水雷目標探測攻擊指令正確性評判方法研究

倪世豐，龍小民，陳 川

（1.海裝駐宜昌地區(qū)軍事代表室；2.中國船舶重工集團有限公司第七一〇研究所，湖北 宜昌 443003）

0 引言

主動攻擊水雷是一種戰(zhàn)斗部主動航行接近目標，并對其實施攻擊的水雷[1]。水雷目標探測系統(tǒng)實現(xiàn)對艦艇目標的探測、識別、定位、目標運動特性參數(shù)估計和最佳攻擊點預(yù)測，當確認目標進入打擊范圍時，適時輸出攻擊指令，并將估計的攻擊點位置參數(shù)傳遞給戰(zhàn)斗部，戰(zhàn)斗部航行到該位置并實施攻擊。本文針對目標探測攻擊指令輸出是否正確的試驗評判方法進行研究，提出了一種基于向量表達式的試驗評判方法，邏輯簡單易懂，且易于軟件實現(xiàn)。

1 評判準則

對于定向攻擊水雷，目標探測攻擊指令輸出是否正確的評判準則為：將目標探測系統(tǒng)輸出攻擊指令的時刻作為起始時刻，考慮水雷戰(zhàn)斗部上浮時間，得到水雷戰(zhàn)斗部到達估計攻擊點的時刻。該時刻目標艦艇（作為體積目標）到估計攻擊點的最小距離應(yīng)小于誤差要求。

2 數(shù)學模型需考慮的因素

對于利用艦船聲場的水雷目標探測系統(tǒng)，一般是將目標艦艇作為點目標聲源進行處理[2]，以艦艇的聲中心位置為基礎(chǔ)建立數(shù)學解算模型。而在進行試驗數(shù)據(jù)處理時，通常將艦艇作為體積目標[3-6]，即有長度和寬度；且水雷試驗時一般通過衛(wèi)星定位設(shè)備測量目標艦艇通過時的航跡，衛(wèi)星定位設(shè)備安裝于艦艇的某一位置。因此，評判目標探測攻擊指令輸出是否正確時，需要綜合考慮船長、船寬、衛(wèi)星定位設(shè)備安裝位置、目標探測攻擊點估計位置等多個因素，統(tǒng)一建立數(shù)學模型。根據(jù)以上分析，本文建立了2種數(shù)學模型[7-8]，分別為模型Ⅰ（假設(shè)艦艇為線目標，即只考慮船長，不考慮船寬）和模型Ⅱ（假設(shè)艦艇為體積目標，即同時考慮船長和船寬）；并給出了 2種數(shù)學模型下，評價目標探測攻擊指令輸出是否正確的計算方法。

3 數(shù)學模型Ⅰ

假設(shè)艦艇為線目標，即只考慮船長，不考慮船寬；水雷在水面投影為O’點；GPS天線安裝于船上G點，G點距離船首A點的長度為ds，距離船尾B點的長度為dw；估計的攻擊點位于O點，O點到G點、A點和B點的距離分別為d、d1和d2；船的航向角為α。據(jù)此條件，在平面坐標系中繪出的幾何態(tài)勢如圖1所示。圖中艦艇坐標為從輸出攻擊指令開始，經(jīng)過水雷戰(zhàn)斗部航行至估計攻擊點的時間后，GPS記錄的艦艇所在位置。

設(shè)A點、B點、G點、O點和O’點的坐標分別為A（xA，yA）、B（xB，yB）、G（xG，yG）、O（xO，yO） 和O（0，0）。

G點坐標通過 GPS記錄的目標航路數(shù)據(jù)獲取經(jīng)緯度，然后結(jié)合水雷二次定位后的經(jīng)緯度轉(zhuǎn)換到XY坐標；O點坐標通過解析內(nèi)記數(shù)據(jù)中的估計攻擊點獲??；A點和B點坐標可由下式求得：

艦艇通過航路所在直線可用下式表示：

由點到直線的距離公式可知，攻擊點O到該直線的距離可表示為

式（3）中，為便于表示，記k=tanα。

考慮艦艇不是一個無限長的目標，所以按照式（3）計算出的攻擊點到航路所在直線的距離不一定是攻擊點到艦艇的最近距離，應(yīng)分以下 3種情況討論。

首先引入以下向量，分別記作：

1）情況1：若攻擊點O在船首方向，位置關(guān)系如圖2所示。此時 ∠OAB＞ 90°，且 ∠OBA＜ 90°，可采用向量表示為

此時，攻擊點到艦艇的最小距離d為

若d≤攻擊點估計誤差指標要求，則判定攻擊指令輸出正確。

圖2 攻擊點在船首方向的位置關(guān)系示意圖Fig.2 Schematic diagram of position relation of attack point in bow direction

2）情況2：若攻擊點O在船尾方向，位置關(guān)系如圖3所示。此時 ∠OAB＜ 90°，且 ∠OBA＞ 90°，即：

此時，攻擊點到艦艇的最小距離d：

若d≤攻擊點估計誤差指標要求，則判定攻擊指令輸出正確。

圖3 攻擊點在船尾方向的位置關(guān)系示意圖Fig.3 Schematic diagram of position relation of attack point in aft direction

3）情況 3：若攻擊點在艦艇正橫方向，位置關(guān)系圖如圖4所示。 此時 ∠OAB＜ 90°且∠OBA＜ 90°，即：

此時，攻擊點到艦艇的最小距離d為

若d≤攻擊點估計誤差指標要求，則判定攻擊指令輸出正確。

設(shè)攻擊點到艦艇距離最近的點為G’，記AG’=d0，此時有：

結(jié)合A點的坐標和艦船航向α可知G’的坐標為

圖4 攻擊點在船正橫方向的位置關(guān)系示意圖Fig.4 Schematic diagram of position relation of attack point in abeam direction

4 數(shù)學模型Ⅱ

假設(shè)船為體積目標，即既有長度，又有寬度；GPS安裝于船上G點，G點到左舷的距離為dL，到船尾的距離為dW；設(shè)船長L，船寬為W。根據(jù)此條件，在平面坐標系中繪出的幾何態(tài)勢如圖 5所示。

根據(jù)船的航向和前面所給出的同船舷的相對位置關(guān)系，我們可以給出船首AR點、船首AL點、船尾BR點和船尾BL點的坐標值。記船首到的距離為ds=L-dw，到船右舷的距離為dR=W-dL：

圖5 幾何示意圖（面目標）Fig.5 Geometric schematic diagram（area target）

由式（1）可知，其中：

由船角上 4點和攻擊點位置重新繪制位置關(guān)系圖，如圖6所示。

圖6 位置關(guān)系示意圖（面目標）Fig.6 Schematic diagram of position relation（area target）

當攻擊點分布在陰影區(qū)域內(nèi)時，最近距離由攻擊點到船角上4點的距離決定；當攻擊點分布在船身內(nèi)時（即圖中⑨號區(qū)域），默認最近距離為 0；當攻擊點分布在空白區(qū)域內(nèi)時，最近距離由攻擊點到對應(yīng)線段所在直線的距離決定。

由船角上4個點所確定的4條直線分別為

按照之前的分析，將求艦艇離攻擊點最小距離的過程分為3類情況。

1）第1類，攻擊點位于陰影區(qū)。

2）第2類，攻擊點位于船身內(nèi)，此時判決成立的條件為

3）第3類，攻擊點位于空白區(qū)。

5 結(jié)束語

本文建立了考慮艦艇為線目標和體積目標時的2種數(shù)學模型，并給出了相應(yīng)數(shù)學模型下目標探測攻擊指令輸出是否正確的評判方法，該成果可直接應(yīng)用于水雷研制。一般情況下，為了簡化數(shù)據(jù)處理流程采用模型Ⅰ，根據(jù)水雷研制和試驗數(shù)據(jù)處理的需要也可選用模型Ⅱ。