自導(dǎo)水雷迎頭攻擊首次捕獲目標(biāo)概率計(jì)算方法

黃 強(qiáng)，王 維，劉 成

(中國船舶重工集團(tuán)公司第七一〇研究所，湖北 宜昌 443003)

自導(dǎo)水雷迎頭攻擊首次捕獲目標(biāo)概率計(jì)算方法

黃 強(qiáng)，王 維，劉 成

(中國船舶重工集團(tuán)公司第七一〇研究所，湖北 宜昌 443003)

自導(dǎo)水雷迎頭攻擊是指目標(biāo)剛進(jìn)入攻擊區(qū)域即進(jìn)行迎面攔截的一種攻擊決策方式。本文在分析自導(dǎo)水雷迎頭攻擊方式的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出該方式水雷首次捕獲目標(biāo)的概率計(jì)算模型。通過對模型的仿真分析，完成自導(dǎo)水雷攻擊決策的迎頭攻擊技術(shù)研究。

自導(dǎo)水雷;迎頭攻擊;首次捕獲目標(biāo)概率

0 引言

自導(dǎo)水雷具有封鎖半徑大及攻擊精度高等特點(diǎn)，一直受到各海軍大國的高度重視。自導(dǎo)水雷對應(yīng)不同的作戰(zhàn)目標(biāo)和作戰(zhàn)環(huán)境可以采取不同的攻擊決策方式［1］，以提高水雷對攻擊區(qū)域的控制能力。本文介紹自導(dǎo)水雷攻擊決策方式之一——迎頭攻擊，并建立了該攻擊方式下戰(zhàn)斗載荷首次捕獲目標(biāo)的概率計(jì)算模型，通過仿真分析，對自導(dǎo)水雷迎頭攻擊首次捕獲目標(biāo)概率計(jì)算方法進(jìn)行研究。

1 自導(dǎo)水雷攻擊決策的迎頭攻擊

圖1是目標(biāo)A、水雷、攻擊區(qū)域三者之間的關(guān)系圖，其中O點(diǎn)是水雷在水下的布放點(diǎn)，陰影部分為水雷在目標(biāo)所在深度攻擊區(qū)域投影，其半徑為R，目標(biāo)與水雷深度差為h。

自導(dǎo)水雷迎頭攻擊方式是指當(dāng)水雷被動(dòng)探測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)A進(jìn)入攻擊區(qū)域，即以恒定速度和恒定角度釋放戰(zhàn)斗載荷向目標(biāo)所在深度爬升。當(dāng)戰(zhàn)斗載荷爬升到達(dá)目標(biāo)所在深度后，開啟自導(dǎo)系統(tǒng)，按照預(yù)先設(shè)定的運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)(荷扇形探測區(qū)域內(nèi))，如圖2所示。戰(zhàn)斗載荷探測到目標(biāo)即認(rèn)為是捕獲目標(biāo)，并對目標(biāo)實(shí)施攻擊，如圖3所示。其中，O點(diǎn)是水雷布放點(diǎn)在目標(biāo)所在深度的投影，實(shí)線圓表示水雷的攻擊區(qū)域邊界，虛線圓表示戰(zhàn)斗部按與水平面成一定夾角爬升到水面時(shí)的位置所組成的集合，目標(biāo)航跡如圖中所示(方向不定)，其與攻擊區(qū)域邊界的交點(diǎn)分別為X1和X2。

根據(jù)迎頭攻擊的特點(diǎn)，擬定攻擊決策內(nèi)容如下:

1)釋放戰(zhàn)斗載荷的時(shí)刻觀察到目標(biāo)進(jìn)入攻擊區(qū)域。

2)戰(zhàn)斗載荷爬升到水面的位置在虛線圓上距目標(biāo)最近的點(diǎn)。

3)戰(zhàn)斗載荷爬升到水面后的運(yùn)動(dòng)方向指向目標(biāo)。

4)假設(shè)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向?yàn)槟繕?biāo)點(diǎn)處法線指向中心點(diǎn)這邊的任意方向。

2 戰(zhàn)斗載荷首次捕獲目標(biāo)概率計(jì)算方法

2.1 參數(shù)定義

1)深度傳感器測量深度h;誤差e3，m;

2)大地坐標(biāo)系下目標(biāo)俯仰角α0計(jì)算誤差e4，m;

3)大地坐標(biāo)系下目標(biāo)方位角β0計(jì)算誤差e5，m;

4)攻擊半徑R，m;

5)戰(zhàn)斗載荷爬升速度v1，m/s;爬升角度α1，rad;水面運(yùn)動(dòng)速度v2，m/s;

6)戰(zhàn)斗載荷扇形探測區(qū)域半徑R1，m;角度α2，rad;

7)目標(biāo)速度v，m/s。

2.2 研究思路

以O(shè)X1的連線為X軸建立新的坐標(biāo)系，則目標(biāo)在水平面的坐標(biāo)為(X0，Y0);

2.3 建立模型

對于給定的R，R1，h和扇面角度 α2(°)，以及目標(biāo)速度v，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后以角度α1發(fā)射戰(zhàn)斗載荷到X3，所用時(shí)間為:

設(shè)目標(biāo)觀測時(shí)實(shí)際位置為M(x，y)，戰(zhàn)斗載荷到達(dá)X3時(shí)探測區(qū)域的2條直線邊為L1和L2。在此坐標(biāo)系下，L1和L2的方程為:

其中，x－h(huán)tan α1＞0，則可計(jì)算M到L1和L2的距離分別為d1和d2。先考慮M在第一象限。此時(shí)y＞0，d1＜d2。記a=tan α2，b= －h(huán)tan α1tan α2，

圖4 新坐標(biāo)系下戰(zhàn)斗載荷與目標(biāo)位置關(guān)系圖Fig.4 Relation of position between warhead and target in new frame

設(shè)目標(biāo)在點(diǎn)M(x，y)被捕獲的概率為p(x，y)，則所求的捕獲概率為

2.4 仿真分析

對水雷戰(zhàn)斗載荷首次捕獲目標(biāo)概率計(jì)算模型仿真。選擇參數(shù)［4］如下:深度差 100，200，300m;目標(biāo)速度4，7，10，12，15 m/s;爬升角度 45°;爬升速度12.5 m/s;水平面速度25 m/s;攻擊半徑1 500 m;搜索半徑1 500 m，搜索張角40°，仿真計(jì)算獲得概率計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 數(shù)值仿真結(jié)果Tab.1 Numerical simulations

仿真結(jié)果表明，目標(biāo)進(jìn)入封鎖區(qū)域，定位系統(tǒng)獲取的目標(biāo)參數(shù)信息完整，可以計(jì)算出較準(zhǔn)確地目標(biāo)位置，當(dāng)目標(biāo)速度不是太高，水雷與目標(biāo)間的深度差不是太大(小于300 m)時(shí)，捕獲概率較高，可采取本攻擊方式。隨著水雷與目標(biāo)間深度差和目標(biāo)速度的增加，戰(zhàn)斗載荷攻擊行程較大，被目標(biāo)發(fā)現(xiàn)并作出規(guī)避反應(yīng)的時(shí)間較長，捕獲概率隨之急劇降低，此時(shí)不適合采取本攻擊方式。

3 結(jié)語

本文在介紹自導(dǎo)水雷迎頭攻擊方式的基礎(chǔ)上，提出了迎頭攻擊方式下的攻擊決策方法，推導(dǎo)出包含測量誤差信息的水雷首次捕獲目標(biāo)概率計(jì)算數(shù)學(xué)模型，結(jié)合仿真研究結(jié)果，分析該攻擊方式下水雷引信的整體作戰(zhàn)效能，該成果可直接應(yīng)用于水雷攻擊決策，以增強(qiáng)水雷的區(qū)域控制能力。

［1］許三祥.目標(biāo)跟蹤技術(shù)應(yīng)用于水雷引信［J］.水雷戰(zhàn)與艦船防護(hù)，2004，(3):29 －32.

［2］黃強(qiáng).水雷定位誤差研究［J］.水中兵器，2009，(3).

［3］李慶揚(yáng)，等.數(shù)值計(jì)算原理［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2000.

［4］王維，等.卡爾曼濾波技術(shù)在水雷上的應(yīng)用［J］.水雷戰(zhàn)與艦船防護(hù)，2006，(4):31 －35.

Rearch on the method to calculate the probability of the target which is locked firstly in direct attack mode for homing mine

HUANG Qiang，WANG Wei，LIU Cheng
(The 710 Researoh Institute of CSIC，Yichang 443003，China)

The direct attack mode is one of the homing mine's attack decision mode by which the target will be attacked face to face who get into the mine's attck area.Based on the analyse of the homing mine's direct attack mode，the model to calculate the probability of the target which is locked at the first time is researched into detailedly.By numerical simulation，we get some very useful conclusion about the homing mine's direct attack decision.

homing mine;direct attack;the probability of the target which is locked fi rstly

E925.21

A

1672－7649(2012)03－0115－03

10.3404/j.issn.1672－7649.2012.03.026

2011－06－17;

2011－12－21

黃強(qiáng)(1982－)，男，工程師，研究方向?yàn)樗卓傮w設(shè)計(jì)。