电子海图技术在反潜反鱼雷火控设备上的应用

邱玉珍，宋 昕，陈斌斌

（中国船舶重工集团公司江苏自动化研究所，江苏 连云港 222006）

电子海图技术研究在我国始于20世纪80年代初期。中国海事局按照相应的国际标准制作完成的数百幅不同比例尺的电子海图，在海上搜救指挥、船舶进出港引航、船舶交通管理、航标维护、航道整治等领域得到广泛成功应用。近年来随着海军水面舰艇武器装备建设的迅速发展，驱逐舰、护卫舰乃至一些快艇的导航系统、指控系统均配置了电子海图[1]。电子海图的装备与雷达设备构成的系统为舰船引航、海洋环境调查、作战系统的指挥控制起到了重要的作用[2]。

迄今为止，电子海图应用技术在许多领域已经得到成功应用。然而，电子海图技术在反潜反鱼雷火控设备上使用在国内尚无报道。反潜反鱼雷火控设备的主要任务是接收传感器探测的水下目标信息及本舰导航信息，通过控制反潜反鱼雷武器，完成对水下目标的有效打击。为使火控设备有效地攻击水下来袭目标，如果能够充分了解作战现场的海洋环境，无疑能有助于对水下目标的精确定位。定位目标准确，则打击效果明显。基于上述思考，在反潜反鱼雷火控设备上引入电子海图技术是必要。

1 关键技术实现

1.1 基于电子海图背景的反潜反鱼雷作战态势显示

与其他领域应用电子海图技术相似，在反潜反鱼雷火控设备环境下完成海图显示、海图作业、海图更新等功能是电子海图技术应用的基本任务。

1.1.1 电子海图显示

海图显示内容一般包括在给定的投影方式（包括高斯投影和墨卡托投影），按地理坐标范围和比例尺合成和显示海图；海图放大、缩小、偏心操作显示，显示形式见图1。分层显示海图信息（隐去本舰在特定航行条件下不需要的信息）。海图图层包括：地名、区域界限、碍航物、航道、水深、底质、海流和磁要素、助航设备文字、助航设备图符等。通过在菜单上设置海图图层选择的子项，完成海图图层的选择显示，见图2。

图1 海图显示示例

1.1.2 电子海图作业

海图作业通常是通过获取海图上任意两点的像素坐标，计算海图上任意两点间的距离、方位，也可以根据一点的经纬度坐标和另一点的位置坐标计算另一点的经纬度坐标；能够进行84-54坐标系经纬度之间的转换；并在海图上绘制本舰与目标的态势，绘制诱杀弹入水后的落点及安全规避区域。

图2 海图图层显示示例

1.1.3 电子海图更新

海洋环境会随着时间的迁移而发生变化，海图测绘的相关部门也会经常性的发布新版海图。通常海图更新的途径包括专用网络下载和本地介质拷贝。本文研究以本地介质拷贝作为海图更新的手段。

1.2 辅助指挥决策

反潜反鱼雷火控设备作战时实时接收来自综合导航系统的信息，将导航的经纬度信息进行84到54的坐标转换。然后自动与电子海图图库匹配，在海图上显示作战态势。作战态势示例见图3。显示作战态势时，既可以相对坐标显示以本舰为中心的海图作战现场。也可以绝对坐标选择海图区域显示海图以及本舰姿态信息。还具备通过装订手段装订本舰位置信息在海图上显示功能。导航数据装订对话框见图4。反潜作战时，占领有利攻击阵位是反潜作战使用的重要手段之一，传统的火控设备选择攻击阵位时，考虑的是占位时间短和发现概率高的因素，但是选择的阵位所属海洋环境是否对本舰的航行造成危害，则不置可否。现在，由于海图的引入，能够让指挥员方便的观察到航行前方的暗礁、禁航区、浅滩等碍航信息，提示指挥员选取攻击阵位时注意规避。

图3 作战态势示例

图4 导航数据装定

如果在航行时或平时，指挥员需要查询当前海图信息可以很方便的在现实海图上点击鼠标查询海图基本信息。

1.3 快速目标定位

火控设备通过作战系统网络接收水声系统发送的水下目标数据、作战指挥系统的目标指示、数据链信息、综合导航系统发送的我舰运动和姿态数据。当火控设备收到声纳系统或其他传感器发送的目标后，精确求取目标运动要素。对于距离方位确定的水下目标（潜艇、鱼雷），采用传统算法求解目标运动要素。对于传感器只能探测到方位的鱼雷目标，声纳给出方位序列，Bi与其对应采样时刻ti，火控设备中声纳送数间隔Δt =2s；已知Vw、Cw；火控设备采用多方位、一距离、一速度的算法求解目标运动要素[3]。根据目标距离、方位，自动计算目标的经纬度坐标，并在海图上显示目标态势。声纳不能测距时，仅有方位信息是很难进行目标定位的。鱼雷速度可以通过设置在火控设备中的鱼雷类型数据库查询出来袭鱼雷速度（VT）。但是初始报警距离在传统火控设备中只能通过人工判断装订估计距离（D0）。一种声纳作用距离预报模型可以部分解决这个问题。这种模型的主要思想是在给定的海洋环境条件下，利用相关的声学环境参数建立声传播模型，给出传播损失曲线。结合声纳的优质因数确定声纳能够检测到目标的距离，从而确定可能的最小报警距离。这一方法的关键在于，损失曲线应该匹配于海洋环境、声波频率、声纳深度、目标深度和其他用于计算优质因数时涉及到的声纳参数。如果传感器报告目标丢失，火控设备通过用鼠标在海图上右键弹出动态菜单，选择“声纳导引”子菜单，见图5。根据坐标位置提取当前海图上的目标批号及水深数据，计算目标与本舰的斜距与方位以及海图水深、底质信息发送给声纳系统，帮助声纳精确定位目标。当声纳仅能提供水下来袭目标的纯方位信息时，火控设备通过在海图上用鼠标在目标方位线上连续点击指定位置像素坐标，经过像素坐标到经纬度坐标变换，再转换成相对本舰距离方位设定目标的距离信息，快速解算并定位目标位置。从海图上显示目标开始，到鼠标点击选取坐标，直至解算目标运动要素整个过程瞬间便能完成。

图5 声纳导引示例

1.4 快速目标指示功能

在集中指挥方式下，由作战系统指控下达目标指示[4]，火控设备完成诸元计算。自主作战指挥方式下，传统的方法是设置“命令”菜单，选择打击目标的武器，输入目标的批号、距离、方位、深度等信息，装订完成确认后，计算相应的诸元信息。无疑人工装订的时间相对冗长。为了提高快速作战的能力，本研究技术既保留人工菜单装订目标指示的功能，同时提供通过用鼠标在海图上右键弹出动态菜单，选择希望分配的武器目标指示子菜单，见图6。通过鼠标点击的打击目标位置与目标批号相关计算，并自动提取海图上水深信息，同时考虑安全性因素，快速解算诸元，提高自备方式作战系统反应时间。

图6 目标指示示例

1.5 电子海图技术提升诸元计算的效能

反潜反鱼雷火控设备通常具备对反潜反鱼雷武器的诸元计算能力。本研究技术综合反潜火控设备的成熟技术，引入电子海图的环境信息，提升火控设备对武器的控制能力[5]。例如：方便的提取海区深度、海流和磁要素等信息，帮助鱼雷武器完成攻击参数计算和设定；拦截鱼雷目标时，可以直接从海图上选取坐标，设定射距，自动匹配射程，完成反鱼雷武器的拦截鱼雷功能。这种能力对于传统的反潜反鱼雷火控设备是不具备的。

1.6 基于电子海图的作战现场重现

通常反潜反鱼雷火控设备都具备作战现场重现功能，本研究技术不仅记录作战时传感器和武器诸元信息，同时记录作战海区环境信息，建立基于海洋环境的反潜反鱼雷作战数据库。当执行重现功能时，作战现场以电子海图为背景，将记录的目标和本舰信息全部或选择性的重现在海图上。见图7。

图7 作战现场重现示例

2 应用电子海图反潜作战流程

继承反潜反鱼雷火控设备的优势，通过引入电子海图技术，提升反潜反鱼雷火控设备的目标定位和快速解算能力，以便更加有效的打击来袭的潜艇或鱼雷等水下目标。本文研究技术从作战流程研究及软件模块设计开发入手，利用电子海图的信息资源，搭建使用Visual C++6.0编程环境模拟的综合导航系统、水声系统、作战指挥系统作战现场，进行仿真计算。计算表明：在同等航路下，当导引声纳探测目标定位精度提高50%，管装鱼雷发现目标的概率可以提高20%。对于6km以上的水下目标，系统反应时间相比传统的反潜火控设备提高了16%。验证了提升反潜反鱼雷火控设备的作战能力。作战流程图见图8。

图8 应用电子海图进行反潜作战流程图

3 结束语

在研究过程中，我们也分析了电子海图技术的引入是否会对火控作战流程产生负面影响，例如系统开销加大、反映时间增加等。随着计算机技术的迅速发展，计算机的容量已足以满足加入海图的需求，海图显示仅在作战海区跨越时或人工干预时刷新，不会增加系统反应时间。通过演示软件的开发，所谓的负面影响都在研究过程中充分考虑。以上研究表明，在反潜反鱼雷火控设备上应用电子海图技术，既能够拓宽电子海图技术的应用领域，又有助于反潜反鱼雷火控设备的能力提升，这对于加强海军建设意义重大。

[1]国家技术监督局.GB 15702-1995 电子海图技术规范[S].北京:中国标准出版社,1995.

[2]中华人民共和国海事局.电子海图及其应用系统国际规范和标准(S-57)[M].大连:大连海事大学出版社,1999.

[3]董志荣.目标运动分析新论[M].连云港:江苏自动化研究所,2005.

[4]董志荣.舰艇指控系统的理论基础[M].北京:国防工业出版社,1995.

[5]张英俊.电子海图海图的数学和算法基础[M].大连: 中国海事大学出版社,2001.