一种改进的线导+尾流自导鱼雷导引方法

野学范，朱伟良，张靖康，许兆鹏

（海军潜艇学院，山东 青岛 266042）

一种改进的线导+尾流自导鱼雷导引方法

野学范，朱伟良，张靖康，许兆鹏

（海军潜艇学院，山东 青岛 266042）

线导＋尾流自导鱼雷传统的导引算法均依赖目标运动要素，目标运动要素误差将会导致鱼雷进入尾流点的偏差，从而降低了鱼雷自导装置捕获目标尾流的概率。在过去方位导引法基础上根据瞄点和目标尾流特性对过去方位进行一定的修正，从而对线导＋尾流自导鱼雷实施导引，无论有无目标运动要素，也无论目标如何机动规避，只需连续测得目标方位，就能将鱼雷准确地导入目标尾流的期望位置。

线导鱼雷，尾流自导鱼雷，导引方法

0 引言

线导鱼雷攻击通常是在没有目标运动要素情况下进行的，鱼雷一经发射，潜艇鱼雷攻击的成败完全取决于艇上武器系统能否有效地对鱼雷实施导引［1］。因此，创造线导鱼雷导引的条件，选择合适的导引方法对鱼雷实施导引，保证鱼雷的自导装置能有效地发现并跟踪目标，并以确定的命中点进入目标尾流是线导鱼雷导引过程中鱼雷武器系统和作战使用者的主要任务。为此，本文在分析传统导引方法的基础上，研究了线导加尾流自导鱼雷攻击过程中过去方位法的导引问题。

1 传统导引方法

对线导＋尾流自导鱼雷导引的传统方法有固定滞后角导引法、固定滞后距离导引法和滞后进入尾流时间导引法。

1.1 固定滞后角导引法

所谓固定滞后角导引法是指系统控制将鱼雷导引到当前目标方位滞后一个固定角度的方向上，最终期望鱼雷进入目标尾流［2］。采用固定滞后角导引最终鱼雷进入尾流的距离大小与目标距离的远近以及目标舷角的大小有关。由于目标距离和目标舷角的不确定性，就会导致鱼雷进入尾流的距离不确定。

例如：当目标舷角一定而实际目标距离比预估目标距离远时，则实际进入距离就比预定进入距离大；反之，实际进入距离就比预定进入距离小。同样，当鱼雷进入目标尾流时的目标舷角不同，从而导致实际进入距离与预定进入距离的偏差也很大。可见，在没有目标运动要素的情况下，使用固定滞后角导引法无法掌握鱼雷进入目标尾流的位置，因此，这种导引方法没有实用价值。

1.2 固定滞后距离导引法

固定滞后距离导引法也称保持距离导引法，它是在现在方位导引法的基础上，将鱼雷导引点始终偏后于当前方位线一个固定的距离上，直到将鱼雷导入目标尾流中［3］。

这种导引方法与固定滞后角法导引相比，它克服了因目标距离误差导致鱼雷进入距离的偏差，但鱼雷进入距离仍然受到目标舷角大小影响。同时，由于固定滞后距离是根据估计目标速度确定的，因此，目标速度误差也会导致鱼雷进入距离的偏差。

1.3 滞后进入尾流时间导引法

滞后进入尾流时间导引法原理上与线导＋声自导鱼雷的现在方位导引法类似，其导引的质点不是鱼雷本身，而是在离鱼雷前方一定的距离上，即鱼雷到达当前引导点还需一段“滞后时间”［4］。当将鱼雷前方的导引点导引到与目标位置点重合时，鱼雷离目标还有一段距离。当鱼雷到达该导引点，即进入目标尾流时，目标已经前移了一段距离。可见，这段距离就是尾流自导鱼雷的进入距离。因此，滞后进入尾流时间就是上述目标前移距离所用的时间，即预定的进入距离与估计目标速度之比。

从以上分析可知，滞后进入时间导引法较前两种导引法具有明显的优点，它克服了目标距离误差和舷角误差对鱼雷进入距离的影响，但由于滞后进入时间的计算有赖于目标速度的大小，当目标速度有误差时同样会导致鱼雷进入距离的误差。如估计目标速度为18 kn，预定进入距离为900 m，即滞后进入时间约100 s。如果实际目标速度24 kn（误差为6 kn），则实际鱼雷进入距离为1 200 m，其误差为300 m。

2 过去方位导引法的基本思路

所谓过去方位导引法是指系统控制将鱼雷导引到某一固定时间之前的目标方位线上，直至鱼雷进入目标尾流。

在三级海况条件下，尾流保持时间约为180 s，即目标经过180 s后鱼雷自导装置仍能有效地检测到尾流。如果测得一个目标方位，并假定潜艇不动，则经过180 s后，该目标方位就是当前尾流终点的方位。换句话说，180 s之前的目标方位就是当前尾流终点的方位。如果取尾流中点作为鱼雷进入点，在不考虑潜艇位移的影响时，该点无疑就是90 s之前的目标方位。如果系统控制始终将鱼雷导引到90 s之前的目标方位线上，即可准确地将鱼雷导入到目标尾流的中点，而且进入点的准确性与目标距离的远近、目标舷角的大小以及目标速度的高低无关。

为了便于理解，假定导引间隔时间等于固定滞后时间，则前一条方位线就是固定滞后时间的过去方位线，即系统试图将鱼雷导引到前一条方位线上。由此可见，过去方位导引法不同于固定滞后角法，其导引点方向的滞后角随目标位变率不同而改变，即随目标距离、目标舷角和目标速度不同而变化，但导引点方位始终指向鱼雷预定进入点。

3 进入点选择及过去时间取值

目标尾流长度主要取决于海况和目标速度，而海况决定于尾流保持时间的长短。通常当海况为三级时有效尾流长度Lw＝180Vm。

在海况一定条件下，如果已知目标速度，即可求得目标尾流长度，并按预定进入距离Dw确定鱼雷进入尾流的具体位置，进而求得进入点方位（过去方位）相对当前目标方位的滞后时间tb=Dw/Vm，只要利用过去时间tb前的目标方位导引即可将鱼雷导入到预定进入距离上。

如果未知目标速度或估计目标速度不准确时，则过去时间就无法确定，即难以得到准确的导引方位。为此，考虑进入点在尾流总长度的相对位置指定进入距离，即Dw＝kLw，则过去时间tb＝ktw。由此可见，过去时间取值与目标速度无关，只要选择适当的系数k（0≤k≤1），就可以保证鱼雷从尾流适当位置进入。

当使用尾流自导鱼雷对水面目标攻击时，鱼雷进入点选择的一般原则，一是为提高鱼雷进入目标尾流的概率，通常进入点取在尾流中点附近为宜；二是保证鱼雷进入尾流并待追踪弹道趋于稳定后追上目标，以防止鱼雷蛇形弹道幅度过大而从目标前方跨过，要求进入点离目标的距离不小于一定数值；三是为了减小鱼雷追踪航程的损耗，进入距离尽量小

些［5］。

由于利用过去方位法对线导＋尾流自导鱼雷导引不依赖于目标运动要素，并能准确地将鱼雷导入目标尾流。因此，在选择鱼雷进入点时只需重点考虑后两个问题，即在保证进入距离不小于一定数值的条件下，使进入点尽量靠近目标。

假设目标射距20链，目标航向80°，潜艇航向270°，潜艇速度4 kn，鱼雷速度45 kn，初始目标舷角20°，取目标速度范围［8 kn，32 kn］，步长5 kn，设定发现概率0.9，在三级、五级海况下分别进行仿真，可以得出系数k的取值规律如图1所示。

由仿真结果可以得出过去时间值设定的基本规则：

（1）如果未知目标速度，可取过去时间值tb= 0.5tw，以保证鱼雷从目标尾流中点进入。

（2）如果能概略估计目标速度，对低速目标瞄点取尾流中点，则tb=0.5tw；中速目标（Vm＝16 kn～24 kn）取tb=0.4tw；高速目标（Vm＞24 kn）取tb=0.3tw。

（3）当已知或能估计目标速度时，可根据目标速度大小及海况确定进入距离Dw，进而求得过去时间。

4 过去方位的修正

从以上分析可知，过去方位导引法对线导＋尾流自导鱼雷导引的实质就是指定进入点的现在方位导引。如果能准确地求得进入点的方位，就可以将鱼雷准确地导引到指定进入点的尾流中。假定潜艇没有位移的条件下，过去时间tb的目标方位就是对应指定进入点的当前方位。但在鱼雷导引过程中，潜艇需要机动，由于在过去时间tb潜艇的机动位移，使得过去方位与指定进入点的当前方位不一致，因此，应对过去方位加以修正。

如图2所示，在过去tb时刻，潜艇位于Wi-1点，目标位于Wi-1点，测得目标方位Fi-1。而当前潜艇位于Wi点，目标位于Mi点，测得目标方位Fi，MiMi－1为期望进入距离。由于在过去时间tb内潜艇的位移Wi-1Wi，过去方位Fi-1并非是当前期望进入点的方位。如果按该方位导引，将会使鱼雷导入到C点，从而产生进入点偏差。为了准确地将鱼雷导入到期望进入点，应求出当前期望进入点的方位Fbi，即对过去方位加以修正，其修正量就是因潜艇位移引起的期望进入点的方位变化量β。

因方位变化量与距离有关，但由于进入点的坐标无法确定，也就无法掌握潜艇到进入点的距离。在导引过程中，不妨用潜艇到鱼雷的瞬时距离来代替潜艇至鱼雷导引终点（即进入点）的距离。这样做尽管在导引过程中由于距离误差大而导致方位修正量大，但当鱼雷实际进入尾流时，该距离就是潜艇到进入点的距离，因此，最终可以做到准确修正。

设当前潜艇坐标为Wi（xwi,ywi），过去tb的潜艇坐标为Wi-1（xwi－1,ywi－1），鱼雷坐标为Li（xli,yli），则根据三点坐标值即可求得方位修正量β。计算步骤如下：

求鱼雷位置点Li（xli,yli），至过去tb潜艇位置点Wi-1（xwi－1,ywi－1）的方位：

求鱼雷位置点Li（xli,yli）至当前潜艇位置点Wi（xwi,ywi）的方位：

则方位修正量为：

因此，指定进入点的当前方位，即导引方位为：

只要始终将鱼雷导引到上述方位线上，则最终就能将鱼雷准确地导入到尾流的指定进入点，其进入距离为kLw。

5 导引参数计算

由于过去方位导引法对线导＋尾流自导鱼雷导引参数计算原理与现在方位导引法类似，只需将当前目标方位Fi换成当前期望进入点的方位，即过去一段时间tb并经修正后的方位Fbi。

如图3所示，Wi（xwi,ywi）为潜艇当前位置点，Li（xli,yli）为鱼雷当前位置点，经过一个导引间隔Δt后期望将鱼雷导引到过去方位线Fbi上，其鱼雷航程为△Sl=VlΔt。图中Fli、Dli为当前潜艇到鱼雷的方位和距离；Fbi为采用的过去方位（已修正潜艇位移的影响），即潜艇到导引点的方位，通过ΔWiLiLi+1可求得潜艇到导引点的距离Dli+1：

在一定导引间隔中鱼雷以既定速度到达过去方位线Fbi上有两种可能，一是远离发射艇向目标靠拢；二是向发射艇接近。显然只能选择前者，即导引点距离大的值。则潜艇到导引点的距离为：

进而可求得导引点 Li+1的坐标值（xl+1,yl+1）：

再根据当前鱼雷位置点Li和导引点Li+1的坐标值即可求得鱼雷的导引航向Hli＋1，

利用过去方位对线导＋尾流自导鱼雷导引过程中，只要控制鱼雷转到上述导引航向上，即可始终将鱼雷导引到指定进入点的当前方位上，直到进入目标尾流。

6 工程化分析

该方法是对过去方位导引法的改进，可以在无目标运动要素情况下将鱼雷准确导入目标尾流期望位置，在工程上易于实现，但仍需注意以下问题。

（1）为获得理想的鱼雷导引航向，系统应设定适宜的导引时间间隔［6］。一般而言时间间隔以短些为宜，然而过短可能会无法确定鱼雷导引航向。因此，系统应设置“长”、“短”两种时间间隔以满足系统计算及导引控制的需要，并根据实际情况选用其中一种或适时切换控制。

（2）导引期间，鱼雷会进行多次变速，且实际变速是一个渐变的过程。为便于研究，该模型对此进行了简化处理，这与实际相比会有一定的误差，在工程化实现时应加以完善。

7 结束语

由于过去方位导引法对线导＋尾流自导鱼雷导引的实质就是指定进入点的现在方位导引，只要能准确地求得指定进入点的现在方位，不管有无测得目标运动要素，都能将鱼雷准确地导入到指定进入点。即使在导引过程中目标进行规避机动，由于过去方位已被记录，且目标经过的尾流仍然存在，因此，不管目标如何机动，终究能将鱼雷导入到指定尾流进入点。综上所述，这种导引方法不仅不依赖于目标运动要素，还可对机动目标实施导引控制，是一种行之有效的导引方法，且在工程上易于实现。

［1］李本昌，刘振峰.尾流自导鱼雷及其射击控制的关键技术［J］.火力与指挥控制，2002，27（增刊）：90-92.

［2］艾东.线导+尾流自导鱼雷导引方法应用探讨［J］.指挥控制与仿真，2010，32（4）：47-48.

［3］李本昌，杨海涛.线导加尾流自导鱼雷保持距离导引法［J］.火力与指挥控制，2004，24(2)：65-67.

［4］宋明玉.基于模糊控制的线导鱼雷组合导引方法［J］.鱼雷技术，2008，16（3）：51-55.

［5］罗迪,李本昌，衡辉.尾流自导鱼雷瞄点优化方法［J］.鱼雷技术，2009，17（5）：77-80.

［6］颜士坤,杨大伟，杨光.线导鱼雷的方位导引模型及工程化研究［J］.指挥控制与仿真，2009，31（8）：51-53.

An Improved Guidance Method for Wire-guided+Wake-homing Torpedo

YE Xue-fan，ZHU Wei-liang，ZHANG Jing-kang，XU Zhao-peng
（Navy Submarine Academy，Qingdao 266042，China）

All traditional guidance methods for wire-guided+wake-homing torpedo depend on target motion parameter.Target motion parameter error has direct influence on the position error of entering wake，consequently the probability of a wire guiding torpedo capturing targetl falls.Based on past-bearings guidance method，past-bearings is modified according to aiming point and target wake trait,guide wire-guided+wake-homing torpedo accordingly.Whether target motion parameter is getted or not,and whether target eludes or not，torpedo can be guided to expectant position only by continuous bearings.

wire-guided torpedo，wake-homing torpedo，guidance methods

TJ630.1

A

1002-0640（2015）09-0172-04

2014-07-05

2014-08-27

野学范（1977- ），男，江苏南通人，硕士，讲师。研究方向：潜艇作战系统及武器运用。