助飞鱼雷攻潜时两种引导定位方法误差分析

张 起

(海军装备部采购中心,北京 100071)

水面舰艇使用火箭助飞鱼雷对潜攻击时,主要有两种引导方法:一种是使用舰壳声纳引导攻击,采用舰载声纳系统对潜艇探测定位,但由于其受水文条件影响较大,在探测距离稍远时,舰载声纳系统的探测效果不理想,影响了鱼雷的命中概率,并且与潜艇声纳的探测能力相比,水面舰艇容易先被敌潜艇发现,遭受攻击;另一种是使用舰载直升机吊放声纳对潜艇探测定位,引导水面舰艇使用火箭助飞鱼雷攻潜,既实现了水面舰艇对目标潜艇的远距离定位,又提升了舰艇自身的安全性。助飞鱼雷攻潜时不同引导方法的目标定位精度将直接影响助飞鱼雷的攻击效果,特别是两种引导方法均可采用时,如何选择合理的引导方法,将是助飞鱼雷作战指挥的关键问题。本文首先建立两种引导定位方法的目标定位误差模型,然后通过计算机仿真分析两种引导方法的目标定位误差,并得出指导助飞鱼雷作战使用的结论,对提高武器作战能力具有重要意义。

1 两种引导方法目标定位误差模型

1.1 舰载声纳系统目标定位误差

在传统的水面舰艇反潜时,可以通过情报获得目标潜艇的信息或使用舰载拖曳线列阵声纳在较远距离上探测发现目标潜艇,在与潜艇建立接触后,使用舰壳声纳对目标潜艇进行跟踪、精确定位,建立目标航迹。在选择使用助飞鱼雷攻击后,计算射击诸元,并视情进行占领攻击阵位的舰艇机动。舰艇到达攻击阵位后,发射鱼雷进行攻击。

潜艇的位置由舰艇和潜艇之间的距离和潜艇的方位得到。因此,使用舰壳声纳对目标潜艇定位时的误差源主要有:舰壳声纳测距误差δd、舰壳声纳测方位误差δB等。如图1所示,设舰艇当前的实际位置为W′点,速度为V′,航向为C′;目标的实际位置为M;目标与探测舰艇的实际距离为D,实际舷角为θ。,当使用舰壳声纳探测时,测得的目标距离为DM,舷角为θM,对应的测点为W′M。就是由于声纳探测误差产生的误差[1]。

舰壳声纳探测目标潜艇位置的误差散布如下:

舰壳声纳测距误差δd: σ1=D·σd;

舰壳声纳测方位误差δB: σ2=D·ta n δB;

以发射舰的位置为坐标原点,以正北方向为Y轴方向建立直角坐标系。根据误差综合原理,对目标潜艇定位的散布误差:

式中:A为目标潜艇在X轴方向上的方差;B为目标潜艇在Y轴方向上的方差;C为目标潜艇的协方差。

图1 舰艇声纳探测误差形成过程

1.2 舰载直升机吊放声纳定位误差

使用舰载直升机对目标潜艇进行定位并引导发射舰攻击时,可派遣直升机前行到目标危险区域对目标潜艇进行精确定位,建立目标航迹,并将信息传递给发射舰,发射舰在获得目标潜艇的精确位置后,可以在目标潜艇的探测范围之外对目标进行攻击。

1.2.1 舰载直升机引导定位方法

由于发射舰与舰载直升机间的相互定位方法以及各自自身定位方法的不同,构成了不同的目标定位方法。直升机引导舰艇攻潜时可采用以下几种目标定位方法[2]。

1)接力观测定位引导法

发射舰测定引导直升机位置,引导直升机测定目标潜艇位置,并将测得的目标信息传送给发射舰,由发射舰修正时差后计算出目标相对于发射舰的位置数据,送给鱼雷火控系统计算射击诸元。此法的特点是合同操作较简单,定位精度高,但发射舰隐蔽性较差。

2)单向观测定位引导法

引导直升机同时测定目标潜艇和发射舰的位置,将目标潜艇和发射舰的位置传送给发射舰,发射舰接收上述数据,并计算出目标潜艇相对于本舰的位置数据,送给鱼雷火控系统计算射击诸元。此法的特点是舰艇隐蔽性好,但定位精度主要取决于引导直升机(吊放声纳和雷达)的探测精度,且直升机作业也比较复杂。

3)双向观测定位引导法

发射舰对引导直升机定位,引导直升机同时对发射舰和目标潜艇进行定位,并将定位信息传送给发射舰进行计算。这种方法实际上是接力定位和单向定位两种方法的结合,有较高的定位精度,但是发射舰隐蔽性较差。

本文主要分析采用接力观测定位引导法引导舰艇对潜攻击时对目标的定位精度。

1.2.2 接力观测定位引导法定位误差

根据误差散布原理,对目标潜艇探测点的散布在方位和距离上综合表现为散布椭圆。

以发射舰位置为坐标原点O,以正北方向为Y轴正方向建立直角坐标系XOY,其中W、M、Z分别为发射舰、目标潜艇和引导直升机的位置;R1为引导直升机与舰艇之间的水平距离;R2为引导直升机与目标潜艇之间的水平距离;θ为引导方位线与舰艇目标方位线之间的夹角,即引导角。

图2 直升机引导定位时的几何定位关系

直升机在采用接力观测定位引导法攻击潜艇时目标误差源主要有舰载雷达测距误差(δLD)、舰载雷达测方位误差(δLB)、直升机吊放声纳测距误差(δSD)和直升机吊放声纳测方位误差(δLB)等。

1)舰载直升机位置的误差散布

舰载雷达测定引导直升机的均方误差如下:

在X轴方向上的散布为:

在Y轴方向上的散布为:

式中,BWZ为直升机相对于舰艇的方位。

2)舰载直升机探测目标潜艇位置的散布误差

机载吊放声纳测定目标潜艇的均方误差如下:

在X轴方向上的散布为:

在Y轴方向上的散布为:

式中,BZM为目标潜艇相对于直升机的方位。

3)综合误差

根据误差综合原理,目标潜艇相对于舰艇的散布误差为:

式中:A为目标潜艇相对于舰艇在X轴方向上的方差;B为目标潜艇相对于舰艇在Y轴方向上的方差;C为目标潜艇相对于舰艇的协方差。

图3 舰壳声纳定位时位置散布椭圆面积

2 仿真结果与分析

2.1 计算条件

在进行仿真计算时,假设舰壳声纳的测向误差为5°，测距误差为4%；舰载雷达的测向误差为1°，测距误差为 2.5%；直升机吊放声纳的测向误差为3°，测距误差为2%。误差值均为最大误差值。

利用以下公式计算综合散布椭圆的长、短半轴a、b[3]:

2.2 仿真结果分析

2.2.1 舰壳声纳定位引导攻击时误差分析

取水面舰艇与目标潜艇距离为:3km、4km、5km、6km、7km、8km、9km、10km,则在不同距离时的目标潜艇位置散布椭圆面积(m2)如图3。

2.2.2 舰载直升机定位引导水面舰艇攻击时误差分析

取直升机的引导距离位:10km、12km、14km、16km、18km、20km、22km、24km、26km、28km、30km,目标潜艇与引导直升机之间的水平距离为2000m,则不同距离下目标潜艇位置散布椭圆面积(m2)如图4。

图4 直升机引导定位时位置散布椭圆面积

使用助飞鱼雷攻潜的两种定位引导方法,其定 位误差通过仿真计算、误差分析比较,得出如下结论:

1)使用舰载直升机距目标潜艇 20km 时的定位精度与使用舰壳声纳距目标潜艇3km左右时的定位精度大致相同。

2)使用舰壳声纳定位引导时,对目标潜艇的定位精度随距离的增大减小较快;而使用直升机引导定位时,目标潜艇的定位精度随距离的增大减小较慢;但两者减小的幅度都随着所测目标潜艇的距离增大而增大。

3）直升机引导定位的精度虽然很高但操作比较复杂,所需时间相对较长,当攻击时间有限,或距离较近时,可以使用舰壳声纳对目标潜艇精确定位。

3 结束语

舰载直升机对潜定位引导水面舰艇使用助飞鱼雷攻潜,弥补了水面舰艇攻击潜艇时定位误差较大的不足,丰富了水面舰艇使用助飞鱼雷攻击潜艇的引导方法。经过分析比较,水面舰艇使用助飞鱼雷攻潜,在较近距离或攻击时间有限时,可使用舰载声纳系统对潜艇定位。要保证远距离时的探测精度同时又要降低舰艇自身被潜艇先发现先攻击的概率,可以使用舰载直升机定位引导,这样不仅提高了舰艇自身的隐蔽性,还提高了对目标的定位精度,进而提高助飞鱼雷对目标的打击能力。

[1]赵学涛,贾跃,林贤杰.舰载直升机在火箭助飞鱼雷引导攻击中的阵位确定方法[C].作战辅助决策与军事系统工程理论研讨会,2007,17(5):72-77.

[2]鄂群,马远良,刘德才,等.水面舰艇引导直升机鱼雷攻击误差分析[J].鱼雷技术,2009.

[3]杨福渠.火箭深弹射击效率[M].北京:国防工业出版社,1992.