典型追擊方式下Benchmark潛艇目標強度仿真研究?

潘明鄧偉

（91388部隊94分隊 湛江 524022）

1 引言

魚雷是水下最具威脅力的主戰武器之一，聲自導魚雷是現代魚雷發展的趨勢，它能通過聲自導系統將魚雷導向目標，其中目標強度是魚雷自導系統和主動聲納方程中主要技術指標。目標強度在魚雷捕獲、追蹤、識別目標整個過程中起著重要的作用，許多情況下我們往往把目標強度簡單地認為是一固定的值，然而目標在不同方位角上的值是不同的，而且目標回波強度與入射波束開角緊密相關。實戰中當魚雷攻擊目標時目標會采取相應的規避和逃逸方式，兩者的位置一直在發生變化，在近距離情況下由于受到魚雷波束扇面限制波束照射到的目標面積也會跟隨著變化，導致魚雷自導系統獲得的目標強度有很大的變化。基于上述情況針對魚雷導引彈道下運動目標回波強度研究更加貼近實戰背景，更具實戰意義。本文對典型追擊方式下Benchmark潛艇目標強度進行了仿真研究。

2 魚雷典型導引彈道

魚雷常用的導引方法有：尾追法（直接瞄準導引法）、固定提前角、平行接近法、可變提前角法等。由于可變提前角導引法受到多種因素影響，情況較為復雜，本文不作考慮，只對前面三種方法加以仿真計算。圖1為魚雷和潛艇目標關系示意圖。

1）尾追法，又稱直接瞄準導引法，用這種方導引時魚雷的運動方向始終對準目標，最后命中目標部位是尾部，如圖2所示。

2）固定提前角導引法，在追蹤目標過程中，魚雷的運動方向與目標方位線之間保持一個固定的提前角，最后與目標相遇時命中目標的側舷，如圖3所示。

圖1 雷與潛艇目標運動關系

圖3 固定提前角導引法

3）平行接近導引法，在追蹤目標過程中，不同時刻魚雷中心與目標中心之間的連線始終保持平行的運動，最后與目標相遇時命中目標的側舷，如圖4所示。

圖4 平行接近法

3 Benchmark潛艇目標強度仿真計算

3.1 尾追法下潛艇目標強度仿真

尾追法是魚雷自導中最常用的一種方法，其提前角為零。為了簡單起見，本文假定魚雷與目標處于同一深度，魚雷提前角ηT=0，考慮魚雷波束開角 2α=60°，目標舷角=0，作水平直線運動，魚雷采用尾追法追擊目標作直線運動的潛艇［2］。

1）建立平面坐標系xy：A(x1y1)，B(x2y2)；

2）在計算時取步長間隔為Δt，這樣就可以計算每一時刻點的坐標，設在t時刻的坐標為(xiyi)，則在t+Δt時刻的坐標為

3）計算中當兩者之間的距離d＜設定值時計算結束；

4）對兩者對應的每一點進行連線即代表魚雷速度瞬間矢量方向。

魚雷速度設定為50kn，潛艇目標速度設定為15kn和20kn兩種情況。將需要的關鍵參數保存作為板塊元程序輸入參數，這樣可以計算出不同時刻的目標回波強度。圖5和圖6是信號頻率為20kHz的相對應的目標回波強度隨距離變化［4］。

圖5 目標（Benchmark潛艇）回波強度（ν雷：ν艇=50:15）

上圖仿真參數除了目標航速不同之外其它參數都保持相同。通過對圖5、圖6仿真結果進行分析可以得出以下結論：隨著魚雷與目標速度之比（vB:vA）減小，魚雷命中目標的航程將會增加，末段魚雷與目標的舷角趨于零，兩者成直線運動，目標回波強度趨于常值。由于入射方位角的變化，潛艇目標回波強度起伏劇烈，總體存在變小的趨勢，起伏變化規律與靜止目標相比存在較大的差異［5］。

3.2 固定提前角法潛艇目標強度仿真

固定提前角導引法也是魚雷最常用的一種導引方法，顧名思義其提前角ηT＝常值，在和尾追法相比此方法在數學建模時增加了一個提前角ηT。

下面是魚雷波束開角2α=60°，魚雷航速為50kn，目標航速為20kn，針對提前角不同做了如下幾種工況仿真。工況1：目標初始坐標（0，0），魚雷初始坐標（0，800），魚雷固定提前角ηT=5°；工況2：目標初始坐標（0，0），魚雷初始坐標（0，800），魚雷固定提前角ηT=15°［3］；工況3：目標初始坐標（0，0），魚雷初始坐標（0，800），魚雷固定提前角ηT=30°［6］。

圖7 工況1和工況2固定提前角法Benchmark潛艇目標回波強度

圖8 工況1和工況3固定提前角法Benchmark潛艇目標回波強度

通過對圖7、圖8的仿真結果進行分析可以得出以下結論：魚雷在固定提前角方式下攻擊潛艇運動目標時，隨著兩者距離的接近，目標回波強度趨于逐漸變小；提前角小于魚雷波束開角的情況下運動目標回波強度大小與提前角大小關系不大；提前角為30°時的目標強度要比提前角為5°時小5dB左右，這說明：魚雷在采用固定提前角導引時，提前角不能隨意設定，當魚雷波束開角超出臨界角時，運動目標回波強度隨著提前角的增大相應地變小，出現這種情況也正好說明由于魚雷波束開角的限制，在提前角大于臨界角時，魚雷波束開角只能照射潛艇表面一部分。

3.3 平行接近法潛艇目標強度仿真

平行接近法也是魚雷常用的一種導引法，潛艇速度設定為20Kn，魚雷速度設定為50Kn。設置如下三種工況仿真：

工況1：目標初始坐標（100，0），魚雷初始坐標（0，800），魚雷波束開角100度；工況2：目標初始坐標（300，0），魚雷初始坐標（0，800），魚雷波束開角100°；工況3：目標初始坐標（300，0），魚雷初始坐標（0，800），魚雷波束開角為60°。

圖9 工況1和工況2平行接近法Benchmark潛艇目標回波強度

圖10 工況3平行接近法Benchmark潛艇目標回波強度

對圖9、圖10的仿真結果進行分析可以發現：由于受到入射方位角影響工況2獲取的目標表面積比工況1大，導致初始位置設置較遠的工況2的目標回波強度比工況1的目標回波強度大5dB左右，這說明目標相距魚雷較遠時采用平行接近法獲取的目標回波強度有利；在魚雷波束開角較大情況下采用平行接近法獲取目標回波強度有利，工況3情況下的目標回波強度，由于魚雷波束開角小，魚雷從初始位置追擊距目標距離378m后魚雷波束無法照射運動目標，魚雷丟失目標，這樣一來就會造成魚雷再次進入搜索階段，消耗魚雷的有效航程。

4 結語

本文對魚雷三種典型追擊方式下Benchmark潛艇的目標強度進行了仿真，結果發現魚雷采用不同的追擊方法，潛艇回波強度存在較大的差別，即使采用同一種追擊方法，不同的入射方位角，潛艇的目標強度也存在一定的差異。因此在實際的戰術環境下，需要判斷各種情況，選擇合適的追擊方法以及入射角，這樣才能取得較好的戰術效果。