水中目标动态爆点纯方位定位技术

陆扬　谭鑫　管启亮　魏传林

摘 要：分析了目前国内水中动态爆点定位技术的特点与不足，提出了利用纯方位测量技术实现鱼雷实航爆点的实时定位方法。介绍了基于矢量传感器技术的水中目标动态爆点纯方位定位原理，给出了实现该测量技术的各分系统组成及其功能。

关键词：水中目标 动态爆点 定位

中图分类号：U666 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）11（b）-0118-02

在鱼雷作战效能试验、爆炸毁伤试验和部队实雷攻靶训练中，鱼雷攻击水中目标时的实航动态爆点定位数据是作战效能、攻击效果、毁伤能力评估的重要依据[1-3]。国内目前采用在被攻击目标上布设测点，应用双曲线定位的原理动态爆点进行测量[4]。该测量方法存在成本大、难度高、精度低、有时无法在被攻击目标上布设测点等问题。而使用矢量传感器技术[5-6]，利用纯方位定位原理对动态爆点进行精确定位，可有效解决传统测量手段中遇到的问题。

1 传统水下动态爆点定位技术局限性分析

对鱼雷等水中兵器实航动态爆点的测量，传统的测量手段是在目标上加装传感器，测量爆炸压力到达各传感器的时延差，用双曲线定位的原理解算爆点位置。这种方法存在下列问题。

一是爆点是动态的，预先无法确定其位置，因而无法确定迎爆面，传感器加装必须全范围覆盖目标，加大了测量成本和操作难度。

二是无法预先确定爆点位置，各测量传感器的量程及各通道动态范围无法确定，需要冗余配置，同样加大测量成本和操作难度。

三是如果爆点和测点距离较近（小于10倍药包半径），冲击波压力传播速度与传播距离的非线性因素造成冲击波压力平均传播速度无法精确估计，使得双曲定位测量精度无法得到保证。

四是在建立测量坐标系过程中，由于各测点传感器为贴片式，布置于被攻击目标外表面，测点空间坐标随壳体变化，难于精确测定，微小的测点空间坐标测量误差（尤其在爆点离测点距离较近的情况下）会造成爆点测量精度大幅下降。

五是存在因被攻击目标结构的原因（如实雷攻击训靶），无法在被攻击目标上安装测点，因而无法使用该传统手段对动态爆点进行定位。

2 水中动态爆点纯方位定位原理

仅考虑平面定位问题。定义基线坐标系为：以阵元i为坐标原点，阵元i和阵元j构成的基线为x轴，x轴的正方向为由阵元i指向阵元j，该坐标系称为基线坐标系，，，如图1所示。

在阵元i，j和目标T组成的三角形中，令是以阵元i为顶点的内角，是以阵元j为顶点的内角，为基线长度，它可以由浮标上的DGPS数据计算得到。

3 定位系统组成及各部分功能

定位系统由4个分系统组成：船载数据处理及显控分系统、浮标测量阵分系统、遥控数据传输分系统及辅助分系统。

船载数据处理及显控分系统：由数据处理显控计算机及无线通信基站组成，完成测量系统参数设置、各浮标工作状态自检、数据处理及实时定位解算。

浮标阵测量分系统在：由若干矢量水听器浮标组成测量阵，浮标上加装GPS和方位姿态仪。被动接收水中运动目标爆炸声信号，完成信号检测和方位估计。

遥控数据传输分系统：分船载无线遥控设备和浮标无线遥控设备。完成水中浮标信号处理机测得的爆炸声信号以及GPS测得的浮标位置信息、方位姿态仪测得的信息传输到测量船，并将船载数据处理及显控分系统的控制信息传输到浮标。

辅助分系统：由电信号和声信号模拟器组成。用于在实验室和测量船上对测量系统进行功能自检。

4 结语

对水下实航鱼雷动态爆点的精确定位，在鱼雷作战效能试验、爆炸毁伤试验鉴定领域具有重要的意义。文中提出的矢量水听器纯方位动态爆点定位技术可有效解决传统双曲线定位技术遇到的若干局限性问题，工程实用价值较高。该技术也可应用于其他水中兵器动态爆点的精确定位。

参考文献

[1] 杨榜林，岳全发.军事装备试验学[M].北京：国防工业出版社，2002.

[2] 岳剑平，张召奎，朱学文等.水中兵器实验与鉴定[M].北京：国防工业出版社，2008.

[3] 武小悦，刘琦.装备试验与评价[M].北京：国防工业出版社，2007.

[4] 武征，孙翱，任冰明，阮飞，等.海上靶场试验测控技术[M].北京：国防工业出版社，2007.

[5] 刘伯胜，雷家煜.水声学原理[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，1993.

[6] 惠俊英，生雪莉.水下声信道[M].2版.北京：国防工业出版社，2007.

[7] 陈丽洁，张鹏，徐兴烨.矢量水听器综述[J].传感器与微系统，2006，25（6）：5-8.

[8] 曾雄飞，孙贵清，李宇，等.单矢量水听器的几种DOA估计方法[J].仪器仪表学报，2012，33（3）：499-507.