线导鱼雷靶场散布试验鉴定方法

朱文振, 叶豪杰, 刘 波



线导鱼雷靶场散布试验鉴定方法

朱文振, 叶豪杰, 刘 波

(中国人民解放军91388部队, 广东 湛江, 524022)

鱼雷靶场散布是线导鱼雷作战能力的重要指标, 也是线导鱼雷试验鉴定的重要内容。分析了线导鱼雷导引过程中产生鱼雷散布的原因, 建立了雷位误差和深度误差数学模型, 应用试验设计理论确定了试验项目与试验样本, 并通过对影响线导鱼雷靶场散布主要因素的分析, 确定了试验方案设计原则, 提出了试验评定方法。该方法为制定线导鱼雷靶场散布试验鉴定和方案设计提供了理论依据, 也可为线导鱼雷作战仿真及作战效能评估提供参考。

线导鱼雷; 靶场散布; 雷位误差; 试验鉴定

0 引言

与自导鱼雷相比, 线导鱼雷近10倍地增大了攻击目标范围, 线导导引方式具有良好的隐蔽性、较强的抗干扰能力, 使国外远程鱼雷几乎无不采用线导导引方式。

线导导引是发射平台对鱼雷实施遥控导引, 整个过程由声纳系统、导航系统、火控系统和鱼雷制导系统共同完成。鱼雷发射出管后, 火控系统根据发射平台的位置信息、目标信息以及鱼雷制导系统信息, 选择正确的线导导引方法自动解算鱼雷转角/偏航角, 通过线导导线周期性发送航深、转角、自导开机等遥控指令, 控制鱼雷航行并逐渐接近目标, 直到鱼雷自导装置发现目标[1]。

在线导导引过程中, 由于发射平台导航系统、解算目标运动要素和鱼雷航行位置均存在误差, 导致鱼雷航行过程中出现鱼雷散布。鱼雷散布的大小是鱼雷武器系统控制鱼雷航行至目标附近区域的精度要求, 也是鱼雷自导装置能否发现目标的前提条件。因此, 鱼雷散布是线导鱼雷作战效能的一项重要能力指标, 也是鱼雷武器系统试验鉴定的一项重点评价内容。

1 鱼雷散布产生原因

线导鱼雷发射出管后, 受鱼雷航速误差、航向误差、转向误差和深度误差的影响, 导致鱼雷航行至预定时刻的实际位置与理论位置不一致, 这种位置偏差现象称为鱼雷散布, 主要由鱼雷的舰艇散布和靶场散布引起[2]。

在鱼雷射击过程中, 受发射平台航行状态及发控系统技术条件的影响而导致鱼雷产生偏差的现象称为鱼雷舰艇散布[3-4]。主要产生原因包括发射装置的机械延迟与齐射间隔时间、发射平台导航与探测系统的数据偏差、占位射击航向航路偏航、瞄准误差以及离散信号响应滞后等。但在现代水下发射平台装备火控／指控系统的条件下, 前几种原因引起的鱼雷舰艇散布可以得到消除或修正, 当离散信号响应滞后引起的误差不大时, 可忽略不计。

在鱼雷航行过程中, 受外界环境条件影响以及鱼雷线导导引过程中航行参数变化而导致鱼雷产生偏差的现象称为鱼雷靶场散布[3-4]。主要产生原因包括鱼雷动力推进系统、导航控制系统、线导遥控导引产生的鱼雷航行参数差异以及鱼雷航行环境条件存在差别等。试验证明, 若将产生鱼雷靶场散布的系统误差消除, 则鱼雷在航程、横向和深度上的误差均属于随机误差, 且服从正态分布规律。

2 鱼雷靶场散布

在3D空间中, 鱼雷靶场散布分为水平面散布和垂直面散布, 水平面散布可用雷位误差表示, 垂直面散布可用深度误差表示。

2.1 雷位误差

图1 鱼雷线导导引过程中雷位误差

由概率论可知, 平面正态随机点的2个分量和是否独立, 与坐标系的选择有很大关系, 若选取靶场坐标系与散布椭圆轴的方向平行, 则和在此坐标系内相互独立[6]。则雷位误差密度函数为

2.1.1 纵向雷位误差

2.1.2 横向雷位误差

2.2 深度误差

3 鱼雷靶场散布试验设计

3.1 试验项目确定

从控制系统原理可知, 鱼雷水平面与垂直面采用独立控制通道回路方式进行设计, 即鱼雷水平面与垂直面靶场散布相互独立。因此, 线导鱼雷靶场散布可分为雷位误差和航深误差2个试验项目进行试验鉴定。

3.2 试验样本计算

3.2.1 雷位误差

若雷位误差指标采用方差形式表示, 可采用正态分布参数方差假设检验方法确定试验样本量。

对于式(8)的检验, 可采用2检验构造统计量

由式(10)和式(11)可得出

表1 雷位定位误差试验样本量确定

Table 1 Determination of test samples for torpedo′s location error

3.2.2 深度误差

鱼雷深度误差除在雷位误差试验之外, 还可结合其他实航试验项目进行试验鉴定。通常深度误差试验样本量较大, 可选取所有实航试验样本量作为试验统计样本。

3.3 影响线导鱼雷靶场散布主要因素

影响鱼雷靶场散布的主要因素包括鱼雷固有属性和外界约束条件。固有属性包括鱼雷航速误差、航向误差、转角误差和航深误差。外界约束条件包括初始对准基准误差、线导遥控转向次数和海流速度。

3.3.1 航速误差

主要与鱼雷动力装置类型和提供动力的能量相关。鱼雷航速误差越大, 在预定航行时间内航程误差越大, 纵向雷位误差越大。

3.3.2 航向误差

主要与鱼雷航向稳态控制能力和陀螺传感器精度相关。鱼雷航向误差越大, 在预定航行时间内横向雷位误差就越大。

3.3.3 转角误差

主要与鱼雷执行线导遥控指令变向后航向误差相关。转角误差越达, 横向雷位误差越大。

3.3.4 航深误差

主要与鱼雷航深稳态控制能力和深度传感器精度等相关, 通常航深误差越大, 垂直面靶场散布越大。

3.3.5 初始对准基准误差

主要与鱼雷武器系统惯导精度相关。若发射平台采用高精度惯导系统, 鱼雷初始对准基准误差较小, 可以忽略不计。

3.3.6 线导遥控转向次数

主要与线导遥控间隔时间和鱼雷航行时间相关。线导遥控间隔时间越短, 在预定航行时间内线导导引鱼雷转向次数越多, 横向雷位误差越大。

3.3.7 海流速度

主要与海流速度的大小与方向相关。海流速度的大小与海流方向对鱼雷航速误差、鱼雷航向误差产生直接影响, 特别是海流速度和方向变化较大的环境条件下, 纵向雷位误差和横向雷位误差均增大。

3.4 试验方案设计原则

试验实施安全、贴近实战鉴定以及试验数据有效是试验设计的基本原则, 贯穿于试验方案设计全过程之中。

3.4.1 试验实施安全性

在正常条件下, 发射平台通过线导导线发送遥控指令控制鱼雷航行, 但当鱼雷线导断线后自动变为自导雷, 并按鱼雷武器系统解算的偏航角自主航行。由于线导断线时刻未知, 鱼雷偏航角是不确定的, 鱼雷预定航行区域扩大, 试验实施不确定因素增多, 丢雷风险增大。若选择鱼雷固定程序弹道设计, 在鱼雷航行过程中, 即使鱼雷出现线导断线、航行异常停车上浮等情况, 也可在预定航行范围之内寻找并打捞鱼雷, 可确保实航试验实施安全。

3.4.2 试验方案真实性

3.4.3 试验数据有效性

3.5 评定方法

3.5.1 雷位误差

根据鱼雷雷位概率误差要求, 可得

将式(18)转换为概率密度函数, 可得

3.5.2 深度误差

参照GJB408B-2009《鱼雷定型试验规程》, 统计所有实航试验过程中深度误差数据, 按照试验项目合格率进行分析评定。

4 结束语

本文基于概率含义的雷位误差, 提出了一种靶场散布试验鉴定方法, 对后续鱼雷指标体系规范化、作战效能评估与作战使用方法等方面具有一定的借鉴作用。但鱼雷散布包含舰艇散布与靶场散布两方面内容, 特别系统误差较大时, 舰艇散布也是不能忽视的, 其试验鉴定方法更复杂, 是后续鱼雷散布试验鉴定的重要研究内容。

[1] 张宇文. 鱼雷弹道与弹道设计[M]. 西安: 西北工业大学出版社, 1999: 105-107.

[2] 卫爱萍. 现代舰艇火控系统[M]. 北京: 国防工业出版社, 2008: 329-331.

[3] 王兴军. 线导鱼雷靶场散布分析[J]. 鱼雷技术, 2006. 14(2): 54-56.

Wang Xing-jun. Analysis of Shooting Range Scatter for Wire-guided Torpedo[J]. Torpedo Technology, 2006, 14 (2): 54-56.

[4] 孟庆玉. 鱼雷作战效能[M]. 北京: 国防工业出版社, 2003: 88-91.

[5] 闫章更. 试验数据的统计分析[M]. 北京: 国防工业出版社, 2001: 14-16.

[6] 武小悦. 装备试验与评价[M]. 北京: 国防工业出版社, 2008: 400-404.

Test and Evaluation of Shooting Range Dispersion for Wire-guided Torpedo

ZHU Wen-zhen, YE Hao-jie, LIU Bo

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

Torpedo shooting range dispersion is an important index in evaluating a wire-guided torpedo’s attacking ability, and it is also a principal index in wire-guided torpedo test and evaluation. In this paper, the cause of shooting range dispession during guidance of a wire-guided torpedo is analyzed, and two models of torpedo’s location error and depth error are constructed. Test items and samples are determined following the design theory of torpedo test, and design principle of torpedo test scheme as well as evaluation method of the test are presented by analyzing the main factors influencing wire-guided torpedo shooting range dispersion. This study provides a theoretical foundation for designing test and evaluation method of torpedo shooting range dispersion, and also offers a reference for wire-guided torpedo combat simulation and operational effectiveness evaluation.

wire-guided torpedo; shooting range dispersion; location error; test and evaluation

TJ630.6

A

1673-1948(2012)05-0396-05

2011-12-08;

2012-02-27.

朱文振(1975-), 男, 工程师, 研究方向为鱼雷试验鉴定.

(责任编辑: 陈 曦)