基于平行航向的聲自導(dǎo)魚雷齊射研究

楊 俊

(中國人民解放軍92763部隊20分隊，遼寧 大連 116041)

魚雷作為現(xiàn)代海戰(zhàn)的殺手锏武器，充分發(fā)揮其作戰(zhàn)效能是使用者普遍關(guān)注的問題。一般情況下，單枚聲自導(dǎo)魚雷就具有較高的捕獲目標(biāo)概率，但當(dāng)面對海上強(qiáng)敵時，為確保首攻奏效、掌握戰(zhàn)場主動權(quán)，采取雙雷齊射是潛艇魚雷攻擊的最好選擇。

研究聲自導(dǎo)魚雷雙雷齊射，首先要避免魚雷互導(dǎo)問題，所謂“互導(dǎo)”［1］是指相鄰魚雷自導(dǎo)裝置開啟工作后，其中一條魚雷航行噪聲被另一條魚雷接收，導(dǎo)致一條魚雷對另一條魚雷的追蹤，從而改變了追蹤魚雷的預(yù)定搜索航向。即便對于主動自導(dǎo)魚雷，一條雷的航向噪聲對另一條魚雷自導(dǎo)接收裝置也會造成強(qiáng)背景干擾，嚴(yán)重影響其主動探測性能，同樣失去雙雷齊射的意義。因此，組織聲自導(dǎo)魚雷雙雷齊射，應(yīng)控制好魚雷展開散角，避免互導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)生，充分發(fā)揮其作戰(zhàn)效能。

本文以兩雷平行航向射擊為原理，建立了聲自導(dǎo)魚雷雙雷齊射的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而以某型聲自導(dǎo)魚雷為例，運(yùn)用Matlab工具［2］進(jìn)行了仿真分析，給出了雙雷齊射的最優(yōu)展開航程及展開散角的關(guān)系，最后以某次魚雷齊射攻擊為例，在解算出目標(biāo)距離的情況下給出了魚雷散角和最優(yōu)航程的選定方法。

1 魚雷聲自導(dǎo)工作原理

1.1 主動自導(dǎo)系統(tǒng)工作原理

魚雷主動自導(dǎo)系統(tǒng)的工作模型［3］如圖1所示，主動自導(dǎo)工作時，自導(dǎo)系統(tǒng)通過聲學(xué)發(fā)射基陣周期性地向海水中發(fā)射某種形式的聲波，當(dāng)發(fā)射的聲信號在海水信道中傳播時遇到目標(biāo)，則有一部分聲能量被反射回來，形成目標(biāo)反射信號，接收機(jī)接收這個回波信號和迭加在信號上的背景干擾，對它進(jìn)行處理，從而發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，進(jìn)而進(jìn)行目標(biāo)參量估計和識別，最后輸出操縱魚雷的指令，跟蹤目標(biāo)。

圖1 魚雷主動自導(dǎo)系統(tǒng)工作模型

魚雷自導(dǎo)系統(tǒng)工作在主動模式下，背景干擾主要是混響干擾，即由發(fā)射信號在信道中傳播時，由信道中的非均勻體產(chǎn)生的雜亂散射波迭加而成的干擾。混響掩蔽時的主動自導(dǎo)方程為

1.2 魚雷被動自導(dǎo)系統(tǒng)工作原理

魚雷被動自導(dǎo)系統(tǒng)工作原理［3］如圖2所示。顧名思義，魚雷被動自導(dǎo)系統(tǒng)工作時，自導(dǎo)本身不發(fā)射信號，接收機(jī)接收目標(biāo)輻射噪聲和迭加在其上的背景干擾，通過對接收信號進(jìn)行處理，確定目標(biāo)，進(jìn)而進(jìn)行目標(biāo)參量估計，指令系統(tǒng)根據(jù)接收機(jī)提供的有關(guān)信息，輸出操縱魚雷的指令，跟蹤目標(biāo)。

圖2 魚雷被動自導(dǎo)系統(tǒng)工作模型

被動模式下，魚雷的背景干擾主要是由魚雷的自噪聲和海洋環(huán)境噪聲干擾。被動自導(dǎo)方程為

由魚雷主/被動自導(dǎo)工作原理可以看出自導(dǎo)裝置是利用目標(biāo)輻射或反射的能量發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，齊射兩雷若距離較近，一條魚雷便會進(jìn)入另一條魚雷的自導(dǎo)扇面，形成兩條魚雷間的互相干擾，失去了魚雷齊射的意義。

2 魚雷平行航向齊射模型

組織魚雷進(jìn)行平行航向齊射，首先魚雷應(yīng)具有二次轉(zhuǎn)角功能，其基本思想［4］是齊射魚雷先按一定的散角α在主航向兩側(cè)展開，走完展開航程后再轉(zhuǎn)入與射擊主航向平行的航向上來搜索目標(biāo)。顯然相對于扇面齊射，平行航向齊射最大的優(yōu)點(diǎn)是魚雷自導(dǎo)扇面實(shí)現(xiàn)了連續(xù)遮蓋，避免了互導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)生且具有最高的目標(biāo)發(fā)現(xiàn)概率。由圖3可見，組織實(shí)施平行航向魚雷齊射關(guān)鍵是解決好魚雷的初始展開散角和展開航程問題。

圖3 平行航向齊射原理示意圖

從圖3可以看出要使相鄰兩雷轉(zhuǎn)入平行航向后兩雷自導(dǎo)扇面正好相銜接，兩雷間距應(yīng)滿足

則展開散角為

由于魚雷轉(zhuǎn)入平行航向之前是以扇面齊射形式展開，因此展開散角值不應(yīng)小于扇面齊射最小允許散角。由上式可以看出，在自導(dǎo)作用距離r及扇面開角一定的條件下，展開散角與展開航程具有確定的函數(shù)關(guān)系，一般是先固定展開散角再求出對應(yīng)的展開航程，即

易知魚雷最小展開航程應(yīng)不小于自導(dǎo)開機(jī)前的魚雷航程，也就是魚雷展開航程結(jié)束后自導(dǎo)裝置即開始工作。最大展開航程應(yīng)保證魚雷到達(dá)目標(biāo)預(yù)定散步區(qū)之前已轉(zhuǎn)入平行航向搜索，以確保魚雷有最高的目標(biāo)發(fā)現(xiàn)概率。在不同的展開散角與展開航程的組合中，對應(yīng)捕獲概率最高的展開航程稱為最優(yōu)展開航程。實(shí)際射擊中取以下簡化形式

優(yōu)化計算表明，展開航程系數(shù)K的取值范圍為0.6～0.7。本文取K=0.65，代入式(6)可得最優(yōu)展開航程ST。

3 仿真計算及分析

仿真條件:以某型聲自導(dǎo)魚雷為例，自導(dǎo)作用距離為900 m，自導(dǎo)扇面開角為45°，航速為45節(jié)，魚雷攻擊時，指揮儀解算的目標(biāo)距離為3000 m。

圖4 不同條件下最優(yōu)展開航程同展開散角的關(guān)系

圖4給出了魚雷在不同自導(dǎo)作用距離下(r分別等于800，900，1000，1100 和 1200 m)展開散角和展開航程的關(guān)系，從圖可以看出隨著展開散角的增大展開航程逐漸變小;對應(yīng)同一散角展開航程隨著自導(dǎo)作用距離的增加逐漸增大。

表1給出了不同的自導(dǎo)作用距離下，最優(yōu)展開航程和展開散角的參考值?？梢钥闯?，在當(dāng)前仿真條件下測得魚雷搜索距離為3000 m時，應(yīng)該采用20°的展開散角，展開航程為2382 m，這樣確保了魚雷在進(jìn)入目標(biāo)區(qū)域時已經(jīng)轉(zhuǎn)入平行航向搜索，避免了互導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)生，且具有較大的魚雷捕獲概率。若選用30°的展開散角則不妥，30°的展開航程為1598 m，展開散角大，魚雷長時間的逗留在本艇附近，危及潛艇安全，另外魚雷搜索段時間變長，給目標(biāo)逃脫及實(shí)施水聲對抗提供了可能，降低了魚雷的捕獲概率。

表1 不同的自導(dǎo)作用距離、展開散角下的最優(yōu)展開航程

4 結(jié)論

從魚雷互導(dǎo)產(chǎn)生的機(jī)理出發(fā)，建立了基于平行航向齊射的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)了兩雷自導(dǎo)扇面的連續(xù)覆蓋，避免了魚雷互導(dǎo)的發(fā)生且具有最大的目標(biāo)捕獲概率。然后以某型聲自導(dǎo)魚雷為例，研究了不同條件下魚雷最優(yōu)展開航程和展開散角的關(guān)系，最后以某次魚雷齊射攻擊為例，在解算出目標(biāo)距離的情況下給出了魚雷散角和最優(yōu)航程的選定方法。實(shí)踐應(yīng)用證明該研究內(nèi)容為部隊使用魚雷齊射戰(zhàn)術(shù)、有效組織魚雷火力打擊提供了有力參考，對于進(jìn)一步發(fā)揮該型裝備的作戰(zhàn)效能具有積極的意義。

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