自航式聲誘餌對抗下的反潛助飛魚雷射擊效率建模與仿真

孫常存, 袁 鵬, 王 旅

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自航式聲誘餌對抗下的反潛助飛魚雷射擊效率建模與仿真

孫常存1, 袁 鵬2, 王 旅3

(1.中國人民解放軍 91439部隊, 遼寧 大連, 116041; 2.海軍裝備部駐西安地區(qū)軍事代表局, 陜西 西安, 710054; 3.中國人民解放軍 91278部隊, 遼寧 大連, 116041)

為研究對抗條件下反潛助飛魚雷的射擊效率, 根據(jù)自航式聲誘餌對抗下的反潛助飛魚雷典型對潛作戰(zhàn)過程, 建立了潛艇使用自航式聲誘餌對抗魚雷的對抗模型, 分析了反潛助飛魚雷反對抗策略, 并以捕獲概率作為射擊效率的評定指標(biāo), 建立了基于蒙特卡羅法的射擊效率模型, 通過仿真計算, 定量分析了射擊距離、射擊方式以及對抗因素對射擊效率的影響。仿真結(jié)果表明, 射擊效率隨射擊距離的增大而減小,采用對目標(biāo)前置點射擊方式可有效提升射擊效率, 研究結(jié)論可為研究反潛助飛魚雷作戰(zhàn)使用方法和發(fā)揮其作戰(zhàn)效能提供參考。

助飛魚雷; 自航式聲誘餌; 對抗; 射擊效率

0 引言

艦載反潛助飛魚雷采用導(dǎo)彈和魚雷技術(shù), 利用助飛火箭帶載輕型聲自導(dǎo)魚雷在空中飛行,當(dāng)?shù)竭_(dá)目標(biāo)區(qū)域上方時, 經(jīng)雷箭分離、雷傘分離等動作后, 輕型自導(dǎo)魚雷入水并開始自動搜索、跟蹤、攻擊潛艇。由于兼?zhèn)淞藢?dǎo)彈和魚雷的優(yōu)點, 艦載反潛助飛魚雷具有射程遠(yuǎn)、航速高和戰(zhàn)術(shù)使用突發(fā)性強(qiáng)等特點, 有效彌補(bǔ)了艦載管裝魚雷航程小、艦載機(jī)空投魚雷安全系數(shù)低的不足, 逐步成為現(xiàn)代水面艦艇的重要反潛作戰(zhàn)武器[1-2]。

目前, 在研究反潛助飛魚雷射擊效率時一般僅考慮目標(biāo)探測平臺、魚雷及目標(biāo)潛艇的性能參數(shù)的影響[3-5], 文獻(xiàn)[6]研究了噪聲干擾器對抗的火箭助飛魚雷射擊效率, 關(guān)于聲誘餌對抗條件下反潛助飛魚雷射擊效率的研究較少。鑒于此, 文中以捕獲概率作為射擊效率的評定指標(biāo), 在自航式聲誘餌對抗模式下, 建立反潛助飛魚雷的射擊效率模型, 利用統(tǒng)計模擬法進(jìn)行仿真, 計算得出了自航式聲誘餌對抗條件下反潛助飛魚雷的捕獲概率, 并對仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。

1 初始作戰(zhàn)態(tài)勢模型

2 潛艇的魚雷對抗模型

設(shè)定潛艇、自航式聲誘餌和魚雷的對抗陣位態(tài)勢關(guān)系, 如圖2所示。

2.1 自航式聲誘餌運(yùn)動模型

潛艇使用自航式聲誘餌時, 聲誘餌的初始航向是其作戰(zhàn)使用中高于一切的因素[7]。聲誘餌航向的選擇應(yīng)遵循使聲誘餌比潛艇先被魚雷自導(dǎo)發(fā)現(xiàn), 并且在魚雷追上聲誘餌時盡可能地遠(yuǎn)離潛艇。通常聲誘餌航向可取為: ①沿魚雷報警方位航行(魚雷相對潛艇的方位角); ②沿本艇原來航向航行; ③當(dāng)報警距離較近時, 聲誘餌的最優(yōu)發(fā)射航向為按正常提前角發(fā)射; 當(dāng)報警距離較遠(yuǎn)時, 聲誘餌的最優(yōu)發(fā)射航向為按魚雷報警方位發(fā)射[8]。

2.2 自航式聲誘餌干擾模型

自航式聲誘餌可以模擬產(chǎn)生潛艇輻射噪聲, 從而誘騙魚雷被動聲自導(dǎo)系統(tǒng), 通過應(yīng)答產(chǎn)生潛艇目標(biāo)回波信號, 達(dá)到欺騙魚雷主動聲自導(dǎo)系統(tǒng)的目的。

魚雷自導(dǎo)系統(tǒng)搜索目標(biāo)過程中, 在真實目標(biāo)、潛艇和假目標(biāo)、自航式聲誘餌的同時作用下, 其探測結(jié)果取決于魚雷自導(dǎo)對目標(biāo)的識別能力, 過程較為復(fù)雜。為了便于分析討論, 這里僅對列舉可能產(chǎn)生的3種結(jié)果[9]: ①魚雷自導(dǎo)能夠探測到聲誘餌, 探測不到潛艇, 此時將聲誘餌作為目標(biāo)實施跟蹤; ②魚雷自導(dǎo)能夠探測到潛艇, 探測不到聲誘餌, 此時將潛艇作為目標(biāo)實施跟蹤; ③魚雷自導(dǎo)能夠同時探測到聲誘餌和潛艇, 考慮到魚雷自導(dǎo)對目標(biāo)識別的復(fù)雜性, 這里暫且作簡化處理, 以聲誘餌和潛艇兩者信號強(qiáng)度大的作為優(yōu)先捕捉對象。

3 魚雷反對抗模型

3.1 魚雷反對抗策略分析

當(dāng)受到自航式聲誘餌對抗時, 魚雷在識別出自航式聲誘餌之前, 將其當(dāng)作目標(biāo)進(jìn)行追蹤。當(dāng)完成識別后, 記憶聲誘餌當(dāng)前位置和運(yùn)動狀態(tài), 并向自航式聲誘餌運(yùn)行反方向旋回進(jìn)行環(huán)形搜索。此旋回搜索一直持續(xù)到魚雷對準(zhǔn)自航式聲誘餌最先被發(fā)現(xiàn)時所處位置, 然后沿此方向直航搜索, 如圖3魚雷航跡虛線所示。

3.2 魚雷反對抗彈道模型

在魚雷旋回運(yùn)動過程中, 計算自航式聲誘餌最先被發(fā)現(xiàn)時所處位置相對魚雷的方位, 當(dāng)魚雷旋回至該方向時停止旋回運(yùn)動, 開始沿此方向執(zhí)行直航搜索, 當(dāng)直航搜索到自航式聲誘餌最先被發(fā)現(xiàn)時所處位置后, 以設(shè)定的角速率執(zhí)行環(huán)形搜索, 如圖3魚雷航跡實線所示, 直至發(fā)現(xiàn)目標(biāo)或航行終止。

4 射擊效率仿真及結(jié)果分析

4.1 射擊方法

在實際作戰(zhàn)使用中, 根據(jù)獲取目標(biāo)運(yùn)動要素的情況, 反潛助飛魚雷會采用不同的射擊方式[4]。當(dāng)已知完整的目標(biāo)運(yùn)動要素時, 一般采用目標(biāo)前置點射擊法, 當(dāng)僅知目標(biāo)概略位置時, 可采用目標(biāo)現(xiàn)在點射擊法, 并且在魚雷空中飛行過程中, 若發(fā)射平臺判斷目標(biāo)已大機(jī)動遠(yuǎn)離魚雷預(yù)定落點, 則可以利用無線指令修正功能, 將新的目標(biāo)位置信息發(fā)送給魚雷, 從而在一定程度上縮小魚雷入水時與目標(biāo)的距離, 以此提高反潛助飛魚雷的射擊效率。

文中分別采用目標(biāo)現(xiàn)在點射擊、前置點射擊以及現(xiàn)在點射擊結(jié)合無線指令修正的射擊方法, 進(jìn)行射擊效率仿真研究。

4.2 仿真參數(shù)與誤差取值

想定一型反潛助飛魚雷, 其射程為10~50 km, 水下搜索彈道采用單純環(huán)搜模型, 自導(dǎo)檢測模型, 魚雷和目標(biāo)的相關(guān)技術(shù)參數(shù)及觀測誤差等均引自文獻(xiàn)[4]和文獻(xiàn)[10]。

4.3 仿真流程

按照反潛助飛魚雷作戰(zhàn)流程, 根據(jù)相關(guān)數(shù)學(xué)模型, 基于蒙特卡羅法進(jìn)行魚雷捕獲概率的仿真計算, 仿真計算程序流程如圖4所示。

4.4 仿真結(jié)果與分析

仿真項目1: 當(dāng)發(fā)出魚雷報警時, 敵潛艇不使用自航式聲誘餌實施對抗, 僅進(jìn)行機(jī)動規(guī)避, 對不同射擊方式、不同目標(biāo)距離下的捕獲概率進(jìn)行仿真計算, 仿真結(jié)果見表1。

仿真項目2: 當(dāng)發(fā)出魚雷報警時, 敵潛艇使用自航式聲誘餌實施對抗, 同時進(jìn)行機(jī)動規(guī)避, 對不同射擊方式、不同目標(biāo)距離下的捕獲概率進(jìn)行仿真計算, 仿真結(jié)果見表2。

依據(jù)表1和表2中的仿真計算結(jié)果, 對射擊方式不同、有無自航式聲誘餌對抗條件下的魚雷捕獲概率隨射擊距離的變化情況進(jìn)行對比分析, 如圖5所示。為檢驗自航式聲誘餌對抗下魚雷射擊效率的變化情況, 現(xiàn)定義“對抗效率”為對抗條件下魚雷捕獲概率相對無對抗時的下降程度, 則不同射擊方式下聲誘餌對抗效率隨射擊距離的變化如圖6所示。

表1 無聲誘餌對抗時仿真計算結(jié)果

表2 有聲誘餌對抗時仿真計算結(jié)果

通過上述仿真結(jié)果的分析, 得出以下結(jié)論:

1) 隨著射擊距離的增大, 捕獲概率均呈遞減趨勢變化, 對目標(biāo)現(xiàn)在點射擊時捕獲概率遞減速度較快, 采用無線指令修正后次之, 對目標(biāo)前置點射擊時遞減速度較慢。由此可見, 在實際作戰(zhàn)使用中, 當(dāng)目標(biāo)距離較遠(yuǎn)且發(fā)射平臺已解算出目標(biāo)運(yùn)動要素時, 優(yōu)先選取目標(biāo)前置點射擊方式以期達(dá)到最佳的射擊效率, 即便未能獲取完整的目標(biāo)運(yùn)動要素, 通過無線指令修正功能可在一定程度上提升目標(biāo)現(xiàn)在點射擊方式的射擊效率。

2) 在潛艇使用自航式聲誘餌對抗條件下, 對比無對抗條件下的魚雷捕獲概率降低了12%~ 35%, 其中對目標(biāo)前置點射擊時對抗效率最低且受射擊距離影響較小, 對目標(biāo)現(xiàn)在點射擊與無線指令修正方式下的對抗效率較高; 原因是對目標(biāo)前置點射擊方式以魚雷入水時刻的目標(biāo)可能位置作為瞄準(zhǔn)點, 不管射擊距離遠(yuǎn)近, 魚雷入水點均在潛艇目標(biāo)附近, 當(dāng)發(fā)現(xiàn)魚雷時, 用于機(jī)動規(guī)避和使用聲誘餌實施對抗的時間較短, 從而降低了對抗效率。由此可見, 與對目標(biāo)現(xiàn)在點射擊和無線指令修正方式相比, 對目標(biāo)前置點射擊方式可在一定程度上降低潛艇使用自航式聲誘餌實施對抗的效率, 從而提高魚雷自身的射擊效率。

3) 鑒于采用對目標(biāo)前置點射擊方式更加有利于提升反潛助飛魚雷的射擊效率, 應(yīng)著力增強(qiáng)有關(guān)聲吶探測設(shè)備的性能指標(biāo), 為在實戰(zhàn)中快速、準(zhǔn)確、完整地獲取目標(biāo)運(yùn)動要素提供保障, 以適應(yīng)反潛助飛魚雷作戰(zhàn)使用需求, 盡可能地發(fā)揮反潛助飛魚雷的射擊效率。

5 結(jié)束語

文中通過對自航式聲誘餌對抗下反潛助飛魚雷對潛作戰(zhàn)模式的分析, 建立了基于對抗的反潛助飛魚雷射擊效率模型, 通過仿真計算, 分析了對魚雷捕獲概率和聲誘餌對抗效率的主要影響因素。文中的仿真結(jié)果是建立在一定的敵我作戰(zhàn)態(tài)勢和作戰(zhàn)樣式下得出的, 然而在實際的敵我對抗過程中, 影響作戰(zhàn)效果的因素眾多, 有必要對此開展全面系統(tǒng)的專題研究。

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Modeling and Simulation on Firing Efficiency of Rocket Assisted Torpedo under Mobile Acoustic Decoy Countermeasure

SUN Chang-cun1, YUAN Peng2, WANG Lü3

(1.91439thUnit, The People’s Liberation Army of China, Dalian 116041, China; 2.Xi’an Representative Bureau, Naval Armament Department, Xi’an 710054, China; 3.91278thUnit, The People’s Liberation Army of China, Dalian 116041, China)

According to the typical anti-submarine operational process of a rocket assisted torpedo under mobile acoustic decoy countermeasure, a countermeasure model of a submarine using mobile acoustic decoy to counter an incoming torpedo is built, and the counter-countermeasure strategy of the rocket assisted torpedo is analyzed．Taking acquisition probability as an assessment specification of firing efficiency, a firing efficiency model is also built based on Monte Carlo method.Through simulation and calculation, the effects of firing distance, firing mode and countermeasure on the firing efficiency are quantitatively analyzed.Simulation results show that the firing efficiency decreases with the increase of firing distance, and the firing efficiency can be enhanced effectively by means of firing at the front point of a target.This work may provide a reference for studying operational application method of a rocket assisted torpedo and developing its operational effectiveness.

rocket assisted torpedo; mobile acoustic decoy; countermeasure; firing efficiency

TJ631.8; E925.23

A

2096-3920(2018)06-0555-06

10.11993/j.issn.2096-3920.2018.06.008

2018-03-05;

2018-07-19.

孫常存(1983-), 男, 博士, 工程師, 主要研究方向為魚雷制導(dǎo)與引信技術(shù).

孫常存, 袁鵬, 王旅.自航式聲誘餌對抗下的反潛助飛魚雷射擊效率建模與仿真[J].水下無人系統(tǒng)學(xué)報, 2018, 26(6): 555-560.

(責(zé)任編輯: 陳 曦)