來襲魚雷距離小于等于20m時視為攔截成功。

4.2仿真設定參數

設ATT主被動自導作用距離分別為250m和800m，主被動自導搜索扇面角都是120°，自導導引時固定提前角大小為5°，ATT搜索速度36kn，最小旋回半徑參照魚雷性能設定為70m，旋回角速度大小20°；來襲魚雷速度50kn，固定提前角大小取0～10°均勻分布，與水面艦艇初始距離D0=3000或2000m，均方誤差15%D0，方位均方誤差4°；水面艦艇速度18kn，航向90°且一直直航。

4.3仿真結果及分析

圖6　兩種攔截方法效果對比(初始距離3000m)

圖7　兩種攔截方法效果對比(初始距離2000m)

在典型報警舷角下，對ATT攔截效果進行了仿真，比較了直接攔截法與本文提出的直航+迎面攔截方法兩者的效果。具體如圖6和圖7所示。

由圖可知，本文提出的直航+迎面攔截法在各種舷角條件下均比直接攔截法的效果好。由于直航+迎面攔截法采用了首先直航以快速接近目標，接著旋回至來襲魚雷航向的方法，既能盡早攔截魚雷，又能盡量減少來襲魚雷距離和航向誤差的影響，因此該方法在不同來襲魚雷舷角情況下的效果均較好。

5　結語

基于直航迎面攔截的反魚雷魚雷攔截彈道設計方法，通過ATT發射后通過直航快速接近目標航向線，然后旋回進行迎面攔截，提高了艦艇使用ATT攔截來襲魚雷的效果，對提升艦艇生存能力具有重要意義。

參 考 文 獻

[1] 王新華，楊迎化，衡輝等.反魚雷魚雷發展現狀及作戰使用[J].飛航導彈，2012(5)：54-58.

[2] 崔貴平.國外反魚雷魚雷技術發展及趨勢[J].艦船科學技術，2013，35(3)：138-141.

[3] 錢東，張起.歐洲反魚雷魚雷研發展望[J].魚雷技術， 2006，14(5)：1-5.

[4] 由大德，徐德民.反魚雷魚雷攔截概率影響因素仿真分析[J].魚雷技術，2010，18(4)：312-315.

[5] 丁振東.反魚雷魚雷作戰模式及攔截彈道初步研究[J].魚雷技術，2004，12(1)：13-15.

[6] 李曉寧，明星，朱若寒.反魚雷魚雷攔截彈道及攔截概率[J].魚雷技術，2008，16(3)：9-12.

[7] 王新宏，劉慶，劉建國.基于相遇區域的反魚雷魚雷攔截彈道[J].魚雷技術，2013，8(4)：241-245.

[8] 劉慶，王新宏，劉建國.反魚雷魚雷發射角的討論[J].聲學技術，2011，30(4)：7-9.

[9] 張宇文.魚雷彈道與彈道設計[M].西安：西北工業大學出版社，1999：35-37.

[10] 張冬興，繆旭東，王春雨.水面艦艇反魚雷魚雷作戰使用方法研究[J].艦船電子工程，2009，29(12)：56-59.

[11] 陳春玉，張靜遠，王明洲,等.反魚雷技術[M].北京：國防工業出版社，2006：161-162.

*收稿日期：2015年10月5日,修回日期：2015年11月26日

作者簡介：于昌榮，男，碩士，工程師，研究方向：魚雷防御和智能輔助決策。

中圖分類號TJ630

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.04.007

Design of Intercept Trajectory of Anti-Torpedo Torpedo Based on Direct and Converse

YU Changrong

(Jiangsu Automation Research Institute， Lianyungang222061)

AbstractBased on the analysis of three intercept trajectories of anti-torpedo torpedo (ATT)， an approach to design a direct and converse intercept trajectory of anti-torpedo torpedo is given. By running directly close to target course line， then turning to intercept conversely， intercepting torpedo can not only be earlier but also reduce the impact of distance and course error， therefore the effect of anti-torpedo and the vessel’s survival ability is improved.

Key Wordsanti-torpedo torpedo (ATT), intercept trajectory, converse intercept