一種基于互譜法的魚雷末彈道定位方法

朱 峰, 朱元林, 劉松海

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一種基于互譜法的魚雷末彈道定位方法

朱 峰, 朱元林, 劉松海

(中國人民解放軍91388部隊, 廣東 湛江, 524022)

為提高攻潛魚雷末彈道測量系統(tǒng)的被動定位精度, 文中提出了一種基于短時互譜法的攻潛魚雷末彈道被動定位方法, 介紹了運用該方法建立的測量系統(tǒng), 給出了目標的被動定位算法, 在測量區(qū)域內(nèi)對測角精度、噪聲影響以及典型軌跡進行仿真分析。仿真結(jié)果表明, 在信噪比為10 dB的條件下, 采用文中的定位方法, 當(dāng)目標位于距測量子陣80 m, 角度為±40°區(qū)域內(nèi)的弧線上, 測向精度提高0.15°, 典型航跡絕對誤差普遍減小0.4 m。文中所做研究可為考核魚雷效能評估提供參考。

魚雷; 末彈道; 互譜法; 被動定位

0 引言

在以往的魚雷定型試驗中, 需要在魚雷上加裝合作信標, 以實現(xiàn)對魚雷末彈道軌跡的測量。但由于合作信標的存在, 改變了魚雷原有的長度、重心等重要指標, 無法充分考核其作戰(zhàn)效能。利用被動定位方法能有效解決該問題[1-3]。

現(xiàn)有的被動定位方法利用常規(guī)波束形成確定魚雷航行噪聲最大方向, 常采用方位法對目標進行定位。由于實時顯示的要求, 該方法定位精度不高?；诖? 文中提出一種基于短時互譜法的魚雷末彈道被動定位方法, 該方法采用先粗估、再細估, 利用分裂波束提高攻潛魚雷試驗中末彈道測量系統(tǒng)的被動定位精度。

1 艇載測量系統(tǒng)

4個測量子陣分別位于潛艇左右兩舷排水孔處, 對稱放置, 子陣間距60 m。每個測量子陣內(nèi)部包含16元水聽器, 用于接收魚雷輻射噪聲。每個子陣可以確定目標方向, 2個子陣能夠定位目標位置。測量子陣內(nèi)部構(gòu)造及測量安裝圖如圖1和圖2所示。

圖1 測量子陣內(nèi)部構(gòu)造示意圖

圖2 測量子陣安裝示意圖

2 定位算法

2.1 系統(tǒng)算法流程

該系統(tǒng)先采用常規(guī)波束形成確定能量最大方向, 搜索步長5o。以能量最大方向為中心, 前后5o為搜索范圍, 利用常規(guī)波束形成進行細化搜索, 再次確定能量最大方向, 搜索步長1o。將單個子陣拆分成兩部分, 一側(cè)8個陣元為一組, 插入能量最大方向, 進行分裂波束形成。利用短時互譜法對目標方向進行精確估計[4-6]。其算法流程如圖3所示。

圖3 算法流程圖

2.2 短時互譜法理論推導(dǎo)

短時互譜法用于分裂波束形成后。當(dāng)目標大于7.5 m滿足遠場條件時, 接收信號近似于遠場平面波[7]。其態(tài)勢圖如圖4所示。

圖4 互譜法測量態(tài)勢圖

3 仿真分析

3.1 單個子陣測角精度

子陣內(nèi)包括16個陣元, 間隔0.05 m。定義子陣中心法線方向為0o, 左側(cè)為負, 右側(cè)為正。水下目標在距子陣中心80 m, 角度范圍為-80o~80o的弧線上均勻分布, 隨機出現(xiàn)30 000次。信號為2~15 kdB寬帶噪聲, 加入2~15 kdB的高斯限帶白噪聲, 信噪比為10 dB。統(tǒng)計測量區(qū)域內(nèi)測量角度絕對誤差如圖5所示。

圖5 單個子陣測角精度

由圖5可以看出, 當(dāng)水下目標位于距子陣中心80 m, 角度為–40o~40o的弧線時, 測角精度絕對誤差在0.1o附近, 比傳統(tǒng)方法提高0.15o。在其他測量區(qū)域內(nèi), 測角精度絕對誤差普遍小于0.3o。

3.2 信噪比對短時互譜法的影響

水下目標位于距子陣中心80 m, 角度為–40o~40o的弧線均勻分布, 隨機出現(xiàn)200次。加入2~15 kdB的高斯限帶白噪聲, 改變信噪比, 統(tǒng)計該區(qū)域內(nèi)測量角度絕對誤差。

如圖6所示, 當(dāng)信噪比大于10 dB時, 使用此方法測角誤差小于0.05o。當(dāng)信噪比大于5 dB, 測角誤差小于0.15o。在信噪比較高的條件下, 該方法測角精度提高明顯。

圖6 信噪比與測角精度關(guān)系圖

3.3 典型軌跡精度

圖7 典型軌跡測量比較圖

表1 典型軌跡絕對誤差統(tǒng)計表

4 結(jié)束語

文中介紹了艇載末彈道被動測量系統(tǒng), 給出了基于短時互譜法的魚雷末彈道被動定位方法, 并對測角精度、信噪比影響及典型軌跡進行仿真分析。仿真表明, 使用該方法在目標位于距子陣中心80 m, 角度為–40o~40o的弧線時, 比傳統(tǒng)方法的測角精度提高了0.15o, 在典型軌跡中, 測量絕對誤差普遍減小了0.4 m。文中討論的方法用于算法驗證性仿真, 但實際聲場環(huán)境十分復(fù)雜, 下一步將重點結(jié)合數(shù)據(jù)對算法做進一步調(diào)整。

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A Location Method of Torpedo Terminal Trajectory Based on Cross Spectrum Method

ZHU Feng, ZHU Yuan-lin, LIU Song-hai

(91388thUnit, The People’s Liberation Army of China, Zhanjiang 524022, China)

A passive location method based on short-time cross spectrum method is proposed to improve the passive location accuracy of a torpedo terminal trajectory measurement system. The measurement system established according to this method is introduced, the passive location algorithm of a target is given. The angle measurement accuracy, the noise influence and the typical trajectory are simulated and analyzed in the measuring area. Simulation results show that for the signal-to-noise ratio(SNR) of 10 dB,when the target is on the arc of an ±40° region and the distance between the arc and the measuring subarray is 80 m, the direction finding accuracy of the proposed location method is improved by 0.15°, and the absolute error of typical trajectory is generally reduced by 0.4 m. This research may provide a reference for evaluating torpedo effectiveness.

torpedo; terminal trajectory; cross spectrum method; passive location

朱峰, 周清鋒, 劉松海. 一種基于互譜法的魚雷末彈道定位方法[J]. 水下無人系統(tǒng)學(xué)報, 2019, 27(1): 93-96.

TJ630.1; TB566

A

2096-3920(2019)01-0093-04

10.11993/j.issn.2096-3920.2019.01.016

2018-08-10;

2018-08-26.

朱 峰(1993-), 男, 助理工程師, 主要研究方向為水聲測控.

(責(zé)任編輯: 許 妍)