懸浮式深彈反魚雷武器仿真試驗系統(tǒng)設(shè)計

房　毅,田恒斗,侯寶娥

(中國人民解放軍91439部隊，遼寧 大連　116041)

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懸浮式深彈反魚雷武器仿真試驗系統(tǒng)設(shè)計

房毅,田恒斗,侯寶娥

(中國人民解放軍91439部隊，遼寧 大連116041)

摘要：針對某型懸浮式深彈反魚雷武器系統(tǒng)設(shè)計定型試驗的需求，依據(jù)其設(shè)備組成和作戰(zhàn)流程，從系統(tǒng)功能模擬的角度，基于模塊化設(shè)計思想開發(fā)了一種仿真試驗系統(tǒng)，詳細介紹了該仿真試驗系統(tǒng)7個模塊的主要功能及系統(tǒng)工作流程；應(yīng)用實例表明：該仿真系統(tǒng)可實現(xiàn)不同態(tài)勢、不同環(huán)境下懸浮式深彈反魚雷武器系統(tǒng)對不同類型來襲魚雷作戰(zhàn)過程的仿真試驗，解決了攔截概率指標考核需要大量樣本的難題。

關(guān)鍵詞：反魚雷武器；懸浮式深彈；仿真試驗系統(tǒng)；設(shè)計

本文引用格式：房毅,田恒斗,侯寶娥.懸浮式深彈反魚雷武器仿真試驗系統(tǒng)設(shè)計[J].兵器裝備工程學報，2016(6):79-82.

Citationformat:FANGYi,TIANHeng-dou,HOUBao-e.SimulationTestSystemDesignofHoveringDepthChargeAnti-TorpedoWeapon[J].JournalofOrdnanceEquipmentEngineering,2016(6):79-82.

魚雷武器自從誕生起就對水面艦船安全構(gòu)成了巨大威脅，因此反魚雷技術(shù)一直是世界各國研究的熱點。不過，由于反魚雷作戰(zhàn)涉及因素眾多、技術(shù)難度大，在很長一段時間內(nèi)，水面艦船對魚雷僅有聲誘餌、聲干擾器等軟對抗手段[1-2]。然而，隨著魚雷自導技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是尾流自導魚雷的大量裝備，傳統(tǒng)的水聲對抗手段已難以形成有效的對抗能力[3-4]。因此，各國海軍普遍開始重視研發(fā)直接摧毀來襲魚雷的硬殺傷式對抗技術(shù)，其中以俄羅斯海軍已裝備的反魚雷深彈和美、德等國正在發(fā)展的反魚雷魚雷最為典型。在此背景下，我國也加緊了懸浮式深彈反魚雷武器系統(tǒng)的研發(fā)、試驗和作戰(zhàn)使用研究[5-9]。在裝備研制到使用的全程中，試驗鑒定工作貫穿始終。特別是在設(shè)計定型階段，須對武器裝備的戰(zhàn)技指標做出全面、科學、準確的考核評價，作為裝備能否列裝的核心依據(jù)。對懸浮式深彈反魚雷武器系統(tǒng)而言，對來襲魚雷的攔截概率指標是表征其作戰(zhàn)能力的關(guān)鍵要素，因此在定型試驗中必須給出科學評價。而對大型武器系統(tǒng)概率類指標的考核，需要大量的試驗樣本，但受試驗周期、經(jīng)費等因素制約，一般無法通過全實裝、實兵試驗達成，仿真試驗就成為一種必然選擇。同時，仿真試驗還具有可控性安全性好、不受水文氣象等不可控因素限制等諸多優(yōu)勢，已成為武器裝備試驗的重要發(fā)展方向，在國內(nèi)外也已獲得大量應(yīng)用[10]。

鑒于此，本文針對懸浮式深彈反魚雷武器系統(tǒng)試驗鑒定的現(xiàn)實需求，依據(jù)其系統(tǒng)組成和作戰(zhàn)流程，基于模塊化的設(shè)計思想，開發(fā)了一種懸浮式深彈反魚雷武器仿真試驗系統(tǒng)，并對不同態(tài)勢下該武器系統(tǒng)的攔截概率進行了仿真試驗。

1　武器系統(tǒng)組成及其作戰(zhàn)流程

懸浮式深彈反魚雷武器系統(tǒng)主要由魚雷報警聲納、火控設(shè)備、發(fā)控設(shè)備、武器發(fā)射裝置(包括隨動設(shè)備和發(fā)射炮)和懸浮式深彈等五部分組成，并通過作戰(zhàn)系統(tǒng)以太網(wǎng)與本艦作戰(zhàn)指控系統(tǒng)、導航、水文氣象、火力兼容控制、時統(tǒng)設(shè)備等系統(tǒng)交互信息[9]，如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)組成及信息交互關(guān)系示意圖

艦船航行過程中，當存在潛艇威脅時，由指揮員決策進行水下防御作戰(zhàn)準備，組織布放魚雷報警聲納，向發(fā)射裝置裝填懸浮式深彈，系統(tǒng)備便后，開始攔截魚雷作戰(zhàn)值班。當有魚雷來襲時，其作戰(zhàn)流程如下：

第一，魚雷報警聲納探測到來襲魚雷，發(fā)出魚雷報警信號并向指控系統(tǒng)和火控設(shè)備發(fā)送來襲魚雷的目標信息；

第二，指控系統(tǒng)向懸浮式深彈反魚雷武器系統(tǒng)下達目標指示，火控設(shè)備接收目指信息后，綜合本艦導航、水文、氣象等信息，生成攔截來襲魚雷的作戰(zhàn)方案，輸出各枚懸浮式深彈的射擊諸元；

第三，發(fā)控設(shè)備和發(fā)射裝置根據(jù)火控設(shè)備發(fā)送來的射擊諸元控制發(fā)射懸浮式深彈；

第四，懸浮式深彈入水后開始工作，在來襲魚雷航向的前方形成攔截陣；

第五，在懸浮式深彈的有效工作時間內(nèi)，當魚雷穿過該攔截陣時，聲引信在魚雷和深彈最近距離處啟爆戰(zhàn)斗部，毀傷來襲魚雷。

2　仿真試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計

為實現(xiàn)對懸浮式深彈反魚雷武器系統(tǒng)作戰(zhàn)過程的仿真，依據(jù)前述系統(tǒng)組成及作戰(zhàn)流程，考慮后續(xù)程序維護升級的需求，基于模塊化的思想，設(shè)計了仿真試驗系統(tǒng)。主要包含如下7個功能模塊。

2.1“初始條件設(shè)置”模塊

該模塊通過設(shè)定仿真系統(tǒng)運行的4類參數(shù)，實現(xiàn)不同戰(zhàn)場態(tài)勢的模擬，同時還可設(shè)定“單次仿真”或“多次仿真”等仿真試驗要求。4類參數(shù)具體如下：

本艦航向、航速；來襲魚雷類型、航速、初始舷角、初始距離等魚雷信息，并由此計算出其提前角和航向；系統(tǒng)反應(yīng)時間、攔截彈從入水至展開所需時間、攔截彈有效工作時間、攔截彈數(shù)量、攔截彈布陣間隔、單發(fā)攔截彈毀傷半徑等懸浮式深彈武器系統(tǒng)參數(shù)；水文條件等環(huán)境參數(shù)。

2.2“魚雷命中判斷”模塊

仿真系統(tǒng)運行過程中，根據(jù)當前時刻魚雷與艦船的距離，判定魚雷是否命中艦船，從而控制程序工作流程。比如設(shè)定最小距離為20m，則當艦船與魚雷距離小于20m時，則判定魚雷命中艦船，攔截失敗，結(jié)束該次仿真。

2.3“魚雷探測”模塊

該模塊模擬魚雷報警聲吶功能，根據(jù)仿真系統(tǒng)設(shè)定的水文條件、當前時刻魚雷與艦船的運動要素，判斷艦船能否發(fā)現(xiàn)來襲魚雷；如探測到來襲魚雷，則發(fā)出魚雷報警信號，同時模擬輸出來襲魚雷的舷角、估計距離等信息。

該模塊執(zhí)行上述仿真功能的依據(jù)是系統(tǒng)研制任務(wù)書中標明的魚雷報警聲吶裝備在不同水文條件下的發(fā)現(xiàn)距離、報警概率、探測誤差等性能指標。

2.4“發(fā)射條件判斷”模塊

該模塊模擬火控系統(tǒng)的部分功能，在接到魚雷報警信號后，融合“魚雷探測”模塊輸出的來襲魚雷舷角、估計距離、估計航速，本艦航向、航速，系統(tǒng)反應(yīng)時間，懸浮式深彈射程、射界、飛行時間、工作時間等多種信息，并結(jié)合其他戰(zhàn)術(shù)決策情況，判斷在當前態(tài)勢下經(jīng)過系統(tǒng)反應(yīng)時間后是否滿足發(fā)射條件。

判斷依據(jù)：1) 魚雷通過攔截陣的預(yù)估時刻在攔截彈的有效工作時間內(nèi)；2) 懸浮式深彈的布陣范圍與預(yù)估魚雷航跡相交。

2.5“懸浮式深彈布陣參數(shù)解算”模塊

該模塊模擬火控系統(tǒng)的主要功能，在經(jīng)“發(fā)射條件判斷”模塊判斷滿足發(fā)射條件后，按照系統(tǒng)攔截彈布陣策略解算模型計算生成懸浮式深彈的使用方案(包括布陣方位、布陣位置、布陣寬度、攔截彈間距等參數(shù))，計算輸出每枚懸浮式深彈的位置坐標。針對不同態(tài)勢，采用不同的攔截策略。

鑒于該仿真系統(tǒng)的核心目的是計算攔截概率，該模塊運行過程中，采用攔截模型解算出攔截彈陣理想布設(shè)位置坐標后再加入其落點散布誤差，作為該模塊的輸出值，模擬實際懸浮式深彈的布陣情況。

2.6“艦船和魚雷運動模擬”模塊

模擬對抗過程中艦船和魚雷的運動情況，輸出兩者的位置坐標、航向、航速等運動要素信息。其中，魚雷運動模擬部分可根據(jù)仿真過程中魚雷與目標相對位置、魚雷自導狀態(tài)等要素，模擬計算直航、聲自導、尾流自導、線導+聲自導、線導+尾流自導五種類型魚雷的水下彈道。

2.7“攔截效果判斷”模塊

該模塊在仿真系統(tǒng)運行過程中，接收到“懸浮式深彈布陣參數(shù)解算”模塊輸出的各枚懸浮式深彈位置坐標后，在懸浮式深彈的有效工作時間內(nèi)，計算每一時刻魚雷與每枚懸浮式深彈的距離，如該距離小于懸浮式深彈的有效殺傷半徑，則判定魚雷被毀傷，攔截成功，結(jié)束該次仿真。同時，在懸浮式深彈的有效工作時間內(nèi)，計算每一時刻魚雷與本艦距離和每枚攔截彈與本艦距離，如魚雷與本艦距離小于攔截彈與本艦距離的最小值，則表明魚雷已穿過攔截陣，判定攔截失敗，結(jié)束此次仿真試驗。

3　仿真試驗系統(tǒng)實現(xiàn)及應(yīng)用

3.1系統(tǒng)實現(xiàn)及工作流程

根據(jù)前述仿真試驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計結(jié)果，在Windows環(huán)境下采用C#語言編寫了仿真試驗程序。系統(tǒng)運行時，首先進入主界面，如圖2所示。在窗口左側(cè)輸入或選定各相關(guān)參數(shù)，再根據(jù)仿真試驗需求，點擊“單次仿真”或“多次仿真”按鈕，進入仿真程序。其中，“單次仿真”時，按設(shè)定的態(tài)勢僅進行一次仿真計算，并將仿真結(jié)果顯示在主界面右側(cè)。多次仿真時，需首先輸入仿真試驗次數(shù)(系統(tǒng)默認值為2 000次)，然后點擊“多次仿真”按鈕，系統(tǒng)按設(shè)定的態(tài)勢重復進行仿真計算，達到設(shè)定的仿真次數(shù)后，統(tǒng)計各次試驗結(jié)果得出攔截概率值，并顯示于“攔截概率”文本框中；同時將最后一次的仿真結(jié)果顯示于主界面右側(cè)。

圖2　仿真試驗系統(tǒng)運行主界面

在每次仿真試驗中，系統(tǒng)的工作流程如圖3所示。

圖3　仿真試驗系統(tǒng)工作流程示意圖

1) 執(zhí)行“艦船和魚雷運動模擬”模塊功能，計算艦船和魚雷位置坐標、魚雷舷角、魚雷航向等運動要素，進入流程2)；

2) 執(zhí)行“魚雷命中判斷”模塊功能，根據(jù)當前時刻魚雷與艦船的距離，判斷魚雷是否命中艦船，如命中，判定攔截失敗，結(jié)束此次仿真試驗，如魚雷尚未命中艦船，則進入流程3)；

3) 執(zhí)行“魚雷探測”模塊功能，根據(jù)模塊內(nèi)部設(shè)置的判斷條件、魚雷與艦船相對位置信息以及水文信息，判斷是否發(fā)現(xiàn)來襲魚雷，如發(fā)現(xiàn)來襲魚雷則執(zhí)行流程4)，如未發(fā)現(xiàn)來襲魚雷，返回流程1)。

4) 執(zhí)行“發(fā)射條件判斷”模塊功能，根據(jù)來襲魚雷報警舷角、距離，本艦航速、航向，攔截彈射程、射界等信息，綜合判斷在時間和空間上是否具備發(fā)射條件，如滿足發(fā)射條件，則進入流程5)，如不滿足發(fā)射條件，返回流程1)；

5) 執(zhí)行“懸浮式深彈布陣參數(shù)解算”模塊功能，輸出各枚懸浮式深彈位置坐標，進入流程6)；

6) 執(zhí)行“攔截效果判斷”模塊的部分功能，在懸浮式深彈有效工作時間內(nèi)，判斷能否毀傷來襲魚雷，如成功毀傷來襲魚雷，則判定攔截成功，結(jié)束此次仿真試驗，如判斷未毀傷魚雷，則進入流程7)；

7) 執(zhí)行“攔截效果判斷”模塊的部分功能，判斷魚雷是否已穿過攔截陣，如穿過攔截陣，則判定攔截失敗，結(jié)束此次仿真試驗，如魚雷尚未穿過攔截陣，則返回流程1)。

3.2應(yīng)用實例

利用所研制的仿真試驗系統(tǒng)，在本艦航速18kn條件下，對某型懸浮式深彈反魚雷武器系統(tǒng)在中等和良好兩種水文條件，對不同初始舷角處來襲的某型聲自導魚雷的攔截概率進行了仿真試驗，結(jié)果如圖4所示。

圖4　攔截概率仿真試驗結(jié)果

4　結(jié)論

依據(jù)懸浮式深彈反魚雷武器系統(tǒng)的基本組成和作戰(zhàn)流程，設(shè)計開發(fā)了一種仿真試驗系統(tǒng)。主要包含7個功能模塊，可實現(xiàn)對不同態(tài)勢、不同環(huán)境條件下該武器系統(tǒng)對不同類型來襲魚雷攔截概率的仿真計算。通過該仿真試驗系統(tǒng)的實際應(yīng)用，解決了某型懸浮式深彈反魚雷武器系統(tǒng)試驗中攔截概率指標考核需要大量樣本，完全通過實航試驗無法實現(xiàn)的難題。

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(責任編輯周江川)

doi:10.11809/scbgxb2016.06.019

收稿日期：2015-12-26；修回日期：2016-01-29

基金項目：海軍專項科研資助項目

作者簡介：房毅(1972—)，男，工程師，主要從事水中兵器試驗及計算機應(yīng)用等研究。

中圖分類號：TJ65

文獻標識碼：A

文章編號：2096-2304(2016)06-0079-04

SimulationTestSystemDesignofHoveringDepthChargeAnti-TorpedoWeapon

FANGYi,TIANHeng-dou,HOUBao-e

(TheNo. 91439thTroopofPLA,Dalian116041,China)

Abstract:To meet the requirement of some hovering depth charge anti-torpedo weapon’s approval test, a simulation test system was designed according to equipment composition and campaign process. The system was based on the modular design method, and the main functions of seven modules and the workflow of the system were described in detail. An application shows that the system can realize the simulation test of the campaign process of the hovering depth charge anti-torpedo weapon against several types of incoming torpedo in different situations and water conditions. The difficult problem that a large amount of samples are always required to evaluate the intercepting probability was solved.

Key words:anti-torpedo weapon; hovering depth charge; simulation test system; design