線導(dǎo)魚雷攻擊遠(yuǎn)距離艦艇目標(biāo)影響因素分析

王順杰，朱偉良，初 磊

（海軍潛艇學(xué)院，山東 青島 266199）

0 引言

線導(dǎo)魚雷是水下平臺(tái)使用的精確制導(dǎo)武器之一，通常只要有穩(wěn)定的目標(biāo)方位信息就可以實(shí)施線導(dǎo)魚雷攻擊。當(dāng)使用線導(dǎo)魚雷攻擊遠(yuǎn)距離艦艇目標(biāo)時(shí)，通常聲納測(cè)量目標(biāo)方位存在一定的誤差，方位誤差的存在在一定程度上會(huì)影響線導(dǎo)魚雷的使用，不同的方位誤差導(dǎo)致線導(dǎo)魚雷有不同捕獲目標(biāo)概率。實(shí)際上，線導(dǎo)魚雷捕獲目標(biāo)概率的大小不僅僅取決于目標(biāo)方位誤差大小，還與目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)態(tài)勢(shì)（速度、舷角）以及目標(biāo)距離的遠(yuǎn)近相關(guān)，在使用線導(dǎo)魚雷時(shí)，需要綜合考慮各種因素的影響。

在一定方位誤差條件下，分析目標(biāo)運(yùn)動(dòng)態(tài)勢(shì)和目標(biāo)距離兩個(gè)因素對(duì)線導(dǎo)加聲自導(dǎo)魚雷使用效果影響規(guī)律，可為線導(dǎo)魚雷攻擊遠(yuǎn)距離艦艇目標(biāo)的使用提供一定的參考。

1 線導(dǎo)加聲自導(dǎo)魚雷控制模型

修正方位導(dǎo)引法、現(xiàn)在方位導(dǎo)引法是控制線導(dǎo)魚雷最為常用的基本導(dǎo)引方法。

1.1 修正方位導(dǎo)引法

假設(shè)首先采用修正方位導(dǎo)引法對(duì)魚雷進(jìn)行初始導(dǎo)引，根據(jù)修正方位導(dǎo)引法基本原理，隨著魚雷遠(yuǎn)離本艇，系統(tǒng)將逐漸減小偏離角γ，其偏離角的計(jì)算公式為：

式中，D魚雷航程，D為修正導(dǎo)引距離，γ為初始偏離角。

如圖1 所示，執(zhí)行修正方位導(dǎo)引時(shí)，W（t）為本艇當(dāng)前位置點(diǎn)，L（t）為魚雷當(dāng)前位置點(diǎn)，B（t）為目標(biāo)方位，B（t）為魚雷方位。經(jīng)過一個(gè)導(dǎo)引間隔Δt后，期望將魚雷導(dǎo)引到滯后現(xiàn)在方位線γ 角度的方位線上，假設(shè)魚雷航向線與滯后現(xiàn)在方位線γ 角度方位線的交點(diǎn)為L(zhǎng)（t+1）。假設(shè)采用被動(dòng)聲自導(dǎo)魚雷，當(dāng)魚雷有一定自導(dǎo)作用距離Rc 時(shí)，可令L（t+1）-L（t）=S+R每個(gè)導(dǎo)引周期魚雷航向?yàn)椋?/p>

圖1 修正方位導(dǎo)引法示意圖

式中，ΔB=B（t）-B（t）-γ，S=V·Δt，sign（LR）為目標(biāo)舷別，右舷為“+”，左舷為“-”，R為魚雷到本艇之間距離，R為魚雷滯后于目標(biāo)的距離。

當(dāng)魚雷航程等于修正導(dǎo)引距離時(shí)，偏離角為0°，此后系統(tǒng)控制魚雷按照現(xiàn)在方位導(dǎo)引法進(jìn)行導(dǎo)引。

1.2 現(xiàn)在方位導(dǎo)引法

如圖2 所示，執(zhí)行現(xiàn)在方位導(dǎo)引時(shí)，W（t）為本艇當(dāng)前位置點(diǎn)，L（t）為魚雷當(dāng)前位置點(diǎn)，B（t）為目標(biāo)方位，B（t）為魚雷方位，經(jīng)過一個(gè)導(dǎo)引間隔Δt后期望將魚雷導(dǎo)引到現(xiàn)在方位線B（t）上，假設(shè)魚雷航向線與當(dāng)前方位線的交點(diǎn)為L(zhǎng)（t+1）。假設(shè)采用被動(dòng)聲自導(dǎo)魚雷，當(dāng)魚雷有一定自導(dǎo)作用距離R時(shí)，可令L（t+1）-L（t）=S+R。每個(gè)導(dǎo)引周期魚雷航向?yàn)椋?/p>

圖2 現(xiàn)在方位導(dǎo)引法示意圖

被動(dòng)聲自導(dǎo)魚雷靠其自導(dǎo)扇面來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，因此，若判斷目標(biāo)已落入魚雷自導(dǎo)扇面內(nèi)，即可判斷魚雷捕獲目標(biāo)。

2 仿真分析

想定條件1：本艇航向020°，速度4 kn，目標(biāo)方位020°，目標(biāo)舷角右舷30°～110°，目標(biāo)速度16 kn～24 kn，射距50 cab，采用線導(dǎo)加被動(dòng)聲自導(dǎo)魚雷，魚雷平均速度40 kn，自導(dǎo)作用距離1 000 m，魚雷扇面角±40°，目標(biāo)方位均方誤差3°。先采用修正方位導(dǎo)引法，魚雷航程到達(dá)修正導(dǎo)引距離后轉(zhuǎn)現(xiàn)在方位導(dǎo)引法。采用蒙特卡洛仿真，仿真次數(shù)1 000，當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入魚雷扇面視為捕獲目標(biāo)。

2.1 目標(biāo)運(yùn)動(dòng)態(tài)勢(shì)對(duì)線導(dǎo)魚雷使用影響分析

下頁表1 為不同條件下魚雷捕獲目標(biāo)概率統(tǒng)計(jì)表，圖3 為根據(jù)表1 數(shù)據(jù)所畫的不同條件下魚雷捕獲目標(biāo)概率曲線圖，表2 為不同條件下魚雷捕獲目標(biāo)時(shí)的命中角平均值統(tǒng)計(jì)表。從表1 數(shù)據(jù)及圖3 曲線圖變化規(guī)律可以看出，在給定的仿真條件下：

圖3 不同條件下魚雷捕獲目標(biāo)概率曲線圖

表1 不同條件下魚雷捕獲目標(biāo)概率統(tǒng)計(jì)表

1）目標(biāo)速度一定時(shí)，魚雷捕獲目標(biāo)概率隨著目標(biāo)舷角的增大而減小，且減小趨勢(shì)隨著目標(biāo)舷角的增大而增大。從表2 中可以看出，由于隨著目標(biāo)舷角的增大，魚雷命中角不斷增大，魚雷和目標(biāo)的相遇態(tài)勢(shì)由迎擊逐漸變?yōu)樽窊?，魚雷航行距離也就隨之增加，由一定方位誤差導(dǎo)致的橫向距離誤差也就隨之增大。

表2 不同條件下魚雷捕獲目標(biāo)時(shí)的命中角平均值統(tǒng)計(jì)表

2）在一定目標(biāo)舷角情況下，隨目標(biāo)速度的不同，魚雷捕獲目標(biāo)概率變化規(guī)律有所不同。結(jié)合表1和圖3 數(shù)據(jù)值，目標(biāo)舷角從30 °～50 °的變化過程中，從表2 中可以看出魚雷命中角從50°～90°附近變化，此時(shí)魚雷捕獲目標(biāo)概率隨著目標(biāo)速度的增大而增大；目標(biāo)舷角從60°～110°的變化過程中，從表2 中可以看出魚雷命中角從90 °附近～164 °變化，此時(shí)魚雷捕獲目標(biāo)概率隨著目標(biāo)速度的增大而減小。目標(biāo)速度越大，當(dāng)魚雷和目標(biāo)的相遇態(tài)勢(shì)為迎擊態(tài)勢(shì)時(shí)，相當(dāng)于減小了魚雷航程，利于攻擊，從而捕獲概率越大；而當(dāng)魚雷和目標(biāo)的相遇態(tài)勢(shì)變?yōu)樽窊魬B(tài)勢(shì)時(shí)，相當(dāng)于增大了魚雷航程，不利于攻擊，從而捕獲概率越小。

圖4～圖6 分別為目標(biāo)舷角、目標(biāo)速度20 kn，發(fā)射目標(biāo)舷角30 °、50 °、100 °時(shí)的魚雷攻擊示意圖，對(duì)應(yīng)的魚雷命中角為58°、92°、150°。

圖4 目標(biāo)舷角30°、目標(biāo)速度20 kn 魚雷攻擊示意圖

圖5 目標(biāo)舷角50°、目標(biāo)速度20 kn 魚雷攻擊示意圖

圖6 目標(biāo)舷角100°、目標(biāo)速度20 kn 魚雷攻擊示意圖

2.2 目標(biāo)距離對(duì)線導(dǎo)魚雷使用影響分析

想定條件2：本艇航向020°，速度4 kn，目標(biāo)方位020°，目標(biāo)舷角右舷50°，目標(biāo)速度18 kn，射距50 cab～100 cab，目標(biāo)方位均方誤差大于3°，采用線導(dǎo)加被動(dòng)聲自導(dǎo)魚雷，魚雷平均速度40 kn，魚雷扇面角±40°，自導(dǎo)作用距離1 000 m。先采用修正方位導(dǎo)引法，魚雷航程到達(dá)修正導(dǎo)引距離后轉(zhuǎn)現(xiàn)在方位導(dǎo)引法。采用蒙特卡洛仿真，仿真次數(shù)1 000，當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入魚雷扇面視為捕獲目標(biāo)。

表3 為不同射距下魚雷捕獲目標(biāo)概率統(tǒng)計(jì)表。從表3 數(shù)據(jù)可以看出：在一定誤差條件下，隨著射距的增大，魚雷捕獲目標(biāo)概率減小。顯然，目標(biāo)距離越遠(yuǎn)在相同的誤差條件下橫向距離越大，必然會(huì)導(dǎo)致捕獲概率的降低。

表3 不同射距下魚雷捕獲目標(biāo)概率統(tǒng)計(jì)表

2.3 小結(jié)

通過以上仿真可以得到以下幾點(diǎn)：

1）在其他條件一定時(shí)，魚雷捕獲目標(biāo)概率隨著目標(biāo)舷角的增大而減小，且減小趨勢(shì)隨著目標(biāo)舷角的增大而增大。因此，在使用線導(dǎo)魚雷攻擊遠(yuǎn)距離目標(biāo)時(shí)，在條件允許的情況下，應(yīng)盡可能選擇相對(duì)較小的有利于魚雷捕獲目標(biāo)的目標(biāo)舷角。

2）在一定目標(biāo)舷角情況下，隨目標(biāo)速度的不同，魚雷捕獲目標(biāo)概率變化規(guī)律有所不同。當(dāng)魚雷和目標(biāo)為迎擊態(tài)勢(shì)時(shí)，目標(biāo)速度越大越有利于捕獲目標(biāo)，當(dāng)魚雷和目標(biāo)為追擊態(tài)勢(shì)時(shí)，目標(biāo)速度越大，越不利于捕獲目標(biāo)。

3）在一定誤差條件下，隨著射距的增大，魚雷捕獲目標(biāo)概率減小。例如，當(dāng)目標(biāo)均方誤差為3°、100 cab 射距時(shí)，捕獲概率降低到50%左右，難以保證魚雷有效捕獲目標(biāo)。

3 結(jié)論

本文主要對(duì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)態(tài)勢(shì)和目標(biāo)距離兩個(gè)因素，對(duì)線導(dǎo)加聲自導(dǎo)魚雷使用效果的影響進(jìn)行了研究，通過仿真分析，給出了不同目標(biāo)舷角、不同目標(biāo)速度及不同射距條件下魚雷捕獲目標(biāo)概率，并給出了使用建議，可為線導(dǎo)魚雷攻擊遠(yuǎn)距離目標(biāo)的使用提供一定的參考。