水面艦艇純機(jī)動規(guī)避線導(dǎo)魚雷航向研究

陳顏輝，谷秀明

(1.江蘇自動化研究所，江蘇 連云港 222006;

2.解放軍92330部隊(duì)，山東 青島 266102;3.海軍潛艇學(xué)院，山東 青島 266071)

純機(jī)動規(guī)避是指水面艦艇不依靠任何軟硬殺傷器材、單純采取規(guī)避機(jī)動對抗魚雷的方式，主要用于尚未裝備相應(yīng)防御器材的水面艦船防御來襲魚雷，同時純機(jī)動規(guī)避也是水面艦船采取多種手段綜合防御魚雷的技術(shù)基礎(chǔ)。關(guān)于水面艦艇對潛射直航魚雷、聲自導(dǎo)魚雷和尾流自導(dǎo)魚雷的純機(jī)動規(guī)避策略，經(jīng)過多年研究，目前已經(jīng)形成了一系列比較成熟的結(jié)論［1-5］，但關(guān)于水面艦艇對潛射線導(dǎo)魚雷的純機(jī)動規(guī)避策略，尤其是規(guī)避航向問題，目前還未形成一致性看法。本文以水面艦艇防御“線導(dǎo)+聲自導(dǎo)”魚雷為例，從導(dǎo)引規(guī)律、規(guī)避目的以及裝備性能著手，探討純機(jī)動規(guī)避的航向求取問題。

1 線導(dǎo)魚雷攻擊規(guī)律

對于潛艇火控系統(tǒng)所采取的線導(dǎo)導(dǎo)引方法，目前學(xué)術(shù)界先后提出了近20種，根據(jù)導(dǎo)引目的不同，可將其歸納為現(xiàn)在方位導(dǎo)引法、修正方位導(dǎo)引法、前置點(diǎn)導(dǎo)引法和人工導(dǎo)引法四類［6］。

現(xiàn)在方位導(dǎo)引是指潛艇在ti時刻始終將位于ti-1時刻目標(biāo)方位線上的魚雷(或自導(dǎo)形心)導(dǎo)向當(dāng)前目標(biāo)方位線。由于現(xiàn)在方位導(dǎo)引所要求的目標(biāo)信息少、無需求解運(yùn)動要素，被世界各國潛艇部隊(duì)視為首選導(dǎo)引方法，特別對曲折機(jī)動目標(biāo)而言更是唯一可行的導(dǎo)引方法。

修正方位導(dǎo)引是指在導(dǎo)引過程中，潛艇將魚雷導(dǎo)引到偏離目標(biāo)當(dāng)前方位一定角度的某一方位線上，旨在避免魚雷航行輻射噪聲干擾潛艇聲納對目標(biāo)的跟蹤。但隨著魚雷不斷遠(yuǎn)離發(fā)射艇，繼續(xù)保持這種偏離角必然會造成魚雷與目標(biāo)當(dāng)前方位偏距的增大，難以捕獲目標(biāo)。因此該法主要應(yīng)用于導(dǎo)引段的前期或中前期。

前置點(diǎn)導(dǎo)引就是將魚雷導(dǎo)向目標(biāo)運(yùn)動的預(yù)期位置點(diǎn)，前提是潛艇火控系統(tǒng)必須預(yù)先解算出目標(biāo)運(yùn)動要素。由于水下潛艇被動解算目標(biāo)運(yùn)動要素收斂時間長，若水面艦艇適時采取曲折機(jī)動，更可使解算工作無法進(jìn)行。因此，前置點(diǎn)導(dǎo)引應(yīng)用條件較為苛刻，在實(shí)際運(yùn)用中意義不大。

人工導(dǎo)引是將魚雷導(dǎo)引至人為指定點(diǎn)或調(diào)整到指定航向。一般是在不宜自動導(dǎo)引時采用，如線導(dǎo)初期的偏離角修正、線導(dǎo)中期的導(dǎo)引方法轉(zhuǎn)換、受干擾或誘騙時的目標(biāo)選擇等情形。受到人為定性判斷的局限性影響，人工操作很難對魚雷進(jìn)行實(shí)時、持續(xù)的導(dǎo)引。

綜合分析圖1中潛射線導(dǎo)魚雷攻擊過程與制導(dǎo)原理可知，根據(jù)各個攻擊階段采用的導(dǎo)引方法不同，控制魚雷航行狀態(tài)的主體也不同，既可能是潛艇火控系統(tǒng)，也可能是魚雷本身的自導(dǎo)系統(tǒng)，還可能是艇上操作控制人員，這些控制主體可在一定條件下實(shí)現(xiàn)交替轉(zhuǎn)換。因此在水面艦艇防御線導(dǎo)魚雷行動中，既應(yīng)考慮到線導(dǎo)魚雷所處的攻擊階段以及所采取的導(dǎo)引方法，也應(yīng)考慮到不同的制導(dǎo)主體及其相互轉(zhuǎn)換的條件，權(quán)衡各種影響因素來確定防御魚雷措施。

圖1 線導(dǎo)魚雷綜合制導(dǎo)過程

2 純機(jī)動規(guī)避的實(shí)際航向

由于線導(dǎo)魚雷導(dǎo)引方式的特殊性，水面艦艇實(shí)施純機(jī)動規(guī)避時需要綜合考慮制導(dǎo)主體、規(guī)避目的、平臺性能等多種因素，下面通過仿真分析純機(jī)動規(guī)避航向選擇及影響因素。

2.1 規(guī)避目的

對于水面艦艇純機(jī)動規(guī)避策略的求取，首先應(yīng)圍繞兩種基本攻擊階段確定本艦規(guī)避目的，即針對線導(dǎo)導(dǎo)引階段魚雷的規(guī)避和針對自導(dǎo)攻擊階段魚雷的規(guī)避，以此為基礎(chǔ)進(jìn)一步確定規(guī)避機(jī)動方式。

對處于線導(dǎo)導(dǎo)引階段的魚雷，實(shí)施線導(dǎo)導(dǎo)引的前提是潛艇能夠利用其綜合聲納持續(xù)可靠地跟蹤目標(biāo)噪聲。無論水面艦艇采取何種規(guī)避方式，只要不能擺脫敵潛艇的聲納跟蹤，也就無法阻止魚雷沿著潛艇-艦艇方位線不斷逼近的事實(shí)。在這種情況下，水面艦艇依靠規(guī)避機(jī)動應(yīng)達(dá)到的目的為:擺脫敵潛艇的聲納跟蹤;最大限度地消耗魚雷航程。

對處于自導(dǎo)攻擊階段的魚雷，由于依靠自導(dǎo)系統(tǒng)攻擊目標(biāo)的誤差要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于線導(dǎo)導(dǎo)引誤差，因此不再依靠潛艇線導(dǎo)導(dǎo)引，而是采取自主攻擊。對于早期線導(dǎo)魚雷，潛艇可認(rèn)為此時導(dǎo)引已結(jié)束并切斷導(dǎo)線，但對當(dāng)前大多新型線導(dǎo)魚雷，潛艇不會輕易切斷導(dǎo)線，而是處于線導(dǎo)監(jiān)控狀態(tài)，一旦認(rèn)為魚雷在追蹤過程中丟失目標(biāo)或受到干擾，潛艇可隨時恢復(fù)線導(dǎo)導(dǎo)引。因此，水面艦艇針對這一階段魚雷實(shí)施規(guī)避機(jī)動應(yīng)達(dá)到的目的為:最大限度地消耗魚雷航程;規(guī)避可恢復(fù)的線導(dǎo)導(dǎo)引攻擊。

文獻(xiàn)［7］中對以上兩種態(tài)勢下水面艦艇的規(guī)避策略進(jìn)行了系統(tǒng)闡述，指出:受很多隨機(jī)性因素影響，水面艦艇依靠純機(jī)動方式很難成功擺脫敵潛艇聲納跟蹤以及魚雷自導(dǎo)攻擊，但是可以達(dá)到一個確定性的戰(zhàn)術(shù)意圖，即最大限度地消耗魚雷航程，延緩本艦被魚雷捕獲和命中的時間。

2.2 規(guī)避仿真

分析線導(dǎo)魚雷的彈道特征可知，在沒有考慮到延遲時間影響的理想狀態(tài)下，無論魚雷處于線導(dǎo)導(dǎo)引階段還是自導(dǎo)攻擊階段，水面艦艇將其置于艦尾180°舷角高速脫離時，都可以達(dá)到最大限度消耗魚雷航程并遠(yuǎn)離同方位上發(fā)射艇的目的。但在實(shí)際對抗中，由人員的反應(yīng)決策和艦艇的轉(zhuǎn)向旋回所造成的延誤時間可能對水面艦艇的最佳規(guī)避航向產(chǎn)生較大影響，對此可通過仿真進(jìn)行探討。

令水面艦艇、潛艇和魚雷航速分別為VW=20kn、VQ=2kn～8kn、VT=50kn;指揮員的反應(yīng)決策時間取td=10s，艦艇旋回角速度 ω =1.7°/s～ 2.0°/s，轉(zhuǎn)向后采取最大航速Va=30kn實(shí)施規(guī)避。魚雷發(fā)射距離本艦14000m，聲自導(dǎo)距離1800m，末制導(dǎo)采取尾追攻擊。潛艇采取現(xiàn)在方位形心法導(dǎo)引魚雷，導(dǎo)引公式為［8］

其中，HT、HQ分別為魚雷和潛艇的航向，rTQ為魚雷到發(fā)射艇的距離，βTQi、βQWi分別為ti時刻魚雷及水面艦艇相對發(fā)射艇的方位，KTy=0.04s-1為彈道品質(zhì)的調(diào)整系數(shù)。

通過設(shè)定不同的魚雷報(bào)警舷角XW和報(bào)警距離DT來運(yùn)行仿真程序，記錄水面艦艇選擇不同航向規(guī)避后的生存時間t，顯然，最長生存時間tmax對應(yīng)著魚雷的最大航程消耗。

圖2給出了在魚雷報(bào)警舷角XW=120°、報(bào)警距離DT=4000m態(tài)勢下，水面艦艇將魚雷置于120°、140°、160°和180°舷角高速規(guī)避時的仿真情況?？梢灾庇^看出，考慮到延誤時間的影響，實(shí)際消耗魚雷航程最大的方向并不是將魚雷置于艦尾180°舷角的規(guī)避方向。

圖2 不同規(guī)避航向所消耗的魚雷航程示意圖

將水面艦艇生存時間［tmax-2s，tmax］區(qū)間內(nèi)所對應(yīng)的規(guī)避航向范圍作為水面艦艇的最佳規(guī)避航向，通過對大量仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、擬合，得到ω=1.7°/s時消耗魚雷航程最大的規(guī)避航向范圍如圖3所示，ω=2.0°/s時消耗魚雷航程最大的規(guī)避航向范圍如圖4所示。每組中分別給出了水面艦艇在3000m和6000m報(bào)警時的最佳規(guī)避航向范圍，其中橫坐標(biāo)為魚雷報(bào)警舷角XW，縱坐標(biāo)為水面艦艇規(guī)避方向與魚雷報(bào)警方位的夾角。

2.3 結(jié)果分析

通過分析水面艦艇對抗線導(dǎo)魚雷的規(guī)避目的、規(guī)避方式以及仿真結(jié)果，可以將水面艦艇純機(jī)動規(guī)避潛射線導(dǎo)魚雷的實(shí)際航向分布規(guī)律概括如下。

1)當(dāng)發(fā)射艇的航速、航向和發(fā)射距離等參數(shù)在可估測范圍內(nèi)出現(xiàn)較大波動時，圖3、圖4中各陰影區(qū)域并無明顯變化。但是當(dāng)艦艇旋回角速度ω與仿真數(shù)據(jù)有較大出入時，陰影區(qū)域的變化會相對明顯。一般來說，機(jī)動性能好的中小型水面艦艇旋回速率快，陰影區(qū)域會向上偏移;機(jī)動性能差的大型水面艦艇旋回速率慢，陰影區(qū)域會向下偏移。在實(shí)際應(yīng)用中，需要針對不同水面艦艇的具體性能參數(shù)確定該型艦艇的純機(jī)動規(guī)避最佳航向范圍。

圖3 ω=1.7°/s時的最佳規(guī)避航向范圍

圖4 ω=2.0°/s時的最佳規(guī)避航向范圍

2)在影響最佳規(guī)避航向范圍變化的所有因素中，起主導(dǎo)作用的仍然是魚雷報(bào)警舷角XW和報(bào)警距離DT。對水面艦艇來講，魚雷報(bào)警舷角XW是可以獲取且相對準(zhǔn)確的，而報(bào)警距離DT通常只能依靠估測，且誤差較大。在實(shí)際對抗中，可利用估距區(qū)間［DTmin，DTmax］的兩端點(diǎn)求得規(guī)避航向范圍的重疊區(qū)域，進(jìn)而確定實(shí)際規(guī)避航向范圍，但在近距小舷角出現(xiàn)報(bào)警時，應(yīng)盡可能減小距離DT的估測誤差，以避免估距區(qū)間［DTmin，DTmax］兩端點(diǎn)對應(yīng)的規(guī)避航向范圍出現(xiàn)交集為空的現(xiàn)象。

3)在給定的仿真數(shù)據(jù)下，若魚雷報(bào)警距離DT較遠(yuǎn)或報(bào)警舷角XW≥150°，則水面艦艇應(yīng)將盡快走出敵潛艇聲納探測范圍作為首要考慮因素，并兼顧最大限度耗費(fèi)魚雷航程的需要，此時這兩種戰(zhàn)術(shù)意圖的實(shí)現(xiàn)并無明顯沖突，其最佳規(guī)避航向基本都是一致的，即將魚雷方位置于艦尾大舷角高速脫離。

4)在給定的仿真數(shù)據(jù)下，若魚雷報(bào)警距離DT較近且報(bào)警舷角XW＜150°，則水面艦艇盡快遠(yuǎn)離敵潛艇的規(guī)避航向與最大限度消耗魚雷航程的規(guī)避航向沖突較大。考慮到此時態(tài)勢相對緊迫，應(yīng)將最大限度消耗魚雷航程作為首要考慮內(nèi)容，并兼顧盡快遠(yuǎn)離敵潛艇的戰(zhàn)術(shù)需要，因此可選擇圖3或圖4規(guī)避航向范圍的上限作為實(shí)際規(guī)避航向。

以上是按照潛艇采取現(xiàn)在方位法導(dǎo)引魚雷展開的分析，若潛艇采取前置點(diǎn)導(dǎo)引法則會大大縮短魚雷攻擊航程，也不利于水面艦艇實(shí)施上述規(guī)避策略。因此，水面艦艇在通過敵潛艇威脅區(qū)時有必要采取曲折機(jī)動，這種機(jī)動方式經(jīng)長期戰(zhàn)爭實(shí)踐已證實(shí)有利于防御潛射直航和自導(dǎo)魚雷攻擊，在對抗現(xiàn)代的線導(dǎo)魚雷攻擊中還可迫使敵潛艇只能以現(xiàn)在方位法導(dǎo)引魚雷。然而水面艦艇在高速規(guī)避線導(dǎo)魚雷過程中不應(yīng)再實(shí)施曲折機(jī)動，除非確認(rèn)本艦已走出潛艇聲納探測范圍，否則會降低本艦相對魚雷的逃離速度。

3 結(jié)束語

水面艦艇純機(jī)動規(guī)避線導(dǎo)魚雷最明顯的效果就是延緩魚雷的命中時間，但無法根除魚雷威脅。在純機(jī)動規(guī)避分析原理的基礎(chǔ)上，需進(jìn)一步加強(qiáng)規(guī)避機(jī)動與軟硬殺傷器材的綜合運(yùn)用研究，才能有效提高本艦的生存概率。

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