(山西省侯馬市1號(hào)信箱38分箱 侯馬 043003)

被動(dòng)測(cè)距方法研究*

趙楊

(山西省侯馬市1號(hào)信箱38分箱 侯馬 043003)

提供一種只利用兩個(gè)目標(biāo)方位、確定由機(jī)動(dòng)潛艇到某一接近目標(biāo)距離的方法。假定潛艇和接近的目標(biāo)各自處于相遇航向,通過(guò)聲納被動(dòng)方式聽測(cè)接近目標(biāo)的第一個(gè)方位后,潛艇進(jìn)行機(jī)動(dòng),機(jī)動(dòng)后的潛艇速度矢量改變。隨后,潛艇測(cè)取目標(biāo)第二個(gè)方位,并通過(guò)此時(shí)與第一個(gè)方位相等的目標(biāo)虛擬方位,確定目標(biāo)距離。如果目標(biāo)實(shí)際處于相遇航向,則確定的目標(biāo)距離就是準(zhǔn)確的。

被動(dòng)測(cè)距;虛擬方位;來(lái)襲魚雷

ClassNumberTN216

1 引言

發(fā)現(xiàn)來(lái)襲魚雷時(shí),在被攻擊潛艇速度矢量不變的前提下,若經(jīng)過(guò)短時(shí)間(如十幾秒到幾十秒),來(lái)襲魚雷方位固定不變,則基本可認(rèn)為來(lái)襲魚雷將要與潛艇相遇。在規(guī)避來(lái)襲魚雷的過(guò)程中,被攻擊潛艇及早確定來(lái)襲魚雷距離和運(yùn)動(dòng)參數(shù)非常重要。

長(zhǎng)期以來(lái),在潛艇僅使用被動(dòng)方式傳感器對(duì)某一接近目標(biāo)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析方面,前人已提出了許多分析方法。這些方法基本基于四個(gè)獨(dú)立觀測(cè)方位、并與潛艇機(jī)動(dòng)相關(guān)聯(lián)?，F(xiàn)行各種以被動(dòng)方式測(cè)量目標(biāo)方位確定目標(biāo)距離的方法,要求潛艇至少改變航路一次,潛艇在每個(gè)航路上都必須測(cè)量不少于一個(gè)目標(biāo)方位,要素解算時(shí)間較長(zhǎng)[1]。在某一接近目標(biāo)為來(lái)襲魚雷且處于與潛艇相遇的接近航向上的情況下,潛艇必須盡快確定來(lái)襲魚雷距離以利于規(guī)避。但是,在要求達(dá)到一定解算精度的前提下,利用以往方法難以快速得出來(lái)襲魚雷距離,不能滿足潛艇快速規(guī)避使用要求[2]。

針對(duì)潛艇規(guī)避來(lái)襲魚雷目標(biāo)等時(shí)間緊迫的態(tài)勢(shì)情況,本文嘗試找出一種快速、準(zhǔn)確、有效可用的目標(biāo)距離確定方法。

2 兩方位被動(dòng)測(cè)距方法的目的與適用條件[3]

2.1 兩方位被動(dòng)測(cè)距方法的目的

兩方位被動(dòng)測(cè)距方法的主要目的是使方位測(cè)量的數(shù)量最少,并進(jìn)而使確定處于相遇航向上的接近目標(biāo)距離的時(shí)間最短。

2.2 兩方位被動(dòng)測(cè)距方法的適用條件

兩方位被動(dòng)測(cè)距方法適用于接近目標(biāo)(如來(lái)襲魚雷)與潛艇處于接近相遇的危急態(tài)勢(shì)情況下的距離確定。

3 兩方位被動(dòng)測(cè)距方法的設(shè)計(jì)思路

兩方位被動(dòng)測(cè)距方法是一種僅利用兩個(gè)測(cè)量方位確定由運(yùn)動(dòng)的潛艇到某一接近目標(biāo)距離的方法。

假定潛艇按照第一個(gè)速度矢量運(yùn)動(dòng),在第一個(gè)時(shí)間點(diǎn),測(cè)得接近目標(biāo)的第一個(gè)觀測(cè)方位。然后,假定潛艇和目標(biāo)處在與潛艇第一個(gè)速度矢量和第一個(gè)觀測(cè)方位相對(duì)應(yīng)的相遇航向上。在第二個(gè)時(shí)間點(diǎn),潛艇開始向不同的第二個(gè)速度矢量機(jī)動(dòng)。在第三個(gè)時(shí)間點(diǎn),潛艇測(cè)取不同的第二個(gè)觀測(cè)方位。同時(shí),確定在第三個(gè)時(shí)間點(diǎn)時(shí)的對(duì)應(yīng)假設(shè)潛艇和目標(biāo)處于假定相遇航向的虛擬目標(biāo)方位。由于潛艇和目標(biāo)處于相遇航向,確定的虛擬目標(biāo)方位與測(cè)量的第一個(gè)觀測(cè)目標(biāo)方位相同。通過(guò)第二與第三個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間差,以及利用平面三角方法[4],可確定目標(biāo)距離。

兩方位被動(dòng)測(cè)距方法將用到下列參數(shù):

· 第一與第二個(gè)潛艇速度矢量;

· 第二與第三個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間差;

· 一個(gè)虛擬目標(biāo)方位(第一個(gè)觀測(cè)方位)和第二個(gè)觀測(cè)方位。實(shí)際使用中,一般采用潛艇舷角代替目標(biāo)方位。

如果目標(biāo)實(shí)際處于相遇航向,則確定的目標(biāo)距離就是準(zhǔn)確的。

4 距離解算模型建立

4.1 潛艇朝向來(lái)襲魚雷轉(zhuǎn)向規(guī)避時(shí)的距離確定[5]

圖1 潛艇朝向來(lái)襲魚雷轉(zhuǎn)向規(guī)避時(shí)的距離確定

由此,可確定B2和BV的交點(diǎn)T2就是對(duì)應(yīng)測(cè)量B2時(shí)的來(lái)襲魚雷位置點(diǎn),點(diǎn)S2與T2之間的長(zhǎng)度就是相應(yīng)的來(lái)襲魚雷距離R2。

(1)

α=Q2+Q1-ΔC

(2)

(3)

因此,

(4)

同理,可通過(guò)潛艇位于S3點(diǎn)時(shí)測(cè)量的來(lái)襲魚雷方位B3線和對(duì)應(yīng)的BV線,確定來(lái)襲魚雷位置點(diǎn)T3,并進(jìn)而確定對(duì)應(yīng)的距離R3。

通過(guò)兩個(gè)已經(jīng)確定的來(lái)襲魚雷位置點(diǎn)T2和T3,以及對(duì)應(yīng)的來(lái)襲魚雷方位測(cè)量時(shí)間間隔,可確定來(lái)襲魚雷的航向和速度[7]。

4.2 潛艇背向來(lái)襲魚雷轉(zhuǎn)向規(guī)避時(shí)的距離確定

如圖2所示。

圖2 潛艇背向來(lái)襲魚雷轉(zhuǎn)向規(guī)避時(shí)的距離確定

在潛艇由位置點(diǎn)S2測(cè)量來(lái)襲魚雷方位B2時(shí)的對(duì)應(yīng)來(lái)襲魚雷距離R2由以下兩個(gè)部分組成:

(5)

(6)整理得:

(7)

在△S1MS2中:

(8)

所以:

(9)

5 人工標(biāo)圖

除了可以按照上述解算模型由計(jì)算機(jī)解算確定來(lái)襲魚雷距離外[4],還可根據(jù)圖1和圖2所示的潛艇運(yùn)動(dòng)和目標(biāo)方位以時(shí)間序列排定的變化情況,由人工按照一定的距離比例,進(jìn)行作圖標(biāo)繪,直接由圖上量取潛艇到來(lái)襲魚雷的距離,以及來(lái)襲魚雷的航向和速度[8]。具體作圖標(biāo)繪方法基本與圖1和圖2所示相同。

6 效用分析

本方法通過(guò)獲取在潛艇機(jī)動(dòng)前后不同的兩個(gè)方位測(cè)量值,并利用假設(shè)相遇航向的屬性,提供了一種快速準(zhǔn)確確定在實(shí)際相遇航向上向潛艇接近目標(biāo)的距離的方法。在魚雷來(lái)襲接近等危急態(tài)勢(shì)情況下,本方法具有很大效用。此外,本方法可作為前期基礎(chǔ),用于獲取有關(guān)接近目標(biāo)的完整解算結(jié)果(距離、航向、速度和方位)。

本方法可運(yùn)用于由潛艇機(jī)動(dòng)與目標(biāo)方位所構(gòu)成的各種幾何圖形以及不同的潛艇機(jī)動(dòng)情況。潛艇機(jī)動(dòng)變化包含航向變化、速度變化、或速度與航向變化。

通過(guò)人工標(biāo)圖繪算方式,本方法可快速、準(zhǔn)確確定接近目標(biāo)的距離,且具有更加直觀形象的特點(diǎn),能適應(yīng)來(lái)襲魚雷接近相遇時(shí)的危急情況。

應(yīng)該注意到,如果魚雷不在準(zhǔn)確的與潛艇接近到相遇的航向上,則利用本方法確定距離的準(zhǔn)確性將降低;但同時(shí),與此類情況相對(duì)應(yīng)的潛艇確定魚雷距離的緊迫性也會(huì)相應(yīng)降低,由此派生出的問(wèn)題也就超出了本文范疇。

7 結(jié)語(yǔ)

本文給出了一種僅只利用潛艇機(jī)動(dòng)前后測(cè)量的兩個(gè)目標(biāo)方位、快速確定接近目標(biāo)尤其是來(lái)襲魚雷的距離的基本理論方法,這種方法還可用于潛艇水下以被動(dòng)方式避免與運(yùn)動(dòng)目標(biāo)發(fā)生碰撞。限于篇幅,文中未考慮會(huì)對(duì)上述方法使用效果造成一定影響的來(lái)襲魚雷自導(dǎo)作用距離因素,這是需要本文后續(xù)另行定量分析解決的問(wèn)題。

[1]夏佩倫.純方位目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)分析[J].艦船論證參考,1991(1):57-64.

[2]李本江,李貴彬,丁文強(qiáng).潛艇機(jī)動(dòng)規(guī)避主動(dòng)自導(dǎo)魚雷性能的仿真分析[J].聲學(xué)與電子工程,2009(4):41-43.

[3]宋新見,惠俊英,殷冬梅,等.水下噪聲目標(biāo)被動(dòng)測(cè)距技術(shù)研究[J].應(yīng)用聲學(xué),2005(3).

[4]楊婷婷,楊皓.三角方法在解決平面幾何問(wèn)題中的應(yīng)用[J].中國(guó)校外教育·理論,2009(14).

[5]錢東,肖慶生.潛艇規(guī)避魚雷攻擊的仿真建模[J].魚雷技術(shù),1999(4):013.

[6]王茂厲,趙國(guó)良.魚雷空間運(yùn)動(dòng)非線性數(shù)學(xué)模型的建立與仿真[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2007,19(20):4812-4814.

[7]李釗,鄭援.潛艇規(guī)避被動(dòng)聲自導(dǎo)魚雷的航速和航向問(wèn)題[J].火力與指揮控制,2008,33(3):125-127.

[8]李楊,陳海清,吳鵬,等.被動(dòng)測(cè)距系統(tǒng)的數(shù)字圖像生成模塊設(shè)計(jì)[J].光學(xué)與光電技術(shù),2007,5(4):76-78.

ResearchonPassiveRangingMethod

ZHAO Yang

(P.O. Box 1-38, Houma 043003)

In order to determine the distance from submarine maneuvering to a certain close target, a method that only two goals orientation were used was provided. It was hypothesized that submarine and the close target were in each course. After listening the first position of the close target by passive sonar, the submarine maneuvered and the velocity vector was changed. Subsequently, the second position of the close target was listened by the submarine. The target distance was determined through the comparison between the two target virtual positions which were equal to the twice positions. If the target was in the actual course, the target distance was accurate.

passive ranging, virtual position, incoming torpedo

2013年11月11日,

:2013年12月21日

趙楊,男,工程師,研究方向:魚雷反潛。

TN216DOI:10.3969/j.issn1672-9730.2014.05.015