鱼雷扩展偏螺旋机动搜索弹道设计

2021-06-11于雪泳武志东

火力与指挥控制 2021年4期

于雪泳，武志东

（海军潜艇学院作战指挥系，山东青岛 266199）

0 引言

使用鱼雷武器对远距离目标实施攻击是潜艇鱼雷攻击的重要作战样式。由于探测和解算能力的限制，潜艇往往难以获得满意的目标运动要素。对潜艇而言，目标位置散布于一定的区域范围之内，当潜艇解算的目标运动要素误差较大时，目标位置散布范围可能较大。传统的鱼雷搜索弹道，一次性穿过目标散布区域，发现目标概率小。采用声制导鱼雷的末端机动搜索弹道，可较为满意地解决这一问题。

末端搜索弹道为扩展螺旋机动搜索的方案，使鱼雷在目标散布范围进行扩展螺旋搜索，可覆盖一定范围的目标散布区域，使发现目标概率有所提高［1］。但是，由于目标是运动的，目标散布区域也是运动的，以某固定点为中心展开的扩展螺旋机动搜索，不能很好地覆盖目标位置散布范围，致使发现概率并不理想［2］。为此，提出一种新的以移动的目标位置散布中心的为基准的扩展螺旋弹道设计方案。

1 扩展偏螺旋机动搜索弹道的设想

扩展螺旋弹道发现目标概率低的最主要原因是：目标散布区域的中心点是移动的，螺旋搜索弹道的大部分偏离了目标散布概率密度较大的区域。

如果能够设计一种弹道，鱼雷围绕不断移动的目标散布区域中心点展开螺旋搜索，这样可以保证鱼雷的搜索弹道从目标散布中心点开始，不断向外层搜索，以期望获得较高的发现概率。鱼雷的相对弹道（即以目标散布区域中心点为基准点的弹道）应为扩展螺旋弹道，当目标具有一定速度时，鱼雷的绝对弹道就呈现一种偏螺旋的状态，如图1 所示。

图1 扩展偏螺旋弹道设计理念图

2 目标位置散布区域中心点的计算

目标位置散布区域中心点是扩展偏螺旋弹道设计的重要参考点，是计算目标位置散布区域的重要参数。获得目标运动要素的途径不同，计算目标位置散布区域中心点的方法有所区别，现就潜艇自行跟踪目标情况下和接收外部目标指示情况下，分别阐述：

1）潜艇自行跟踪目标情况下目标位置散布区域中心点的计算［5］

潜艇自行跟踪目标情况下，通过目标运动要素解算，可获得带有误差的目标运动参数，包括目标方位F、距离D、速度V、航向H 以及各参数误差，通过上述参数及潜艇自身位置（X，Y），可将t 时刻（以获得上述目标运动要素的时刻为0 时刻）目标位置散布区域中心点位置（x，y）表述为：

2）接收外部目标指示情况下目标位置散布区域中心点的计算［3］

潜艇接收外部目标指示情况下，可获得带有误差的目标参数，包括初始位置（x0，y0）、速度V、航向H 以及各参数误差，可将t 时刻（以目标处于初始位置的时刻为0 时刻）目标位置散布区域中心点位置（x，y）表述为：

3 扩展偏螺旋机动搜索弹道控制算法

当鱼雷实时航程大于直航段距离时，将当前鱼雷位置点（亦是期望的鱼雷与目标的相遇点，也可以说是此刻的目标位置点）作为扩展偏螺旋弹道的中心点；当鱼雷穿过扩展偏螺旋弹道中心点，继续直航的距离大于初始极径时，即开始偏螺旋弹道，设置偏螺旋弹道航行时间T 为0。

扩展偏螺旋弹道的相对弹道是螺旋弹道，螺旋线的中心点是目标散布中心点，所以这个中心点，在相对弹道中是固定的，但是实际上它是运动的，它的运动速度和方向就是目标的运动速度和航向。

计算此时鱼雷相对于目标点（相对弹道的中心点）的极角和极径，极角递增后（此处需根据角度的变化，计算圈数的增加），根据螺旋弹道公式，计算新的极径，由新极角和新极径确定的极坐标位置点，转换成直角坐标表示的鱼雷的相对弹道位置点，根据相对弹道中心点的移动方向和距离，计算出鱼雷绝对位置点，鱼雷前一绝对位置点与新的绝对位置点之间的方向，即时鱼雷的实际期望航向，以此控制鱼雷，形成相对弹道为扩展螺旋弹道，实际弹道为扩展偏螺旋弹道的搜索弹道。

鱼雷扩展偏螺旋机动搜索弹道的控制流程如下页图2 所示。

4 鱼雷攻击过程的仿真分析

4.1 仿真实验

设定仿真条件为：潜艇在150 链距离上发现目标，对其进行解算，获得目标运动要素，计算目标位置散布范围，使用鱼雷扩展偏螺旋机动弹道对目标区域实施搜索，用数值积分的方法计算鱼雷发现目标概率［4］。

仿真过程为：鱼雷按计算的直航段弹道参数发射后，直航机动到目标位置散布区域，进行相对弹道为扩展螺旋弹道（如图3 中心部分所示），绝对弹道为扩展偏螺旋弹道的机动搜索（如图3 右侧部分所示）。鱼雷结束第二周螺旋搜索（相对弹道）搜索时，发现目标概率为0.532，比扩展螺旋机动搜索弹道的效果明显提高［1］。

图2 鱼雷扩展偏螺旋机动搜索弹道的控制流程图

4.2 仿真分析

扩展偏螺旋弹道与扩展螺旋弹道明显不同，鱼雷的绝对弹道是一种偏螺旋曲线，但是其相对弹道是围绕不断移动的目标散布中心点展开螺旋搜索的，鱼雷从目标散布中心点开始，不断向外层搜索，从仿真图中可以看出，搜索区域较好地覆盖了目标散布区域，获得较高的发现概率。这种搜索弹道克服了扩展螺旋弹道的不足：即随着目标散布中心点的移动，搜索区域偏离了目标散布概率密度高的区域。