自航式聲誘餌對(duì)抗下的反潛助飛魚(yú)雷射擊效率建模與仿真

孫常存, 袁 鵬, 王 旅

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自航式聲誘餌對(duì)抗下的反潛助飛魚(yú)雷射擊效率建模與仿真

孫常存1, 袁 鵬2, 王 旅3

(1.中國(guó)人民解放軍 91439部隊(duì), 遼寧 大連, 116041; 2.海軍裝備部駐西安地區(qū)軍事代表局, 陜西 西安, 710054; 3.中國(guó)人民解放軍 91278部隊(duì), 遼寧 大連, 116041)

為研究對(duì)抗條件下反潛助飛魚(yú)雷的射擊效率, 根據(jù)自航式聲誘餌對(duì)抗下的反潛助飛魚(yú)雷典型對(duì)潛作戰(zhàn)過(guò)程, 建立了潛艇使用自航式聲誘餌對(duì)抗魚(yú)雷的對(duì)抗模型, 分析了反潛助飛魚(yú)雷反對(duì)抗策略, 并以捕獲概率作為射擊效率的評(píng)定指標(biāo), 建立了基于蒙特卡羅法的射擊效率模型, 通過(guò)仿真計(jì)算, 定量分析了射擊距離、射擊方式以及對(duì)抗因素對(duì)射擊效率的影響。仿真結(jié)果表明, 射擊效率隨射擊距離的增大而減小,采用對(duì)目標(biāo)前置點(diǎn)射擊方式可有效提升射擊效率, 研究結(jié)論可為研究反潛助飛魚(yú)雷作戰(zhàn)使用方法和發(fā)揮其作戰(zhàn)效能提供參考。

助飛魚(yú)雷; 自航式聲誘餌; 對(duì)抗; 射擊效率

0 引言

艦載反潛助飛魚(yú)雷采用導(dǎo)彈和魚(yú)雷技術(shù), 利用助飛火箭帶載輕型聲自導(dǎo)魚(yú)雷在空中飛行,當(dāng)?shù)竭_(dá)目標(biāo)區(qū)域上方時(shí), 經(jīng)雷箭分離、雷傘分離等動(dòng)作后, 輕型自導(dǎo)魚(yú)雷入水并開(kāi)始自動(dòng)搜索、跟蹤、攻擊潛艇。由于兼?zhèn)淞藢?dǎo)彈和魚(yú)雷的優(yōu)點(diǎn), 艦載反潛助飛魚(yú)雷具有射程遠(yuǎn)、航速高和戰(zhàn)術(shù)使用突發(fā)性強(qiáng)等特點(diǎn), 有效彌補(bǔ)了艦載管裝魚(yú)雷航程小、艦載機(jī)空投魚(yú)雷安全系數(shù)低的不足, 逐步成為現(xiàn)代水面艦艇的重要反潛作戰(zhàn)武器[1-2]。

目前, 在研究反潛助飛魚(yú)雷射擊效率時(shí)一般僅考慮目標(biāo)探測(cè)平臺(tái)、魚(yú)雷及目標(biāo)潛艇的性能參數(shù)的影響[3-5], 文獻(xiàn)[6]研究了噪聲干擾器對(duì)抗的火箭助飛魚(yú)雷射擊效率, 關(guān)于聲誘餌對(duì)抗條件下反潛助飛魚(yú)雷射擊效率的研究較少。鑒于此, 文中以捕獲概率作為射擊效率的評(píng)定指標(biāo), 在自航式聲誘餌對(duì)抗模式下, 建立反潛助飛魚(yú)雷的射擊效率模型, 利用統(tǒng)計(jì)模擬法進(jìn)行仿真, 計(jì)算得出了自航式聲誘餌對(duì)抗條件下反潛助飛魚(yú)雷的捕獲概率, 并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。

1 初始作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)模型

2 潛艇的魚(yú)雷對(duì)抗模型

設(shè)定潛艇、自航式聲誘餌和魚(yú)雷的對(duì)抗陣位態(tài)勢(shì)關(guān)系, 如圖2所示。

2.1 自航式聲誘餌運(yùn)動(dòng)模型

潛艇使用自航式聲誘餌時(shí), 聲誘餌的初始航向是其作戰(zhàn)使用中高于一切的因素[7]。聲誘餌航向的選擇應(yīng)遵循使聲誘餌比潛艇先被魚(yú)雷自導(dǎo)發(fā)現(xiàn), 并且在魚(yú)雷追上聲誘餌時(shí)盡可能地遠(yuǎn)離潛艇。通常聲誘餌航向可取為: ①沿魚(yú)雷報(bào)警方位航行(魚(yú)雷相對(duì)潛艇的方位角); ②沿本艇原來(lái)航向航行; ③當(dāng)報(bào)警距離較近時(shí), 聲誘餌的最優(yōu)發(fā)射航向?yàn)榘凑Ｌ崆敖前l(fā)射; 當(dāng)報(bào)警距離較遠(yuǎn)時(shí), 聲誘餌的最優(yōu)發(fā)射航向?yàn)榘呆~(yú)雷報(bào)警方位發(fā)射[8]。

2.2 自航式聲誘餌干擾模型

自航式聲誘餌可以模擬產(chǎn)生潛艇輻射噪聲, 從而誘騙魚(yú)雷被動(dòng)聲自導(dǎo)系統(tǒng), 通過(guò)應(yīng)答產(chǎn)生潛艇目標(biāo)回波信號(hào), 達(dá)到欺騙魚(yú)雷主動(dòng)聲自導(dǎo)系統(tǒng)的目的。

魚(yú)雷自導(dǎo)系統(tǒng)搜索目標(biāo)過(guò)程中, 在真實(shí)目標(biāo)、潛艇和假目標(biāo)、自航式聲誘餌的同時(shí)作用下, 其探測(cè)結(jié)果取決于魚(yú)雷自導(dǎo)對(duì)目標(biāo)的識(shí)別能力, 過(guò)程較為復(fù)雜。為了便于分析討論, 這里僅對(duì)列舉可能產(chǎn)生的3種結(jié)果[9]: ①魚(yú)雷自導(dǎo)能夠探測(cè)到聲誘餌, 探測(cè)不到潛艇, 此時(shí)將聲誘餌作為目標(biāo)實(shí)施跟蹤; ②魚(yú)雷自導(dǎo)能夠探測(cè)到潛艇, 探測(cè)不到聲誘餌, 此時(shí)將潛艇作為目標(biāo)實(shí)施跟蹤; ③魚(yú)雷自導(dǎo)能夠同時(shí)探測(cè)到聲誘餌和潛艇, 考慮到魚(yú)雷自導(dǎo)對(duì)目標(biāo)識(shí)別的復(fù)雜性, 這里暫且作簡(jiǎn)化處理, 以聲誘餌和潛艇兩者信號(hào)強(qiáng)度大的作為優(yōu)先捕捉對(duì)象。

3 魚(yú)雷反對(duì)抗模型

3.1 魚(yú)雷反對(duì)抗策略分析

當(dāng)受到自航式聲誘餌對(duì)抗時(shí), 魚(yú)雷在識(shí)別出自航式聲誘餌之前, 將其當(dāng)作目標(biāo)進(jìn)行追蹤。當(dāng)完成識(shí)別后, 記憶聲誘餌當(dāng)前位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài), 并向自航式聲誘餌運(yùn)行反方向旋回進(jìn)行環(huán)形搜索。此旋回搜索一直持續(xù)到魚(yú)雷對(duì)準(zhǔn)自航式聲誘餌最先被發(fā)現(xiàn)時(shí)所處位置, 然后沿此方向直航搜索, 如圖3魚(yú)雷航跡虛線(xiàn)所示。

3.2 魚(yú)雷反對(duì)抗彈道模型

在魚(yú)雷旋回運(yùn)動(dòng)過(guò)程中, 計(jì)算自航式聲誘餌最先被發(fā)現(xiàn)時(shí)所處位置相對(duì)魚(yú)雷的方位, 當(dāng)魚(yú)雷旋回至該方向時(shí)停止旋回運(yùn)動(dòng), 開(kāi)始沿此方向執(zhí)行直航搜索, 當(dāng)直航搜索到自航式聲誘餌最先被發(fā)現(xiàn)時(shí)所處位置后, 以設(shè)定的角速率執(zhí)行環(huán)形搜索, 如圖3魚(yú)雷航跡實(shí)線(xiàn)所示, 直至發(fā)現(xiàn)目標(biāo)或航行終止。

4 射擊效率仿真及結(jié)果分析

4.1 射擊方法

在實(shí)際作戰(zhàn)使用中, 根據(jù)獲取目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素的情況, 反潛助飛魚(yú)雷會(huì)采用不同的射擊方式[4]。當(dāng)已知完整的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素時(shí), 一般采用目標(biāo)前置點(diǎn)射擊法, 當(dāng)僅知目標(biāo)概略位置時(shí), 可采用目標(biāo)現(xiàn)在點(diǎn)射擊法, 并且在魚(yú)雷空中飛行過(guò)程中, 若發(fā)射平臺(tái)判斷目標(biāo)已大機(jī)動(dòng)遠(yuǎn)離魚(yú)雷預(yù)定落點(diǎn), 則可以利用無(wú)線(xiàn)指令修正功能, 將新的目標(biāo)位置信息發(fā)送給魚(yú)雷, 從而在一定程度上縮小魚(yú)雷入水時(shí)與目標(biāo)的距離, 以此提高反潛助飛魚(yú)雷的射擊效率。

文中分別采用目標(biāo)現(xiàn)在點(diǎn)射擊、前置點(diǎn)射擊以及現(xiàn)在點(diǎn)射擊結(jié)合無(wú)線(xiàn)指令修正的射擊方法, 進(jìn)行射擊效率仿真研究。

4.2 仿真參數(shù)與誤差取值

想定一型反潛助飛魚(yú)雷, 其射程為10~50 km, 水下搜索彈道采用單純環(huán)搜模型, 自導(dǎo)檢測(cè)模型, 魚(yú)雷和目標(biāo)的相關(guān)技術(shù)參數(shù)及觀(guān)測(cè)誤差等均引自文獻(xiàn)[4]和文獻(xiàn)[10]。

4.3 仿真流程

按照反潛助飛魚(yú)雷作戰(zhàn)流程, 根據(jù)相關(guān)數(shù)學(xué)模型, 基于蒙特卡羅法進(jìn)行魚(yú)雷捕獲概率的仿真計(jì)算, 仿真計(jì)算程序流程如圖4所示。

4.4 仿真結(jié)果與分析

仿真項(xiàng)目1: 當(dāng)發(fā)出魚(yú)雷報(bào)警時(shí), 敵潛艇不使用自航式聲誘餌實(shí)施對(duì)抗, 僅進(jìn)行機(jī)動(dòng)規(guī)避, 對(duì)不同射擊方式、不同目標(biāo)距離下的捕獲概率進(jìn)行仿真計(jì)算, 仿真結(jié)果見(jiàn)表1。

仿真項(xiàng)目2: 當(dāng)發(fā)出魚(yú)雷報(bào)警時(shí), 敵潛艇使用自航式聲誘餌實(shí)施對(duì)抗, 同時(shí)進(jìn)行機(jī)動(dòng)規(guī)避, 對(duì)不同射擊方式、不同目標(biāo)距離下的捕獲概率進(jìn)行仿真計(jì)算, 仿真結(jié)果見(jiàn)表2。

依據(jù)表1和表2中的仿真計(jì)算結(jié)果, 對(duì)射擊方式不同、有無(wú)自航式聲誘餌對(duì)抗條件下的魚(yú)雷捕獲概率隨射擊距離的變化情況進(jìn)行對(duì)比分析, 如圖5所示。為檢驗(yàn)自航式聲誘餌對(duì)抗下魚(yú)雷射擊效率的變化情況, 現(xiàn)定義“對(duì)抗效率”為對(duì)抗條件下魚(yú)雷捕獲概率相對(duì)無(wú)對(duì)抗時(shí)的下降程度, 則不同射擊方式下聲誘餌對(duì)抗效率隨射擊距離的變化如圖6所示。

表1 無(wú)聲誘餌對(duì)抗時(shí)仿真計(jì)算結(jié)果

表2 有聲誘餌對(duì)抗時(shí)仿真計(jì)算結(jié)果

通過(guò)上述仿真結(jié)果的分析, 得出以下結(jié)論:

1) 隨著射擊距離的增大, 捕獲概率均呈遞減趨勢(shì)變化, 對(duì)目標(biāo)現(xiàn)在點(diǎn)射擊時(shí)捕獲概率遞減速度較快, 采用無(wú)線(xiàn)指令修正后次之, 對(duì)目標(biāo)前置點(diǎn)射擊時(shí)遞減速度較慢。由此可見(jiàn), 在實(shí)際作戰(zhàn)使用中, 當(dāng)目標(biāo)距離較遠(yuǎn)且發(fā)射平臺(tái)已解算出目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素時(shí), 優(yōu)先選取目標(biāo)前置點(diǎn)射擊方式以期達(dá)到最佳的射擊效率, 即便未能獲取完整的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素, 通過(guò)無(wú)線(xiàn)指令修正功能可在一定程度上提升目標(biāo)現(xiàn)在點(diǎn)射擊方式的射擊效率。

2) 在潛艇使用自航式聲誘餌對(duì)抗條件下, 對(duì)比無(wú)對(duì)抗條件下的魚(yú)雷捕獲概率降低了12%~ 35%, 其中對(duì)目標(biāo)前置點(diǎn)射擊時(shí)對(duì)抗效率最低且受射擊距離影響較小, 對(duì)目標(biāo)現(xiàn)在點(diǎn)射擊與無(wú)線(xiàn)指令修正方式下的對(duì)抗效率較高; 原因是對(duì)目標(biāo)前置點(diǎn)射擊方式以魚(yú)雷入水時(shí)刻的目標(biāo)可能位置作為瞄準(zhǔn)點(diǎn), 不管射擊距離遠(yuǎn)近, 魚(yú)雷入水點(diǎn)均在潛艇目標(biāo)附近, 當(dāng)發(fā)現(xiàn)魚(yú)雷時(shí), 用于機(jī)動(dòng)規(guī)避和使用聲誘餌實(shí)施對(duì)抗的時(shí)間較短, 從而降低了對(duì)抗效率。由此可見(jiàn), 與對(duì)目標(biāo)現(xiàn)在點(diǎn)射擊和無(wú)線(xiàn)指令修正方式相比, 對(duì)目標(biāo)前置點(diǎn)射擊方式可在一定程度上降低潛艇使用自航式聲誘餌實(shí)施對(duì)抗的效率, 從而提高魚(yú)雷自身的射擊效率。

3) 鑒于采用對(duì)目標(biāo)前置點(diǎn)射擊方式更加有利于提升反潛助飛魚(yú)雷的射擊效率, 應(yīng)著力增強(qiáng)有關(guān)聲吶探測(cè)設(shè)備的性能指標(biāo), 為在實(shí)戰(zhàn)中快速、準(zhǔn)確、完整地獲取目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素提供保障, 以適應(yīng)反潛助飛魚(yú)雷作戰(zhàn)使用需求, 盡可能地發(fā)揮反潛助飛魚(yú)雷的射擊效率。

5 結(jié)束語(yǔ)

文中通過(guò)對(duì)自航式聲誘餌對(duì)抗下反潛助飛魚(yú)雷對(duì)潛作戰(zhàn)模式的分析, 建立了基于對(duì)抗的反潛助飛魚(yú)雷射擊效率模型, 通過(guò)仿真計(jì)算, 分析了對(duì)魚(yú)雷捕獲概率和聲誘餌對(duì)抗效率的主要影響因素。文中的仿真結(jié)果是建立在一定的敵我作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)和作戰(zhàn)樣式下得出的, 然而在實(shí)際的敵我對(duì)抗過(guò)程中, 影響作戰(zhàn)效果的因素眾多, 有必要對(duì)此開(kāi)展全面系統(tǒng)的專(zhuān)題研究。

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Modeling and Simulation on Firing Efficiency of Rocket Assisted Torpedo under Mobile Acoustic Decoy Countermeasure

SUN Chang-cun1, YUAN Peng2, WANG Lü3

(1.91439thUnit, The People’s Liberation Army of China, Dalian 116041, China; 2.Xi’an Representative Bureau, Naval Armament Department, Xi’an 710054, China; 3.91278thUnit, The People’s Liberation Army of China, Dalian 116041, China)

According to the typical anti-submarine operational process of a rocket assisted torpedo under mobile acoustic decoy countermeasure, a countermeasure model of a submarine using mobile acoustic decoy to counter an incoming torpedo is built, and the counter-countermeasure strategy of the rocket assisted torpedo is analyzed．Taking acquisition probability as an assessment specification of firing efficiency, a firing efficiency model is also built based on Monte Carlo method.Through simulation and calculation, the effects of firing distance, firing mode and countermeasure on the firing efficiency are quantitatively analyzed.Simulation results show that the firing efficiency decreases with the increase of firing distance, and the firing efficiency can be enhanced effectively by means of firing at the front point of a target.This work may provide a reference for studying operational application method of a rocket assisted torpedo and developing its operational effectiveness.

rocket assisted torpedo; mobile acoustic decoy; countermeasure; firing efficiency

TJ631.8; E925.23

A

2096-3920(2018)06-0555-06

10.11993/j.issn.2096-3920.2018.06.008

2018-03-05;

2018-07-19.

孫常存(1983-), 男, 博士, 工程師, 主要研究方向?yàn)轸~(yú)雷制導(dǎo)與引信技術(shù).

孫常存, 袁鵬, 王旅.自航式聲誘餌對(duì)抗下的反潛助飛魚(yú)雷射擊效率建模與仿真[J].水下無(wú)人系統(tǒng)學(xué)報(bào), 2018, 26(6): 555-560.

(責(zé)任編輯: 陳 曦)