典型追击方式下Benchmark潜艇目标强度仿真研究∗

潘明邓伟

（91388部队94分队 湛江 524022）

1 引言

鱼雷是水下最具威胁力的主战武器之一，声自导鱼雷是现代鱼雷发展的趋势，它能通过声自导系统将鱼雷导向目标，其中目标强度是鱼雷自导系统和主动声纳方程中主要技术指标。目标强度在鱼雷捕获、追踪、识别目标整个过程中起着重要的作用，许多情况下我们往往把目标强度简单地认为是一固定的值，然而目标在不同方位角上的值是不同的，而且目标回波强度与入射波束开角紧密相关。实战中当鱼雷攻击目标时目标会采取相应的规避和逃逸方式，两者的位置一直在发生变化，在近距离情况下由于受到鱼雷波束扇面限制波束照射到的目标面积也会跟随着变化，导致鱼雷自导系统获得的目标强度有很大的变化。基于上述情况针对鱼雷导引弹道下运动目标回波强度研究更加贴近实战背景，更具实战意义。本文对典型追击方式下Benchmark潜艇目标强度进行了仿真研究。

2 鱼雷典型导引弹道

鱼雷常用的导引方法有：尾追法（直接瞄准导引法）、固定提前角、平行接近法、可变提前角法等。由于可变提前角导引法受到多种因素影响，情况较为复杂，本文不作考虑，只对前面三种方法加以仿真计算。图1为鱼雷和潜艇目标关系示意图。

1）尾追法，又称直接瞄准导引法，用这种方导引时鱼雷的运动方向始终对准目标，最后命中目标部位是尾部，如图2所示。

2）固定提前角导引法，在追踪目标过程中，鱼雷的运动方向与目标方位线之间保持一个固定的提前角，最后与目标相遇时命中目标的侧舷，如图3所示。

图1 雷与潜艇目标运动关系

图3 固定提前角导引法

3）平行接近导引法，在追踪目标过程中，不同时刻鱼雷中心与目标中心之间的连线始终保持平行的运动，最后与目标相遇时命中目标的侧舷，如图4所示。

图4 平行接近法

3 Benchmark潜艇目标强度仿真计算

3.1 尾追法下潜艇目标强度仿真

尾追法是鱼雷自导中最常用的一种方法，其提前角为零。为了简单起见，本文假定鱼雷与目标处于同一深度，鱼雷提前角ηT=0，考虑鱼雷波束开角 2α=60°，目标舷角=0，作水平直线运动，鱼雷采用尾追法追击目标作直线运动的潜艇［2］。

1）建立平面坐标系xy：A(x1y1)，B(x2y2)；

2）在计算时取步长间隔为Δt，这样就可以计算每一时刻点的坐标，设在t时刻的坐标为(xiyi)，则在t+Δt时刻的坐标为

3）计算中当两者之间的距离d＜设定值时计算结束；

4）对两者对应的每一点进行连线即代表鱼雷速度瞬间矢量方向。

鱼雷速度设定为50kn，潜艇目标速度设定为15kn和20kn两种情况。将需要的关键参数保存作为板块元程序输入参数，这样可以计算出不同时刻的目标回波强度。图5和图6是信号频率为20kHz的相对应的目标回波强度随距离变化［4］。

图5 目标（Benchmark潜艇）回波强度（ν雷：ν艇=50:15）

上图仿真参数除了目标航速不同之外其它参数都保持相同。通过对图5、图6仿真结果进行分析可以得出以下结论：随着鱼雷与目标速度之比（vB:vA）减小，鱼雷命中目标的航程将会增加，末段鱼雷与目标的舷角趋于零，两者成直线运动，目标回波强度趋于常值。由于入射方位角的变化，潜艇目标回波强度起伏剧烈，总体存在变小的趋势，起伏变化规律与静止目标相比存在较大的差异［5］。

3.2 固定提前角法潜艇目标强度仿真

固定提前角导引法也是鱼雷最常用的一种导引方法，顾名思义其提前角ηT＝常值，在和尾追法相比此方法在数学建模时增加了一个提前角ηT。

下面是鱼雷波束开角2α=60°，鱼雷航速为50kn，目标航速为20kn，针对提前角不同做了如下几种工况仿真。工况1：目标初始坐标（0，0），鱼雷初始坐标（0，800），鱼雷固定提前角ηT=5°；工况2：目标初始坐标（0，0），鱼雷初始坐标（0，800），鱼雷固定提前角ηT=15°［3］；工况3：目标初始坐标（0，0），鱼雷初始坐标（0，800），鱼雷固定提前角ηT=30°［6］。

图7 工况1和工况2固定提前角法Benchmark潜艇目标回波强度

图8 工况1和工况3固定提前角法Benchmark潜艇目标回波强度

通过对图7、图8的仿真结果进行分析可以得出以下结论：鱼雷在固定提前角方式下攻击潜艇运动目标时，随着两者距离的接近，目标回波强度趋于逐渐变小；提前角小于鱼雷波束开角的情况下运动目标回波强度大小与提前角大小关系不大；提前角为30°时的目标强度要比提前角为5°时小5dB左右，这说明：鱼雷在采用固定提前角导引时，提前角不能随意设定，当鱼雷波束开角超出临界角时，运动目标回波强度随着提前角的增大相应地变小，出现这种情况也正好说明由于鱼雷波束开角的限制，在提前角大于临界角时，鱼雷波束开角只能照射潜艇表面一部分。

3.3 平行接近法潜艇目标强度仿真

平行接近法也是鱼雷常用的一种导引法，潜艇速度设定为20Kn，鱼雷速度设定为50Kn。设置如下三种工况仿真：

工况1：目标初始坐标（100，0），鱼雷初始坐标（0，800），鱼雷波束开角100度；工况2：目标初始坐标（300，0），鱼雷初始坐标（0，800），鱼雷波束开角100°；工况3：目标初始坐标（300，0），鱼雷初始坐标（0，800），鱼雷波束开角为60°。

图9 工况1和工况2平行接近法Benchmark潜艇目标回波强度

图10 工况3平行接近法Benchmark潜艇目标回波强度

对图9、图10的仿真结果进行分析可以发现：由于受到入射方位角影响工况2获取的目标表面积比工况1大，导致初始位置设置较远的工况2的目标回波强度比工况1的目标回波强度大5dB左右，这说明目标相距鱼雷较远时采用平行接近法获取的目标回波强度有利；在鱼雷波束开角较大情况下采用平行接近法获取目标回波强度有利，工况3情况下的目标回波强度，由于鱼雷波束开角小，鱼雷从初始位置追击距目标距离378m后鱼雷波束无法照射运动目标，鱼雷丢失目标，这样一来就会造成鱼雷再次进入搜索阶段，消耗鱼雷的有效航程。

4 结语

本文对鱼雷三种典型追击方式下Benchmark潜艇的目标强度进行了仿真，结果发现鱼雷采用不同的追击方法，潜艇回波强度存在较大的差别，即使采用同一种追击方法，不同的入射方位角，潜艇的目标强度也存在一定的差异。因此在实际的战术环境下，需要判断各种情况，选择合适的追击方法以及入射角，这样才能取得较好的战术效果。